RU2808226C1 - Composition of magnetorheological suspension for finishing optical elements based on water-soluble crystals - Google Patents
Composition of magnetorheological suspension for finishing optical elements based on water-soluble crystals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808226C1 RU2808226C1 RU2023122895A RU2023122895A RU2808226C1 RU 2808226 C1 RU2808226 C1 RU 2808226C1 RU 2023122895 A RU2023122895 A RU 2023122895A RU 2023122895 A RU2023122895 A RU 2023122895A RU 2808226 C1 RU2808226 C1 RU 2808226C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetorheological
- water
- polishing
- mrs
- suspension
- Prior art date
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title abstract description 31
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title abstract description 15
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N dodecan-1-ol Chemical compound CCCCCCCCCCCCO LQZZUXJYWNFBMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000005697 Dodecan-1-ol Substances 0.000 claims abstract description 9
- -1 cerium (IV) oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229940075614 colloidal silicon dioxide Drugs 0.000 claims abstract description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 24
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 14
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 11
- OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 2-(2-butoxyethoxy)ethanol Chemical compound CCCCOCCOCCO OAYXUHPQHDHDDZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- ITZXULOAYIAYNU-UHFFFAOYSA-N cerium(4+) Chemical compound [Ce+4] ITZXULOAYIAYNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 25
- 235000019796 monopotassium phosphate Nutrition 0.000 abstract description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 abstract description 5
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N phosphoric acid;potassium Chemical compound [K].OP(O)(O)=O PJNZPQUBCPKICU-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 abstract description 2
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 26
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 12
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 5
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002012 Aerosil® Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013504 Triton X-100 Substances 0.000 description 2
- 229920004890 Triton X-100 Polymers 0.000 description 2
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000000518 rheometry Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical group [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 229910021486 amorphous silicon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 150000001991 dicarboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000005690 diesters Chemical class 0.000 description 1
- 229940028356 diethylene glycol monobutyl ether Drugs 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 239000002075 main ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000004530 micro-emulsion Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012454 non-polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N oxolane-2,4-dione Chemical compound O=C1COC(=O)C1 JCGNDDUYTRNOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 230000001698 pyrogenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к составам магнитореологических суспензий (МРС), которые могут быть использованы как рабочая среда для оптико-механической обработки (полирования) поверхности широкого класса водорастворимых кристаллов, применяющихся в качестве оптических элементов в приборостроительной, электронной и других отраслях промышленности.The invention relates to compositions of magnetorheological suspensions (MRS), which can be used as a working medium for optical-mechanical processing (polishing) of the surface of a wide class of water-soluble crystals used as optical elements in instrument-making, electronics and other industries.
В настоящее время магнитореологическая полировка поверхности оптических элементов во всем мире признана одним из наиболее перспективных smart-методов финишной обработки оптической поверхности. Currently, magnetorheological polishing of the surface of optical elements is recognized throughout the world as one of the most promising smart methods for finishing the optical surface.
Магнитореологическая финишная обработка поверхности представляет собой технологию полировки, которая позволяет точно контролировать степень удаления материала с поверхности обрабатываемого изделия. Полировальная жидкость образует «гибкий полировальный инструмент» определенной формы и твердости под действием магнитного поля. Когда жидкость протекает через небольшой зазор, образованный между заготовкой и поверхностью полировального круга, результирующая сила сдвига используется для удаления материала с поверхности заготовки, что позволяет достичь высокой точности обработки поверхности без повреждения подповерхностных слоев.Magnetorheological surface finishing is a polishing technology that allows precise control of the amount of material removed from the surface of the workpiece. The polishing liquid forms a "flexible polishing tool" of a certain shape and hardness under the influence of a magnetic field. When liquid flows through the small gap formed between the workpiece and the surface of the polishing wheel, the resulting shear force is used to remove material from the surface of the workpiece, allowing high precision surface finishing without damaging the subsurface layers.
Жидкие составы, которые в присутствии магнитного поля изменяют вязкость, называются жидкости Бингама (Бингамовские жидкости) или магнитореологические материалы. Магнитореологические материалы состоят из ферромагнитных или парамагнитных частиц с диаметром не менее 0,1 мкм, диспергированных в жидкости-основе. В присутствии магнитного поля частицы поляризуются и организуются в цепочки. Действие цепочек частиц проявляется в увеличении гидродинамического сопротивления материала и его видимой вязкости. В отсутствие магнитного поля частицы возвращаются в свободное неорганизованное состояние, при котором гидродинамическое сопротивление материала соответственно уменьшается. Таким образом, различные составы магнитных жидкостей Бингама проявляют контролируемые магнитореологические свойства.Liquid compounds that change viscosity in the presence of a magnetic field are called Bingham fluids or magnetorheological materials. Magnetorheological materials consist of ferromagnetic or paramagnetic particles with a diameter of at least 0.1 μm dispersed in a carrier fluid. In the presence of a magnetic field, the particles become polarized and organize into chains. The action of particle chains manifests itself in an increase in the hydrodynamic resistance of the material and its apparent viscosity. In the absence of a magnetic field, the particles return to a free, disorganized state, in which the hydrodynamic resistance of the material decreases accordingly. Thus, different compositions of Bingham magnetic fluids exhibit controlled magnetorheological properties.
