Последние конференции
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности, образовании и экологии
- Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии
- Современные проблемы экологии
- Экологические проблемы окружающей среды, пути и методы их решения
- Экология, образование и здоровый образ жизни
Использование атомно-силовой микроскопии и методики компьютерного зрения при оценке качества поверхности селенида цинка после механической обработки
О.В. Тимофеев, Е.Ю. Вилкова
Институт химии высокочистых веществ РАН имени Г.Г. Девятых,
г. Нижний Новгород
Высокочистый поликристаллический селенид цинка применяют в силовой и ИК – оптике как материал для изготовления пассивных оптических элементов различных устройств, работающих в инфракрасной области спектра. Для разработки технологии получения высококачественных поверхностей оптических элементов необходимы надёжные методы оценки характеристик оптических поверхностей, которые позволили бы получать не только качественную, но и количественную информацию о морфологии шлифованной и полированной поверхности.
Наиболее полное и реальное представление о структуре и строении поверхности дает атомно-силовая микроскопия [1]. Использование данного метода позволяет оценить шероховатость поверхности: величину среднеквадратичной (Rq) и среднеарифметической (Ra) шероховатости. Наиболее полную информацию о морфологии поверхности можно получить при использовании данного метода в сочетании с методикой компьютерного зрения [2]. В связи с этим целью настоящей работы являлось использование методов атомно-силовой микроскопии и компьютерного зрения для исследования морфологии поверхности селенида цинка в процессе его механической обработки.
Проведена оценка шероховатости поверхности образцов из селенида цинка после их механического шлифования. Размер зерна используемого абразива изменялся от 20 до 3 мкм. Фотографии поверхности, полученные на атомно-силовом микроскопе, приведены на рис.1. Из рисунка видно, что при помощи атомно-силовой микроскопии получено полное представление о морфологии поверхности. Измерены значения среднеквадратичной (Rq) и среднеарифметической (Ra) шероховатости, получен профиль поверхности и её трёхмерная модель.
Проведена оценка шероховатости поверхности образцов из селенида цинка после их механического полирования с использованием алмазных микропорошков с величиной зерна от 5 до 1 мкм. Шероховатость поверхности и профиль поперечного сечения для микропорошка с величиной зерна 1 мкм приведены на рисунке 2. Из рисунка видно, что размер скана мал и присутствуют посторонние пики, которые вносят искажения в реальную картину поверхности. Поэтому для анализа поверхности была применена методика компьютерного зрения. В результате получены фотографии полированной поверхности и функции распределения дефектов, которые приведены на рисунке 3. Данная методика позволила оценить размеры дефектов на полированной поверхности образцов из селенида цинка.
Таким образом, использование метода атомно-силовой микроскопии в совокупности с методикой компьютерного зрения позволяет получить полную информацию о морфологии как полированной, так и шлифованной поверхности. Оценить величину её шероховатости и получить численные данные о площади поверхности, занимаемой дефектами, оценить размеры и концентрацию дефектов. И как следствие, определить класс чистоты получаемых поверхностей оптических элементов.
Рис.1. Шероховатость поверхности и профиль поперечного сечения после шлифования микропорошком с величиной зерна 10 мкм.
Рис. 2. Шероховатость поверхности и профиль поперечного сечения после механического полирования микропорошком с величиной зерна 1 мкм.
Рис.3. Фотография полированной поверхности селенида цинка и функции распределения дефектов
Список литературы
1. Использование атомно-силовой микроскопии при оценке характеристик поверхности оптических элементов полученных на основе наноструктурированной керамики из халькогенидов цинка / А.Н. Дубовой, В.А. Кулаков, С.А. Носов, Е.М. Гаврищук, О.В. Тимофеев// Тезисы докладов XVII Российского симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. – Черноголовка, 2011. - С. 84.
2. Тимофеев О.В. Исследование полированных поверхностей халькогенидов цинка путём компьютерного распознавания дефектов на микрофотографиях / Е. М. Гаврищук, Е. Ю. Вилкова, А. Н. Колесников, О. В. Тимофеев // Оптический журнал - 2010- Т.77.-№1 -С.87-94.