Определение некоторых технологических параметров изготовления изделий из композиционных материалов

Цель работы: определить геометрические размеры оправки для намотки изделий с учетом теплового расширения.

Полимерные композиционные материалы типа органопластик, стеклопластик, углепластик обладают низким коэффициентом линейного расширения (L_км= 5.10 ^-6 1/град.). Многоразовые оправки изготавливаются из стали, которая имеет коэффициент линейного расширения L_ст.=

=20.10^-6 1/град.

Намотка изделия на оправку осуществляется при температуре

15-20 С. Полимеризация происходит при температуре 130 С. При изменении температуры технологического процесса от температуры намотки до температуры полимеризации линейные размеры оправки изменяются, при этом изделие из КМ растягивается и полимеризуется в таком состоянии. Последующая усадка незначительна, и ею можно пренебречь. Для обеспечения точности размеров изделий из КМ необходимо учитывать температурные расширения оправки.

Рисунок 5.1

Δ1= 1/2 (t пол – t нам) (Lст-Lкм). Д1, (5.1)

Δ2= 1/2.(t пол- t нам) (Lст-Lкм). L, (5.2)

где t пол.- температура полимеризации;

t нам.- температура намотки;

Д1 и L- геометрические параметры, представленные на рисунке 4.1.

Уравнение 5.1 получено при х=0;

уравнение 5.2 получено при у=0.

Для сферической части заготовки изменение геометрии при нагреве может быть определено для любой n-ой точки по следующей зависимости:

Δ _n =1/2(t_пол.-t_нам.)(α_ст-α_км), √х _n²+y _n², (5.3)

где х _n=1/2(L2+Д1.cosαn);

у_n =Д1/2.sinα

Для построения кривой, отображающей изменение геометрии сферической части оправки при нагреве, необходимо рассчитать не менее трех точек для трех значений α _n.

Порядок выполнения работы:

1) ознакомиться с методическими рекомендациями;

2) для одного из вариантов изделия, представленного на рисунке 4.1 и в таблице 4.1, определить изменение линейных размеров Δ1 и Δ2 при полимеризации;

3) определить значение Δ_n для трёх значений Δ1 = 20^o, Δ2 = 45^o,

Δ3 = 70^o;

4) построить в масштабе 1:10 оправку и масштабе 10:1 на этом же эскизе полученные значения Δ;

5) построить таблицу геометрических размеров оправки, которая бы обеспечила требуемую точность изготовления изделия, представленного на рис.4.1, с учётом температурных расширений в процессе полимеризации.

6 Разработка оптической схемы и технологии лазерного контроля изделий

Цель работы: из имеющегося стандартного набора оптических элементов разработать схему получения и восстановления голограмм для неразрушающего контроля изделий методом голографической интерферометрии.

Весьма перспективным является использование лазерных технологий для стопроцентного неразрушающего контроля изделий. Наиболее эффективной является технология, основанная на методе голографической интерферометрии. В основу метода положена регистрация с помощью голограмм малых перемещений поверхности изделия под нагрузкой по сравнению с первоначальным положением поверхности, когда нагрузка отсутствовала. При этом регистрируются перемещения 1 мкм и более. При наличии дефектов, в том числе и скрытых, под воздействием нагрузки поверхность в зоне дефекта деформируется больше, чем прилегающие участки. Эта нерегулярность в характере деформации может быть зарегистрирована на голограмме. Для этого на одной голографической пластинке выполняют две экспозиции – объект в исходном состоянии и объект после приложения части эксплуатационной нагрузки. Достаточно приложить нагрузку 5-10% от эксплуатационной.

Для получения голограммы необходимо осветить объект со всех сторон светом от лазерной установки и направить отраженный от объекта свет на голографическую пластинку. Это будет объектовый пучок света. Используя набор оптики, на пластинку необходимо также направить расширенный пучок света непосредственно от лазера. В результате интерференции световых волн на светочувствительном слое пластинки получим систему интерференционных полос, которая при восстановлении голограммы обеспечит дифракцию световых волн и восстановление реального светового поля объекта при его отсутствии.

