Прецизионная точность.

[prostak-1982.livejournal.com]

Когда учился в техникуме, а потом в институте, то на лекциях по точности, допускам, посадкам и взаимозаменяемости нам давали приблизительно следующую корреляцию: Для изготовления детали по 10 квалитету необходимо использовать станки и инструменты с 7-8 квалитетами, для деталей по 6 квалитету, инструменты должны быть 3-4 квалитетов и т. д.
Сейчас много пишут о успехах сверхвысокоточных приборов в измерении гравитационных волн, туннельном микроскопировании, других областях сверхвысокоточных измерений.
Ясно, что микросхему можно изготовить в вакуумной камере методом напыления. Но в таких приборах есть не только микросхемы, но есть и "физические" детали, на которые установлены эти самые микросхемы, микродвигатели и т. д. Например в статье уважаемого Лозги о проекте LISA описываются золотые кубики, изготовленные с высочайшей степенью точности. В туннельных микроскопах используется игла, с острием измеряемым нанометрами.

Вот и возникает вопрос: Каким образом изготавливаются такие уникальные детали? Каким образом они поверяются? Как проверяется та же плоскостность таких деталей?

Я задавал этот вопрос на другом форуме, там мне скинули ряд книг, но эти книги больше касались работы точных, но все-таки обычных разметчиков, инструментальщиков.

Comments

[alaft.livejournal.com]

Использовать инструмент другого квалитета - это просто использовать более точный серийный инструмент.

А так, длины проверяются микрометрами, микрометры - концевыми мерами длины, концевые меры - оптическими интерферометрами.
Т.е. используется принципиально другой инструмент для изготовления или поверки прецизионного оборудования. Как-то так

[prostak-1982.livejournal.com]

А с нанометровыми инструментами как быть? Те же наконечники туннельных микроскопов? Или щупы, которые используют для проверки микросхем?

[soldatovdd.livejournal.com]

Примерно как начальное производство графена - графит и скотч.

[32bit-me.livejournal.com]

Иглы микроскопов изготавливают травлением в кислоте, например. Проволоку опускают концом в кислоту, и она на поверхности жидкости вытравливается в форме очень острой иглы.

[prostak-1982.livejournal.com]

Вот, например, как выводят плоскости стеклянных пластин, которыми поверяют плоскостность?

[alaft.livejournal.com]

Не могу сказать, как именно происходит механообработка, но измерять конечный результат и по длине и по плоскостности можно с помощью оптики - электронные микроскопы, интерферометры те же и т.п.
Не знаю, как именно организован процесс, но в принципе ничто не мешает постепенно стачивать (или даже наоборот - наращивать) материал, пока не будет достигнут требуемый размер.

Изделия это уникальные, и тут на себестоимость изготовления не особо скупятся

[prostak-1982.livejournal.com]

Насыпали графитовый порошок на скотч, сверху наклеили другой скотч, разорвали соединение, снова наклеили слой скотча, снова разорвали соединение и т. д.? А узнают, что получили нужную толщину в электронном микроскопе?

[alaft.livejournal.com]

тонкой шлифовкой выводят. Есть какие-то специальные движения, при которых результатом шлифовки будет или плоскость или сфера требуемой кривизны.
Тут уже у специалистов из ГОИ, например, надо спрашивать)

[100-kitaizev.livejournal.com]

"нанометровых инструментов" ни разу не видел и не слышал о таких, но можно измерять их оптическими интерферометрами или на крайняк с помощью дифракции на быстрых электронах, если у вас там что-то атомарного размера.

[solar-front.livejournal.com]

"Как проверяется та же плоскостность таких деталей?"

Я пользовался интерферометром. - погрешность около мкм. Измерение за секунды.

Профилометр - измерение около минуты. реальная погрешность - 10 нм. Декларируемая 1 Ангстрем. Dektak.

Еллипсометр - измерение шерофоватости и неоднородности пленки - в области нм.

Еллипсометр, кстати, сейчас уже можно мерять 3Д структуры. например как покрыт меандр после травления.

например такое:
http://lot-qd.com/fileadmin/Mediapool/products/polarizers_beamsplitters/Moxtek-Visible-light-polarizers.png

ну и конечно- AFM.

[soldatovdd.livejournal.com]

Про графен - да. А вот для всякого рода биололгических экспериментов. Помнится, альманах Эврика в одной из статей писал, как стеклянные трубки для микробиологических опытов изготавливались - тупо из стеклянной трубки вытягивались. Процент брака зашкаливал, понятное дело, но для работы учёных и этого хватало.
Да и прочие алмазные скальпели для офтальмологов вполне себе методом "авось" выполнялись раньше.

[wormball.livejournal.com]

А ежели ещё тоньше надо - то в нанотрубках обваливают и выбирают те, к которым прилипла ровно одна штука. В общем, ежели применить творческий подход (тм), то можно чуть ли не каменным топором блоху подковать.

