Способ обработки щелочногалоидных монокристаллов

(яи)5 С 30 В 33/04, 29/12 НИЯ ЬСТВУ на 11/00,), 1980.оГ Рогая пгегя,34, Г 8 ой Нгайъа Бо 1 Ы4, р,83 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Патент США У 393397кл, 264-320, кл, В 29 01979,Патент США Н 4031190,кл. 423-466, (С 01 В 7/2Иайеао,1.Б., Нагйепдпя 1 пщ СЬ 1 огЫе Ьу Со 1 ог С",1. Арр 1, РЬуя,", 19 б 3,р. 2248-2253.Нцфея А,Е, Аппеа 1ген А 11 са 1 На 1 Ыея, "СБгаге РЬуя", 1978, ч. 8,Изобретение может наити широкое применение в электронной и оптикомеханической промышленности при изготовлении оптических элементов, требующих увеличения по сравнению с исходным материалом предела текучести при одновременном сохранении величины коэффициента оптического поглощения Ж в широком диапазоне длин волн, работающих в качестве окон инфракрасных лазеров.Известны различные способы обра" ботки щелочногалоидных монокристаллов, приводящие к получению материала с более высоким, по сравнению с исходным, пределом текуцести 5:Одним из таких способов является прессование в прессе монокристалли. 50 949984 А 1(54)(57) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ, работающихв качестве окон инфракрасных лазероввключающий облучение монокристаллаионизирующим излучением и последующий изотермицеский отжиг, о т л иц а ю щ и й с я тем, что, с цельюуменьшения оптического поглощенияпри сохранении упроцнения, отжигведут при 150-200 С в течение 0,35 0 ч ериала. Способ заключаетсяпри температурах 150-300 С , р лический образец подвер" до величины деформацииВ процессе сжатия под риложенного напряжения ф стически. деформируется Ь льжения дислокаций, накапвнутри кристалла. Накопкаций приводит к рекрис материала и, как следстк образованию мелкозер" уктуры. размер зерна при ботке уменьшается до редел текучести материаению с исходным увеличи раз, Недостатком спосовысокий уровень внутрен-. цеского матв том цтомонокристалгает сжатию603 и боледействиемобразец плза счет сколивающихсяление дислталлизациивие этого,нистой стртакой обраф 5 мкм. Пла по сраввается в 5ба являетсних напряжений, приводящий к протеканию даже при комнатной температуре вторичной рекристаллизации, при ко" торой происходит увеличение размера зерна и уменьшение предела текучести, другим недостатком способа является увеличение при прессовании неоднородности материала. При пластической деФормации монокристалла в нем происходит накопление точечных деФектов, Пересыщение этими деФектами приводит к образованию скоплений типа пор, особенно быстрому изза повышенных температур прессова ния. Наличие избыточного количества деФектов приводит к рассеиванию проходящего через монокристалл излучения и увеличению коэФФициента оптического поглощения. С другой стороны 20 образование пор достаточно больших размеров приводит к Фокусировке излучения и разрушению материала в точке Фокусировки даже при оцень больших пределах текучести, 25Известен также способ, включающий комбинированное использование прессования и легированя с целью увеличения предела текучести моно- кристалла, Прессование ведут в ин тервале температур 150-300 С предварительно легированного РЪС 1 моно- кристалла КС 1, Оказалось, что атомы примеси оказываются вынесенными на межзеренные границы и тем самым они стабилизируют положение границ, предотвращая процесс вторичной рекристаллизации, приводящий к уменьшению предела текучести материала из-за роста размера зерна. 40Однако этот способ обладает недостатком, характерным для способа прессования номинально чистых моно- кристаллов, сопутствующим увеличению предела текучести возрастанием ко эФФициента оптического поглощения ,из-за повышения неоднородности материала.,Известен также способ обработки монокристалла путем воздействия на него ионизирующего облучения, При этом оказывается, что величина предела текучести монокристалла с увеличением дозы ионизирующего облучения возрастает Облучение щелочногалоидных монокристаллов любым видом ионизирующего облучения, например -облучение, рентгеновское облучение, электроны, нейтроны и т.д., приводит к образованию в них спектракомплементарных электронных и дырочных,центров и скоплений этих центров.