Способ очистки металлических подложек оптических изделий

 

Использование: приборостроение, технология очистки подложек оптических изделий . Сущность изобретения: подложки из меди, ее сплавов, железа, стали, цинка, свинца и серебра обрабатывают 0,01- 2,00%-ным раствором бензотриазола или карбоксилированного бензотриазола, или метилированного бензотриазола в органическом растворителе. Сушат и облучают при мощности лазерного излучения 1 -103 - -5 -107 Вт/см2. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ:ВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870485/12 (22) 27.09.90 (46) 23.05.92. Бюл. № 19 (71) Научно-производственное объединение

"Астрофизика" (72) М, К. Ильин и С. А, Филин (53) 621.187(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 398709, кл. С 23 G 5/00, 1973.

Архипова Ю. В., Балатникова И. Н. и др.

Пороги оптического пробоя воздуха на полированной металлической поверхности для излучения. Квантовая электроника, 1986, т.

13, ¹1; с. 103.

Изобретение относится к химической и лазерной обработке, в частности к способам очистки поверхности изделий растворителями и облучением лазерным излучением, Оптические изделия в процессе механической обработки, полировки, транспортировки, хранения и сборки загрязняются технологическими загрязнениями, в основном органическими примесями типа пекканифольных смол, жиров минерального и животного происхождения, ПАВ и т.д.

Известен способ очистки металлических подложек оптических изделий, включающий облучение подложек ультразвуковыми колебаниями с частотой

50 — 100 кГц сначала при комнатной температуре в течение 2-4 мин, а затем при 12001300 С в течение 1 — 3 мин непосредственно перед нанесением покрытия в вакуумной рабочей камере при давлении 10 — 10 мм рт.ст., при этом нагрев подложек ведут расфокусированным электронным лучом, ска(s1)s В 08 В 3/08, 7/04 ! „: ;j б (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ПОДЛОЖЕК ОПТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ (57) Использование: приборостроение, технология очистки подложек оптических изделий, Сущность изобретения: подложки из меди, ее сплавов, железа, стали, цинка, свинца и серебра обрабатывают 0,01—

2,00%-ным раствором бензотриазола или карбоксилированного бензотриазола, или метилированного бензотриазола в органическом растворителе. Сушат и облучают при мощности лазерного излучения 1 .10 з — 5 10 Вт/см, 1 табл. нирующим по очищаемой поверхности с частотой 0,005-1 кГц, Однако известный способ требует для своей реализации создания специальных условий и специального оборудования (вакуумная установка, обеспечивающая создание довольно высокого вакуума, и оборудованная генератором ультразвуковых колебаний и электронной пушкой) и большого расхода энергии, потребляемого этим специальным оборудованием. При этом происходит загрязнение камеры вакуумной установки продуктами загрязнений с подложки при ее очистке, что вызывает частую необходимость профилактической чистки вакуумной камеры и, как следствие, сокращение ресурса ее работы. Негативным фактором известного способа является большая вероятность загрязнения очищаемой поверхности подложки загрязнениями с ее нерабочих поверхностей в результате их десорбции под воздействием вакуума и нагрева до 1200 — 1300 С, что, в свою оче",734884 редь, не позволяет обеспечить высскокачественную очистку поверхности, Известный способ не позволяет проводить очис ку оптически обработанной !9o88pxHGGTI9 г!Одложек из-За ухудж8ния Оптических параметров пОВерхности после Очистки изза увеличения нарушенного слоя оптической поверхности при воздействи!А ультразвука и под воздействием электронной бомбардировки. г9ВИ60Л88 бЛИЗКИМ К ИЗОбрЕТЕНИЮ ЯВЛЯется способ очистки металлических подложек оптических изделий, вкл9очаюи;ий облучение поверхности лазерным излучением мощностью, соответству!Ощей порогу плазмообразования материала подложки, через фильтры, при этом первый! фильтр ослабляет мощность лазерного излучения в

4 — 10 раз, а последу9ощие фильтры постеГ98нноувеличива!От: ощность лазерно! О излучения, Облуч.:-..-.: шего поверхность

ПОДЛ!Ожки От М9,;Р! .,:f „ ibHOI-О ЗНВ".8!! IIR HB

ЗОУ о каждый.

