Время жизни катодных пятен на поверхности титана при возбуждении микроплазменного разряда (2022)
Экспериментально исследована структура свечения микроплазменного разряда, инициируемого в вакууме импульсным потоком внешней плазмы на поверхности титанового образца, покрытого естественной сплошной оксидной пленкой толщиной 2–6 нм. При воздействии плазмы с плотностью около 1013 см–3 и электронной температурой 10 эВ на поверхность образца, с отрицательным потенциалом 400 В относительно потенциала плазмы, внешняя поверхность оксидной пленки приобретает положительный электрический заряд в результате потока ионов из плазмы. При этом внутри диэлектрической пленки возникает сильное электрическое поле около 4 МВ/см. Электрический пробой между заряженной поверхностью пленки и металлом инициирует возбуждение микроплазменного разряда на поверхности титана. Интегральное свечение микроплазменного разряда в макромасштабе представляет собой разветвленную структуру типа дендрита, которая в микромасштабе состоит из большого количества ярко светящихся «точечных» образований – локализованных на поверхности металла катодных пятен и свечения ореола вокруг них. С помощью высокоскоростного фоторегистратора IMACON-468 исследован фрагмент поверхности титана площадью 0,50,4 мм2 в области свечения катодных пятен. На основе анализа оптического свечения катодных пятен на 7 последовательных кадрах фоторегистратора с экспозицией каждого кадра 100 нс и интервалом между кадрами 400 нс рассчитано ожидаемое «время жизни» катодных пятен в интервале значений 0,50,2 мкс. По пространственному распределению свечения микроразрядов определено, что средний диаметр катодных пятен составляет величину около 164 мкм, при этом средний размер светящегося ореола вокруг отдельного катодного пятна достигает значения 100 мкм.
The structure of the glow of a microplasma discharge initiated in vacuum by a pulsed flow of external plasma on the surface of a titanium sample coated with a natural 2–6-nm-thick oxide film has been experimentally investigated. When a plasma with a density of about 1013 cm–3 and an electron temperature of 10 eV interacts with a sample under a negative po-tential of –400 V relative to the plasma potential, the outer surface of the oxide film acquires a positive electric charge as a result of the flow from the plasma. In this case, a strong electric field of about 4 MV/cm arises inside the dielectric film. An electrical breakdown between the charged surface of the film and the metal initiates the excitation of a microplasma discharge on the surface of titanium. The integral glow of a microplasma discharge at the macroscale is a branched structure of the dendrite type, which at the microscale consists of a large number of brightly glowing “point” formations – cathode cells localized on the metal surface. Using the IMACON-468 high-speed photo recorder, a fragment of the titanium surface with an ar-ea of 0.50.4 mm2 in the area of the cathode spots glow was studied. Based on the analysis of the optical glow of cathode spots on 7 consecutive frames of the high-speed photo recorder with an exposure of each frame of 100 ns and an interval between frames of 400 ns, the expected “lifetime” of cathode spots in the range of values of 0.50.2 microseconds is calculat-ed. According to the spatial distribution of the glow of micro-discharges, it was determined that the average diameter of the cathode spots is about 164 microns, while the average size of the luminous halo around a single cathode spot reaches a value of 100 microns.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2022-10-5-425-439
- eLIBRARY ID
- 49616636
В результате экспериментальных исследований установлено, что в вакууме при воздействии потока водородной плазмы плотностью 21013 см–3 и электронной температурой 10 эВ на титане, покрытом естественной оксидной пленкой толщиной 6 нм, происходит возбуждение микроплазменного разряда на поверхности титана. Структура свечения микроплазменного разряда имеет характерную разветвленную пространственную форму типа дендрита. При этом на интегральных фотографиях микроплазменного разряда вид-но, что в микромасштабе свечение представляет собой множество локализованных плазменных объектов, которые практически не перемещаются в течение времени существования микроплазменного разряда. Среднее ожидаемое время жизни катодных пятен в разрядах на титане с тонкой оксидной плёнкой находится в интервале (0,50,2) мкс. Исследование микроструктуры фрагмента микроплазменного разряда с пространственным увеличением около 100 с помощью фоторегистратора с IMACON-468 в режиме регистрации 7 последовательных кадров (длительность каждого кадра 100 нс, пауза между двумя последовательными кадрами 400 нс) показало, что микроплазменный разряд состоит из множества катодных пятен, средний размер которых составляет (164) мкм.
