Спосіб одержання лужногалоїдних кристалів

Способ получения щелочногалоидньїх кристаллов, включающий загрузку исходного сырья в тигель, нагрев тигля в вакууме в герметичной камере, заполнение камеры инертным газом до давления 1-2 атм, расплавление при этом давлении сырья и выращивание кристалла при давлении газа 0,01-0,2 атм, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что после расплавления сырья камеру вакуумируют, напускают инертный газ до давления 1,0-1,2 атм, выдерживают 0,5-1,5 часа, вакуумируют камеру, после чего повторяют обработку камеры газом не менее двух раз, а затем проводят выращивание. Изобретение относится к технологии выращивания крупногабаритных нерассеивающих щелочногалоидных кристаллов с высокой прозрачностью в инфракрасной области спектра, применяемых в качестве пассивных оптических элементов мощных ИК-лазеров. Способ может быть использован для получения крупногабаритных щелочногалоидных кристаллов высокого качества на предприятиях различных отраслей. Применение щелочногалоидных кристаллов в лазерном приборостроении ИКдиапазона предъявляет высокие требования к прозрачности кристаллов и рассеянию света в них. Наличие поглощающих центров в оптических элементах лазеров приводит к их разрушению под воздействием потоков оптического излучения высокой мощности. При мощностях лазеров более 10 кВт потери на поглощение, которые преобразуются в тепловую энергию до 10 Вт при коэффици енте поглощения на длине волны 10,6 мкм 1 • 10 см . Теоретическое значение минимального показателя поглащения на длине волны 10J5 мкм для кристаллов КСІ составляет 7 • 10 см и поэтому главная задача максимально приблизиться к этому значению. Поглощение в ИК-области спектра в основном определяется кислородсодержащими примесями ОН", НСОз, SO4 , СЮз и ДРНаличие рассеивающих центров кроме, снижения прозрачности приводит также к уширению лазерного луча. Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является способ получения высокопрозрачных щелочногалоидных кристаллов, включающий загрузку исходного сырья в тигель, нагрев тигля в вакууме в герметичной камере до заданной температуры, заполнение камеры инертным газом до давления 1-2 атм., расплавление сырья, снижение давле С > ел со ел О Н з 4585 ния до 0,01 0 02 атм перед выращиванием и последующее выращивание кристалла [4] Заполнение камеры инертным (не взаимодействующим с расплавом) газом таким как гелий, аргон, азот или их смесь позволя- 5 ет после расплавления сырья обеспечить удаление из расплава кислородсодержащих примесей Давление газа от 1 до 2 атм обусловлено необходимостью создания высокой концентрации молекул инертного газа в рас- 10 плаве для удаления из расплава кислородсодержащих примесей. Уменьшение давления после расплавления сырья приводит к выделению из расплава избыточного для данного давления газа, 15 образованию в расплаве большого количества газовых пузырьков, всплывание которых к поверхности расплава приводит к выносу растворенных в расплаве молекулярных кислородсодержащих комплексов. 20 Значение давления от 0,01 до 0.2 атм в ростовой камере обусловлено необходимостью, с одной стороны, создать условия для образования газовых пузырьков в количестве, необходимом для удаления из расплава 25 кислородсодержащих примесей, а с другой стороны, для предотвращения испарения расплава. Недостатком данного способа является наличие в кристалле рассеивающих центров 30 в виде газовых пузырей и недостаточно высокая прозрачность в ближней инфракрасной области спектра. В основу изобретения поставлена задача разработки способа получения щелочно- 35 галоидных кристаллов, в котором, путем введения новых технологических операций, достигалось бы уменьшение количества кислородсодержащих примесей в кристаллах и, тем самым, позволило