Obtaining nanoabrassive for magnetoreological polishing of KDP crystals
- Авторлар: Belov D.V.1,2, Belyaev S.N.1,2, Malshakova O.A.1,2, Sorokoletova N.A.1,3, Serebrov E.I.1,3
-
Мекемелер:
- Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН
- Институт физики микроструктур РАН
- Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- Шығарылым: Том 86, № 4 (2024)
- Беттер: 407-421
- Бөлім: Articles
- ##submission.dateSubmitted##: 27.02.2025
- ##submission.datePublished##: 21.10.2024
- URL: https://gynecology.orscience.ru/0023-2912/article/view/670858
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023291224040016
- EDN: https://elibrary.ru/casekt
- ID: 670858
Дәйексөз келтіру
Аннотация
Magneto-rheological polishing technology is widely used in the processing of high-precision optical elements. One of the determining factors in magnetorheological polishing technology is the nature and quality of the nanoabrasive in the composition of the magnetorheological suspension. In this study, a method has been developed for the sol-gel synthesis of amorphous silicon dioxide nanospheres used as a nanoabrasive for magnetorheological polishing of water-soluble crystals used for the manufacture of nonlinear optical elements of laser technology. The technical result was achieved by introducing synthesized silicon dioxide nanoabrasive into the composition of the magnetorheological suspension. The physicochemical characteristics of the resulting nanoabrasive are presented. The results of electron microscopy confirm the spherical morphology of SiO2 particles, and a particle size distribution varying in the range of 40–60 nm has been established, which ensures the uniformity and quality of surface treatment of optical elements with a magnetorheological suspension. The structural properties of SiO2 nanoabrasive were studied by X-ray powder diffraction. The introduction of SiO2 nanoabrasive into the magnetorheological suspension made it possible to achieve high quality processing and surface cleanliness, and also ensured final polishing of the surface of KDP single crystals to a roughness value of no more than 6 Å. The results of the work are of interest for optimizing the process and improving the technology of magnetorheological polishing.
Толық мәтін

Авторлар туралы
D. Belov
Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Институт физики микроструктур РАН
Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: bdv@ipfran.ru
Ресей, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; ул. Академическая, 7, д. Афонино, Кстовский р-н, Нижегородская обл., 603950
S. Belyaev
Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Институт физики микроструктур РАН
Email: bdv@ipfran.ru
Ресей, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; ул. Академическая, 7, д. Афонино, Кстовский р-н, Нижегородская обл., 603950
O. Malshakova
Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Институт физики микроструктур РАН
Email: bdv@ipfran.ru
Ресей, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; ул. Академическая, 7, д. Афонино, Кстовский р-н, Нижегородская обл., 603950
N. Sorokoletova
Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: bdv@ipfran.ru
Ресей, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022
E. Serebrov
Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН; Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
Email: bdv@ipfran.ru
Ресей, ул. Ульянова, 46, Нижний Новгород, 603950; пр. Гагарина, 23, Нижний Новгород, 603022
Әдебиет тізімі
- Zhang L., Wang S., Li T., Zhu L., Ye Z. Properties of nonlinear optical absorption and refraction of rapidly grown KDP crystals // Ceramics International. 2024. V. 50. № 7. Part B. P. 11756–11765. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.01.080
- Zhang S., Zong W. Micro defects on diamond tool cutting edge affecting the ductile-mode machining of KDP crystal // Micromachines. 2020. V. 11. № 12. P. 1102. https://doi.org/10.3390/mi11121102
- Bogush G.H., Tracy M.A., Zukoski C.F. Preparation of monodisperse silica particles: Control of size and mass fraction // Journal of Non-Crystalline Solids. 1988. V. 104. № 1. P. 95–106. https://doi.org/10.1016/0022-3093(88)90187-1
- Lindberg R., Sjöblom J., Sundholm G. Preparation of silica particles utilizing the sol-gel and the emulsion-gel processes // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 1995. V. 99. № 1. P. 79–88. https://doi.org/10.1016/0927-7757(95)03117-V
- Singh L.P., Bhattacharyya S.K., Kumar R. et. al. Sol-Gel processing of silica nanoparticles and their applications // Advances in Colloid and Interface Science. 2014. V. 214. P. 17–37. https://doi.org/10.1016/j.cis.2014.10.007
- Stöber W., Fink A., Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range // Journal of Colloid and Interface Science. 1968. V. 26. № 1. P. 62–69. https://doi.org/10.1016/0021-9797(68)90272-5
- Koch C.C. Nanostructured materials. Processing, Properties and Applications. 2nd edition: Elsevier, 2006.
- Wright J.D., Sommerdijk N.A.J.M. Sol-gel materials: Chemistry and applications. CRC Press, 2000. 136 p. https://doi.org/10.1201/9781315273808
- Sakka S. Handbook of sol-gel science and technology: Applications of sol-gel technology. Springer Science & Business Media, 2005. 716 p.