Полученные новые экспериментальные данные подтверждают предложенный нами ранее [17, 24] механизм прыжкового распространения микроплазменного разряда в виде многочисленных локальных циклических процессов возникновения, горения и последующего погасания новых катодных пятен на поверхности металла с тонкой оксидной пленкой. При этом плазма предшествующих горящих катодных пятен заряжает диэлектрическую пленку в окрестности до 30 мкм локализации этих пятен, и возникающее при этом сильное локальное электрическое поле иницирует электрический пробой пленки и образование новых микроразрядов и катодных пятен в окрестности своей локализации в тех местах, где напряжённость электрического поля максимальна. В макромасштабе микроплазменный разряд распространяется по поверхности титана, покрытого тонкой оксид-ной плёнкой толщиной 2–6 нм, со скоростью до 15 м/с при токе разряда 50 А.
Исследования выполнены в рамках государственного задания «Фундаментальные ос-новы плазменных и микроволновых технологий» и представляют как фундаментальный, так и прикладной интерес, поскольку титан с естественной оксидной пленкой применяется в медицине и особенно широко в ортопедической стоматологии, где с помощью микроплазменных разрядов на титане возможно создание прочного микрорельефа с заданными свойствами.
Список литературы
- Иванов В. А., Сахаров А. С., Коныжев М. Е. Инициирование микроплазменных разрядов на краю диэлектрической пленки, нанесенной на поверхность металла // Физика плазмы. 2008. Т. 34. № 2. С. 171.
- Ivanov V. A., Sakharov A. S., Konyzhev M. E. “Plasma initiation of vacuum arcs on a metal surface partially covered with a dielectric film,” 2008 23rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Bucharest. 2008. Vol. 2. P. 575–578. https://doi.org/10.1109/DEIV.2008.4676859
- Иванов В. А., Коныжев М. Е., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г., Сахаров А. С., Дорофеюк А. А., Камолова Т. И., Сатунин С. Н., Летунов А. А. Воздействие микроплазменных разрядов на поверхность алюминия // Прикладная физика. 2010. № 6. С. 57. https://applphys.orion-ir.ru/appl-10/10-6/PF-10-6-57.pdf
- Иванов В. А., Коныжев М. Е., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г., Сахаров А. С., Камолова Т. И., Дорофеюк А. А., Сатунин С. Н. Сильное локализованное взаимодействие микроплазменных разрядов с титаном // Прикладная физика. 2009. № 6. С. 76. https://applphys.orion-ir.ru/appl-09/09-6/PF-09-6-76.pdf
- Иванов В. А., Коныжев М. Е., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г., Хренникова И. А. Влияние микроплазменной обработки на структуру, микрогеометрию поверхности и триботехнические характеристики конструкционных сплавов // Трение и износ. 2009. Т. 30. № 4. С. 396.
- Иванов В. А., Сахаров А. С., Коныжев М. Е. Формирование сильного электрического поля, приводящего к возбуждению микроплазменных разрядов на краю диэлектрической пленки на металле в потоке плазмы // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1. № 6. С. 697.
https://advance.orion-ir.ru/UPF-13/6/UPF-1-6-697.pdf - Stamate M. D. On the dielectric properties of dc magnetron TiO2 thin films // Applied Surface Science. 2003. Vol. 218. Issues 1–4. P. 317.
https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00624-X - Oja Acik I., Mere A., Krunks M., Nisumaa R., Solterbeck C.-H., Ec-Souni M. Structural and electrical characterization of TiO2 films grown by spray pyrolysis // Thin Solid Films. 2006. Vol. 515. Issue 2. P. 674.
