5.7. Обработка кристаллов

Собственная форма и размеры выращенных кристаллов, как правило, не соответствуют форме и размерам изготавливаемых из них деталей для приборов или образцов, необходимых для иссле­дования физических свойств. Поэтому встают задачи обработки кристаллов. Эта обработка необходима и при изготовлении ориен­тированных затравок, а также для исследования самого кристалла.

Как правило, обработка начинается с раскроя, резки монокрис­талла на отдельные куски.

Водорастворимые кристаллы режут, растворяя их с помощью движущейся кольцевой нити, смоченной водой (рис. 5-13). Движе­ние нити 6 задается вращением ведущего шкива 2. Распиливаемый кристалл 4 устанавливают и закрепляют на крышке сосуда 9 с по­мощью подвижных планок 5 с вертикальными прорезями для нити. Прорези задают положение распила. Направление движения нити задается направляющими шкива /, 3, 7, 8. Натяжение нити осу­ществляется шкивом 10, свободно висящим на нити. Для ускоре­ния резки сосуд следует заполнить теплой или горячей водой. В не­обходимых случаях воду можно заменить другими растворителями. Скорость движения нити может достигать десятков сантиметров в секунду и ограничивается только опасностью забрызгивания кристалла. Концы нитей в месте соединения в кольцо распле­таются, на протяжении 2—3 см, утончаются и склеиваются клеем БФ-4 или Н88. Необходимо добиваться, чтобы в месте склеивания не было утолщения. Так как при одностороннем движении нити глубина распила получается больше с той стороны, откуда к рас­пилу поступает вода, то предпочтительнее применять реверсивное движение нити. При реверсивном движении длину перемещения нити можно подобрать такой, что место соединения ее концов бу­дет всегда в стороне от распила, так что в этом случае концы нити достаточно соединить узлом.

Резку кристаллов можно осуществить вручную, натянув на станок лобзика вместо пилки хлопчатобумажную или шелковую нить. Во время резки нить смачивается растворителем. Такая ни­тяная пила позволяет при некотором терпении вручную делать не­большие разрезы. Поверхность образца, получаемая при распиле нитью, свободна от деформации. Однако плоскость распила получается

180

недостаточно ровной. Помня об этом, распил кристалла ведут с достаточным припуском (1—1,5 мм) для последующей шлифовки и полировки.

Резка малорастворимых, но сравнительно мягких кристаллов производится с помощью промышленных эбонитовых дисков с за­прессованным в них абразивом. Диск насаживается на вал элек­тродвигателя мощностью 30—50 Вт с помощью специальной на­садки. В держателе, который может перемещаться в поперечном и продольном направлениях по отношению к диску, закрепляется кристалл. Небольшие кристаллы можно держать и в руках.

Вопросы резки твердых материалов рассматриваются в книге А. В. Сулима [1975 г.].

Последующая абразивная обработка кристаллов — шлифовка и полировка — осуществляется на шлифовально-доводочных стан­ках. Принцип работы таких станков прост: на вертикальном валу, вращающемся с частотой 5—7 с^-1, закреплен чугунный диск (план­шайба) диаметром 150—200 мм с хорошо выверенной плоскостью или иной поверхностью необходимой формы. Пастообразная сус­пензия абразива в жидкости, не растворяющей кристалл, неболь­шими порциями наносится на диск, лучше кистью. Поверхность кристалла прижимают к шлифовальному диску рукой, двигают вдоль радиуса диска и время от времени поворачивают в плос­кости шлифования на 180°. Производительность шлифования зави­сит от твердости кристалла, скорости вращения инструмента, на­жима на образец, зернистости и твердости абразива.

Шлифование растворимых в воде кристаллов осуществляют абразивными порошками с размером зерна не крупнее 20 мкм. Смачивающей жидкостью служат глицерин, жидкое машинное масло, уайт-спирит, этиловый спирт и т, п. Для очень мягких крис­таллов, имеющих к тому же совершенную спайность, абразивы вообще неприменимы, так как вызывают появление глубоких ца­рапин и многочисленных трещин. В таких случаях можно рекомен­довать безабразивную обработку. На шлифовальник натягивают батист, бязь, сукно или фетр. Последние два перед работой располировывают

181

на стеклянном притире. При обработке с подачей теп­лой воды кристалл интенсивно растворяется. Раствор удаляется со шлифовального диска избытком теплой воды. Обработанная таким образом поверхность кристалла не имеет груборельефного и трещиноватого слоя. Однако многие поверхности при такой об­работке покрываются ямками травления. Избежать их появления можно подбором соответствующих составов и условий растворе­ния таким образом, чтобы процесс протекал с удалением неров­ностей и получением гладкой поверхности кристалла. Такой про­цесс называется химической полировкой. Подобного рода поли­рующие растворы способны удалить поверхностный деформиро­ванный слой, возникший в результате предварительной резки, шлифовки и механической полировки.

До настоящего времени отсутствует единая теория химической полировки. Поэтому трудно дать какие-либо надежные рекомен­дации к подбору состава растворителя и режима полировки. Улуч­шение процесса химической полировки достигается повышением температуры раствора. Для выбора полирующего состава необхо­димо выполнить ряд условий. Прежде всего, горизонтальная ско­рость распространения ступеней от ямок травления должна быть намного выше нормальной скорости растворения и, по-видимому, образование зародышей растворения должно происходить на лю­бых местах поверхности кристалла, а не только на выходах дисло­каций. Этот вопрос рассмотрен Ю. П. Пшеничновым [1974] и Р. Б. Хейманом [1979], там же приведены рецепты составов и ре­жимов химической полировки для кристаллов многих веществ.

Сведения о станках для обработки кристаллов, приемах и ре­жимах работы в процессе резки, шлифовки и полировки можно найти в некоторых руководствах: А. В. Сулим [1975 г.], М. Н. Семибратов и др. [1978 г.], В. Л. Бонд [1980 г.].