Способ динамической плазменной обработки поверхности твердого тела

 

Сущность изобретения: поверхность кварцевой подложки с нанесенным на ней оптическим зеркалом закрывают тонкой, толщиной в один интерференционный слой пленкой окиси кремния на площади, равной площади плоской стороны подложки с зеркалом, путем пересечения n раз подложки с зеркалом плазменного потока, содержащего кремнийорганическое вещество в парообразном состоянии, при скорости взаимного пересечения в интервале 2,5-3,0 м/с при n ≥ 1.

Изобретение относится к обработке поверхностей кварцевых зеркал, в частности к способам плазменной обработки, и может быть использовано в лазерной технике.

Известен способ получения покрытий на кварцевых зеркалах с использованием электронно-лучевого испарения. Хотя получаемое этим способом покрытие обладает хорошими качественными характеристиками, однако процесс проводится в присутствии кислорода с парциальным давлением (2-4) 10^-4 мбар, требует нагрева подложки и вакуумного сложного оборудования.

Наиболее близким к изобретению является способ обработки поверхности оптических кварцевых зеркал методом динамической плазменной обработки (ДПО), при котором формируют зону реакции в виде набегающего непрерывного стационарного потока плазмы атмосферного давления с энтальпией торможения 1 > 10⁷ Дж/кг, вводят в зону реакции зеркало и обрабатывают его поверхность в режиме нестационарного нагрева при n-разовом (где n > 1) взаимном пересечении поверхности и потока плазмы с управляемой скоростью.

Однако обработанная этим способом поверхность не приобретает защитных свойств от механических повреждений и воздействий окружающей среды, что сказывается и на ресурсе всего зеркала.

Целью изобретения является повышение качества обработки поверхности зеркала и увеличение его ресурса.

Для этого в предлагаемом способе обработки поверхности кварцевого оптического зеркала методом ДПО дополнительно вводят в поток плазмы элементоорганическое соединение в парообразном состоянии, разлагают его, а обработку поверхности осуществляют до получения на ней оксидной пленки толщиной не менее чем в один интерференционный слой, причем скорость пересечения поверхности и потока плазмы выбирают в диапазоне 2,5-3,0 м/с.

Использование в данном способе потока плазмы атмосферного давления позволяет интенсифицировать скорость процесса осаждения покрытия. Вводимое в поток плазмы кремнийорганическое соединение разлагается в плазме на активные частицы (молекулы, радикалы, ионы, электроны). Перенос этих частиц к поверхности происходит путем диффузии. Благодаря большой кинетической скорости активных частиц, обладающих низкой кинетической энергией (около 0,03 эВ) в потоке плазмы, все частицы достигают обрабатываемой поверхности, что определяет высокое качество получаемого защитного слоя и высокую скорость процесса осаждения. В силу того, что тепловой поток к поверхности велик - энтальпия торможения составляет 1 > 10⁷ Дж/кг, то обработку такой плазмой можно вести только в режиме нестационарной теплопроводности, т.е. при кратковременном воздействии плазмы на обрабатываемую поверхность (время пребывания обрабатываемой поверхности в потоке плазмы -10 мс).

Толщина слоя может управляться количеством вводимого в зону реакции реагента - кремнийорганического соединения, а также количеством (n) пересечений поверхности зеркала с плазменным потоком. Толщина пленки в один интерференционный слой является минимальной, при которой наблюдается качественная защита поверхности зеркала от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Наиболее эффективна обработка кварцевых зеркал при скорости взаимного пересечения зеркала и плазменного потока в интервале 2,5-3,0 м/с. При соблюдении этих условий не происходит диструкции поверхности зеркала и сохраняются его оптические свойства.

П р и м е р. Обработке подвергались кварцевые зеркала из оксида гафния. Плазмообразующим газом был аргон или азот. Для осаждения слоя оксида кремния методом ДПО использовали элементоорганическое вещество - гексаметилдисилазан. Скорость прохождения кварцевого зеркала через плазму составляла от 2,5 до 3,0 м/с. Количество взаимных пресечений поверхности зеркала и потока плазмы равнялось 3. Чистота поверхности зеркал контролировалась с помощью стандартных методов контроля чистоты деталей.

В результате нанесения защитного слоя оксида кремния на поверхность зеркала из оксида гафния получено зеркало, обладающее высокими механическими свойствами и стойкое к воздействию окружающей среды при сохранении его оптических характеристик.

Формула изобретения

СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА путем формирования набегающего непрерывного стационарного плазменного потока с энтальпией торможения I≥10⁷Дж/кг, создания для обрабатываемого тела режима нестационарного нагрева за счет управляемого по скорости взаимного перенесения плазменного потока с поддержанием температуры поверхности твердого тела, равной температурам ионной и нейтральной компонент плазменного потока у его поверхности твердого тела и меньшей допустимой температуры нагрева поверхности твердого тела, отличающийся тем, что, с целью защиты поверхности оптических зеркал от загрязнения и воздействия окружающей среды, в качестве твердого тела используют кварцевую подложку с нанесенным на нее оптическим зеркалом, на которое наносят пленку оксида кремния толщиной в один интерференционный слой пересечением подложки и зеркала плазменным потоком, содержащим кремнийорганическое вещество в парообразном состоянии, со скоростью 2,5-3,0 м/с.