Список рекомендуемой литературы.
1. Зубаков В.Т., Семибратов М.Н.,Штандель С.К. Технология
оптических деталей / Под ред М.Н Семибратова. М.: Машинострое-
ние,1985. - 368 с. - с. 13-15, 31-38/
2. Справочник технолога – оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др. , Под ред. М.А. Окатова. – СПб. Политехника, 2004г. , 679с.
3. Апенко М.И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. М.:Наука
1971.-392с.-с.18-21.
4. Афанасьев В.А. Оптические измерения. М.: Высшая школа,
1981.-229с.-с.125-126.
5. ГОСТ 3514-94. Стекло оптическое бесцветное. Технические
условия. М.: Госстандарт. - 28с.
6. ГОСТ 3518-94. Стекло оптическое бесцветное. Метод определения оптической однородности на коллиматорной установке. М.:
Госстандарт. - 8с.
Изучение оптических свойств кристаллов
Цель работы - изучение специфических оптических свойств кристаллов, применяемых для изготовления оптических деталей и элементов:
- оптической анизотропии ( двойного лучепреломления и поляризации cвета )
- оптической активности ( вращения плоскости поляризации).
При выполнении данной работы студентами решаются задачи:
- определение оптически анизотропных и изотропных оптических материалов ( ОМ ),
- осности оптически анизотропных кристаллов,
- оптического знака кристалла,
- угла поворота плоскости поляризации.
1. Основные положения
В оптическом производстве кристаллы применяют для изготовления оптических деталей и элементов:
- с высоким коэффициентом пропускания света в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах длин волн;
|
|
|
- с более низким и высоким показателем преломления, чем у оптического стекла;
- обладающих двойным лучепреломлением;
- вращающих плоскость поляризации света.
Оптически изотропные кристаллы и стеклообразные ОМ ( оптические органические и неорганические стекла ) имеют показатель преломления, а, следовательно, и скорость распространения света, одинаковые по всем направлениям. Волновая поверхность света-сфера . Все ОМ, обладающие подобным свойством, называются оптически изотропными, к ним относится и целый ряд оптических кристаллов (ОК) кубической симметрии: щелочно-галлоидные (NaCl , LiF, KCl) и полупроводниковые (Si , Ge).
В оптически анизотропных ОК, к которым относятся все остальные ОК, показатель преломления и скорость распространения света зависят от направления, причем луч света, попадая в ОК, делится на два луча: обыкновенный (o) и необыкновенный (е), поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях ( рис. 1.а ). При наблюдении через такие ОК предметов в силу двойного лучепреломления их изображение будет двойным ( рис. 1.б ).
Волновая поверхность света и поверхность показателя преломления для анизотропных ОК будут двойными: для обыкновенных лучей - сфера, для необыкновенных - эллипсоид вращения (рис.2).
|
|
|
В любом оптически анизотропном ОК, в зависимости от его симметрии, имеется одно или два направления, вдоль которых двойное лучепреломление отсутствует. Эти направления называются оптическими осями кристаллов. Различают одноосные и двуосные ОК.
Двулучепреломление в ОК
Рис .1.
Волновые поверхности положительного (а) и отрицательного
(б) одноосного ОК.
Рис .2.
В одноосных кристаллах волновые поверхности света вписываются одна в другую, соприкасаясь в двух диаметрально противоположных точках,
определяющих прохождение оптической оси ОК. Вдоль оптической оси свет не испытывает двулучепреломления. К одноосным ОК относятся кристаллы средней симметрии: гексагональной, тригональной и тетрагональной (SiO2, CaCO3, LiTiO3, LiNbO3, KDP, ADP), характеризуемые двумя показателями преломления: no— обыкновенного луча и ne — необыкновенного луча. К двуосным кристаллам относятся низкосимметричные ОК: ромбической, моноклинной и триклинной ( слюда, гипс ), характеризуемые тремя показателями преломления:
|
|
|
ng - наибольший, nm - средний и np - наименьший.