Тремя основными ингредиентами магнитореологической суспензии являются частицы магнитного карбонильного железа, абразивный полирующий порошок и жидкость-носитель. Систематические вариации этих основных компонентов позволяют успешно использовать магнитореологическую обработку в производстве прецизионной оптики из водорастворимых кристаллов, оптических стекол или стеклокерамики. («Magnetorheological finishing: new fluids for new materials», Stephen D. Jacobs, Aric B. Shorey, Optical Fabrication and Testing 2000, https://doi. org/10.1364/OFT.2000.OWB1).The three main ingredients of a magnetorheological suspension are magnetic carbonyl iron particles, an abrasive polishing powder and a carrier fluid. Systematic variations of these basic components allow the successful use of magnetorheological processing in the production of precision optics from water-soluble crystals, optical glasses or glass ceramics. (“Magnetorheological finishing: new fluids for new materials”, Stephen D. Jacobs, Aric B. Shorey, Optical Fabrication and Testing 2000, https://doi.org/10.1364/OFT.2000.OWB1).
В статье «Manipulating mechanics and chemistry in precision optics finishing)) (Stephen D. Jacobs, Science and Technology of Advanced Materials, V. 8, N. 3, p. 153-157, 2007, DOI 10.1016/j.stam.2006.12.002) отмечается, что новые процессы субапертурной полировки, такие как магнитореологическая обработка, могут сглаживать различные структурные дефекты поверхности. Этим методом возможно обрабатывать сложные для финишной обработки оптические материалы, такие как мягкий полимерный полиметилметакрилат, микроструктурированный поликристаллический сульфид цинка и водорастворимый монокристаллический дигидрофосфат калия (KDP). Этим методом была успешно удалена поверхностная микроволнистость кристалла KDP. Среднеквадратическая шероховатость поверхности была уменьшена до 2 нм с улучшением порога лазерного повреждения. Недостатком данной рецептуры является применение в качестве абразива наночастиц алмаза, диспергированных в жидкости-носителе эфире дикарбоновой кислоты. Удаление с обработанной поверхности KDP магнитореологической суспензии с остатками абразива вызывает большие трудности.In the article “Manipulating mechanics and chemistry in precision optics finishing)) (Stephen D. Jacobs, Science and Technology of Advanced Materials, V. 8, N. 3, p. 153-157, 2007, DOI 10.1016/j.stam.2006.12 .002) notes that new sub-aperture polishing processes, such as magnetorheological machining, can smooth out various structural surface defects. This method can process difficult-to-finish optical materials such as soft polymer polymethyl methacrylate, microstructured polycrystalline zinc sulfide and water-soluble monocrystalline potassium dihydrogen phosphate (KDP). The surface microwaviness of the KDP crystal was successfully removed by this method. The RMS surface roughness has been reduced to 2 nm with improved laser damage threshold. The disadvantage of this formulation is the use of diamond nanoparticles dispersed in a dicarboxylic acid ester carrier liquid as an abrasive. Removing a magnetorheological suspension with abrasive residues from a KDP-treated surface is very difficult.
Из статей «Разработка магнитоструктурирующихся жидкостей с управляемой реологией для технологии финишного полирования оптических изделий» (Русецкий A.M., Новикова З.А., Городкин Г.Р., Коробко Е.В. // Доклады НАН Беларуси, 2011, Т. 55, №5, с. 97-104) и «Применение магнитореологических методов обработки оптических деталей на серии автоматизированных полировально-доводочных станков» (Глеб Л.К., Городкин Г.Р., Горшков В. А., Хлебников Ф.П., Семенов Е.В. // Оптический журнал, 2011, Т. 78, №4, с. 33-36) известны магнитореологические жидкости (МРЖ) для полирования, состоящие из твердой и жидкой фаз. В состав твердой фазы входят карбонильное железо со средним размером частиц 14 мкм и абразив (диоксид церия, алмазный микропорошок и др.).From the articles “Development of magnetically structuring liquids with controlled rheology for the technology of finishing polishing of optical products” (Rusetsky A.M., Novikova Z.A., Gorodkin G.R., Korobko E.V. // Reports of the National Academy of Sciences of Belarus, 2011, T. 55, No. 5, pp. 97-104) and “Application of magnetorheological methods for processing optical parts on a series of automated polishing and finishing machines” (Gleb L.K., Gorodkin G.R., Gorshkov V.A., Khlebnikov F.P., Semenov E.V. // Optical Journal, 2011, T. 78, No. 4, pp. 33-36) magnetorheological liquids (MRF) for polishing, consisting of solid and liquid phases, are known. The composition of the solid phase includes carbonyl iron with an average particle size of 14 microns and an abrasive (cerium dioxide, diamond micropowder, etc.).
Общим недостатком предлагаемых составов является то, что в жидкой фазе помимо воды находятся сода, глицерин, ПАВ. Для обработки поверхности водорастворимого кристалла KDP эти составляющие являются непригодными, вызывающими помутнение поверхности, образование белесого налета, неудаляемого промыванием, что ухудшает качество оптической поверхности. Также содержащиеся в составе магнитореологической жидкости компоненты могут способствовать уменьшению «времени жизни» МРЖ, коррозии частиц карбонильного железа, что ведет к снижению эксплуатационных характеристик МРЖ.A common disadvantage of the proposed compositions is that in the liquid phase, in addition to water, there is soda, glycerin, and surfactants. These components are unsuitable for treating the surface of a water-soluble KDP crystal, causing clouding of the surface, the formation of a whitish coating that cannot be removed by washing, which deteriorates the quality of the optical surface. Also, the components contained in the magnetorheological fluid can contribute to a decrease in the “lifetime” of the MRF and corrosion of carbonyl iron particles, which leads to a decrease in the operational characteristics of the MRF.