В результате двойной экспозиции при восстановлении объекта будет получена реалистическая картина объекта, на поле которого будет находиться система интерференционных полос. Отклонение полос от регулярности будет указывать на наличие дефектов.

Исходным набором инструментальных средств являются лазер, система полупрозрачных и отражающих зеркал, система линз, объект в виде тонкостенной сферы.

Рисунок 6.1 – Голографическая пластинка

Порядок выполнения работы:

1) ознакомиться с методическими указаниями;

2) составить схему получения голограммы с использованием набора инструментальных средств. При этом необходимо обеспечить освещение объекта со всех сторон и направить отражённый свет на голографическую пластинку. На пластинку должен быть направлен также опарный пучок света от лазера;

3) составить схему восстановления голограммы, обеспечивающей расположение восстановленного изображения объекта на месте регистрируемого объекта;

4) изобразить графическое отражение восстановленного объекта с системой интерференционных полос, отражающих наличие дефекта.

7 Разработка маршрутной технологии получения гибридных и интегральных микросхем

Цель работы: изучить технологию получения гибридных и интегральных микросхем.

Гибридной интегральной схемой называется миниатюрное электронное устройство, элементы которого нераздельно связаны на поверхности диэлектрической подложки. Изготовление гибридных интегральных схем может осуществляться по тонкоплёночной и толстоплёночной технологии.

Тонкоплёночная технология заключается в последовательном нанесении на общее основание тонких (приблизительно 1-2 мкм) плёночных проводников, контактов, резисторов, изоляторов с формированием микрогеометрии элементов и их соединением при осаждении с помощью специальных трафаретов и локального травления.

Толстоплёночная технология заключается в последовательном нанесении через сетчатые трафареты и вжигании в керамические подложки паст проводящего и диэлектрического назначения. Пасты проводящего назначения состоят из металлических порошков (серебро, золото, платина) и стекла (связующее) и обеспечивают изготовление проводящих дорожек.

Пасты для изолирующих слоёв состоят из стекла и органических жидкостей. Активные элементы (диоды, транзисторы и т.д.) монтируются на поверхности подложки. Отверстия для активных элементов формируются лазерным лучом.

Интегральные схемы получают путём целенаправленного локального изменения свойств материала полупроводникового кристалла легированной примесью. При этом в кристалле формируется проводимость р-типа (дырочная) и п-типа (полупроводниковая). Граница этих двух зон называется р-п переходом. Создавая различные комбинации р-п переходов, можно получать элементы, диоды, транзисторы, резисторы и т.д. При введении мышьяка получают проводник с электронной проводимостью. При введении алюминия получают проводник дырочного типа.

Полупроводниковые интегральные схемы получают по эпитаксиально-планарной технологии, суть которой заключается в следующем:

1) окисляется поверхность полупроводникового кристалла;

2) травлением вырываются окна на поверхности;

3) легируют полупроводник в зоне окон из газовой фазы;

4) закрывают окна окислением;

5) вскрывают окна и легируют поверхность в других местах;

6) вакуумным напылением обеспечивают мостики проводников.

На рисунке7.1 представлена поверхность полупроводникового кристалла, геометрию и свойства которой необходимо обеспечить с помощью эпитаксиально-планарной технологии.

На рисунке7.2. представлена гибридная интегральная схема, которая должна быть выполнена по толстоплёночной технологии.

Вариант 1 Вариант 2

Рисунок 7.1

Вариант 1 Вариант 2

Рисунок 7.2

Порядок выполнения работы:

1) ознакомиться с методическими рекомендациями;

2)для заданного варианта разработать технологию получения полупроводниковой интегральной схемы и гибридной интегральной схемы;

3) описать технологию в порядке выполнения операций.