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.12.243 - Ivanov V. A., Sakharov A. S., Konyzhev M. E., Kamolova T. I., Dorofeyuk A. A., Kuksenova L. I. Microplasma discharges exited by a plasma flow on constructional metals // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 907(1). Р. 012023.
https://doi.org/10.1088/1742-6596/907/1/012023 - Ivanov V. A., Konyzhev M. E., Kuksenova L. I., Lapteva V. G., Khrennikova I. A. Strengthening surface layers of samples made of steel 45 using microplasma treatment // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2015. Vol. 44. № 4. Р. 384. https://doi.org/10.3103/S1052618815040032
- Ivanov V. A., Konyzhev M. E., Kuksenova L. I., Lapteva V. G., Alekseeva M. S., Khrennikova I. A., Letunov A. A., Sakharov A. S., Kamolova T. I., Dorofeyuk A. A., Satunin S. N. Creation of a Hard Microrelief on a Titanium Surface Processed by Microplasma Discharges with a Current Amplitude of 200 A and Pulse Duration of 20 ms // Plasma Physics Reports. 2012. Vol. 38. № 13. P. 1105.
https://doi.org/10.1134/S1063780X12080144 - Ivanov V. A., Kuksenova L. I., Lapteva V. G., Konyzhev M. E. Application of the microplasma method for strengthening of the near-surface layer of samples made from steel 45 // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2008. Vol. 37. № 3. P. 278. https://doi.org/10.3103/S1052618808030126
- Димитрович Д. А., Бычков А. И., Иванов В. А. Влияние физических методов обработки поверхности титана на рост колоний клеток костной биологической ткани // Прикладная физика. 2009. № 2. С. 35.
- Ivanov V. A., Kuksenova L. I., Lapteva V. G., Konyzhev M. E. The effect of microplasma treatment on the properties of a near-surface layer in specimens of a Ni-Cr alloy // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2007. Vol. 36. № 6. P. 569. https://doi.org/10.3103/S1052618807060118
- Textor Marcus, Sittig Caroline, Frauchiger Vincent, Tosatti Samuele, Brunette Donald M. Properties and Biological Significance of Natural Oxide Films on Titanium and Its Alloys: In book: Titanium in Medicine (pp. 171–230) Springler, January 2001. https://doi.org/10.1007/978-3-642-56486-4_7
- Sittig C., Textor M., Spencer N. D., Wieland M., Vallotton P. H. Surface characterization of implant materials CP Ti, Ti–6Al–7Nb and Ti–6Al–4V with different pre-treatments // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 1999. Vol. 10. Р. 35. https://doi.org/10.1023/a:1008840026907
- Иванов В. А., Коныжев М. Е., Камолова Т. И., Дорофеюк А. А. Распространение микроплазменного разряда по поверхности титана, покрытого тонкой диэлектрической пленкой // Успехи прикладной физики. 2020. Т. 8. № 4. С. 239. https://advance.orion-ir.ru/UPF-20/4/UPF-8-4-239.pdf
- Vacuum Arcs: Theory and Application, Ed. by J. M. Lafferty. – New York: Wiley, 1980.
- Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots To Energetic Condensation (Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics). Vol. 50. – New York, NY, USA: Springer–Verlag, 2008.
- Иванов В. А. Тpехэлектpодный несимметpич-ный зонд для непpеpывного измеpения темпеpатуpы и плотности плазмы // Кpаткие сообщения по физике ФИАН. 1988. № 6. С. 33.
- Ivanov V. A. Triple Probe Method for Characteri-zation of Arc Cathode Plasmas // Akademie der Wis-senshaften der DDR, Zentralinstitut fur Electronenphysik. Preprint 85–1. Pp. 1–9.
- Ivanov V. A., Juttner B., Pursch H. Time Resolved Measurmenters of Arc Cathode Plasma in Vacuum / Proceedings XI th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 1984. Berlin, DDR. Vol. 1. P. 157–160.