В качестве прототипа выбрана суспензия, описанная в статье «Magnetic composite fluid optimization for KDP crystal polishing based on a D-optimal mixture design» (https://doi.org/10.1364/AO.481344). Авторы применяют для полирования поверхности кристаллов KDP сложную по составу магнитную жидкость на неводной основе. Она содержит дисперсную фазу в виде порошка карбонильного железа (средний диаметр частиц 3 мкм) в количестве 39,96 масс.% и порошка Fe3O4 (средний диаметр частиц 20 нм) в количестве 25,04 масс.%, являющегося абразивом. Дисперсионной средой (жидкой основой) является додециловый спирт (додекан-1-ол) в количестве 20 масс.% с добавкой ПАВ (Triton Х-100) и загущающего гелеобразующего компонента (α-целлюлозы). При обработке поверхности кристаллов KDP этой магнитореологической жидкостью применяется принцип физико-механического воздействия с помощью абразива и физико-химического воздействия с помощью микроэмульсий типа «вода в масле». Данный состав, как заявляют авторы, обеспечивает шероховатость поверхности кристаллов KDP после 60 минут полировки 7,5 нм.The suspension described in the article “Magnetic composite fluid optimization for KDP crystal polishing based on a D-optimal mixture design” (https://doi.org/10.1364/AO.481344) was chosen as a prototype. The authors use a complex non-aqueous magnetic fluid to polish the surface of KDP crystals. It contains a dispersed phase in the form of carbonyl iron powder (average particle diameter 3 μm) in an amount of 39.96 wt.% and Fe 3 O 4 powder (average particle diameter 20 nm) in an amount of 25.04 wt.%, which is an abrasive. The dispersion medium (liquid base) is dodecyl alcohol (dodecan-1-ol) in an amount of 20 wt.% with the addition of a surfactant (Triton X-100) and a thickening gel-forming component (α-cellulose). When treating the surface of KDP crystals with this magnetorheological liquid, the principle of physical-mechanical action using an abrasive and physical-chemical action using water-in-oil microemulsions is applied. This composition, as stated by the authors, provides a surface roughness of KDP crystals after 60 minutes of polishing of 7.5 nm.
Однако стабильность и эксплуатационные свойства такой магнитореологической суспензии невысоки. При использовании ее в условиях высокоинтенсивного сдвигового потока происходит необратимое разрушение пространственной сетки загустителя, что приводит к потере системой гелеобразующих свойств и устойчивости композиции. Наличие в составе магнитной жидкости ПАВ (Triton Х-100) ухудшает качество поверхности и оптические свойства кристаллов KDP из-за возможной адсорбции ПАВ на их поверхности.However, the stability and performance properties of such a magnetorheological suspension are low. When used under conditions of high-intensity shear flow, the spatial network of the thickener is irreversibly destroyed, which leads to the system losing its gel-forming properties and the stability of the composition. The presence of a surfactant (Triton X-100) in the magnetic fluid worsens the surface quality and optical properties of KDP crystals due to possible adsorption of the surfactant on their surface.
Основными требованиями, предъявляемыми к жидкости-носителю, являются низкая летучесть, негорючесть при комнатной температуре, высокая температура вспышки, устойчивость к потенциально агрессивным средам, инертность по отношению к компонентам МРС, в том числе, к карбонильному железу, низкая токсичность, вязкость в диапазоне 5-10 сП, инертность к оптической поверхности монокристаллов KDP. К таким жидкостям относят высшие жидкие углеводороды, галогенированные углеводороды, высшие спирты, сложные эфиры/диэфиры (например, сложные эфиры дикарбоновых кислот), соединения азота/амины, полифункциональные соединения (например, алкоксиспирты).The main requirements for the carrier liquid are low volatility, non-flammability at room temperature, high flash point, resistance to potentially aggressive environments, inertness towards MRS components, including carbonyl iron, low toxicity, viscosity in the range of 5 -10 cP, inertness to the optical surface of KDP single crystals. Such liquids include higher liquid hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, higher alcohols, esters/diesters (for example, dicarboxylic acid esters), nitrogen compounds/amines, polyfunctional compounds (for example, alkoxy alcohols).
Из различных типов жидкостей-носителей сложные эфиры дикарбоновых кислот, длинноцепочечные спирты и алкоксиспирты обладают свойствами, которые делают их пригодными для применения в качестве основы МРС. Однако соединения с длинной углеродной цепью являются гидрофобными, что затрудняет очистку оптики и устройств магнитной реологии. Полифункциональные соединения, такие как алкоксиспирты, имеют как гидрофильные, так и гидрофобные функциональные группы, что делает их совместимыми как с неполярными, так и с полярными растворителями. Они не влияют на компоненты МРС, а после обработки легко удаляются с поверхности кристаллов и рабочего инструмента.Of the various types of carrier liquids, dicarboxylic acid esters, long-chain alcohols and alkoxy alcohols have properties that make them suitable for use as MRS bases. However, long-chain carbon compounds are hydrophobic, making optics and magnetic rheology devices difficult to clean. Polyfunctional compounds such as alkoxy alcohols have both hydrophilic and hydrophobic functional groups, making them compatible with both nonpolar and polar solvents. They do not affect the components of the MRS, and after processing they are easily removed from the surface of the crystals and the working tool.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка магнитореологической суспензии, обладающей высокой стабильностью и обеспечивающей достижение величины шероховатости поверхности водорастворимых кристаллов группы KDP не более 15 Å после их полировки.The problem to be solved by this invention is the development of a magnetorheological suspension that is highly stable and ensures that the surface roughness of water-soluble crystals of the KDP group is no more than 15 Å after polishing.