Однако известный способ очистки подло>кек требует для своей реализации специально подобранных фильтров, позволяющих уменьшать мощность лазерного излучения на определенную Величину на определенной рабочей длине волны, и инертных к воздействию лазерного излучения, а также требует больших энергетических затрат, связанных с длительностью

Очистки и с необходимОстью Оолуче!!Ия поверхности лазерным излучением высокой мощнОсти, раВным порОгу плазмоооразОВания объема материа":à подложки, например, для меди -5 I0 Вт/см2. Hai!ичие на поверхности подложки Органических примесей вызывает снижение порога плазмообразования до величин значительно ниже расчетных для данног" материала В резуль-!ате взрывного характера испарения органических примесей с облучаемой лазерным излучением поверхности при мощностях потока, близких к порогу плазмообразования, при этом происходит необратимое разрушение поверхности и, как следствие, выход подложки из строя. Поэтому для обеспечения возможности эксплуатации подложки при мощности потока лазерного излучения, близкой к расчетной, используется известная лазерная очистка с постепенным увеличением мощности потока лазерного излучения от Величины, обеспечивающей невзрывной характер последовательного испарения, присутствующих на поверхности органических поимесей, до величины, близкой к расчетному значени!о порога плазмообразования для данного материала подложки.

Целью изобретения является повышение интенсификации процесса при снижении энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что

5 согласно способу очистки металлических г одложек оптических изделий, включающему облучение поверхности лазерным излучением, поверхность подложки перед облучением дополнительно обрабатывают

",0 0,01 — 2,00 Д-ным раствором 1,2,3-бензотриазола или карбоксилированного бензотриазола или метилированного бензотриазола в органическом растворителе и сушат, а облучение осуществляют при мощности лазер15 ного излучения 1 10 — 5 10 Вт/CM .

Обработка поверхности перед облучением раствором 1,2,3-бензотриазола или его производной в органическом растворителе позволяет значительно повысить ско20 рость очистки при снижении мощности лазерного излучения.

Уеханизм предлагаемого способа очистки подложек представляет собой следующее. При обработке поверхности меди .

25 раствором 1,2,3-бензотриазола на поверхности образуется защитная пленка, представляющая -обой комплекс меди со стехиометрическим соотношением Си и

1!,2,3-бензотриазола (БТА), равным 1:1, кото30 рый имеет эмпирическую формулу

"-В;НЖзСи.(Сu (I) БТА).

Инертная пленка Cu (I) БТА при достато 9!9ОЙ концентрации БТА продолжает рас-; и после образования монослоя до

35 создания пленки толщиной 3000 — 4000О.

Рост толстых пленок Cu (I) БТА обычно включает перенос ионов Си через поверхность пленки. Эти ионы на границе твердая фаза/жидкость реагируют с ионами БТА, со40 здавая дополнительный слой пленки, При этом атом меди захватывается через координационные связи с атомами азота в триазольный цикл с образованием химических связей, причем подвижный атом водорода в

45 группе NH замещается Си, а второй атом Си связывается координационной связью с ненасыщенным атомом азота в кольце.

Данные по частотному распределению в твердом БТА показывают, что пленка Cu (!)

50 БТА имеет двухзубчатую структуру комплекса меди: /

M„,N! иИ Д

1734884

Такой специфический характер образования на поверхности подложки медного комплекса 1,2,3-бензотриазола, имеющего непрерывную по поверхности двухзубчатую структуру с черезвычайно высокой силой химических связей, позволяет замещать более слабые связи органических примесей с поверхностью подложки. При этом медный комплекс БТА вытесняет органические примеси в поверхностный слой медного комплекса БТА или включает их в пространство двухзубчатой структуры, как бы "прорастая" через органические примеси.

Таким образом, при облучении лазерным излучением относительно невысокой мощности поверхности подложки, вызывающим испарение 6ТА при температуре

198 С, происходит и удаление органических примесей вместе с БТА, которые в другом случае не испарились бы, имея более высокую температуру кипения. При этом образуется поверхность подложки совершенно свободная как от органических примесей, так и от БТА.

Высушивание обработанной в растворе . БТА поверхности перед облучением лазерным излучением необходимо, чтобы исключить снижение порога плазмообразования поверхности подложки в результате возможного пробоя воздуха вблизи поверхности, в результате присутствующего в нем в этом случае испаряющегося растворителя

БТА, например ацетона, который может привести к снижению порога пробоя воздуха при воздействии лазерного излучения.

Аналогичный характер взаимодействия имеют и производные БТА, например карбоксилированный бензотриазол, метилированный бензотриазол, которые создают, как и 1,2,3-бензотриазол, аналогичные структуры также на сплавах меди, железе, стали, цинке, свинце и серебре.

Преимуществом предлагаемого способа очистки является также то, что пленка

БТА защищает поверхность изделия от воздействия неблагоприятных климатических факторов и загрязнения при сборке и монтаже подложки на стенд и, поэтому очищать поверхность подложки от комплексной медной пленки БТА можно непосредственно на стенде в процессе эксплуатации. после монтажа подложки.

Пример ы 1 — 15. Готовят 0,01 — 2 (,ный раствор 1,2,3-бензотриазола в органическом растворителе, например ацетоне, Для чего взвешивают на аналитических весах 0,01-2 г 1,2,3-бензотриазола и растворяют в 100 г ацетона при перемешивании.

