Файл: Гущо Ю.П. Фазовая рельефография.pdf

Г л а в а с е д ь м а я

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВНЕШНИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФОРМИРУЕМЫХ СЛОЕВ

7-1. Общие замечания

Экспериментальные исследования в рельефографын развиваются в трех направлениях.

Первое направление составляют опыты по изучению новых видов рельефографических систем пли их компо­ нент. Подавляющее большинство результатов этих иссле­ дований отражено в патентной литературе.

Второе направление связано с изучением физико-хи­ мических, теплофизических и других свойств материалов для деформируемых слоев, а также характеристик уст­ ройств управления и считывания. Обычно методика этих исследований известна и может быть прямо применена в рельефографии.

Третье направление, которому в основном и посвя­ щена настоящая глава, связано с изучением внешних характеристик деформируемых слоев.

Как п в теории, в экспериментальных исследованиях в качестве входного сигнала рассматривается либо плот­ ность заряда, внесенного в деформируемый слой, либо потенциал, распределенный па управляющей плоскости, расположенной вне слоя. Однако в отличие от теории, которая позволяет модели жидкого, упруговязкого и твердого термопластического слоев сводить к частным случаям одной модели Фойта, при экспериментах физи­ ческое состояние деформируемого слоя сильно сказы­ вается на методике снятия его внешних характеристик. Экспериментальное получение этих характеристик, как уже отмечалось, связно с регистрацией температурного режима и изменений рельефа поверхности или свето­ отдачи.

В настоящее время применяют три способа регистра­ ции изменений рельефа поверхности или светоотдачи.

Наиболее совершенный из них, хотя и самый трудо­ емкий, основан на применении двухлучевого интерфе­ ренционного микроскопа МИИ-4. Этот метод позволяет снимать форму рельефа в динамическом режиме син­ хронно с режимом теплового проявления, например, с помощью киноаппарата. Синхронная регистрация из­ менений формы поверхности п температурного режима

127

деформируемого слоя позволяет наиболее полно проана­ лизировать динамику проявления и стираниязаписи.

Поскольку фокусное расстояние выходного объектива МИИ-4 равно нескольким миллиметрам, наблюдать поверхность непосредственно в момент записи очень трудно. Поэтому применять двухлучевой микроскоп для снятия динамики поверхностных изменений удобно толь­ ко в случаях заранее заряженных термопластических слоев с последующим импульсным тепловым проявле­ нием.

Другой способ регистрации основан на применении контактного профплографа-профнлометра М201 с корун­ довой иглой в качестве датчика профиля канавки. Он пригоден лишь для снятия рельефа на затвердевшем термопластике. Достоинство этого способа заключается в простоте и удобстве получения профилограммы на са­ мопишущей приставке.

Наконец, третий способ основан на использовании оптического устройства считывания. Его применяют главным образом для регистрации изменений рельефа жидких и гелеобразных слоев.

В термопластической записи нанесение потенциаль­ ного рельефа и проявление можно разделить во време­ ни. Условия записи на жидких и гелеобразных слоях не позволяют наблюдать изменение рельефа на слое с по­ мощью микроскопа н тем более профилографа. Поэто­ му в данном случае считывать запись приходится с по­ мощью щелевого оптического устройства, используя пря­ молинейный участок характеристики светоотдачи, на котором глубина канавок при заданной периодичности прямо пропорциональна освещенности экрана.

Важным достоинством третьего способа считывания является получение полной переходно-передаточной функции между входным сигналом (заряд, напряжен­ ность поля и др.) и выходным (освещенность экрана).

7-2. Внешние характеристики термопластических слоев

Внешние характеристики термопластика мы снимали, используя описанную выше установку для теплового проявления микрорельефа.

Рассмотрим методику получения внешних характе­ ристик на примере термопластика, изготовленного из пластифицированного полистирола, которому присуща

128

хорошая повторяемость результатов при многократных циклах «запись — стирание» информации1.