бы получить высоко- 40 прозрачные кристаллы. Решение задачи обеспечивается тем, что в способе получения щелочногалоидных кристаллов, включающем загрузку исходного сырья в тигель, нагрев тигля в вакууме в 45 герметичной камере, заполнение камеры инертным газом до давления 1-2 атм, расплавление при этом давлении сырья и выращивание кристалла при давлении газа 0,01-0,2 атм. согласно изобретению, после 50 расплавления сырья камеру вакуумируют, напускают инертный газ до давления 1,0-1,2 атм, выдерживают 0,5-1,5 часа, вакуумируют камеру, после чего повторяют обработку камеры газом не менее двух раз, а затем 55 проводят выращивание. Обработку сырья на стадии плавления инертным газом при давлении 1-2 атм обеспечивает насыщение расплава молекулами инертного газа, что при последующем сни жении давления приводит к массовому образованию пузырьков газа, которые всплывая к поверхности расплава приводят к выносу из расплава кислородсодержащих примесей. Заполнение камеры до давления 1-2 атм обусловлено тем, что при давлении меньше 1 атм не обеспечивается высокая концентрация молекул инертных газов в расплаве, необходимая для удаления из расплава кислородсодержащих примесей, а при давлении больше 2 атм дальнейшее улучшение прозрачности за счет уменьшения содержания кислородсодержащих примесей не происходит, но возникает необходимость в использовании ростовых камер, способных выдержать большие избыточные давления. Чтобы интенсифицировать процесс выноса примесей, с одной стороны, и, в конечном Счете, удалить из расплава растворенные молекулы газа, предложено после полного расплавления сырья произвести стадию вакуумирования. Эта стадия при заданной температуре позволяет произвести очистку расплава от примесей, упругость пара которых выше давления в ростовой камере. Оптимальная температура и длительность стадии вакуумирования определяется необходимостью более полного удаления продуктов разложения кислородсодержащих примесей, с одной стороны, и уменьшения выноса основного вещества, с другой стороны. Дальнейшие циклы обработки расплава инертным газом (Не, Аг или N2), заключающиеся в быстром напуске газа до давления 1-1,2 атм, выдержке при этом давлении 0,51,5 часа с последующим вакуумированием, позволяет эффективно производить насыщение расплава газом во всем объеме за счет конвекции, а в процессе последующего вакуумирования удалить газовые пузыри, унося при этом кислородсодержащие примеси. Время выдержки 0,5-1,5 часа выбрано из условий установления стационарных условий в расплаве. За время менее 0,5 часа не успевает произойти перемешивание всего объема расплава и выравнивание температуры. Выдержка более 1,5 часа не приводит к дальнейшему повышению эффективности очистки, но удлиняет процесс обработки и, следовательно, удорожает продукцию. Выбор температуры и длительности выдержки расплава зависит от растворимости газа и скорости его диффузии в расплаве. Выращивание кристалла при давлении инертного газа в ростовой камере 0,01-0,2 атм обусловлено необходимостью предотвращения испарения расплава. 4585 6 камеру до давления менее 0 01 атм Hat ре Совокупность отличительных признаков вают сырье до температуры 700°С при но обладает новым свойством, обеспечивает прерывном вакуумировании Заполняют в наряду с улучшением прозрачности кристалтечение часа камеру азотом до давления 1 лов снижение рассеяния в них света. В таблице приведены данные по про- 5 атм. Нагревают камеру до температуры плавления сырья и осуществляют плавление зрачности кристаллов в зависимости от техв атмосфере азота После расплавления нологических параметров их получения. сырья камеру вакуумируют в течение двух Оценку эффективности очистки производичасов. Затем проводят три цикла обработки ли по пропусканию света с длиной волны 10,6 мкм, содержание ОЬГионов и рассея- 10 расплава азотом. Каждый цикл состоит из заполнения камеры азотом в течение 30 нию луча He-Ne-лазера. мин. до давления 1 атм., выдержки расплава Предлагаемый способ содержит следув течение одного часа и последующего вакующую последовательность проведения опеумирования до давления 0,01 атм После раций: 1 Загружают исходное сырье в тигель. 