[32bit-me.livejournal.com]

Это да. Простой туннельный микроскоп можно сделать дома из доступных деталей, это возможно для достаточно продвинутого школьника.

[garten-besitzer.livejournal.com]

Эллипсометр - штука в себе. Привязана к модели. Лучше всего меряет что-то прозрачное на полированном кремнии, а остальное это шаманство.

[solar-front.livejournal.com]

Interferometr -

Ebenheit Interferometer FM 100

[solar-front.livejournal.com]

Человек спросил про стекло - я ответил.

Насчет остального могу сказать, что это зависит от того как руки заточены.

В любом случае модель поверяется другой техникой - тем же профилометром. А уже потом используется рутинно.

Т.е. я получил пленку. Сделал модель. Проверил профилометром. Удовлетворен результатом? - меряй дальше.

[garten-besitzer.livejournal.com]

Да я не наезжаю, просто вспомнилось. :)

А что за плёнки, если не секрет?

[wormball.livejournal.com]

Только не микробиологических, а нейробиологических. Дабы в нейроны сувать.

[wormball.livejournal.com]

А можно примеры? Электронный микроскоп и рамановский спектрофотометр видел, их Беня Краснов делал. Правда, он давно уже не школьник и довольно богатый буратина, но вроде в одну харю изобретал и изготавливал.

[kuzh]

Очень большая механическая точность - применяется уже очень давно. Пример - кварцевые резонаторы, частота прямо зависит от размера кристалла.

[che2000.livejournal.com]

интересен вопрос: что именно измерили эти высокоточные приборы? гравитационные волны далёкой-далёкой звезды или вибрации от проехавшего по соседней улице десятитонного грузовика?

[livejournal.livejournal.com]

Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal северного региона (http://www.livejournal.com/?rating=ru_north). Подробнее о рейтинге читайте в Справке (https://www.dreamwidth.org/support/faqbrowse?faqid=303).

[005-kefir.livejournal.com]

В каждом конкретном случае это небольшая/большая НИР. Несколько раз в жизни сталкивался ) Например преобразователи угол-код с точн. 1 сек., да ещё в динамике... Годы работы.

[soldatovdd.livejournal.com]

Не. Я про всякую генную инженерию - когда в несчастную клетку помидора всякие кусочки ДНК сетлячков впихивали.

[agalakhov.livejournal.com]

Много методов. В первую очередь - хитрое проектирование установки, не требующее высокой точности большинства деталей. Например, я реально добивался параллельности двух зеркал с точностью в единицы нанометров в домашних условиях, закрепив их просто на кусках оргстекла с просверленными обычной бытовой дрелью отверстиями. Секрет простой: механизм в виде рычага с огромным плечом и регулировочный винт на конце. В моем случае просто маленькое зеркальце в середине большой бляхи с тремя подпружиненными винтами по краям. Параллельность определял по интерференции лазера.

Другая часто применяемая идея - контролируемая деформация. Винтом можно регулировать не только расстояние между деталями, но и поставить винт поперек паза в одной и той же детали и тем самым ее слегка деформировать. Делая деталь неравномерной толщины, можно получить эффект как от рычага: большая деформация в одном месте приводит к маленькой в другом.

Практическая конструкция туннельного микроскопа (доступна для повторения в условиях гаражной мастерской!) такая. Берется массивное алюминиевое основание (где-нибудь 200x200x30, лучше толще), кладется на всякие подушки для защиты от вибраций. В центре основания ставится держатель образца, по бокам две лунки для шариков. На эти шарики кладется вилка, шарики образуют ось вращения. Третья точка опоры вилки - микрометрический винт, в принципе просто М6x0.5 годится. Привод винта маленьким шаговым двигателем, а конец тоже опирается на шарик. На вилке, почти на ее оси вращения крепится пьезоэлемент с иголкой. Получается соотношение плеч рычага 1:100 или даже 1:1000, и обычный винт двигает эту иголку чуть ли не с атомной точностью. Сама игла делается так: кислота натягивается на рамку как мыльный пузырь, и этот пузырь прокалывается проволочкой. Проволочка травится, получается очень хорошее острие.

Другие методы: фотоспособ. Рисуем чертеж, можно от руки, фотографируем, уменьшаем, фотографируем, уменьшаем. По итогам получаем маску для химического травления.

Как поверять: по оптической интерференции, дифракции, под электронным микроскопом, по автоионной микроскопии. Автоионная - самое простое: на маленький образец подают высокое напряжение и нагревают его, отчего его поверхность начинает слегка испаряться. Испарения попадают на экран, образуя увеличенное изображение.

Представление о приемах работы вообще дают книги Д.Стронга (1948 год) "Практика современной физической лаборатории", "Техника физического эксперимента". Там описаны способы изготовления подобных прецизионных вещей ВРУЧНУЮ, без каких-либо сложных приспособлений. (За это я эти книжки и люблю: рецепт изготовления прецизионных деталей каменным топором).