Полное растворение 1,2,3-бензотриазола определяют визуально по отсутствию в рас5

45 творе взвешенных частиц. Очищаемую поверхность, например, оптически обработанную из сплава меди МОб, замачивают в растворе 1,2,3-бензотриазола в ацетоне и выдерживают в течение, например 2-10 мин. Это оптимальное время выдержки, обусловленное достижением термодинамического равновесия между концентрацией

1,2,3-бензотриазола в растворе и на обрабатываемой оптической поверхности (время выдержки может быть и большим, но это нецелесообразно, так как кроме потери времени ничего не дает).

1,2,3-Бензотриазол и его производные хорошо растворяются во многих растворителях, таких как этанол, ацетон, четыреххлористый углерод, фреоны и т,д. Оптимальным среди них является ацетон, обладающей высокой растворяющей способностью по отношению к 1,2,3-бензотриазолу и его производным и низкой температурой кипения, что обеспечивает быстрое высыхание обработанной поверхности.

После обработки в растворе извлекают подложку, высушивают и устанавливают на стенд, например "Стис", снабженный СО лазером модель-143 на рабочей длине волны 10,6 мкм. Высыхание подложки происходит в течение врмени не более 5 мин, что равняется времени, затрачиваемому от извлечения подложки из раствора до окончательной установки на стенд. Облучают обработанную поверхность лазерным излучением, например, мощностью

W = 1. 10 — 5 10 Вт/см на стенде "Стис"

СО -лазером с рабочей длиной волны 10,6 мкм. Порог плазмообразования определяют в трех точках на площади 0,2 см и длительностью импульса излучения 4 мкс. Точность измерения составляет ч-15;,ь. Затем с помощью металлографического анализа (увеличение 80 — 160) исследуют состояние отражающей поверхности подложек на участках воздействия импульсов излучения.

Предлагаемый способ очистки позволяет эксплуатировать оптически обработанные подложки из меди и ее сплавов при мощности лазерного излучения, близкого к расчетному значению, для меди (W = 5 10

Вт/см ) при времени очистки 12 — 20 мин и мощности лазерного излучения при очистке

1. 10 — 5 10 Вт/см, Результаты испытаний предлагаемого способа очистки подложек представлены в таблице.

Из таблицы следует, что время очистки предлагаемым способом в среднем в 2 — 3 раза меньше, чем по известному способу, а

Формула изобретения

Время )

ОчиСтки, мин

Способ очистки риме у еори л8

11 2,5 ага Й

1 Етон

1З,О

16,0

18,0

19,5

200

3 1П

3 10

3 10" .б08 и и и и

Этан

Фрес

114L лав

БрЦ

0,15

МОб

Ацет

0,01

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

H о о о

П р и м е ч а н и е . Известный(пример 16)облучают лазерным излучением 16 раз, воздействуя на очищаемую поверхность через фильтры с первоначальной мощностью 1 10 Вт/см" затемувеличивая ее каждый раз на 30 g путем замены фильтра, и так до мощности 5 .10 Вт/см . При этом требуется 15 фильтров. б энергозатраты при это снижаются в среднем на 2 порядка.

Ведение процесса предлагаемым спoco6Qf4 позволяет повысить cKQpQcTb Очистки не менее чем в 2 раза, снизить энергозатраTbf H8 Очистк1/ HB 2 — 5 порядков, достигнуть B результате очистки мощности лазерного излучения, при эксплуатации подложки, близкой к расчетной, для меди 5 10 Вт/см, 8 2 производить очистку поверхности подложки непосредственно на стенде в процессе ее эксплуатации, обеспечивая тем самым защиту от коррозии и загрязнения рабочей поверхности в процессе сборки и монтажа подлОжки Я изделие; повысить безопасность проведения процесса очистки за счет уменьшения мощности лазерного излучения и времени его воздействия, зол ! G,01

0,015

0,1

1,0

1,9

2,0 ! КарбоксилироB 3 HHbl A 6BH3Oтриазол 0,1

Метил бензо-! триазол

0,1

2,3-Бензотриазол

0G" !

Способ очистки металлических подложек оптических изделий, преимущественно

5 из меди, ее сплавов, железа,.стали, цинка, свинца и серебра, включающий облучение поверхности подложек лазерным 1излучением, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсификации процесса при

10 снижении энергозатрат, поверхность подложек перед облучением дополнительно обрабатывают 0,01 — 2,007-ным раствором бензотриазола, или карбоксилированного бензотриазола, или метилированного бен i5 зотриазола в органическом растворителе и сушат, а облучение осуществля от пои мош„ности лазерного излучения 1 10 — 5.10

BT/CM