FASES INICIALES Y CONTROL DE TENSIONES INTERNAS AL BLANCO
En estos capítulos describiré las fases que me llevaron a la creación de un espejo parabólico. 410 mmf/4.5, centrándome primero en las fases que me llevaron a crear una buena superficie esférica, necesario para la siguiente fase de parabolización. Empecemos por las comprobaciones preliminares que se han realizado..
El espacio en blanco con el que comencé ya estaba bosquejado., con la curvatura básica definida y un primer pulido casi completo. Antes de continuar, pero, Quería comprobar la presencia de tensiones internas en el vidrio., un aspecto a menudo pasado por alto pero fundamental para la estabilidad del espejo a largo plazo.
La prueba que utilicé se basa en el principio de fotoelasticidad.: cuando un material transparente tiene tensiones internas, modifica la polarización de la luz que lo atraviesa. Iluminando el cristal con luz polarizada y observándolo a través de un segundo polarizador., cualquier tensión se manifiesta como franjas de colores o patrones brillantes; en ausencia de tensión, en vez, la imagen aparece uniformemente oscura.
Para crear la configuración utilicé una solución simple pero efectiva.: Utilicé la pantalla blanca de un televisor LCD como fuente de luz polarizada., mientras que como filtro analizador reciclé unas gafas de cine 3D.
El resultado fue inmediatamente evidente.: mientras la pantalla aparecía casi negra, apareció un patrón claro en la superficie del espacio en blanco, con un verdadero arco iris de colores cerca del borde. En el centro se podía ver la clásica cruz negra., signo de marcadas tensiones internas. Para confirmar que no era un artefacto, Giré el espejo 90°: el patrón giró con él, Prueba definitiva de que las tensiones estaban en el cristal y no en la puesta a punto..
Figura 1. Tensiones internas en la pieza en bruto para dos orientaciones de 90°.
En ese momento la elección fue forzada.: antes de proceder con el mecanizado fino, Decidí someter la pieza en bruto a un ciclo de recocido para relajar las tensiones internas.. Es una operación delicada, lo cual requiere tiempo y un horno adecuado, pero es la única manera de relajar las tensiones internas y garantizar que el espejo se mantenga estable a largo plazo..
RECOCIDO DEL BLANCO
Decidí proceder al recocido del bloque después de detectar tensiones internas con la prueba de fotoelasticidad.. La elección del ciclo se realizó en base a las características físicas de la pieza..
La pieza en bruto está hecha de borosilicato y tiene un espesor de 30 mm, valores que orientan la elección de temperaturas y tiempos. Para vidrios de baja expansión como el borosilicato, se adoptan temperaturas de relajación más altas que para la cal sodada., pero con rampa y enfriamiento muy controlados. Calculé los tiempos de meseta y las transiciones térmicas para asegurar que toda la masa vítrea alcanzara la homogeneidad térmica necesaria..
Detalle del ciclo de recocido realizado.
- Rampa de calefacción: aumento de temperatura con tendencia de +70 °C/h hasta 565 ° C, es decir, la temperatura de relajación elegida para este blanco.
- Meseta de mantenimiento: 5 mineral un 565 ° C, correspondiente a aproximadamente 1h por cada 6mm de espesor, para permitir que toda la masa de vidrio alcance una temperatura uniforme.
- Primer enfriamiento controlado: descenso de -10 °C/h hasta 510 ° C, seguido de un mantenimiento de 3 horas para uniformar la temperatura con el centro del blanco.
- Enfriamiento intermedio: descenso de -18 °C/h hasta 370 ° C, Valor por debajo del cual las tensiones internas se consideran congeladas..
- Enfriamiento final controlado: continuación del enfriamiento hasta aprox. -30 °C/h hasta temperatura ambiente.
El ciclo completo tuvo una duración total de aproximadamente 42 mineral.
El recocido se realizó en una empresa propietaria de hornos cerámicos y que me ayudó a montar el ciclo.. Dada la duración total del tratamiento., Acordamos realizar el recocido durante el fin de semana para no interferir con las actividades laborales normales..
Para minimizar los gradientes térmicos locales, la pieza en bruto se colocó sobre una lámina refractaria y también se rodeó con bloques refractarios.. Esta disposición crea una masa caliente alrededor del borde del espejo a medida que se enfría., evitando que se enfríe demasiado rápido en comparación con el núcleo, reducir el riesgo de introducir nuevas tensiones o deformaciones.
|
tempo |
Temperatura. |
delta t |
delta t |
|
[h] |
[° C] |
[h] |
[°C/hora] |
|
0 |
25 |
– |
– |
|
8 |
565 |
8 |
68 |
|
13 |
565 |
5 |
0 |
|
19 |
510 |
6 |
-9 |
|
22 |
510 |
3 |
0 |
|
30 |
370 |
8 |
-18 |
|
42 |
25 |
12 |
-29 |
Verificación posterior al recocido con prueba de birrefringencia:
Después del recocido repetí la prueba de fotoelasticidad con la misma configuración utilizada anteriormente.. La mejora es evidente: la superficie del espacio en blanco era predominantemente oscura, indicación de ausencia de tensiones internas significativas. Quedaron visibles cuatro áreas más claras, dispuestas a 45° con respecto a la vertical.; aunque girando el espacio en blanco, las zonas no giraban con el cristal, confirmando que se trataba de artefactos de la configuración y no de tensiones residuales en el material.
Prima
después
Figura 3. Tensiones internas antes y después del recocido en blanco.
Se logró una reducción significativa de las tensiones internas y se obtuvo un buen blanco para proceder a la fase de pulido y modelado..
PRIMERAS PRUEBAS ÓPTICAS
Después del recocido en horno, se realizaron las primeras mediciones ópticas..
El espejo fue probado verticalmente., sosteniéndolo con una correa que descansa 180° en el borde, para minimizar las limitaciones puntuales.
La medición se realizó utilizando un interferómetro Bath de fabricación casera..
primero, Se midió con precisión el radio de curvatura del espejo. (3684 mm) y la frecuencia del láser interferómetro (633 Nuevo Méjico). Después de lo cual se adquirieron varios interferogramas., procesado y promediado para obtener la medida.
A continuación se muestra un ejemplo de uno de los interferogramas.:
Figura 4. Interferograma inicial
Y a continuación se muestra el resultado del promedio de unas diez mediciones.:
Figura 5. Mapa de aberraciones posteriores al recocido del blanco.
Como se puede ver en la imagen., el resultado de la medición indica que la superficie óptica está dominada por aberraciones de astigmatismo, esférico, trébol y así sucesivamente y así sucesivamente, para un total de 879 nm rms WFE. Evidentemente la relajación de las tensiones internas provocó la distorsión de la superficie óptica.. Incluso la cónica está lejos de la esfera K=-1,135 frente a K=0 que generalmente intentamos alcanzar antes de comenzar la fase de parabolización.. No es imprescindible partir de la propia esfera., pero es el camino que suele permitir obtener los mejores resultados.
Decido no volver a meterme en problemas, pero intentar arreglar la situación con brea y óxido de cerio.
Definitivamente el camino más largo., pero me permitirá experimentar con varias técnicas., Es necesario comprender cómo eliminar y luego controlar el astigmatismo., lo cual es esencial dado el espesor muy fino de la pieza en bruto (relación diámetro/espesor 15:1).