Технический результат достигается за счет того, что разработанная магнитореологическая суспензия, так же как и суспензия - прототип содержит жидкую основу, порошок карбонильного железа, структурирующий наполнитель, абразив и ПАВ. Новым в разработанном составе суспензии является то, что жидкой основой является гликолевый эфир, в качестве структурирующего наполнителя используется коллоидный диоксид кремния, абразивом является нанопорошок, выбираемый из группы, состоящей из оксидов кремния, алюминия, титана или церия (IV), в качестве ПАВ используется додекан-1-ол при следующих соотношениях компонентов, масс.%: гликолевый эфир - 19,0; коллоидный диоксид кремния - 0,5; нанопорошок оксидов кремния, алюминия, титана или церия (IV) 0,5; додекан-1-ол 0,8; порошок карбонильного железа - до 79,2.The technical result is achieved due to the fact that the developed magnetorheological suspension, like the prototype suspension, contains a liquid base, carbonyl iron powder, structuring filler, abrasive and surfactant. What is new in the developed composition of the suspension is that the liquid base is glycol ether, colloidal silicon dioxide is used as a structuring filler, the abrasive is a nanopowder selected from the group consisting of oxides of silicon, aluminum, titanium or cerium (IV), and the surfactant is used dodecan-1-ol at the following component ratios, wt.%: glycol ether - 19.0; colloidal silicon dioxide - 0.5; nanopowder of silicon, aluminum, titanium or cerium (IV) oxides 0.5; dodecan-1-ol 0.8; carbonyl iron powder - up to 79.2.
В частном случае в качестве гликолевого эфира используется бутилдигликоль.In a particular case, butyl diglycol is used as a glycol ether.
Изобретение поясняется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.
На фиг. 1 приведено изображение поверхности оптического элемента KDP до магнитореологической обработки.In fig. Figure 1 shows an image of the surface of the KDP optical element before magnetorheological treatment.
На фиг. 2 приведено изображение поверхности оптического элемента KDP после магнитореологической обработки с помощью разработанной МРС.In fig. Figure 2 shows an image of the surface of the KDP optical element after magnetorheological treatment using the developed MRS.
Магнитореологическая обработка позволяет улучшить шероховатость, устранить возникающие микротрещины (подповерхностные повреждения) и снизить остаточные напряжения, возникающие в процессе алмазного микрофрезерования.Magnetorheological processing can improve roughness, eliminate microcracks (subsurface damage) and reduce residual stresses arising during diamond micromilling.
Разработанная магнитореологическая суспензия представляет собой дисперсионную среду - жидкую основу (гликолевый эфир) и дисперсную фазу: магнитные частицы (карбонильное железо), абразив (нанодисперсный порошок оксида кремния, алюминия, титана или церия (IV)), структурирующий наполнитель (аэросил - коллоидный диоксид кремния), ПАВ (додекан-1-ол).The developed magnetorheological suspension is a dispersion medium - a liquid base (glycol ether) and a dispersed phase: magnetic particles (carbonyl iron), abrasive (nanodisperse powder of silicon, aluminum, titanium or cerium (IV) oxide), structuring filler (aerosil - colloidal silicon dioxide ), surfactant (dodecan-1-ol).
В качестве ферромагнитной дисперсной фазы могут применяться порошки ферромагнитных материалов микронного и субмикронного размеров, такие как карбонильное железо. Структура частиц карбонильного железа луковичная. Они состоят из чередующихся концентрических слоев, что обусловливает его особые электрофизические свойства - низкие величины коэффициентов раздельных потерь. Каждый слой состоит из железа, карбида, нитрида и оксида железа. Частицы карбонильного железа имеют практически идеальную сферическую форму, высокую монодисперсность (1-10 мкм) и высокую микротвердость (в 3-4 раза тверже частиц любых железных порошков). В частном случае в составе разработанной магнитореологической суспензии в качестве ферромагнитной фазы используется магнитомягкий порошок карбонильного железа марки Р-10 (ГОСТ 13610-79) с частицами шарообразной формы диаметром 2-5 мкм. Коэрцитивная сила порошка Р-10 составляет 6,4 А/м, намагниченность насыщения 2,2 Тл.Powders of ferromagnetic materials of micron and submicron sizes, such as carbonyl iron, can be used as a ferromagnetic dispersed phase. The structure of carbonyl iron particles is bulbous. They consist of alternating concentric layers, which determines its special electrical properties - low values of separate loss coefficients. Each layer is composed of iron, carbide, nitride and iron oxide. Carbonyl iron particles have an almost ideal spherical shape, high monodispersity (1-10 microns) and high microhardness (3-4 times harder than particles of any iron powder). In a particular case, in the composition of the developed magnetorheological suspension, soft magnetic carbonyl iron powder of grade R-10 (GOST 13610-79) with spherical particles with a diameter of 2-5 microns is used as a ferromagnetic phase. The coercive force of P-10 powder is 6.4 A/m, the saturation magnetization is 2.2 T.