Наличие в монокристалле таких центров приводит к тому, что они эфФективно препятствуют движению дислокаций,увеличивая тем самым предел текучестимонокристалла. Этот способ не нашелпрактического применения в ИК-технике, так как было установлено, чтовоздействие ионизирующего облученияна щелочногалоидные монокристаллыприводит к резкому увеличению значения коэФФициента оптического поглощения. Причиной увеличения является наличие в кристалле радиационных центров, однако конкретно не установлено, какой из типов центров внаибольшей степени ответственен заувеличение оптического поглощения,Известен способ обработки облуценных щелочногалоидных монокристаллов с последующим изохронным отжигом в широком диапазоне температур.Он является наиболее близким,Недостаток способа заключается втом, что не достигается уменьшениеоптического поглощения при сохранении упрочнения монокристалла, необходимое при использовании этих монокристаллов в качестве окон инФракрасных лазеров.4Целью изобретения является уменьшение оптического поглощения присохранении упрочнения монокристалла.Эта цель достигается тем, что вспособе обработки щелочногалоидныхмонокристаллов, работающих в качестве окон инФракрасных лазеров,включающем облучение монокристалла ионизирующим облучением и последующийизотермический отжиг, отжиг ведутпри 350-200 С в течение 0,3-5,0 ч,Воздействие на кристалл ионизирующим излучением приводит к образованию в нем радиационных центровразличных типов, Некоторые из нихвыявляются по появлению в спектреоптического поглощения полос, характерных для поглощения тем или инымдеФектом, Скопления крупных размероввыявляются электронномикроскопическими методами, Таким образом, в облуценном монокристалле имеются деФектыразмером от одного до несколькихсотен периодов решетки. Термическаяустойчивость таких центров из-за различия в размерах, структуре, подвиж9 ЦочГ,б 5ности и т.д, неолинакова, По мереповышения температуры за сцет рекомбинации комплементарных центров ихсодержание в облученном кристалле стечением времени уменьшается. Обработка монокристаллов ХаС 1 и КС 1 путем их изотермического отжига притемпературах 150-200 С приводит кполному исчезновению электронных 10(Р, М, К, И) центров, выявляемых оптическими методами, Однако дырочныецентры (7) и дислокационные диполи,образующиеся под действием ионизирующего облучения, при этих температурах устойчивы. Йзотермический отжиг монокристаллов при температурахвыше 200-250 С снимает все наведенные облучением деФекты, Варьированиетемпературы и времени отжига кристалла изменяет спектр деФектов кристаллической решетки, возникших в процессе воздействия на монокристалл ионизирующего излуцения. При термицес"кой обработке щелочногалоидных монокристаллов в режимах 150-200 С в течение 0,3-0,5 ц происходит уйеньшение концентрации наведенных облучением электронных центров, сопровождающееся постепенным восстановлением 30коэФФициента оптического поглощениявплоть до исходного значения. В тоже время экспериментально установле"но, цто предел текучести монокристалла в результате отжига при этихтемпературах не уменьшается. Этосвидетельствует о том, что деФекта"ми решетки, определяющими величинупредела текучести монокристалла, являются термически более стабильные 40деФекты. Повышение температуры отжига до 250 С и выше приводит к исчезновению наиболее стабильных деФек"тов и к восстановлению значения предела текучести до величины, соответ" 45ствующей пределу текучести исходногомонокристалла,При увеличении суммарной дозы воз"действующего на монокристалл ионизирующего излучения в нем возникает 50большее количество деФектов и соответственно сильнее увеличиваетсяпредел текучести. Однако, посколькупри этом не возникают радиационныедеФекты нового типа, то принципиальное кацественное изменение в ходепроцесса восстановления коэФФициента оптического поглощения не наблюдается,бТаким образом установлено, что для щелоцногалоидных монокристаллов имеется диапазон температур, д кото" ром в результате изотермицеского отжига монокристалла радиационные деФекты, обусловливающие увеличение коэФФициента оптицеского поглощения, становятся неустойчивыми и уменьше" ние их концентрации приводит к восстановлению коэФФициента. оптическогопоглощения материала, Одновременно с этим термическая обработка, моно" кристалла в этом же диапазоне температур сохраняет деФекты решетки, Определяющие величину предела текучести, оставляя неизменной величину упрочнения, наведенного в результате обработки монокристалла ионизирУющим облучением.