- Ivanov V. A., Juttner B., Pursch H. “Time-Resolved Measurements of the Parameters of Arc Cathode Plasmas in Vacuum” // IEEE Transactions on Plasma Science. 1985. Vol. 13. № 5. P. 334. https://doi.org/10.1109/TPS.1985.4316432
- Иванов В. А., Коныжев М. Е., Камолова Т. И., Дорофеюк А. А. Характер распространения микроплазменных разрядов по поверхности титана, покрытого тонкой оксидной пленкой // Успехи прикладной физики. 2021. Т. 9. № 6. С. 449.
https://doi.org/10.51368/2307-4469-2021-9-6-449-463 - Иевлев В. М., Кущев С. Б., Латышев А. Н., Овчинников О. В., Леонова Л. Ю., Смирнов М. С., Синельников А. А., Возгорьков А. М., Ивкова М. А. Люминесценция тонких пленок диоксида титана // Конденсированные среды и межфазные границы. 2012. Т. 14. № 2. С. 141.
- Сериков Т. М., Ибраев Н. Х., Исайкина О. Я., Савилов С. В. Нанокристаллические пленки TiO2: синтез, низкотемпературные люминесцентные и фотовольтаические свойства // Журнал неорганической химии. 2021. Т. 66. № 1. С. 107.
- Botov M. A., Kuznetsov A. Yu., Sobolev A. B. Near-surface centers of luminescence in titanium dioxide // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2466. Р. 030008. https://aip.scitation.org/doi/epdf/10.1063/5.0088939
- V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, and M. E. Konyzhev, “Initiation of microplasma discharges at the edge of a dielectric film deposited on a metal surface,” Plasma Physics Reports 34 (2), 150 (2008). https://doi.org/10.1134/S1063780X08020074
- V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, and M. E. Konyzhev, “Plasma initiation of vacuum arcs on a metal surface partially covered with a dielectric film,” 2008 23rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum, Bucharest 2, 575 (2008). https://doi.org/10.1109/DEIV.2008.4676859
- V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, A. S. Sakharov, A. A. Dorofeyuk, T. I. Kamolova, S. N. Satunin, and A. A. Letunov, “Effect of Microplasma Discharges on Aluminum Surfaces,” Plasma Physics Reports 37 (13), 1230 (2011).
https://doi.org/10.1134/S1063780X11060109 - V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, A. S. Sakharov, T. I. Kamolova, A. A. Dorofeyuk, and S. N. Satunin, “Strong Localized Interaction of Microplasma Discharges with Titanium”, Plasma Physics Reports 36 (13), 1241 (2010). https://doi.org/10.1134/S1063780X10130258
- V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, and I. A. Khrennikova, “Influence of microplasma machining on the surface structure and microgeometry and tribological behavior of structural alloys”, Journal of Friction and Wear 30 (4), 290 (2009). https://doi.org/10.3103/S1068366609040114
- V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, and M. E. Konyzhev, “Formation of a strong electric field resulting in the excitation of microplasma discharges at the edge of a dielectric film on a metal in a plasma flow”, Plasma Physics Reports 42 (6), 619 (2016).
https://doi.org/10.1134/S1063780X16060039 - M. D. Stamate, “On the dielectric properties of dc magnetron TiO2 thin films”, Applied Surface Science 218 (1–4), 317 (2003). https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00624-X
- I. Oja Acik, A. Mere, M. Krunks, R. Nisumaa, C.-H. Solterbeck, and M. Ec-Souni, “Structural and electrical characterization of TiO2 films grown by spray pyrolysis”, Thin Solid Films 515 (2), 674 (2006). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2005.12.243
- V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, M. E. Konyzhev, T. I. Kamolova, A. A. Dorofeyuk, and L. I. Kuksenova, “Microplasma discharges exited by a plasma flow on constructional metals”, Journal of Physics: Conference Series 907 (1), 012023 (2017).
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/907/1/012023/pdf - V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, and I. A. Khrennikova, “Strengthening surface layers of samples made of steel 45 using microplasma treatment”, Journal of Machinery Manufacture and Reliability 44 (4), 384 (2015). https://doi.org/10.3103/S1052618815040032
- V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, M. S. Alekseeva, I. A. Khrennikova, A. A. Letunov, A. S. Sakharov, T. I. Kamolova, A. A. Dorofeyuk, and S. N. Satunin, “Creation of a Hard Microrelief on a Titanium Surface Processed by Microplasma Discharges with a Current Amplitude of 200 A and Pulse Duration of 20 ms”, Plasma Physics Reports 38 (13), 1105 (2012).
https://doi.org/10.1134/S1063780X12080144 - V. A. Ivanov, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, and M. E. Konyzhev, “Application of the microplasma method for strengthening of the near-surface layer of samples made from steel 45”, Journal of Machinery Manufacture and Reliability 37 (3), 278 (2008). https://doi.org/10.3103/S1052618808030126
- D. A. Dimitrovich, A. I. Bychkov, and V. A. Ivanov, “Influence of physical methods of titanium surface treatment on the growth of colonies of cells of bone biolog-ical tissue”, Applied Physics, No. 2, 35 (2009) [in Russian].