В качестве дисперсионных сред могут использоваться гидравлическая жидкость, масло вакуумное, перфторированные углеводороды. В разработанной магнитореологической суспензии используется монобутиловый эфир диэтиленгликоля, или 2-(2-бутоксиэтокси)этанол, или бутилдигликоль, являющийся органическим соединением, относящимся к простым гликолевым эфирам. Это бесцветная жидкость со слабым запахом и температурой кипения 230°С (503 К), растворима в воде, этаноле, этиловом эфире, ацетоне. В основном используется в качестве растворителя для красок и лаков в химической промышленности, бытовых моющих средств, химикатов для пивоварения и обработки текстиля. В качестве дисперсионных сред могут использоваться и другие жидкости с аналогичными физико-химическими свойствами.Hydraulic fluid, vacuum oil, and perfluorinated hydrocarbons can be used as dispersion media. The developed magnetorheological suspension uses diethylene glycol monobutyl ether, or 2-(2-butoxyethoxy)ethanol, or butyl diglycol, which is an organic compound related to simple glycol ethers. It is a colorless liquid with a slight odor and a boiling point of 230 ° C (503 K), soluble in water, ethanol, ethyl ether, and acetone. Mainly used as a solvent for paints and varnishes in the chemical industry, household detergents, brewing chemicals and textile processing. Other liquids with similar physicochemical properties can be used as dispersion media.
В магнитореологических суспензиях сильные магнитовязкие эффекты наблюдаются в широком диапазоне скоростей сдвига. Однако эти суспензии неустойчивы по отношению к седиментации частиц, так как массивные не броуновские частицы карбонильного железа быстро оседают под действием гравитационного поля. Поэтому магнитные суспензии должны сочетать седиментационную устойчивость с сильными магнитореологическими свойствами. Бидисперсные магнитные суспензии, состоящие из микронных намагничивающихся частиц, взвешенных в несущей жидкости с нанодисперсной фазой аморфного силикагеля, удовлетворяют этим условиям.In magnetorheological suspensions, strong magnetoviscous effects are observed over a wide range of shear rates. However, these suspensions are unstable with respect to particle sedimentation, since massive non-Brownian carbonyl iron particles quickly settle under the influence of a gravitational field. Therefore, magnetic suspensions must combine sedimentation stability with strong magnetorheological properties. Bidisperse magnetic suspensions, consisting of micron-sized magnetizable particles suspended in a carrier liquid with a nanodisperse phase of amorphous silica gel, satisfy these conditions.
В качестве структурирующего и стабилизирующего наполнителя в составе разработанной МРС применяется пирогенный диоксид кремния (аэросил) - коллоидный диоксид кремния (SiO2), представляющий собой легкий микронизированный порошок с выраженными адсорбционными свойствами. Седиментационная устойчивость МРС связана со статическим пределом текучести. Магнитореологическая суспензия будет седиментационно устойчивой в случае, если статический предел текучести будет способен удержать частицу максимального размера. Чем выше плотность магнитоактивного наполнителя, тем меньше должна быть его дисперсность.Pyrogenic silicon dioxide (aerosil) - colloidal silicon dioxide (SiO 2 ), which is a light micronized powder with pronounced adsorption properties, is used as a structuring and stabilizing filler in the composition of the developed MRS. The sedimentation stability of MPC is related to the static yield strength. A magnetorheological suspension will be sedimentation stable if the static yield strength is capable of retaining a particle of maximum size. The higher the density of the magnetically active filler, the less its dispersion should be.
В качестве абразивов используются «мягкие» абразивные материалы со сферической формой частиц. В разработанной магнитореологической суспензии это порошки наночастиц оксида кремния, алюминия, титана или церия (IV). Порошок наночастиц оксида кремния представляет собой аморфный SiO2 с содержанием основного вещества не менее 99,8% и средним размером частиц не менее 50 нм. Порошок наночастиц оксида алюминия представляет собой α-Al2O3 с содержанием основного вещества не менее 99,8% (насыпная плотность 0,6-1,7 г/см3) со средним размер частиц не менее 50 нм. Порошок наночастиц оксида титана представляет собой TiO2 в форме рутила с содержанием основного вещества не менее 99,8% (насыпная плотность 0,5-2,0 г/см2) со средним размером частиц не менее 50 нм. Порошок наночастиц оксида церия (IV) представляет собой СеО2 с содержанием основного вещества не менее 99,8% и средним размером частиц не менее 50 нм.“Soft” abrasive materials with spherical particle shapes are used as abrasives. In the developed magnetorheological suspension, these are powders of nanoparticles of silicon, aluminum, titanium or cerium (IV) oxide. Silicon oxide nanoparticle powder is amorphous SiO 2 with a basic substance content of at least 99.8% and an average particle size of at least 50 nm. The powder of aluminum oxide nanoparticles is α-Al 2 O 3 with a main substance content of at least 99.8% (bulk density 0.6-1.7 g/cm 3 ) with an average particle size of at least 50 nm. The powder of titanium oxide nanoparticles is TiO 2 in the form of rutile with a basic substance content of at least 99.8% (bulk density 0.5-2.0 g/cm 2 ) with an average particle size of at least 50 nm. Cerium (IV) oxide nanoparticle powder is CeO 2 with a main substance content of at least 99.8% and an average particle size of at least 50 nm.
