Матеріал для інтерференційного покриття

Матеріал для інтерференційного покриття на основі діоксиду цирконію, який відрізняється тим, що він додатково містить діоксид гафнію за наступним співвідношенням компонентів, мас. %: діоксид гафнію 3-7 діоксид цирконію 93-97. (19) (21) u200610100 (22) 21.09.2006 (24) 15.03.2007 (46) 15.03.2007, Бюл. № 3, 2007 р. (72) Кочерба Григорій Іванович, Галькевич Євген Петрович, Зінченко Віктор Федосійович (73) ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ ІНСТИТУТ ІМ. О. В. БОГАТСЬКОГО НАЦІОН АЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ Н АУК УКРАЇНИ, СПІЛЬНЕ УКРАЇНСЬКОАМЕРИКАНСЬКЕ НАУКОВО-ВИРОБНИЧЕ ПІД 3 21393 урахуванням співвідношення між тисками насиченої пари для чистих компонентів можна вважати, що значна (99%) частина (за товщиною) покриття складається з діоксиду цирконію. Але після повного виснаження розтопу на діоксид цирконію розпочинається утворення надтонкого (нанометрової товщини) зовнішнього шару з діоксиду гафнію. Він має значно вищу променеву міцність порівняно з діоксидом цирконію, через дію розмірного фактору (див. Шпак А.П. и др. „Кластерные и наноструктурные материалы". К.: Академпериодика, 2001, с. 469-500). Матеріал для інтерференційних покриттів готують таким чином. Тверді розчини системи ZrO2HfO2 синтезовані шляхом спільного осадження гідроксидів цирконію та гафнію розчином амоніаку з водних розчинів хлороксиду цирконію (ZrOCl2) та хлороксиду гафнію (НfOСІ2), узятих у необхідних пропорціях, з наступним прожарюванням. Синтез 100г продукту, що містив 5 мас.% діоксиду га фнію, проводили наступним чином. Узято два розчини: 0,475 л хлороксиду цирконію з концентрацією 200 г/л та 0,02л хлороксиду гафнію з концентрацією 250 г/л (у перерахунку на діоксид цирконію та діоксид гафнію, відповідно). Розчини ретельно змішували. Додавали надлишок концентрованого (25мас.%) розчину гідроксиду амонію при постійному перемішуванні до рН 8,5. Повноту осадження перевіряли за відсутністю помутніння розчину при додаванні невеликого надлишку гідроксиду амонію. Осад відфільтровували за допомогою щільного фільтрувального паперу („блакитна стрічка"), висушували у сушильній шафі протягом 2-3 годин при 150-180°С. Матеріал ретельно перетирали у агатовій ступці, проводили термообробку у муфельній печі при 700-900°С. Порошок знову ретельно перетирали у агатовій ступці, пресували у вигляді таблеток з діаметром 2 см та висотою приблизно 1 см. Таблетки вміщували у вакуумну піч з вольфрам-молібденовим нагрівачем та прожарювали у вакуумі (10-3 мм.рт.ст.) при температурі 1800-1900°С протягом 2-х годин. Після охолодження таблетки піддавали окиснювальному відпалу у муфельній печі при 1100°С протягом 4-х годин. Таблетки плівкоутворюючого матеріалу охолоджували та зважували. Маса продукту становила 91,0 г. Вихід становив 91%. За даними РФА, матеріал містив тверді розчини моноклінної модифікації з параметрами, дещо більшими порівняно з чистим ZrO2. Виготовлено просвітлювальне покриття зі стандартного матеріалу - діоксиду цирконію та заявлюваного матеріалу; матеріалом з низьким показником заломлення слугував діоксид силіцію. Нанесення інтерференційних покриттів з матеріалу на підкладку зі скла К8 проводили методом електронно-променевого випаровування за наступною методикою. У випарнику І закладали таблетку, яка складається з ZrO2 або заявлюваного матеріалу, що містить 5 мас. % НfO2+95 мас. % ZrO2. Оптичн у де таль зі знежиреними поверхнями встановлювали у гніздо підкладкоутримувача, а контрольну пластину зі знежиреними поверхнями встановлювали у гніздо фотометричного пристрою для контролю товщини шарів. Зачиняли вакуумну 4 камеру та