- V. A. Ivanov, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, and M. E. Konyzhev, “The effect of microplasma treatment on the properties of a near-surface layer in specimens of a Ni-Cr alloy”, Journal of Machinery Manufacture and Reliability 36 (6), 569 (2007).
https://doi.org/10.3103/S1052618807060118 - Marcus Textor, Caroline Sittig, Vincent Frauchiger, Samuele Tosatti, and Donald M. Brunette, Proper-ties and Biological Significance of Natural Oxide Films on Titanium and Its Alloys: In book: Titanium in Medicine (pp. 171–230) Springler, January 2001. https://doi.org/10.1007/978-3-642-56486-4_7
- C. Sittig, M. Textor, N. D. Spencer, M. Wieland, and P. H. Vallotton, “Surface characterization of implant materials CP Ti, Ti–6Al–7Nb and Ti–6Al–4V with different pretreatments”, Journal of Materials Science: Materials in Medicine 10, 35 (1999). https://doi.org/10.1023/a:1008840026907
- V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, T. I. Kamolova, and A. A. Dorofeyuk, “Propagation of Microplasma Discharge over Titanium Surface Covered with Thin Dielectric Film”, Plasma Physics Reports 47 (6), 603 (2021). https://doi.org/10.1134/S1063780X21060076
- Vacuum Arcs: Theory and Application, Ed. by J. M. Lafferty. (Wiley, New York, 1980).
- A. Anders, Cathodic Arcs: From Fractal Spots To Energetic Condensation (Springer Series on Atomic, Optical, and Plasma Physics). Vol. 50. New York, NY, USA: Springer–Verlag, 2008.
- V. A. Ivanov, “Three-electrode asymmetric probe for continuous measurement of plasma temperature and density”, Bulletin of the Lebedev Physics Institute, No. 6, 33 (1988).
- V. A. Ivanov, “Triple Probe Method for Charac-terization of Arc Cathode Plasmas”, Akademie der Wis-senshaften der DDR, Zentralinstitut fur Electronenphysik. Preprint 85–1. Pp. 1–9.
- V. A. Ivanov, B. Juttner, and H. Pursch, “Time Resolved Measurmenters of Arc Cathode Plasma in Vacuum”, Proceedings XI th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. 1984. Berlin, DDR. Vol. 1. P. 157–160.
- V. A. Ivanov, B. Juttner, and H. Pursch, “Time-Resolved Measurements of the Parameters of Arc Cathode Plasmas in Vacuum,” IEEE Transactions on Plasma Science 13 (5), 334 (1985). https://doi.org/10.1109/TPS.1985.4316432
- V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, T. I. Kamolova, and A. A. Dorofeyuk, “The characteristics of propagation of microplasma discharges over the surface of titanium coated with a thin oxide film”, Usp. Prikl. Fiz. 9 (6), 449 (2021) [in Russian]; [V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, T. I. Kamolova, and A. A. Dorofeyuk, “The characteristics of microplasma discharge propagation over the titanium surface covered with a thin oxide film”, Plasma Physics Reports, to be published (2022).]
- V. M. Ievlev, S. B. Kushchev, A. N. Latyshev, O. V. Ovchinnikov, L. Yu. Leonova, M. S. Smirnov, A. A. Sinelnikov, A. M. Vozgorkov, and M. A. Ivkova, “Luminescence of thin films of titanium dioxide”, Con-densed media and interphase boundaries 14 (2), 141 (2012) [in Russian].