Для эффективного совмещения частиц карбонильного железа, которые являются твердой гидрофильной высокоэнергетической дисперсной металлической фазой, с жидкой средой используют адсорбционное модифицирование дисперсной фазы с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ). Образуя, вследствие адсорбции на поверхности частиц твердой фазы, прочно закрепленные слои ориентированных молекул, ПАВ позволяют увеличить сродство металла с жидкой средой, улучшить смачивание частиц железа и распределение их в жидкости-носителе, что способствует развитию коагуляционного структурообразования в системе и повышению физико-механических свойств магнитореологического материала. В качестве ПАВ в разработанной магнитореологической суспензии используется неионогенное вещество додециловый спирт (додекан-1-ол). Применение указанного ПАВ для целей адсорбционного модифицирования карбонильного железа улучшает физико-механические характеристики магнитореологической суспензии, в частности, снижается склонность наполнителя к агрегированию, повышается дисперсность наполнителя в жидкой фазе, возрастает стабильность МРС.To effectively combine carbonyl iron particles, which are a solid hydrophilic high-energy dispersed metal phase, with a liquid medium, adsorption modification of the dispersed phase using surfactants is used. By forming, as a result of adsorption on the surface of solid phase particles, firmly fixed layers of oriented molecules, surfactants make it possible to increase the affinity of the metal with the liquid medium, improve the wetting of iron particles and their distribution in the carrier liquid, which contributes to the development of coagulation structure formation in the system and an increase in physical and mechanical properties magnetorheological material. The nonionic substance dodecyl alcohol (dodecan-1-ol) is used as a surfactant in the developed magnetorheological suspension. The use of the specified surfactant for the purpose of adsorption modification of carbonyl iron improves the physical and mechanical characteristics of the magnetorheological suspension, in particular, the tendency of the filler to aggregate is reduced, the dispersion of the filler in the liquid phase increases, and the stability of the MRS increases.
Для приготовления магнитореологической суспензии компоненты используют в состоянии поставки. Способ получения магнитореологической суспензии состоит в следующем. Вначале смешивают порошок карбонильного железа и жидкость-основу. Для ускорения процесса диспергирования суспензии железа и повышения ее агрегативной устойчивости в нее вводят структурирующий наполнитель (стабилизатор) - коллоидный диоксид кремния (аэросил). После диспергирования в шаровой мельнице в суспензию вводят абразив (порошок наночастиц оксида кремния, алюминия, титана или церия (IV)) и дополнительно диспергируют в шаровой мельнице.To prepare a magnetorheological suspension, the components are used as received. The method for obtaining a magnetorheological suspension is as follows. First, carbonyl iron powder and base liquid are mixed. To speed up the process of dispersing the iron suspension and increasing its aggregative stability, a structuring filler (stabilizer) - colloidal silicon dioxide (aerosil) - is introduced into it. After dispersion in a ball mill, an abrasive (powder of silicon, aluminum, titanium or cerium (IV) oxide nanoparticles) is introduced into the suspension and further dispersed in a ball mill.
Разработанная магнитореологическая суспензия подается посредством насоса из сопла на твердую немагнитную поверхность вращающегося инструмента (вращающееся колесо с выпуклым ободом в виде ленты, располагающееся с определенным зазором от движущегося зафиксированного оптического элемента). Источник магнитного поля, расположенный внутри движущегося колеса, генерирует неоднородное магнитное поле с градиентом в зоне обработки, направленным по нормали к поверхности колеса. Под действием магнитного поля (более 0,3 Тл) в рабочей зоне возрастает вязкость магнитореологической суспензии. МРС подается на вращающееся колесо с помощью системы гидравлической подачи в зону воздействия магнитного поля (в область полюсных наконечников магнита). МРС под воздействием неоднородного градиентного магнитного поля прижимается к поверхности вращающегося колеса, приобретая вид узкой дорожки, и движется вместе с колесом. Таким образом, в точке соприкосновения дорожки с поверхностью оптического элемента получается точечный (зональный) полировальный инструмент.В зоне контакта МРС с оптическим элементом действует магнитное поле, под влиянием которого суспензия переходит в пластическое состояние, разделяется на два слоя: первый представляет собой структурированные, нежестко связанные между собой ферромагнитные частицы, второй - жидкая фаза с наноабразивом. За счет увеличения вязкости магнитореологической суспензии она становится субапертурным полировальным инструментом. Когда вязкая МРС выходит из магнитного поля вращающегося колеса, она возвращается в состояние неструктурированной вязкой жидкости и используется повторно. Поверхность обрабатываемой детали приводится в контакт с МРС и между ней и поверхностью рабочего инструмента выдерживается контролируемый зазор. В зоне контакта обрабатываемой поверхности оптического элемента и МРС при воздействии неоднородного магнитного поля формируется небольшая по размерам рабочая зона - область локальной обработки или пятно обработки. В рабочей зоне образуется твердофазное ядро. Между ядром и поверхностью оптического элемента, где сдвиговые напряжения минимальны, происходит сдвиговое тонкослойное течение жидкой фазы МРС с частицами абразива. Твердофазное ядро, выполняющее роль эластичной подложки, и жидкая фаза с частицами абразива, образующие полирующую среду, составляют полирующую