розпочинали відкачку з неї повітря. Коли у камері досягнуто вакуум 1.10-3Па, камеру розігрівали (для позбавлення залишків адсорбованих газів) до 150°С та утримували при цій температурі протягом 1 години (температуру у камері контролювали за допомогою термопари, яка розміщена поблизу поверхні оптичної деталі, на яку буде нанесено покриття). Вимикали обігрів камери. Вмикали живлення на електроннопроменевій гарматі, фокусували електронний промінь на поверхні таблетки та розпочинали його сканування по таблетці. За допомогою фотометричного пристрою контролювали товщину шару, який утворюється на контрольній пластині. Коли показання фотометричного пристрою свідчили, що досягнуто потрібну товщини шар у (l/4), вимикали живлення, переводили електронну гармату в режим сканування таблетки з SiO2 у випарнику II. Процес нанесення покриття повторювали аналогічно описаному вище. Процес термічного випаровування у вакуумі проводився за наступними параметрами: спосіб нагрівання: електронно-променевий; вакуум у камері ВУ-1А: 2,66.10-3Па. Параметри роботи електронної гармати: напруга: 6 кВ; струм емісії: 80-100 мА (випарник І) 50-70мА (випарник II) швидкість нанесення плівкового шару: 4050нм/хв. (випарник І) 30-40нм/хв. (випарник II) Оптична товщина шар у: 0,265мкм. Випробування покриттів проводилося на лазерному стенді із застосуванням твердотільного YAG:Nd3+ лазера на довжині хвилі 1,055мкм. Режим роботи лазера - моноімпульсний з тривалістю кожного імпульсу ~ 20 не, випромінювання - поляризоване. Щільність енергії збільшено за рахунок підфокусування жмута випромінювання (фокусна відстань лінзи ~980мм). Попередньо проводилось визначення розміру плями лазерного випромінювання в двох перпендикулярних напрямах (Dх, D) шля хом дії на проявлений фотопапір. За критерії руйнування покриття вважалися наступні: поява виколок на поверхні підкладки; випаровування покриття до підкладки, видиме неозброєним оком; випаровування покриття, що виявляється у вигляді зміни кольору покриття, видимому неозброєним оком або за допомогою збільшувального скла. Густину енергії, при якій відбувається руйнування покриття, або променеву міцність Еа, визначали за формулою: E(1 - r п ) 2 (1 - r л )2 , S де Е - вихідна енергія лазера, Дж; r п, r л - коефіцієнти френелівського відбиття від поверхні підкладки та лінзи, відповідно, S - площа плями руйнування на поверхні підкладки, що визначали за формулою: pD xDy S= . 4 2 Ea , ДЖ / см = 5 21393 За поріг руйнування покриття брали величину Еa, що дорівнює середньому арифметичному значенню між величиною Еа, при якій руйнування ще 6 не відбувалося, та величиною Еа, при якій руйнування відбувалося. Дані випробувань представлені у таблиці. Склад матеріалу, мас.% НfO2 Еа, Дж/см 2 Діоксид цирконію на рівні домішок Заявлюваний матеріал Матеріал Співвідношення Ea/Ea(ZrO2) Ea/Ea(HfO2) 22,0 1,00 0,55 3 24,8 1,13 0,62 5 34,0 1,55 0,85 7 25,4 1,15 0,64 При вмісті, меншомуза 3 мас.% HfO2, променева міцність зменшується до значень, близьких до такої для діоксиду цирконію, що пов'язано з недостатньою кількістю діоксиду гафнію для утворення поверхневого наношару. При вмісті, більшому за 7 мас.% НfO2, променева міцність також зменшується до значень, близьких для такої для Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун діоксиду цирконію, що пояснюється розмиттям поверхневого наношару. Таким чином, променева міцність покриттів із застосуванням заявлюваного матеріалу суттєво перевищує таку для покриттів на основі стандартного матеріалу - діоксиду цирконію, наближаючись до значень, характерних для покриттів з діоксиду га фнію. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601