На параметры образующегося дефектного слоя влияют физико-механические свойства обрабатываемого материала, его исходная дефектность, а также условия обработки и, в первую очередь, величина сил, действующих на обрабатываемую поверхность детали [1]. При шлифовании силовые характеристики процесса определяются рядом факторов: прочностью обрабатываемого материала; схемой шлифования; режимными параметрами процесса; технологическими параметрами инструмента, его режущей способностью, зависящей от степени износа абразивных зерен; физико-химическими свойствами применяемой технологической среды (ТС), ее сродством с обрабатываемым материалом. При сравнении вариантов ТП, отличающихся одним или несколькими перечисленными факторами, критерием их эффективности могут выступать глубина и структура образующегося в результате обработки дефектного слоя.
        В настоящее время существует значительное количество методов диагностики состояния обработанной поверхности, глубины и структуры нарушенного обработкой слоя, (см. табл. 1). Часть из них базируется на использовании неразрушающих методов контроля - рентгеноструктурного, различных видов экзоэлектронной эмиссии, электронно-микроскопического, электронографического и так далее. Их недостатки: возможность выявления параметров нарушенного слоя глубиной не более 5 мкм; получение достаточно достоверных результатов при обработке лишь однородных по структуре материалов со стабильными физико-механическими характеристиками, подвергаемых тонкому шлифованию и полированию, напрмер, различного вида кристаллов, применяемых в электронной промышленности; невозможность качественно и количественно оценить изменение структуры и размеров дефектов на различных уровнях залегания от обработанной поверхности; дороговизна и сложность реализации в производственных условиях. Частично указанные ограничения могут быть сняты при использовании названных методов в сочетании с послойным удалением нарушенного слоя материала. Удаление может осуществляться физическим путем (тонкое сошлифовывание или сполировывание), посредством химического травления или при сочетании обоих способов.
        Анализ эффективности применения приведенных выше методов диагностики в условиях обработки крупногабаритных изделий из стеклокристаллических материалов, отличающейся многостадийностью, значительными припусками на обработку, существенными силовыми воздействиями на обрабатываемый материал, показал следующее. Методика исследования нарушенного слоя материала должна выполнять ряд функций: позволять определить структуру дефектности последовательно на различных глубинах, не внося искажений за счет дополнительных, прежде всего силовых, воздействий на материал, положенных в основу самой методики (поэтому нецелесообразно использовать сошлифовывание или сполировывание материала при послойном заглублении); обеспечивать с достаточной достоверностью определение глубины нарушенного слоя, регистрацию и контроль параметров дефектности; используя программные методы, автоматически оценивать уровень дефектности, обусловленный теми или иными технологическими воздействиями.
        Сформулированным условиям соответствует капиллярный метод люминесцентной дефектоскопии в сочетании с послойным химическим травлением образцов [1, 2]. Капиллярный метод определения дефектности основан на капиллярном проникновении и контрасте дефектоскопических материалов (люминесцентных жидкостей) в оптическом излучении. Светоконтрастная жидкость заполняет дефектные полости, открытые с поверхности. Микроскопическое сечение и макроскопическая протяженность дефектов делают их подобными капиллярным сосудам, по которым под действием капиллярных сил проникает люминесцентная жидкость. Эффект регистрации дефектов усиливается с помощью средств, способствующих наиболее полному проявлению индикаторного вещества. В рассматриваемом случае для этого использовалась люминесцентная жидкость, проявляющаяся в ультрафиолетовом излучении.
        Для химического травления образцов использовался раствор плавиковой и серной кислот следующих концентраций: 20% HF и 1% H₂SO₄.
        Уровень чувствительности метода зависит от свойств индикаторной жидкости. В процессе исследований использовалась люминесцентная индикаторная жидкость ЛЖ-6А, обеспечивающая первый (наиболее высокий) уровень чувствительности метода, для которого верхний предел составляет 0,1 мм, нижний - 1 мкм. Чувствительность метода определялась на основании количественной оценки выявляемости эталонного дефекта с учетом геометрической и оптической особенностей его индикаторного (люминесцирующего) следа. Эталонный дефект наносился на образец с помощью алмазной пирамиды Виккерса на приборе при ее вдавливании и царапании полированного образца ситалла. Истинные размеры дефекта определялись на микроскопе при 1500 кратном увеличении. Установлено, что метод позволяет выявить дефекты протяженностью от 0,1 мм до 1 мкм. Отклонение индикаторного следа от истинного размера дефекта не превышает + 10%.
        Контроль структуры дефектности нарушенного шлифованием слоя ситалла на различных глубинах осуществлялся по микрофотографиям наиболее характерных участков поверхности образцов. Прецизионная фотосъемка поверхности осуществлялась на люминесцентном микроскопе, позволяющем наблюдать объект исследования в ультрафиолетовом излучении.
        Величина слоя материала, удаляемого при травлении, измерялась от единой базы при установке образца на столе микроскопа поворотом его микрометрического винта. Точность измерения - 1 мкм. Этот метод позволяет получить неискаженную картину дефектности нарушенного слоя на различных уровнях, начиная от уровня обработанной поверхности и кончая выходом на глубину, характеризуемую отсутствием следов разрушения материала, вызванных обработкой.
        Контроль структуры дефектности на различных глубинах осуществлялся по микрофотографиям наиболее характерных участков поверхности образцов. В качестве критерия оценки структуры дефектного слоя выбраны: глубина проникновения дефектов (h); относительная величина (площадь) размера единичного максимального микродефекта (S_rel), находящегося на рассматриваемом участке обработанной поверхности и уровне травления: S_r= n*S_in, где S_in - площадь исходного дефекта структуры ситалла, принятая за единицу, величина известная для каждой марки ситалла, n - коэффициент согласования размеров дефектов - структурного и внесенного обработкой; относительная плотность дефектов S_c, определяемая отношением площади, занятой дефектами, ко всей исследуемой площади образца.
        Ранее расчет параметров дефектности осуществлялся вручную с помощью миллиметровых сеток, накладываемых на микрофотографии. Вся процедура расчета, предполагающая при вариации лишь одного из входных технологических параметров обработку не менее ста пятидесяти фотографий, вручную занимает значительное время, отличается субъективностью оценок и требует значительного числа вычислений, связанных с определением как самих размеров дефектов, так и со статистической обработкой полученных результатов.
        Перечисленные трудности сдерживали применение метода капиллярной дефектоскопии в производственных условиях. Для их преодоления была разработана автоматизированная система анализа микрофотографий дефектной поверхности образцов [4]. Система построена на базе комплекса аппаратных средств (ПЭВМ IBM PC/AT и сканер) и специального программного обеспечения. С помощью сканера микрофотографии оцифровываются и вводятся в память ПЭВМ. Комплекс программ позволяет автоматически повысить контрастность фотографий, выделить области дефектов и рассчитать усредненные и интегральные характеристики дефектов, установить математические зависимости параметров дефектности от варьируемых технологических характеристик процесса обработки.
        С целью проверки правильности результатов автоматического обсчета фотографий параметры дефектности параллельно определялись вручную с помощью миллиметровой сетки. Погрешность измерений каждого из рассматриваемых параметров, связанная с корректировкой исходных фотографий и особенностями автоматизированного счета, составила от 6,2% до 12,4%, что вполне допустимо для инженерных исследований. Применение автоматизированной системы анализа микрофотографий позволяет повысить скорость обсчета по сравнению с ручным вариантом в десятки раз при соблюдении требуемой точности расчетов параметров дефектности.

4. ЗАКДЮЧЕНИЕ