Способ формирования пустот в ионных кристаллах

Изобретение относится к использованию ударных волн для проведения химических реакций или для модификации кристаллической структуры веществ в частности к способу формирования пустот в ионных кристаллах.

Известен способ формирования пустот (Савенко О.М., Геринг Г.И., Физика твердого тела, том 38, №1, 1996), в котором в кристаллах KCl, KBr с содержанием примеси Mg или Pb с концентрацией 5*10^-3 mol % под действием импульсов растягивающих напряжений формируются пустоты (поры).

Недостатком данного способа является невозможность распределения пустот на заданном интервале глубин образца, поскольку в способе брался образец с уже сформированным равномерным распределением примеси по объему образца.

Технической задачей заявляемого решения является формирование распределения пустот на заданном интервале глубин образца.

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ формирования пустот в ионных кристаллах KBr в котором на поверхность пластины кристалла KBr особой чистоты кладут навеску из Mg особой чистоты и помещают пластину в кварцевую трубку, откачивают до давления 10^-2÷10^-3 Па, нагревают до температуры T₁=450÷520°С, затем производят отжиг в течение времени τ₁=5÷15 часов, после этого производится охлаждение до температуры Т₂=20÷22°С и выдержка в течение τ₂=2÷3 часов, затем в области диффузии Mg в данных пластинах генерируют импульсы растягивающих напряжений амплитудой не менее 50 МПа.

Возможность обеспечения технического результата обеспечивается тем, что при температурах 45÷520°С давление паров KBr составляет не более 10^-2 Па, в то время как давление паров Mg составляет порядка 10² Па, при этом осуществляется диффузия примесей Mg с поверхности вглубь образца, так что максимальная концентрация примесей, кроме узкого приповерхностного слоя начинается на некоторой глубине и с увеличением глубины от данного слоя концентрация падает по экспоненте и достигает заданного интервала значений 1÷5*10^-3 mol % (при котором происходит порообразование, при концентрации больше или меньше указанного интервала порообразование не идет) на определенном заданном интервале глубины, зависящем от времени отжига, что позволяет после генерирования импульсов растяжения амплитудой не менее 50 МПа получать микропустоты. Таким образом, в отличие от прототипа интервал глубин распределения пустот становится величиной формируемой и зависимой от распределения концентрации примеси Mg от поверхности пластины кристалла KBr до заданной глубины легирования.

На фиг. 1 представлен общий вид микропустот, полученных при отжиге в течение времени τ₁=10 часов на глубине от 0,2÷0,3 мм при амплитуде импульса растяжения 50 МПа и длительности 200 нс.

Способ осуществляется следующим образом: на поверхность пластины кристалла KBr особой чистоты размером 10×10×1 мм кладут навеску из Mg особой чистоты - 0,05 г и помещают пластину в кварцевую трубку, откачивают до давления 10^-2÷10^-3 Па, затем запаивают трубку, помещают в индукционную печь нагретую до 450°С, нагревают до температуры Т₁=450÷520°С, затем производят отжиг в течение времени τ₁=5-15 часов, после этого производится охлаждение до температуры Т₂=20÷22°С и выдержка в течение времени τ₂=2÷3 часов, затем в области диффузии Mg на данные пластины воздействуют биполярным акустическим импульсом амплитудой не менее 50 МПа и длительностью не менее 200 нс.

Пример 1.

На поверхность пластины кристалла KBr ОСЧ размером 10×10×1 мм поместили навеску из Mg ОСЧ массой - 0,05 г и разместили в кварцевой трубке, откачали до давления 10^-3 Па, запаяли трубку, произвели нагрев до температуры T₁=450°С и провели отжиг при данной температуре Т₁=450°С в течение времени τ₁=5 часов, после этого произвели охлаждение до температуры Т₂=20°С и выдержку в течение τ₂=2 часов, затем в области диффузии Mg в данных пластинах генерировали импульсы продольных растягивающих напряжений амплитудой не менее 50 МПа и длительности 200 нс, получили распределением пор на глубине от 0,1÷0,2 мм

Пример 2.

На поверхность пластины кристалла KBr ОСЧ размером 10×10×1 мм поместили навеску из Mg ОСЧ массой - 0,05 г и разместили в кварцевой трубке, откачали до давления 10^-3 Па, запаяли трубку, произвели нагрев до температуры T₁=450°С и провели отжиг при данной температуре T₁=450°С в течение времени τ₁=10 часов, после этого произвели охлаждение до температуры Т₂=20°С и выдержку в течение τ₂=2 часов, затем в области диффузии Mg в данных пластинах генерировали импульсы продольных растягивающих напряжений амплитудой не менее 50 МПа и длительности 200 нс, получили распределение пор на глубине от 0,2÷0,3 мм

Пример 3.

На поверхность пластины кристалла KBr ОСЧ размером 10×10×1 мм поместили навеску из Mg ОСЧ массой - 0,05 г и разместили в кварцевой трубке, откачали до давления 10^-3 Па, запаяли трубку, произвели нагрев до температуры T₁=450°С и провели отжиг при данной температуре T₁=450°С в течение времени τ₁=15 часов, после этого произвели охлаждение до температуры Т₂=20°С и выдержку в течение τ₂=2 часов, затем в области диффузии Mg в данных пластинах генерировали импульсы продольных растягивающих напряжений амплитудой не менее 50 МПа и длительности 200 нс, получили распределение пор на глубине от 0,3÷0,4 мм

Таким образом, решается техническая задача формирование распределения пустот на заданном интервале глубин образца.