Различают оптически положительные и отрицательные ОК. Когда Vo > Ve ( или no < ne ) ( рис.2.а ), такие кристаллы называют положительными одноосными кристаллами ( например, кварц SiO2 ) . Если Vo < Ve ( или no > ne )
( рис. 2.б ), обыкновенная волна распространяется медленнее, чем необыкновенная, и такой кристалл называют отрицательным одноосным кристаллом
( например, исландский шпат CaCO3, кристаллы KDP, ADP ).
Если свет падает нормально на параллельную оптической оси грань одноосного кристалла, то необыкновенный луч не преломляется и совпадает по направлению с обыкновенными и падающими лучами. Однако скорости распространения обыкновенного и необыкновенного лучей в этом направлении различны: Vo = с / no , а V е = с / n е. При прохождении обоими лучами расстояния d в кристалле между ними возникает оптическая разность хода D:
D = d ( no - ne ) ( 1 )
|
|
|
4-кратное погасание в оптических кристаллах.
Если на кристалл указанным выше образом падает плоскополяризованный свет, то обыкновенный и необыкновенный лучи когерентны и на выходе из кристалла могут давать интерференционную картину в том случае, если совпадают их плоскости поляризации.
Аналогичный результат получается при произвольно направленном падении достаточно широкого луча света на достаточно тонкую пластинку. Пройдя через кристаллическую пластину, волны приобретают разность фаз
j = 
× d×( no - ne ) ( 2 )
Интенсивность света в случае интерференции выразится
I = I 0 sin 2 2 a sin 2 j / 2,
где I 0 - интенсивность плоскополяризованного света, падающего на кристалл,
a - угол между плоскостью поляризованного света, падающего на кристалл, и плоскостью колебаний в кристалле.
Если кристаллическая пластина находится в диагональном положении так, что sin2 2 a = 1, то явление интерференции проявится наиболее резко. При вращении пластин из оптически анизотропных кристаллов на полный оборот по отношению к проходящему через нее пучку света, 4 раза будет наблюдаться максимальное пропускание света и 4 раза — погасание.
Оптически активные кристаллы ( кварц ).
Оптически активные кристаллы способны вращать плоскость поляризации при прохождении через них плоскополяризованного света, причем угол поворота j пропорционален толщине d оптически активного ОМ.
j = a d , ( 3 )
где a -удельное вращение ( угл. град. / мм ).
Максимальное значение j имеет вдоль оптической оси. Направление вращения плоскости поляризации устанавливается относительно наблюдателя, смотрящего навстречу световому лучу. Если плоскость поляризации поворачивается по часовой стрелке, то ОК называется правовращающим, в обратном лучае - левовращающим. Оптическая активность связана с разложением плоскополяризованного света на две циркулярно-поляризованные волны - одну справым, другую с левым направлением вращения ( рис. 3 ).
= 
пр + лев ,
где 
— электрический вектор плоскополяризованной волны,
пр и лев — электрический вектор правой и левой циркулярно-поляризованных волн с одинаковыми периодами и амплитудами.
Для правовращающих ОК V пр > V лев ; n пр < n лев ,
для левовращающих V пр < V лев ; n пр > n лев .
Угол поворота плоскости поляризации равен половине разности фаз между двумя циркулярно-поляризованными компонентами.
Угол поворота плоскости поляризации j определяется формулой:
j = 
×( n лев - n пр ) , ( 4 )
где l0 — длина волны в вакууме.
Удельное вращение a определяется
a = 
× ( n лев - n пр ) (5)
Разность ( n лев - n пр ) — величина порядка 10-4 или еще меньше.
Вращение плоскости поляризации при прохождении света через кристалл в направлении оптической оси.
а) б)
Расположение векторов в точках вступления волны в кристалл (а) и выходе ее из среды (б).
Рис.3.
Схема наблюдения кристаллов в параллельном поляризованном свете.
S-источник света, П-поляризатор,
А-анализатор, К-кристаллическая пластина.
Рис.4.
Схема наблюдения кристалла в сходящемся поляризованном свете . 
S-источник света, П-поляризатор, А-анализатор,
К-кристаллическая пластина, Л-конденсорные линзы.
Рис.5.