Раствор исследуемого термопластика наносили на поверхность датчика температуры, просушивали в тече­ ние 2 ч на воздухе и затем выдерживали около 6 чв ва­ куумном эксикаторе. Толщину и равномерность слоя из­ меряли на двухлучевом микроскопе МИС-11.

Далее на поверхность термопластика наносили элек­ трический заряд в виде десяти потенциальных полос с последовательно убывающей плотностью заряда. По­ тенциальный рельеф записывали в вакууме,расфокуси­ рованном электронным лучом через щель постоянной ширины при ускоряющем напряжении 15- кв. Плотность

стекла составляла 0,5 мм. Как уже упоминалось, тепло­ вая постоянная датчика такой толщины равна тепловой

применить к используемой в настоящее время термопла­ стической пленке.

При толщине термопластика 10 мкм перепад темпе­ ратуры между свободной поверхностью светомодулиру­ ющего слоя п проводящим слоем незначителен. Поэтому величины температуры датчика и свободной поверхности слоя считали одинаковыми.

Термопластический слой был исследован в диапазоне температур от 65 до 210°С и плотности заряда от 0,8 до

0,2 мкк/смг.

1 Зависимости механических и электрических параметров этого -

материала от температуры приведены на рис. 3-3 н 3-4.

Тепловой режим носителя регистрировали по двум параметрам: длительности работы источника нагрева to и соответствующей этому времени максимальной темпе­ ратуре Тмакс (рис. 7-1). Нет необходимости каждый раз регистрировать длительность среза, так как постоянная времени среза одинакова для всех режимов проявления и определяется только теплофизическими параметрами датчика температуры1.

Исследование данного носителя записи проведено для интервала времен проявления от 10 до 0,04 сек.

МКЛ1 JHKJH

Рис. 7-2. Графики зависимостей глубины канав значений испытательного

% —0=0,2.

При временах проявления, меньших 0,04 сек, температу­ ра достигает величины более 200°С, вследствие чего

1 В дальнейшем изложении to и Тмакс будем называть временем

и температурой проявления соответственно, опустив для простоты индекс при Глане.

130

в термопластике наблюдаются необратимые изменение материала.

На рис. 7-2 приведены результаты эксперименталь­ ного исследования сечения динамических поверхностей проявления для всего указанного спектра заряда при че­

Отметим, что проявление и стирание записи может идти как в области высокой эластики, так и в зоне вяз­ кого ньютоновского течения термопластика. Действи­ тельно, из сопоставления термомеханической кривой \(Т ) (рис. 3-3) и зависимостей, приведенных на рис. 7-2, следует, что при времени проявления 10 сек температура проявления и стирания записи лежит в области тем­ ператур между точками стеклования и течения термо­

пластика. При /о=1 сек проявление осуществляется при температуре, меньшей, чем температура течения, а сти­ рание —- при большей. При to, равном 0,04 и 0,1 сек, как стирание, так и проявление происходят при температуре,

заведомо большей, чем температура течения полимера. Исследование проявления при «больших» временах (й)— 10-е 1 сек) важно с точки зрения изучения процес­ сов хладотекучести и самопроявлегшя записи. Времена памяти такой и большей длительности могут представ­ лять интерес в рельефографнческпх оперативных систе­ мах визуализации пли хранения информации, особенно при использовании неподвижных подложек. Как пока­ зывают расчеты, в этих условиях упругость среды тер­ мопластика близка по величине упругости поверхност­

ного натяжения (4G и сфГ соизмеримы).

С другой стороны, скоростям протяжки термопласти­ ческих пленок 10—30 см/сек при проявлении п стирании записи соответствует время ta< \ сек. При этом темпе­ ратура проявления лежит в интервале от 120 до 200°С. При таких температурах движение термопластической среды подчиняется ньютоновскому закону течения. Впервые на это обстоятельство указал Гленн [Л. 76].

Однако Гленн не придавал решающего значения яв­ лению стеканпя заряда. Поэтому он рассматривал окон­ чание проявления как установившийся режим равнове­ сия между силами поверхностного натяжения и элек­ трическими силами. На самом деле, как показывают

132