- T. M. Serikov, N. H. Ibraev, O. Ya. Isaikina, and S. V. Savilov, “Nanocrystalline TiO2 films: synthesis, low-temperature luminescent and photovoltaic properties”, Journal of inorganic chemistry 66 (1), 107 (2021) [in Russian].
- M. A. Botov, A. Yu. Kuznetsov, and A. B. Sobolev, “Near-surface centers of luminescence in titanium dioxide”, AIP Conference Proceedings 2466, 030008 (2022). https://aip.scitation.org/doi/epdf/10.1063/5.0088939
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Иванов В. А., Коныжев М. Е., Камолова Т. И., Дорофеюк А. А.
Время жизни катодных пятен на поверхности титана при возбуждении микроплазменного разряда 425
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Андрейчиков К. С., Астахов В. П., Чеканова Г. В.
Обеспечение стойкости планарных фотодиодных кристаллов из антимонида индия к коротковолновому облучению 440
Овсянников В. А., Овсянников Я. В.
Об оценке конкурентоспособности современных тепловизионных приборов по дальности действия 447
Трофимов А. А., Ухабин О. А., Смирнов А. С., Курепин С. А., Денисов И. А., Гончаров А. Е., Новикова А. А., Можаева М. О., Гладышева К. А., Косякова А. М., Малыгин В. А., Кузнецова С. А., Улькаров В. А., Размахнин И. Д.
Применение полировальных суспензий на основе поликристаллического алмаза детонационного синтеза в высокопрецизионных процессах обработки соединения кадмий-цинк-теллур 459
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Гренадёров А. С., Оскирко В. О., Захаров А. Н., Гончаренко И. М., Работкин С. В., Соловьёв А. А., Семёнов В. А.
Структура и свойства аустенитной стали AISI 316L после безводородного азотирования 469
Денисов Д. Г., Патрикеева А. А., Морозов А. Б.
Анализ статистических характеристик спекл-структуры, формируемой рассеянным лазерным излучением от шероховатой оптической поверхности 480
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Лепешкин С. Н., Молчанов В. В., Шанин Ю. И., Шарапов И. С.
Проектирование, изготовление и испытания гальванометрического сканера 490
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Ivanov V. A., Konyzhev M. E., Kamolova T. I., and Dorofeyuk A. A.
Lifetime of cathode spots on the titanium surface when exciting a microplasma discharge 425
PHOTOELECTRONICS
Andreichikov K. S., Astakhov V. P., and Chekanova G. V.
Provide of planar photodiode crystals from indium antimonide resistance to shortwave irradiation 440
Ovsyannikov V. A. and Ovsyannikov Y. V.
On competitiveness control of modern thermal imaging devices in terms of range 447
Trofimov A. A., Ukhabin O. A., Smirnov A. S., Kurepin S. A., Denisov I. A., Goncharov A. E., Novikova A. A., Mozhaeva M. O., Gladysheva K. A., Kosyakova A. M., Malygin V. A., Kuznetsova S. A., Ul’karov V. A., and Razmakhnin I. D.
Application of polishing suspensions based on polycrystalline diamond detonation synthesis in high-precision processing of cadmium-zinc-telluride 459
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Grenadyorov A. S., Oskirko V. O., Zakharov A. N., Goncharenko I. M., Rabotkin S. V., Solovyev A. A., and Semenov V. A.
Structure and properties of AISI 316l austenitic steel after active screen plasma hydrogen free plasma nitriding 469
Denisov D. G., Patrikeeva A. A., and Morozov A. B.
Analysis of statistical characteristics of the speckle structure, generated by scattered laser radiation from a rough optical surface 480
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
Lepeshkin S. N., Molchanov V. V., Shanin Yu. I., and Sharapov I. S.