1.1 Методика изучения оптических свойств кристаллов
1.1.1 Определение оптических изотропных и анизотропных оптических материалов
Осуществляется в параллельном поляризованном свете с помощью поляризационного микроскопа МИН-8, работающего по схеме рис. 4. В отсутствие оптически анизотропной пластины интенсивность света, выходящего из оптической системы, определяется законом Малюса
I = I 0 cos 2 g
Здесь g - угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора. Если g = 0, николи параллельны, и наблюдается максимальная интенсивность прошедшего света. Если g = 90°, николи скрещены (плоскости поляризации поляризатора П и анализатора А взаимно перпендикулярны), свет через оптическую систему не проходит, поле зрения темное. Если между скрещенными николями помещена пластина из оптически изотропного материала, то поле зрения остается темным при любых положениях пластин. В случае пластины из оптически анизотропного кристалла, вырезанной не перпендикулярно оптической оси и помещенной между скрещенными николями, поле зрения просветляется. Степень просветления зависит от величины двулучепреломления, а последняя, в свою очередь, — от оптических констант кристалла, от его ориентировки по отношению к оптической оси и от толщины пластины. При вращении этой пластины на 360°, в отличие от пластины из оптически изотропного материала, поле зрения 4 раза светлеет и темнеет.
1.1.2. Определение осности оптически анизотропных кристаллов
Осуществляется в сходящемся поляризованном свете, схема наблюдения в котором показана на рис. 5.
Если через пластину одноосного кристалла, вырезанную перпендикулярно оптической оси, пропустить пучок плоскополяризованных сходящихся в виде конусов лучей, то все лучи, идущие вдоль оптической оси, будут обладать нулевой разностью хода. Поэтому в центре поля зрения микроскопа в скрещенных николях должно получиться темное пятно. Все лучи, одинаково наклоненные к оптической оси, обладают некоторой одинаковой разностью хода и образуют коническую поверхность равного хода. В результате интерференции лучей света, проходящих через кристаллическую пластину под всевозможными углами, возникают характерные интерференционные картины, называемые коноскопическими фигурами. Вид коноскопической фигуры зависит от симметрии кристалла, от ориентации пластины относительно кристаллографических осей, от толщины пластины и от величины его двулучепреломления, а также от апертуры и спектрального состава света.
Коноскопические фигуры состоят из изогир и изохром. Изогирами называются темные полосы, все точки которых соответствуют тем направлениям в кристалле, по которым распространяются лучи с колебаниями, параллельными плоскостям поляризации скрещенных николей. Изохромами называются темные и светлые полосы, каждая из которых соответствует направлениям одинаковой разности хода.
Характерная коноскопическая фигура одноосного кристалла, вырезанного перпендикулярно к оптической оси, имеет вид черного креста из двух изогир и серии концентрических темных и светлых колец ( рис. 6а ).
Коноскопические фигуры двуосных кристаллов несколько сложнее (рис.6б ).
1.1.3. Определение оптического знака кристалла
Сводится к определению наименований осей в коноскопических фигурах с помощью кварцевого клина, вырезанного параллельно оптической оси, методом “бегущих полосок”. В случае оптически положительного одноосного кристалла, при вдвигании клина его тонким концом вперед, интерференционные кольца в квадратах креста, расположенных вдоль клина, смещаются от центра к периферии. В двух других квадратах кольца смещаются от периферии к центру. Данное смещение связано с возрастанием оптической разности хода D с увеличением толщины пластины. Кольца будут тем чаще, чем толще пластина и чем больше двулучепреломление.
1.1.4. Определение вращения плоскости колебаний поляризованного света
Осуществляется в параллельном поляризованном свете со скрещенными николями на полную темноту, если между ними внести пластину из оптически активного кристалла. При этом наблюдается просветление поля.
Коноскопическая фигура одноосного кристалла.
а)
Коноскопические фигуры для двухосного кристалла.
б)
Рис.6
Поворотом анализатора на некоторый угол поле снова устанавливается на темноту. Величина угла и направление поворота анализатора от первоначального положения и определит величину и направление поворота плоскости колебаний.
