Фториды BaF2 в Минске

Фторид бария BaF: оптическая керамика и кристаллы для ИК-диапазона

Фторид бария BaF — ионное соединение бария и фтора с кубической решёткой типа флюорита (пространственная группа Fm3m), плотностью 4,89 г/см и температурой плавления 1368 C. Материал существует в двух товарных формах: монокристаллы, выращиваемые методом Бриджмена — Стокбаргера или Чохральского, и поликристаллическая оптическая керамика горячего прессования. Именно сочетание широкой области прозрачности 0,15–11 мкм, низкого показателя преломления n = 1,47 на длине волны 1 мкм и слабой дисперсии определяет применение BaF в качестве окон, линз и призм ИК-оптики.

Оптические и физические параметры

Кристаллический BaF сохраняет пропускание не ниже 90 % в диапазоне 0,2–10 мкм без просветляющих покрытий. В УФ-области рабочая граница ограничена 150 нм, что делает материал пригодным для окон эксимерных лазеров на ArF (193 нм). Радиационная стойкость монокристаллов BaF выше, чем у CaF, что важно для сцинтилляционных детекторов и диагностических окон термоядерных установок.

Марки и формы выпуска

• Монокристаллические окна BaF диаметром 10–150 мм, толщиной 1–30 мм, полировка Ra 0,5 нм.
• Линзы и мениски для ИК-объективов тепловизоров спектрального диапазона 8–12 мкм.
• Сцинтилляционные кристаллы BaF для детекторов гамма-излучения и времяпролётной спектрометрии.
• Поликристаллические заготовки для окон газоанализаторов и спектрометров ИК-поглощения.
• Просветляющие покрытия для диапазонов 1,06 мкм и 10,6 мкм на подложках BaF.
• Оптические элементы для эксимерных лазеров ArF (193 нм) и KrF (248 нм).

Применение в промышленности и приборостроении

Окна BaF устанавливают в газоаналитических системах контроля выбросов CO, CO и NO на тепловых электростанциях и в цементном производстве. В лазерной технике кристаллы применяют как выходные окна CO-лазеров мощностью до 5 кВт и как элементы резонаторов твердотельных лазеров на иттрий-алюминиевом гранате. В ядерной физике сцинтилляторы BaF регистрируют гамма-кванты с временным разрешением порядка 0,5 нс, что используется в позитронно-эмиссионных томографах и детекторах на ускорителях.

В криогенной технике окна BaF сохраняют прозрачность при –196 C, что позволяет применять их в ИК-камерах для контроля сжиженного природного газа. В металлургии линзы BaF входят в состав пирометров спектрального отношения, измеряющих температуру расплава в диапазоне 600–1800 C. Гигроскопичность материала умеренная: поверхность устойчива к кратковременному воздействию влаги, но требует защитных покрытий при эксплуатации в атмосфере с влажностью выше 80 %.

Технологические ограничения

Монокристаллы BaF чувствительны к термоудару: максимальная скорость нагрева не должна превышать 5 C/мин. При механической обработке применяют алмазное точение и полирование на суспензиях оксида церия. Керамика горячего прессования уступает монокристаллу по пропусканию в УФ-области, но превосходит по трещиностойкости и допускает изготовление окон диаметром свыше 200 мм.

Вопросы и ответы