HRG hautes performances

by Léna Chenais

Thesis project in Physique

Under the supervision of Annelise Faivre.

Ongoing thesis at Montpellier , under the authority of École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , in a partnership with L2C - Laboratoire Charles Coulomb (laboratoire) since 07-01-2019 .

  • Alternative Title

    High performance HRG


  • Abstract

    The research context is the realization of a silica mechanical resonator for the production of high-performance gyroscopes. Silica is chosen for its property of very low internal damping coefficient which allows very high mechanical overvoltage to be obtained. In order to take advantage of this intrinsic property of the material (whose origin is assumed to be known), it is necessary to eliminate the influence of the surface. Without precautions, the damping provided by surface defects is several orders of magnitude higher than the internal damping of the material. In the past, many studies have made it possible to verify, in this context, the particularities of the behaviour of a silica surface degraded by machining. A suitable manufacturing range has been defined in order to produce resonators with functional characteristics that meet the requirements. Nevertheless, on some parts, it is observed that, over time, a particular type of defect appears which causes a degradation of the properties of the resonators concerned. These evolutions do not correspond to the expectations resulting from the theoretical/behavioural models established to date and verified on the majority of the population of resonators produced[R1][R2]. It is therefore necessary to go further in understanding the underlying mechanisms and their contributors, such as residual stresses, cleaning products, thermal history, storage atmosphere, time... The objective of this thesis work is therefore to better understand the state of the surface and sub-surface of silica and its evolution over time according to the shaping of this surface and the different treatments it can undergo during its production and storage. The ultimate objective is to produce resonators whose surface-induced mechanical damping is minimal and stable over time regardless of storage conditions. R1] M. Ciccotti, Stress-corrosion mechanisms in silicate glasses, Journal of Physics D Applied Physics. 42. (2009) R2] T. I. Suratwala, HF-Based Etching Processes for Improving Laser Damage Resistance of Fused Silica Optical Surfaces, Journal of the American Ceramic Society. 94. 416 - 428 (2011) Translated with www.DeepL.com/Translator


  • Abstract

    Le contexte de la recherche est la réalisation d'un résonateur mécanique en silice pour la production de gyroscopes hautes performances. La silice est choisie pour sa propriété de très faible coefficient d'amortissement interne qui permet l'obtention de très forte surtension mécanique. Afin de profiter de cette propriété intrinsèque du matériau (dont l'origine est supposée connue), il est nécessaire d'éliminer l'influence de la surface. Sans précautions de réalisation, l'amortissement apporté par les défauts de surface est supérieur de plusieurs ordres de grandeur à l'amortissement interne du matériau. Par le passé, de nombreux travaux ont permis de vérifier, dans ce contexte, les particularités du comportement d'une surface de silice dégradée par un usinage. Une gamme de fabrication adaptée a été définie afin de réaliser des résonateurs dont les caractéristiques fonctionnelles sont conformes au besoin. Néanmoins, il est observé sur certaines pièces l'apparition, au fil du temps, d'une typologie particulière de défaut qui engendre une dégradation des propriétés des résonateurs concernés. Ces évolutions ne correspondent pas aux attendus issus des modèles théoriques/comportementaux établis à ce jour et vérifiés sur la majorité de la population des résonateurs produits [R1] [R2]. Il est donc nécessaire d'aller plus loin dans la compréhension des mécanismes sous-jacents et de leurs contributeurs, tels que contraintes résiduelles, produits de nettoyage, historique thermique, atmosphère de stockage, temps … L'objectif de ce travail de thèse est donc de mieux appréhender l'état de la surface et de la sub-surface de la silice et son évolution dans le temps en fonction de la mise en forme de cette surface et des différents traitements qu'elle peut subir au cours de sa production et de son stockage. L'objectif ultime est de produire des résonateurs dont l'amortissement mécanique induit par la surface est minimal et stable dans le temps indépendamment des conditions de stockage. [R1] M. Ciccotti, Stress-corrosion mechanisms in silicate glasses, Journal of Physics D Applied Physics. 42. (2009) [R2] T. I. Suratwala, HF-Based Etching Processes for Improving Laser Damage Resistance of Fused Silica Optical Surfaces, Journal of the American Ceramic Society. 94. 416 – 428 (2011)