1.2. Поляризационный микроскоп МИН-8
Поляризационный микроскоп МИН-8 предназначен для исследования прозрачных объектов в проходящем обыкновенном и параллельном и сходящемся поляризованном свете. От источника света 1 ( рис. 7 ) лучи, пройдя линзы 2 и 4, падают на призму 5, в которой они преломляются и направляются в поляризатор 7, откуда выходят поляризованным пучком. Далее, пройдя через апертурную диафрагму 8, поляризованные лучи падают на один из двух сменных конденсоров 9 и освещают исследуемый объект. От объекта лучи направляются в объектив 12, затем в анализатор 14 и монометрический светофильтр 15 и дальше идут либо непосредственно в окуляр 19 ( при наблюдении в параллельном поляризованном свете ), либо в тот же окуляр 11, но через линзу Бертрана (при наблюдении в сходящемся поляризованном свете). Откидная линза Лазо 10 включается в ход лучей при работе в сходящемся поляризованном свете с объективами 20r0, 40; 40r0,15; 60r0,85. Между объективом и анализатором в ход лучей может быть введен компенсационный кварцевый клин; компенсационная кварцевая пластина 14 первого порядка.
При работе с объективами 9r0,20 и выше диафрагма 8 в конденсаторе служит в качестве апертурной диафрагмы, поэтому диафрагма 6 в этом случае должна быть полностью открыта. При работе с объективом 3,5r0,10 в качестве апертурной служит диафрагма 6, поэтому диафрагма 8 в этом случае должна быть полностью открыта.
2. Порядок выполнения работы
2.1. Исследование кристаллов в параллельном свете.
2.1.1. Определение угла поворота плоскости поляризации.
-изменить толщину исследуемых пластин;
- установить объектив 3,5r0,10;
- выключить из хода лучей откидную линзу Лазо поворотом рукоятки;
- повернуть диск с тремя монокристаллическими светофильтрами и одним свободным отверстием, чтобы лучи проходили через свободное отверстие;
- выключить линзу Бертрана;
- включить осветитель;
-скрестить николи на полную темноту;
- поставить на поворотный столик исследуемую пластину и наблюдать просветление активного кристалла;
- повернуть анализатор снова на темноту;
- определить величину угла и направление поворота анализатора;
- произвести измерение угла вращения плоскости поляризации, используя монохроматические фильтры для пропускания света с длиной волны 486, 589 и 620 нм;
- произвести расчет постоянной вращения исследуемых ОМ .
2.1.2 Определение изотропных и анизотропных ОМ.
- настройка микроскопа, как в п. 2.1.1;
-установить на поворотный столик исследуемую пластину и, вращая столик, наблюдать четырехкратное просветление и потемнение поля зрения при повороте столика на 360° в случае оптически анизотропного ОК. Сравнить с пластиной из стекла.
Оптическая схема поляризационного микроскопа МИН-8.
рис.7
2.1.3. Определение осности оптически анизотропного ОК.
-установить объектив 60r0,85 или 40r0,65;
- включить в ход лучей откидную линзу Лазо поворотом рукоятки;
- включить линзу Бертрана вращением барашка;
- включить осветитель;
- скрестить николи на полную темноту;
- установить на поворотный столик исследуемую пластину и наблюдать коноскопическую фигуру, произведя подвижкой окуляра при вращении нактанного кольца фокусировку на резкость;
-определить по коноскопическим фигурам осность кристаллов, из которых изготовлена пластина;
- вращая столик, наблюдать смещение и подвижность темного креста при отклонении плоскости среза пластины от перпендикуляра к оптической оси у оптически однородных ОК.
2.1.4. Определение оптического знака ОК.
- настройка микроскопа, как в п. 2.1.3;
вставить в прорезь тубуса микроскопа, расположенную под углом 45° к плоскости симметрии микроскопа, кварцевый клин, представляющий собой клинообразную пластинку кварца, вырезанную параллельно оптической оси, и наблюдать направление смещения интерференционных колец в квадратах коноскопической фигуры, расположенных вдоль клина при перемещении кварцевого клина тонким концом вперед;
- определить оптический знак кристалла в исследуемых пластинах.
3. Содержание отчета.
Специфические оптические свойства ОК - двойное лучепреломление и вращение плоскости поляризации ( рис.1-3 ).
Схемы наблюдения кристалла в параллельном и сходящемся поляризованном свете ( рис. 4-5 ).
Оптическая схема поляризационного микроскопа МИН-8.
