Лазерный мир

Л.А. Жикина // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2021. № 3 (43). С. 115-123.

Использование новых технологий в строительстве расширяет возможности применения конструкционных материалов. Золь-гель технология широко применяется при работе с различными материалами, такими как гранит, мрамор и строительные смеси, для повышения качества и увеличения срока службы изготовленных объектов. Кроме того, использование золь-гель технологии позволяет улучшить эксплуатационно-технические характеристики изделий из стекла. Соединение стекол в строительной отрасли является актуальной проблемой. Сварка СО2-лазерным излучением – один из наиболее популярных способов соединения стекол в на- стоящее время. Высокое качество сварного шва является преимуществом по сравнению с другими методами, но наличие сжимающих напряжений, возникающих при быстром охлаждении из расплавленного состояния, приводит к снижению прочности и несущей способности стекла. Золь-гель технология позволяет соединять стекла без напряжений в стекле с сохранением их первоначальной формы и структуры. Образование ковалентной связи гарантирует высокопрочное соединение. В данной работе проводится исследование особенностей соединения образцов из кварцевого стекла методами золь-гель и лазерной сварки. Соединяли полированные стержни и пластинки кварцевого стекла марки КУ-1 с помощью лазерной сварки и метода золь-гель. Для оценки способов соединения стекол использовали методы профилометрии, сканирующей электронной микроскопии, микроскопии в поляризованном свете, проводили прочностные испытания. Установлено, что из-за полного отсутствия сжимающих напряжений в материале технология соединения кварцевых деталей по золь-гель методу имеет следующие преимущества: получение более прочного и большего по площади соединения по сравнению с технологией лазерной сварки; может считаться применимой в строительстве с использованием стекла.

Золь-гель технология обеспечивает прочное и надежное со- единение стеклянных и керамических деталей и изделий [8] из-за образования высокопрочных ковалентных связей Si–O–Si [9]. Однако популярным, технологичным и доступным способом соединения стеклянных изделий является процесс сварки излучением CO2-лазера с последующей термообработкой деталей.

Также данный метод обеспечивает высокое качество сварного шва, что играет немаловажную роль при эксплуатации [10]. Целью данной работы является исследование особенностей соединения образцов из кварцевого стекла методами золь-гель и лазерной сварки. В качестве образцов для соединения использовали кварцевые полированные стержни (Ra< 5 нм): стержни диаметром 2,5 и длиной 25 мм и круглые пластинки диаметром 2,5 мм и толщиной 0,5 мм. Плоскостность деталей оценивали на оптическом профилометре Zygo New View 7300. Перед соединением детали очищали в перекисно-аммиачном растворе.

Для соединения деталей по лазерной технологии использовали CO2-лазер (lrad = 10,6 мкм) серии МЛП1-2106. Сварку деталей производили при вращении по контуру стержня и круглой пластинки, приведенных в контакт. По результатам исследований с помощью сканирующей электронной микроскопии, как показано на рис. 6, а, между деталями, соединенными при помощи лазерной сварки, присутствует видимая граница. Соединение деталей было выполнено только по контуру, глубина сварного шва составила ~110 мкм.

В случае соединения по золь-гель технологии (рис. 6, б), установлено отсутствие границы раздела между деталями из кварцевого стекла. При этом граница раздела отсутствовала на протяжении всей зоны контакта. Таким образом, золь-гель технология позволяет обеспечить соединение массивных деталей на большей площади в отличие от лазерной сварки.

Полное содержание: https://www.elibrary.ru/contents.asp?id=46635386