- da Silva A.S., dos Santos J.H.Z. Stöber method and its nuances over the years // Advances in Colloid and Interface Science. 2023. V. 314. P. 102888. https://doi.org/10.1016/j.cis.2023.102888
- Хлебцов Б.Н., Буров А.М. Синтез монодисперсных силикатных частиц методом контролируемого доращивания // Коллоид. журн. 2023. Т. 85. № 3. С. 376–389. https://doi.org/10.31857/S0023291223600293
- Зарипов А.К. Упругие свойства магнитных жидкостей // Коллоид. журн. 2021. Т. 83. № 6. С. 634–643. https://doi.org/10.31857/S0023291221060185
- Cheng H., Yeung Y., Tong H. Viscosity behavior of magnetic suspensions in fluid-assisted finishing // Progress in Natural Science. 2008. V. 18. № 1. P. 91–96. https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2007.07.007
- Shulman Z.P., Kordonsky V.I., Zaltsgendler E.A. et. al. Structure, physical properties and dynamics of magnetorheological suspensions // International Journal of Multiphase Flow. 1986. V. 12. № 6. P. 935–955. https://doi.org/10.1016/0301-9322(86)90036-4
- Bossis G., Lacis S., Meunier A., Volkova O. Magnetorheological fluids // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2002. V. 252. P. 224–228. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00680-7
- Jacobs S.D., Shorey A.B. Magnetorheological finishing: New fluids for new materials. In Optical Fabrication and Testing, 2000. p. OWB1. https://doi.org/10.1364/OFT.2000.OWB1
- Bedi T.S., Singh A.K. Magnetorheological methods for nanofinishing – a review // Particulate Science and Technology. 2015. V. 34. № 4. P. 412–422. https://doi.org/10.1080/02726351.2015.1081657
- Jacobs S.D. Manipulating mechanics and chemistry in precision optics finishing // Science and Technology of Advanced Materials. 2007. V. 8. № 3. P. 153–157. https://doi.org/10.1016/j.stam.2006.12.002
- Русецкий А.М., Новикова З.А., Городкин Г.Р., Коробко Е.В. Разработка магнитоструктурирующихся жидкостей с управляемой реологией для технологии // Доклады НАН Беларуси. 2011. Т. 55. № 5. С. 97–104.
- Глеб Л.К., Городкин Г.Р., Горшков В.А., Хлебников Ф.П., Семенов Е.В. Применение магнитореологических методов обработки оптических деталей на серии автоматизированных полировально-доводочных станков // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 4. С. 33–36.
- Yu X.L., Yang W., Chen C.X., Zhu F.W. Magnetic composite fluid optimization for KDP crystal polishing based on a D-optimal mixture design // Applied Optics. 2023. V. 62. № 4. P. 1019–1026. https://doi.org/10.1364/AO.481344
- Amir M., Mishra V., Sharma R., Ali S.W., Khan G.S. Polishing performance of a magnetic nanoparticle-based nanoabrasive for superfinish optical surfaces // Applied Optics. 2022. V. 61. № 17. P. 5179–5188. https://doi.org/10.1364/AO.456819
- Бредихин В.И. Кристаллы типа KDP для мощных лазерных систем: проблемы скоростного роста и оптические свойства // Дисс. докт. физ.-мат наук. 2010. 274 с.
- Андреев Н.Ф., Бабин А.А., Бредихин В.И., Ершов В.П. Производство крупногабаритной оптики из водорастворимых кристаллов // Фотоника. 2007. № 5. С. 34–37.
- Белов Д.В., Беляев С.Н. Патент № 2808226 на изобретение “Состав магнитореологической суспензии для финишной обработки оптических элементов на основе водорастворимых кристаллов”, 28.11.2023 (по заявке № 2023122895 от 04.09.2023).
- Lucovsky G. Low-temperature growth of silicon dioxide films: A study of chemical bonding by ellipsometry and infrared spectroscopy // Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 1987. V. 5. № 2. P. 530–537. https://doi.org/10.1116/1.583944
- Kim J.-T., Kim M.-C. Silicon wafer technique for infrared spectra of silica and solid samples (I) // Korean Journal of Chemical Engineering. 1986. V. 3. № 1. P. 45–51. https://doi.org/10.1007/BF02697522
- Артамонова О.В., Сергуткина О.Р., Останкова И.В., Шведова М.А. Синтез нанодисперсного модификатора на основе SiO2 для цементных композитов // Конденсированные среды и межфазные границы. 2014. Т. 16. № 2. С. 152–162.
- Хлуднева А.С., Карпов С.И., Ресснер Ф., Селеменев В.Ф. Структура и сорбционные свойства мезопористых кремнеземов, синтезированных при варьировании температуры и кремниевой основы // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21. № 5. С. 669–680. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3773
- Васькевич В.В., Гайшун В.Е., Коваленко Д.Л. Синтез и исследование силикатных золь-гель покрытий для микро- и наноэлектроники // Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2014. Т. 12. № 2. С. 279–293.
- Peng X., Jiao F., Chen H., Tie G., Shi F., Hu H. Novel magnetorheological figuring of KDP crystal // Chinese Optics Letters. 2011. V. 9. № 10. P. 102201–102205. https://doi.org/10.3788/col201109.102201
- Wang D., Shinmura T., Yamaguchi H. Study of magnetic field assisted mechanochemical polishing process for inner surface of Si3N4 ceramic components // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2004. V. 44. № 14. P. 1547–1553. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2004.04.024
- Geng Z., Huang N., Castelli M., Fang F. Polishing approaches at atomic and close-to-atomic scale // Micromachines. 2023. V. 14. № 2. P. 343. https://doi.org/10.3390/mi14020343
- Shorey A.B., Jacobs S.D., Kordonski W.I., Gans R.F. Experiments and observations regarding the mechanisms of glass removal in magnetorheological finishing // Applied Optics. 2001. V. 40. № 1. P. 20–33. https://doi.org/10.1364/ao.40.000020
Қосымша файлдар