П р и м е р 1. Номинально чистый монокристалл. КС 1 с исходным значени.ем предела текучести б = 140 г/мм (величину предела текучести во всех примерах измеряли с помощью дефор" мационной машины "Хпзегоп") и спектрометрицески измеренным исходным значением коэФФициента оптического поглощения на длине волны 0,8 мкм Ьов) равным 510 см-, подвергали у -облучению (во всех примерах источник облучения - Собо) до суммар" ной дозы 3,610 рад. В результате воздействия этой дозы облучения предел текучести 6 становится равным 350 гlмм 2, а коэФФициент оптического поглощения на той же длине волны( возрастает до 0 О з = 1710 смСледующий этап обработки - изотермический отжиг, Отжиг проводили при 150 С в тецение 3,5 ц с последующим охлаждением до комнатной температуры, Этот этап обработки уменьшает величину коэФфициента оптицескои 3 4 го поглощения вплоть доЮр =510 см,П р и м е р 2. Номинально чистый монокристалл НаС 1 с исходным значением о 150 г/мм и измеренным калориметрическим методом коэФФициентом оптицеского поглощения на длине волны 1,06 мкм,равным М ,6 = 6 10 4 см , подвергали-облучению до суммарной дозы 1 ф 10 фрад. После этого в нем предел текучести возрос до С = 1400 г/мм, а М,р увеличилось до 6,7. 10см , Второй этап обработки монокристалла при 200 С в тецение 0,3 ц с последующим охлаждением до комнатной температу949984 Значение о" после облуце Искорное яняцение коэтрициента оптнцеского поглоттения.Ю, си анацени а" посл Исход эначе преле текуч ти 6 ры изоского Значениебпослеоблучения,г/ии Значениеи" послеоблучения, сн араме ерниц Лоза ионизируовего облучения,териал облучеия ивре тен атурааО О 17. 10 150 3,50 6,710 200 0,3 1 3,6 1.100 14 ав б 101,410 ТО 000 1 О 1 О ТОО 5,0 2000 350 17 10 250 О,Т 40 е 00 3,210100 20,0 1400 9.1003,6 101 5 10 3,2 1 Окс 14 ТТаС 1 15 4 1 О" едактор О,Филиппова Техред М,Моргентал Корректор Л.Фи 083 Тираж Государственного комитет 113035, Москва, Заказ ,8 ННИП Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ ССС аушская наб д. 4/5 о оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ры привел к уменьшению коэФФициентаиоптического поглощения до Юо == 6 10 т см . При этом величина предела текучести остается на уровне= 1,4 1 О Рсмподвергали-облучению до дозы 9 10 рад.,В результатев нем значения предела текучести икоэФФициента оптического поглощениявозросли соответственно до 2000 г/ммзи 1010 см . Обработка облученного монокристалла путем пятичасовогоизотермического отжига при 180 С неизменила величины О, = 2000 гlсмз,одновременно уменьшив коэФФициент оптического поглощения до величиныО( - 1,4 ф 10 смП ример 4, ОбразецКС 1 стеми же исходными параметрами, что и впримере 1, облучали до той же суммарTной дозы 3,6 10 рад но в отличиеот примера 1 последующий изотермический отжиг проводили при температуре250 С в течение 0,1 ч, т,е. вышеверхней границы диапазона 150-200 С.Оказалось, что после такой обработкиполностью восстановился не толькоЮб = 5 10 см , но и предел теку"чести - ," ,=бо= 1.40 г/мм 2. 8П р и м е р 5. Монокристалл ИОС 1с теми же исходными б 0 = 150 г/мм 2 иФц, = 1,4 10 см , что и в примере 3, подвергали -облучению до доэзы 110 рад, После этого .т и О,о,бвозрастали соответственно до1400 г/мм 2 и 3,210 см , Последующая обработка этих монокристаллов 1 О путем изотермического отжига прио100 С (т,е, температуре ниже меньшего предела диапазона 150-200 С) в течение 20 ч не уменЬшает предела теО -1кучести В, = 6, = 1400 г/мм 2, но при 5 этом оказывается, что и коэФФициентоптического поглощения не улучшился( 0111-- 3,2 10 Рсм ) . Примеры обработки щелочногалоидных монокристаллов сведены в таблицу. Из таблицы следует, что предпочтителен вариант обработки по примеру 2. Поставленная цель увеличениеупрочнения материала с одновременнымсохранением коэФФициента оптическогопоглощения) в этом примере достигается по сравнению с примерами 1 и 3наиболее быстро за счет того, чтообработка монокристалла путем егоизотермического отжига при наиболеевысоких температурах из интервала150-200 С требует наименьшей продолжительности отжига, т,е. сокращаетвремя обработки монокристалла.