Таблица с результатами выполненных исследований.
Выводы по результатам работы.
Таблица.1
| ОК | Срез пластины | l, нм | a, град/мм | Вид оптически активного ОК | Осность и знак опически анизотроп-ного ОК | Коноско-пическая фигура |
| Кварц | Z | 486 | ||||
| Кварц | Z | 589 | ||||
| Кварц | Z | 620 |
4. Контрольные вопросы.
1 .Специфические оптические свойства ОК.
2. Двойное лучепреломление в ОК.
3. Оптически изотропные и анизотропные ОК.
4. Одноосные и двуосные ОК.
5. Волновые поверхности света одноосных ОК.
6. Оптически положительные и отрицательные одноосные кристаллы.
7. 4-кратное просветление и потемнение при вращении оптически анизотропной пластины в параллельном поляризованном свете.
8. Оптически активные кристаллы.
9. Факторы, определяющие значение постоянной вращения.
10. Различие естественного и поляризованного света.
11. Прибор для изучения оптических свойств кристаллов.
12. Особенности поляризационного микроскопа.
13. Назначение поляризатора и анализатора.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петровский Г.Т. Оптические материалы. Возможности оптического материаловедения в современности и перспективе. // ОМП.-1988.-12-стр.61-65.
2. Най Дж. Физические свойства кристаллов.—М..: Мир, 1967, 386 с.
3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики.—М.: Наука, 1970, 856 с.
4. Шафрановский И.И , Алявдин В.Ф. Краткий курс кристаллографии.—М.: Высшая школа, 1989, 120 с.
5. Сиротин Ю.И., Шокальская М.П. Основы кристаллофизики.-М.: Наука, 1979, 639 с.
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ
Цель лабораторной работы - изучение микротвердости оптических материалов, применяемых для изготовления оптических деталей, установление влияния их химического состава и структуры на их микротвердость.
В процессе выполнения лабораторной работы студенты должны изучить методику измерения микротвердости различных оптических материалов от их химического состава и структуры.
2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Твердость оптического материала - это способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела. Она зависит от химического состава, структуры и состояния поверхности оптического материала. Твердость - очень важное технологическое и эксплуатационное свойство оптических материалов , от которого зависят не только режимы и условия их механической обработки на различных операциях резки, сверления, шлифования и полирования оптических деталей, но и качество их сохранения при эксплуатации оптико-электронных приборов. Более твердые оптические материалы медленнее сошлифовываются при абразивной обработке, более износостойки в процессе эксплуатации и не требуют защитных износостойких покрытий.
В зависимости от способа определения различают следующие виды твердости : склерометрическая (твердость при царапании); абразивная (твердость по сошлифовыванию); микротвердость (твердость при вдавливании). Микротвердость оптических материалов изменяется в широких пределах :
оптические стекла - (288-785)·107 Па;
оптические кристаллы - (5 -1370) ·107 Па,
и зависит от химического состава и структуры.
Из оптических стекол наиболее твердыми являются кварцевое стекло и кроны. С увеличением содержания окислов щелочных металлов твердость стекол снижается. Наиболее мягкими являются флинты, содержащие большое количество окиси свинца.
Из оптических кристаллов наименее твердыми являются щелочно-галлоидные кристаллы ( K Br, K Cl, Na C l , Ca F2 ), наиболее твердыми - кристаллы окислов ( Al2 О3,, Si O2 ) .
2.1. Методика измерения микротвердости
Микротвердость определяют путем вдавливания в оптический материал под нагрузкой алмазной пирамиды Виккерса с квадратным основанием и углом между гранями, равным 136°, при нагрузке не более 1,962Н (200 гс). На поверхности образца из хрупкого оптического матеиала в результате этого образуется квадратный микроотпечаток , размер которого зависит от величины нагрузки и твердости образца ( рис. 2.1).
Форма отпечатка
Рис.(2.1.).
Длину диагонали отпечатка измеряют при помощи микроскопа, имеющего окулярный микрометр. Длина такой диагонали у хрупких оптических материалов не должна превышать 10 мкм, так как при отпечатках больших размеров могут появляться следы хрупкого разрушения, затрудняющие измерения.
