•
что
ПРОИСХОДИТ
в
МОНОКРИСТАЛЛЕ
Во многих областях техники уже нельзя обойтись без деталей, изготовленных из монокристаллов германия, кремния, рубина, кварца и многих других веществ. Выращивание монокристаллов — сложное и трудоемкое дело. Кристалл должен обладать совершенной структурой, иметь минимальное число дефектов. Но после выращивания и остывания до комнатной температуры, кристалл получается обычно сильно «измятым» внутри. Во внешне безукоризненном прозрачном и, казалось бы, совершенном кристалле на самом деле есть сильно растянутые и сжатые участки. Это — следствие очень сложной температурной «биографии» кристалла, приводящей к возникновению в нем внутренних 'напряжений.
Эти напряжения — опасный и весьма коварный враг кристаллов. Их нельзя обнаружить при обычном осмотре, они могут быть причиной появления неожиданной трещины при любом прикосновении — не говоря уже о попытках обработать кристалл; они ухудшают его физические свойства... Внутренние напряжения обнаруживаются и измеряются с помощью поляризованного света. Б зонах таких напряжений оптически изотропный кристалл становится анизотропным и поляризованный луч света разделяется на два луча. Возникшая между лучами разность хода световых волн создает определенную окраску, зависящую от величины напряжений.
Таким методом исследования напряжений давно   пользуются   при   проектировании   различных   со
оружений, прибегая к прозрачным для света моделям (обычно — из искусственных органических материалов).
Прозрачные кристаллы сами могут быть прямым, объектом исследования, на котором непосредственно проводится весь цикл измерений. Этим методом, можно выявить температурные режимы, при которых в кристалле возникают значительные напряжения; можно найти температуруг при которой они- почти полностью снимаются; определить условия остывания кристалла, позволяющие сохранить его- целым и «не испорченным» большими внутренними напряжениями.
Исследователь   наблюдает   картину   напряжений' в кристалле непосредственно в процессе изменени) температуры,   а   не   только   после   окончания   всего- цикла термической обработки.
На цветной  вклейке  показаны фотографии картин распределения  внутренних напряжений  в монокристалле бромистого калия .размером  100 X 100 X X 20 мм при скорости нагрева и остывания несколько десятков градусов в час.
В первоначально ненапряженном кристалле пр» быстром нагреве возникают заметные напряжения- и в поляризованном свете кристалл окрашиваете» (фото 1). Эти напряжения — следствие слабой теплопроводности кристалла; его средняя часть не успевает прогреться до задаваемой температуры. Резкое остывание кристалла тоже приводит к значительным напряжениям (фото 2), причем если скорость снижения температуры близка к скорости- предшествовавшего нагрева, то величины напряжений совпадают, но их знаки меняются на обратные — фото 3 весьма напоминает фото 1, как бы повернутое относительно него на 180°.
Совершенно неожиданно повел себя кристалл при дальнейшем снижении температуры — имевшаяся симметрия окраски, соответствующая кристаллографической симметрии бромистого калия, вдруг исчезла (фото 4). Причины этого видны «а следующих спектрах: напряжения «нашли» слабое место в кристалле, сконцентрировались на нем (фото 5), и а. этом месте кристалл треснул (фото 6).
Самое интересное для «ас в этих картинах то, что ' они «почувствовали» грозящую катастрофу задолго до того, как она произошла. Кристалл можно было спасти, если бы, заметив распределение напряжений, показанное на фото 4, экспериментатор резко уменьшил скорость снижения температуры.
Но и погибший кристалл принес пользу исследователю— он показал ему, что режим термической обработки был выбран неправильно, что над этом стадией процесса надо еще поработать...
И. В. СМУШКОВ  и М. С. КАПЛАН
9