систему.The developed magnetorheological suspension is fed through a pump from a nozzle onto a solid non-magnetic surface of a rotating tool (a rotating wheel with a convex rim in the form of a tape, located with a certain gap from the moving fixed optical element). A magnetic field source located inside a moving wheel generates a non-uniform magnetic field with a gradient in the processing area directed normal to the wheel surface. Under the influence of a magnetic field (more than 0.3 T), the viscosity of the magnetorheological suspension increases in the working area. The MRS is supplied to the rotating wheel using a hydraulic supply system into the area affected by the magnetic field (in the area of the magnet pole pieces). The MRS, under the influence of a non-uniform gradient magnetic field, is pressed against the surface of a rotating wheel, taking on the appearance of a narrow track, and moves along with the wheel. Thus, at the point of contact of the track with the surface of the optical element, a point (zonal) polishing tool is obtained. In the area of contact of the MRS with the optical element, a magnetic field acts, under the influence of which the suspension passes into a plastic state and is divided into two layers: the first is structured, non-rigid interconnected ferromagnetic particles, the second is a liquid phase with a nanoabrasive. By increasing the viscosity of the magnetorheological suspension, it becomes a sub-aperture polishing tool. When the viscous MRS leaves the magnetic field of the rotating wheel, it returns to the state of an unstructured viscous fluid and is reused. The surface of the workpiece is brought into contact with the MRS and a controlled gap is maintained between it and the surface of the working tool. In the contact zone of the processed surface of the optical element and the MRS, when exposed to a non-uniform magnetic field, a small-sized working zone is formed - a local processing area or processing spot. A solid-phase core is formed in the working area. Between the core and the surface of the optical element, where shear stresses are minimal, a shear thin-layer flow of the liquid phase of the MRS with abrasive particles occurs. The solid-phase core, which acts as an elastic substrate, and the liquid phase with abrasive particles, forming a polishing medium, make up the polishing system.
Для полировки оптического элемента используется напряжение сдвига МРС. За счет разности скоростей движения основы полировального инструмента и обрабатываемой поверхности оптического элемента создаются сдвиговые деформации в МРС, что обеспечивает унос с поверхности тончайших слоев материала. Скорость удаления материала с поверхности оптического элемента управляется временем воздействия. Радиус и скорость вращения, определяющие угловую скорость вращения рабочего инструмента, приспособлены для обеспечения управления качеством обработки поверхности оптического элемента. Формируемый магнитным полем полировальный инструмент обладает постоянными физическими и полирующими свойствами, поскольку его стабильность зависит от постоянства вязкости МРС. Полирующие способности инструмента не изменяются в течение длительного промежутка времени.The shear stress MRS is used to polish the optical element. Due to the difference in the speed of movement of the base of the polishing tool and the processed surface of the optical element, shear deformations are created in the MRS, which ensures the removal of the thinnest layers of material from the surface. The rate of material removal from the surface of the optical element is controlled by exposure time. The radius and rotation speed, which determine the angular speed of rotation of the working tool, are adapted to provide control over the quality of surface treatment of the optical element. A polishing tool formed by a magnetic field has constant physical and polishing properties, since its stability depends on the constancy of the viscosity of the MRS. The polishing ability of the tool does not change over a long period of time.
Магнитореологическая обработка оптических элементов позволяет реализовать полирование поверхности изделия и обеспечивает равномерный съем тончайшего слоя материала.Magnetorheological processing of optical elements allows polishing the surface of the product and ensures uniform removal of the thinnest layer of material.
Разработанная магнитореологическая суспензия не теряет свои эксплуатационные свойства в течение 6 месяцев. За счет введения коллоидного диоксида кремния в качестве структурирующего наполнителя сохраняется седиментационная устойчивость суспензии, а за счет введения в ее состав додекан-1-ола (ПАВ) сохраняется агрегативная устойчивость и повышается стабильность. Разработанная рецептура позволяет использовать МРС для обработки оптических элементов неоднократно. После однократного применения МРС возможно ее повторное использование в течение 7 суток без потери МРС эксплуатационных свойств.The developed magnetorheological suspension does not lose its performance properties for 6 months. By introducing colloidal silicon dioxide as a structuring filler, the sedimentation stability of the suspension is maintained, and by introducing dodecan-1-ol (surfactant) into its composition, aggregative stability is maintained and stability is increased. The developed formulation makes it possible to use MRS for processing optical elements repeatedly. After a single use of the MRS, it can be reused for 7 days without loss of the MRS's operational properties.
Соотношения компонентов в разработанной суспензии подобраны авторами экспериментальным путем для оптимального решения поставленной задачи.The ratios of components in the developed suspension were selected by the authors experimentally to optimally solve the problem.