Число микротвердости определяют делением приложенной к алмазной пирамиде нормальной нагрузки в ньютонах ( килограмм-силах ) на условную поверхность боковой поверхности, полученного отпечатка в квадратных миллиметрах. Для четырехгранной пирамиды с квадратным основанием число микротвердости Н следует вычислять по формуле :
, ( 1 )
где P - нормальная нагрузка, приложенная к алмазной пирамиде, Н (кгс);
S - условная площадь боковой поверхности полученного отпечатка, мм2;
a - угол заострения алмазной пирамиды, °;
d - среднее арифметическое длины обеих диагоналей квадратного отпечатка, мм.
Глубина внедрения пирамиды h при этом составляет
, ( 2 )
2.2. Микротвердомер ПМТ-3 .
Для измерения микротвердости алмазной пирамидой применяют микротвердомер ПМТ-3, который представляет собой микроскоп с нагружающим механизмом.
Микроскоп предназначен для наблюдения исследуемого образца из оптического материала и измерения линейной величины диагонали полученного отпечатка. На основании микроскопа закреплен предметный столик, верхняя часть которого с установленным образцом может перемещаться в двух взаимно-перпендикулярных направлениях с помощью микрометрических винтов. Рукояткой можно поворачивать столик до упора. На основании микроскопа смонтирована колонка, имеющая снаружи ленточную резьбу для перемещения в вертикальном направлении кронштейна с тубусом микроскопа. В кронштейне размещены механизмы грубого и тонкого движения тубуса.
Нагружающий механизм состоит из штока, установленного на двух пружинах, уравновешивающих его собственную массу. В нижний конец штока вставляется оправка с алмазной пирамидой, а на утолщенной части расположен груз ( из разновеса ). Для получения отпечатка шток опускают плавным вращением рукоятки арретира против часовой стрелки.
К микротвердомеру приложены два объектива, имеющие следующие характеристики :
первый - F=6,16 ; A=0,65 ; 487- кратное увеличение ;
второй - F=23,2 ; A=0,17 ; 135- кратное увеличение;
3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
3.1. Определение цены деления винтового барабанчика окулярного микрометра
Перед определением микротвердости необходимо :
1. Перемещением оправы главной линзы установить окуляр на резкое изображение сетки.
2. Поместить на предметный столик объект-микрометр и перемещением тубуса механизмами грубого и тонкого движения установить резкое изображение объект-микрометра, который нужно повернуть так, чтобы его штрихи были параллельны штрихам подвижной шкалы окулярного микрометра.
3. Совместить перекрестие подвижной сетки окулярного микрометра с изображением штриха объект-микрометра и снять отсчет по барабанчику окулярного микрометра. Вращением барабанчика сместить перекрестие подвижной сетки на возможно большее число шкалы объект-микрометра и снова снять отсчет по барабанчику окулярного микрометра ( рис. 3.1. ).
Цена деления барабанчика окулярного микрометра E определяется по формуле :
, ( 3 )
где T - число делений объект-микрометра,
z - цена деления объект-микрометра,
A - разность отсчетов по барабанчику окулярного микрометра.
Определение цены деления барабанчика окуляра микрометра
Примечание : Неподвижная шкала , находящаяся в поле зрения, условно не показана .
Рис.3.1.
3.2. Определение микротвердости
После подготовки микротвердомера определяют микротвердость образцов исследуемых оптических материалов. Микротвердость определяют на полированных образцах в следующем порядке :
1. Закрепить образец при помощи пластилина строго параллельно к рабочей плоскости предметного столика.
2. Выбрать место на образце для получения отпечатка.
3. Установить на шток выбранный груз.
4. Плавно повернуть предметный столик, подводя образец под алмазную пирамиду.
5. Отпустить шток, медленно поворачивая ручку арретира в течение 10-15 секунд , и сделать отпечаток алмазной пирамиды с выдержкой не менее 3 секунд.
6. Подняв шток в исходное положение, вернуть предметный столик в исходное положение.