Design, manufacture and testing of a galvanometer scanner 490
Другие статьи выпуска
Гальванометрический сканер (гальвосканер) – устройство для осуществления поворота лазерного пучка на определенный угол. В статье рассмотрены как подходы к проектированию элементов гальвосканера (электродвигателя постоянного тока, сканирующего зеркала, датчика угла поворота, платы драйвера управления гальвосканером), так и результаты испытаний его работоспособности после изготовления. Привод зеркала и датчика осуществлялся бесколлекторным моментным электродвигателем постоянного тока с ротором из постоянного сильного магнита, изготовленного из неодима, бора и железа – NdFeB. Зеркала изготавливались из моно-кристаллического кремния и рассчитаны на апертуру входного лазерного пучка 15 мм. Зеркала имеют отражающее покрытие, обеспечивающее коэффициент зеркального отражения R 99,6 % для длины волны лазера = 10801 нм. Разработана конструкция оптического абсолютного датчика угла поворота (энкодер) с применением светодиодов и фотодиодов. При разработке платы управления (драйвера) гальвосканером использована гибридная аналогово-цифровая архитектура, цифровая часть драйвера – цифровой сигнальный процессор.
Гальвосканеры были испытаны на работоспособность по разработанной программе и методике на специальном стенде и оборудовании, изготовленном для испытаний. В результате испытаний основные проектные характеристики (углы сканирования, шаг сканирования, скорость сканирования и позиционная повторяемость, температурное смещение нуля и долговременный дрейф) были превышены.
Исследованы статистические характеристики поля, рассеянного контролируемой шероховатой оптической поверхностью, и определены выражения для контраста спекл-структуры в зависимости от степени монохроматичности излучения лазера ИК-интерферометра. Приведены результаты экспериментальных исследований макетного образца лазерного ИК-интерферометра, построенного по модифицированной функциональной схеме Тваймана–Грина, с рабочей длиной волны излучения = 10,6 мкм и сформулированы рекомендации по выбору его элементной базы.
Работа посвящена плазменному безводородному азотированию аустенитной стали марки AISI 316L (отечественный аналог 03Х17Н14М3). Продемонстрировано, что плазменное азотирование с активным экраном позволяет сформировать твердые диффузионные слои при температуре 570 оС. Без активного экрана формирование упрочненных слоев в безводородной среде происходило при температуре 600 оС и они обладали меньшей толщиной. Увеличение длительности процесса азотирования с активным экраном с 30 до 360 мин привело к увеличению толщины упрочненных слоев с 20 до 100 мкм и повышению содержания фазы расширенного аустенита (S-фаза). Увеличение длительности азотирования сопровождается снижением коррозионной стойкости обработанных образцов AISI 316L. При относительно небольшом времени азотирования удалось сформировать твердые слои толщиной до 20 мкм при сохранении высокой коррозионной стойкости образцов.
Приведены результаты исследования поверхности образца кадмий-цинк-теллур после обработки различными суспензиями детонационных алмазных порошков. Показано, что применение полировальных суспензий на основе поликристаллического алмаза детонационного синтеза отечественного производства в части получения качества полированной поверхности не уступает импортным аналогам.
Развита методика прогнозирования основного показателя эффективности – дальности распознавания объектов – современных высокочувствительных тепловизионных приборов (ТВП), работающих в обычном для них контрастно-ограниченном режиме, в котором их эффективность лимитируются не шумом прибора, а предельной контрастной чувствительностью зрительного аппарата оператора-дешифровщика. Выполнен сравнительный анализ существующих зарубежных и отечественных условий и методик натурных испытаний ТВП на дальность распознавания ими типового тест-объекта – танка. Показано, что, несмотря на существенное различие методик, полученные экспериментальные оценки этого показателя эффективности могут быть корректно сопоставлены с соответствующими данными для зарубежных аналогов независимо от теплового контраста тест-объекта и погодных условий. Описана процедура оценки достоверности результатов полевых испытаний ТВП на дальность действия. Приведены примеры реализации полученных результатов.
Работа посвящена модернизации топологии планарных фотодиодных кристаллов (ФДК) из антимонида индия с целью обеспечения их стойкости к коротковолновому ( 1 мкм) облучению, а также экспериментальной оценке результатов модернизации. Показано, что стойкими к коротковолновому облучению при рабочих температурах (вблизи 77 К), являются такие ФДК, в контактные системы которых включены экраны, непрозрачные для коротковолнового излучения. Определены и экспериментально подтверждены требования к геометрическим параметрам, местоположению и электрическим связям экранов в контактной системе ФДК.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400