Результатом обработки с помощью разработанной МРС является удаление дифракционной решетки, образующейся на поверхности оптического элемента KDP в ходе алмазного микрофрезерования, и улучшение шероховатости обрабатываемой поверхности (см. фиг. 1 и фиг. 2). На фиг. 1 представлено изображение поверхности оптического элемента KDP, полученное с помощью интерференционного профилометра Maxim-GP 200 (Zygo Corporation), до магнитореологической обработки непосредственно после алмазного микрофрезерования. Качество поверхности оптического элемента характеризуется следующими величинами: Ra - среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины, rms - среднеквадратичное значение или наименьший средний квадрат. До обработки разработанной МРС Ra=26 Å, rms=33 Å.The result of processing using the developed MRS is the removal of the diffraction grating formed on the surface of the KDP optical element during diamond micromilling and improvement of the roughness of the processed surface (see Fig. 1 and Fig. 2). In fig. Figure 1 shows an image of the surface of the KDP optical element, obtained using a Maxim-GP 200 interference profilometer (Zygo Corporation), before magnetorheological processing directly after diamond micromilling. The quality of the surface of the optical element is characterized by the following values: R a - the arithmetic mean of the absolute values of the profile deviations within the base length, rms - the root mean square value or the least mean square. Before processing the developed MRS, R a =26 Å, rms=33 Å.
На фиг. 2 представлено изображение поверхности оптического элемента KDP, полученное с помощью интерференционного профилометра Maxim-GP 200 (Zygo Corporation), после магнитореологической обработки разработанной МРС. Ra=5 Å, rms=6 Å.In fig. Figure 2 shows an image of the surface of the KDP optical element, obtained using a Maxim-GP 200 interference profilometer (Zygo Corporation), after magnetorheological processing of the developed MRS. R a =5 Å, rms=6 Å.
Таким образом, разработанная магнитореологическая суспензия обладает высокой стабильностью и обеспечивает величину шероховатости поверхности водорастворимых кристаллов группы KDP не более 15 Å после их полировки.Thus, the developed magnetorheological suspension is highly stable and ensures a surface roughness of water-soluble crystals of the KDP group of no more than 15 Å after polishing.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808226C1 true RU2808226C1 (en) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5085789A (en) * | 1987-03-03 | 1992-02-04 | Nippon Seiko Kabushiki Kaisha | Ferrofluid compositions |
| RU2461087C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-09-10 | Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси" | Fluid composition having magnetorheological properties |
| RU2643974C2 (en) * | 2016-07-12 | 2018-02-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method of magnetic fluid production on polyethylsiloxane basis |
| JP2018133358A (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-23 | 株式会社豊田中央研究所 | Magnetic paste for printing and manufacturing method thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5085789A (en) * | 1987-03-03 | 1992-02-04 | Nippon Seiko Kabushiki Kaisha | Ferrofluid compositions |
| RU2461087C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-09-10 | Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси" | Fluid composition having magnetorheological properties |
| RU2643974C2 (en) * | 2016-07-12 | 2018-02-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Method of magnetic fluid production on polyethylsiloxane basis |
| JP2018133358A (en) * | 2017-02-13 | 2018-08-23 | 株式会社豊田中央研究所 | Magnetic paste for printing and manufacturing method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Magnetic composite fluid optimization for KDP crystal polishing based on a D-optimal mixture design",https://doi.org/10.1364/AO.481344. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6413441B1 (en) | Magnetic polishing fluids | |
| KR100354202B1 (en) | Optical polishing formulation | |
| Sidpara et al. | Effect of fluid composition on nanofinishing of single-crystal silicon by magnetic field-assisted finishing process | |
| US9157010B2 (en) | Magnetorheological fluid for ultrasmooth polishing | |
| Jain et al. | Chemo-mechanical magneto-rheological finishing (CMMRF) of silicon for microelectronics applications | |
| Min et al. | Anhydrous based shear-thickening polishing of KDP crystal | |
| Zhang et al. | Reciprocating magnetorheological polishing method for borosilicate glass surface smoothness | |
| CN1858131A (en) | Polishing liquid for grinding and polishing lithium niobate optical wafer | |
| Kim et al. | Influence of anionic polyelectrolyte addition on ceria dispersion behavior for quartz chemical mechanical polishing | |
| Gupta et al. | Experimental investigation and machine parameter optimization for nano finishing of fused silica using magnetorheological finishing process | |
| Peng | Chemical mechanical polishing of steel substrate using aluminum nanoparticles abrasive slurry | |
| Mutalib et al. | Magnetorheological finishing on metal surface: A review | |
| Jacobs et al. | Magnetorheological finishing of IR materials | |
| Ji et al. | The magnetorheological finishing (MRF) of potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystal with Fe 3 O 4 nanoparticles | |
| RU2808226C1 (en) | Composition of magnetorheological suspension for finishing optical elements based on water-soluble crystals | |
| Korkmaz et al. | AFM-based study of the interaction forces between ceria, silicon dioxide and polyurethane pad during non-Prestonian polishing of silicon dioxide films | |
| Saraswathamma | Magnetorheological finishing: a review | |
| Cao et al. | Investigation into rheological properties of magnetorheological polishing slurry using α-cellulose as an additive agent and its polishing performance | |
| Huang et al. | Anhydros-based shear-thickening ultra-precision polishing of KDP crystal | |
| Zhang et al. | Effects of functional alkali in magnetorheological finishing fluid | |
| JP3576261B2 (en) | Free abrasive slurry with controlled dispersion / aggregation state, method for producing the same, and method for dispersing the same | |
| Wang et al. | Experimental study on reciprocating magnetorheological polishing | |
| Cheng et al. | Material removal and micro-roughness in fluid-assisted smoothing of reaction-bonded silicon carbide surfaces | |
| JP6960328B2 (en) | Polishing composition | |
| Wu et al. | Effect of dispersion performance of polishing slurry on the polishing quality of glass-ceramics in bonnet polishing |