15 трех циклов обработки, заполняют камеру азотом до давления 0,02 атм. и после выдер2. Помещают тигель в герметичную росжки расплава для установления теплового товую камеру. равновесия и обезгаживания расплава осу3. Вакуумируют камеру. ществляют выращивание кристалла извест4 Нагревают сырье. 5. Заполняют камеру инертным газом до 20 ным способом вытягивания из расплава на затравке. давления 1-2 атм. Таким же способом при заявляемых зна6. Расплавляют сырье. чениях технологических параметров получе7. Вакуумируют ростовую камеру. ны высокопрозрачные кристаллы К СI 8. Заполняют камеру инертным газом до давления 1 атм. 25 диаметром до 500 мм (см. таблицу). 9. Выдерживают расплав. Из таблицы видно, что в отличие от про10. Вакуумируют ростовую камеру. 1). Повторяют операции 8-10 еще 2-3 тотипа в кристаллах, полученных по предлагаемому способу с двумя и более циклами раза. 12. Заполняют камеру инертным газом 30 обработки расплава инертными газами, не наблюдается рассеяние луча He-Ne-лазера. до давления 0,01-0,2 атм. Кроме того, наблюдается улучшение про13 Выращивают кристалл. зрачности на длине волны 10,6 мкм и уменьДанный способ может быть реализован шение концентрации кислородсодержащих на известных герметичных ростовых устапримесей. Из таблицы видно также, что приновках для выращивания кристаллов из рас- 35 менение однократной обработки инертным плава. Предлагаемым способом на газом недостаточно для получения нерассеустановках типа "Рост" методом вытягиваивающих высокопрозрачных кристаллов. ния из расплава на затравке получены моноНаилучшие результаты получены при тоехкристаллы КСІ диаметром до 500 мм. кратной обработке. Дальнейшее увеличение Пример конкретного выполнения. 40 количества циклов обработки инертным гаВ качестве исходного сырья использован зом нецелесообразно, т.к. улучшение качели соль КС! квалификации "осч . Загружают ства не достигнуто, но при этом возрастает 100 кг соли КСІ в тигель диаметром 600 мм и длительность процесса подготовки расплавысотой 300 мм. Помещают в герметичную ростовую камеру. Вакуумируют ростовую 45 ва, что приводит к неоправданным затратам. I 4585 8 Сравнительные данные качества щелочногалоидных кристаллов, полученных по предлагаемому способу и прототипу п/п Количество циклов обработки расплава газами Давле- Длитель(сравнительныеІ параметры ние газа, ность выдерж- Прозрач- Концентра- Рассеяние луча лазеатм ки рас- ность на ция О Н ра плава длине ионов 4 под давволны (моль^хЮ" ) лением, 10,6 мкм ч (см^хЮ" 4 ) 1 (Прототип) 6,7 5.0 Рассеивает 2 (прототип) 3 3,5 рассеивает 3 (заявляемый способ) 1 0,8 0,5 6,3 5.0 рассеивает 4 1 1,0 0,5 4,3 слабо рассеивает 5 1 1,5 0,5 3,3 6 7 1 1,0 0,3 3,4 1 1,0 1,0 2,9 3,5 2,5 4,0 3,0 8 1 1.0 2,0 3.1 2,8 слабо рассеивает 9 2 0,8 0,3 2,8 3,0 не рассеивает 10 2 1.0 0,5 2,9 2,8 не рассеивает 11 2 1.2 1,0 2,6 2.0 не рассеивает 12 2 1,2 1.5 2,7 2.0 не рассеивает 13 2 1,5 2,0 2,6 2,1 не рассеивает 14 3 0,8 0,3 2,8 2,5 не рассеивает 15 3 1.0 0,5 2,4 1.5 не рассеивает 16 3 1,0 1.0 1.5 1,25 не рассеивает 17 3 1,2 1,5 1,0 0,8 не рассеивает 18 3 1,5 2,0 1.4 0,75 не рассеивает 19 4 1.0 1,0 2,0 0,85 не рассеивает 20 4 1.2 1.5 1.5 0,9 не рассеивает 21 4 1.5 2,0 1.4 1,35 не рассеивает Упорядник Замовлення 589 Техред М.Моргентал слабо рассеивает слабо рассеивает слабо рассеивает Коректор М. Ткач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101