7. Измерить диагональ отпечатка, для чего отпечаток на образце при помощи винтов столика и измерительного барабанчика подводят к перекрестию так, чтобы две стороны перекрестия прилегали к третьей стороне отпечатка, и производят отсчёт по барабанчику окуляр-микрометра. Затем вращением измерительного барабанчика перекрестие совмещают с двумя другими сторонами отпечатка и производят второй отсчет по барабанчику ( рис. 3.2. ). Разность отсчетов, умноженная на цену деления, дает истинную величину диагонали отпечатка.
8. Определить по табл. 1 микротвердость, приняв за число микротвердости среднее из трех измерений.
Измерение диагонали отпечатка
Рис.3.2.
Таблица 3.1.
Числа микротвердости при испытании алмазной пирамидой с углом при вершине 136°
| диаг. отпечатка, | числа микротвердости, ГПа | |||||||||
| мкм | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 0 | - | - | - | - | - | - | 50,52 | 37,12 | 28,42 | 22,45 |
| 10 | 18,19 | 15,03 | 12,63 | 10,76 | 9,28 | 8,08 | 7,11 | 6,29 | 5,61 | 5,04 |
| 20 | 4,55 | 4,12 | 3,76 | 3,44 | 3,16 | 2,91 | 2,69 | 2,50 | 2,32 | 2,16 |
| 30 | 2,02 | 1,89 | 1,78 | 1,67 | 1,57 | 1,49 | 1,40 | 1,33 | 1,26 | 1,20 |
| 40 | 1,14 | 1,08 | 1,03 | 0,98 | 0,94 | 0,90 | 0,86 | 0,82 | 0,79 | 0,76 |
| 50 | 0,73 | 0,70 | 0,67 | 0,65 | 0,62 | 0,60 | 0,58 | 0,56 | 0,54 | 0,52 |
| 60 | 0,51 | 0,49 | 0,47 | 0,46 | 0,44 | 0,43 | 0,42 | 0,41 | 0,39 | 0,38 |
Примечание : Таблица составлена для нагрузки 0,98Н ( 100 гс ); при других нагрузках число микротвердости, полученное из этой таблицы, умножают на частное от деления выбранной нагрузки на 0,98Н ( 100 гс ).
9. Результаты измерений записывают в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Результаты измерений микротвердости
| Оптиче-ский материал | Нагрузка на образец, Р | Цена деления измерительно-го барабанчика |
Длина диагонали отпечатка | Микротвер-дость, ГПа | ||
| ¾ | Н ( кгс ) | мкм | делений | мкм | изм. | табл. |
10. Сравнить результаты измерений микротвердости оптических материалов с табличными значениями для данных материалов.
11. Построить зависимость микротвердости силикатных оптических стекол от содержания окислов.
4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
1. Основные положения о твердости оптических материалов и методике измерения микротвердости.
2. Краткое описание микротвердометра ПМТ-3.
3. Результаты измерений микротвердости оптических материалов.
4. График зависимости микротвердости оптических стекол от природы и процентного содержания окислов.
5. Выводы, объясняющие полученные результаты.
5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. понятие твердости оптического материала.
2. Способы определения и виды твердости оптических материалов.
3. Технологическое значение твердости оптического материала.
4. Эксплуатационное значение твердости оптического материала.
5. Единица измерения микротвердости.
6. Назовите наиболее мягкие оптические материалы.
7. Назовите наиболее твердые оптические материалы.
8. Какие окислы увеличивают твердость оптического стекла?
9. Какие окислы уменьшают твердость оптического стекла?
10. Назовите прибор для определения микротвердости оптического материала.
11. Назначение микроскопа в микротвердомере ПМТ-3.
12. Определение цены деления винтового барабанчика окулярного микрометра.
13. Порядок измерения микротвердости оптического материала.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник технолога – оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др. , Под ред. М.А. Окатова. – СПб. Политехника, 2004г. , 679с.
2. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. ГОСТ 9450-76.
3. Микротвердомер ПМТ-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Л.: ЛОМО, 1980 - 28с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Определение показателя преломление оптических материалов и иммерсионных
жидкостей.................................................................................................................3
Исследование оптической однородности оптических материалов......................11
Изучение оптических свойств кристаллов............................................................23
Изучение микротвердости оптических материалов..............................................35
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Автор: Дюжиков В.И.
Оптическое материаловедение: лабораторный практикум по оптическим
материалам.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 318; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!