DE1254299B

DE1254299B - Verfahren zum Herstellen von Mischschichten

Info

Publication number: DE1254299B
Application number: DE1960J0017643
Authority: DE
Inventors: Dr Habil Walter Geffcken
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1960-02-05
Filing date: 1960-02-05
Publication date: 1967-11-16
Also published as: CH397975A; GB975184A

Description

Verfahren zum Herstellen von Mischschichten Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Mischschichten und ist besonders zum Herstellen optisch wirksamer Schichten von Bedeutung.
Zum Herstellen von z. B. reflexvermindernden Schichten sehr hoher Wirksamkeit benötigt man häufig Substanzen von mittleren Brechungsexponenten, etwa von 1,79. Nun sind in der Hochvakuumverdampfungstechnik zwar eine Reihe hochbrechender Stoffe bekannt, die sich bequem verdampfen lassen, z. B. ZnS, As2S3, Ce02, und ebenso niedrigbrechende Stoffe, die meist Fluoride sind, z. B. MgF2, ThF2, LiF, Kryolith.
Es fehlten jedoch bisher bequem zugängliche Stoffe mittlerer Brechungsexponenten. BeO z. B. erfordert sehr hohe Verdampfungstemperaturen.
Es wurde nun gefunden, daß man Mischschichten mit überraschender Härte erhält, wenn wenigstens zwei Substanzen, von denen wenigstens eine bei der Verdampfungstemperatur nicht mit den übrigen mischbar ist, gleichmäßig vermengt, zu einer zusammenhängenden Masse verfestigt und gemeinsam im Hochvakuum verdampft werden.
Die Verfestigung der Masse kann erfindungsgemäß durch Verpressen, zweckmäßig im Vakuum, erfolgen. Auch ist es erfindungsgemäß möglich, die Verfestigung durch Schmelzen einer Komponente zu erzielen. Durch die Verfestigung wird verhindert, daß die leicht flüchtige Komponente vorzeitig entweicht.
Man kann beispielsweise Schichten von mittleren Brechungsexponenten erhalten, wenn man in einem einzigen Schiffchen eine zu einer Pastille gepreßte Mischung von ZnS mit einem schwerlöslichen Fluorid verdampft. Überraschenderweise findet hierbei, auch wenn das Mischungsverhältnis in weiteren Grenzen schwankt, keine Fraktionierung statt, d. h., die Schichten besitzen einen weitgehend homogenen Brechungsexponenten, was wegen der zuverlässigen Dosierung für die technische Verwendung besonders wichtig ist. Besonders günstig verhalten sich Mischungen mit ThF4 als einer Komponente. Das geschilderte Verhalten kommt vermutlich dadurch zustande, daß das Fluorid beim Schmelzen die unschmelzbaren Körner des Sulfides einhüllt, so daß dieses nur dann verdampfen kann, wenn es im Laufe der Verdampfung des Fluorides an die Oberfläche gelangt.
Damit nicht durch beim Verpressen verbliebene Gas- oder Feuchtigkeitseinschlüsse die Pastillen aufgerissen werden, empfiehlt es sich, das Verpressen unter Vakuum vorzunehmen. Zu diesem Zweck geeignete Vorrichtungen befinden sich bereits im Handel. Bei Bedarf lassen sich diese auch bei erhöhter Temperatur benutzen, so daß die letzten Feuchtigkeitsreste die zu einer Zersetzung führen können, beseitigt werden. Die auf die geschilderte Art hergestellten Mischschichten sind meist überraschend hart. So ist z. B. eine Mischschicht aus ZnS und ThF4 wesentlich härter als das reine ZnS und mindestens so hart wie das ThF4. Die chemische Beständigkeit gegen Säuren ist sehr gut. Die Schichten sind also auch als Schutzschichten bestens geeignet.
Das geschilderte Verfahren ist nicht auf zwei Komponenten beschränkt. Man kann z. B. noch färbende Stoffe, z. B. Metalle, Stoffe, die eine Kondensation begünstigen, Füllstoffe usw. hinzufügen.
Die Verdampfung kann in jedem beliebigen üblichen Öfchen oder Schiffchen erfolgen. Es kann sich dabei als vorteilhaft erweisen, durch Abdecken mit einem Sieb oder durchlöcherten Deckel zu verhindern, daß die Pastille aus dem Schiffchen heraushüpft, da sich bei dem geschilderten Verfahren meist ein Polster des verdampfenden Gasgemisches unter der Pastille befindet, auf dem die Pastille schwebt. Dabei können zu leichte Stückchen, wie sie etwa durch Abbröckeln entstehen, leicht hochgeschleudert werden.
Falls eine Komponente während der Verdampfung schmilzt, muß das Mengenverhältnis so gewählt werden, daß sich nicht durch Absetzen der festen Komponente eine Schicht der reinen flüssigen Komponente an der Oberfläche bildet. Ihre Menge ist daher nach oben hin begrenzt. Bezeichnet man mit f den Füllfaktor der festen Substanz, so daß also 1-f der Zwischenraumfaktor ist, so muß die obere Grenze für die flüssige Komponente offenbar durch das Volumenverhältnis q= derbeidenKomponenten gegeben werden. Das Gewichtsverhältnis p ist als wo Sfi bzw. S fest die mittlere Dichte der flüssigen bzw. festen Komponente bezeichnet. Erfahrungsgemäß liegt für die Mischung ThF4-ZnS die obere Grenze für das Gewichtsverhältnis ThF4: ZnS bei rund 1. Dies Verhältnis ergibt jedoch bereits Brechungsexponenten von unter 1,6, so daß also praktisch der gesamte Brechungsbereich zwischen reinem ZnS (n .. 2,4) und dem Fluorid bequem erreichbar ist.
Die Zeichnung zeigt graphisch beispielsweise die Abhängigkeit der Brechungsexponenten einer Mischschicht vom Mischungsverhältnis ZnS bis ThF4. Als Abszisse ist der Gehalt der Mischung in Gewichtsprozent ZnS angegeben, als Ordinate dienen die Brechungsexponenten, wie sie sich aus der gemessenen Reflexion R einer dicken, auf Schwarzglas aufgedampften Schicht nach der Formel bequem bestimmen lassen.
Man sieht, daß eine glatte Kurve entsteht und daß die Meßpunkte nur geringe Streuung besitzen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist beispielsweise wie folgt durchzuführen.
Beispiel l Man pulverisiert 60g geschmolzenes wasserfreies Thoriumfluorid und 40 g 1 Stunde unter Sauerstoff abschluß bei 1200°C getempertes Zinksulfid gemein. sam in einer Reibschale, mischt sorgfältig, preßt` daraus ohne Bindemittel mit einem Druck von rund 30 t/cma Pillen und legt diese in das Verdampferschiffchen ein. Die Verdampfung selbst erfolgt bei etwa der gleichen Temperatur wie diejenige von Zinksulfid, also bei etwa 1000°C. Selbst bei beträchtlichen Verdampfungsgeschwindigkeiten sind Überhitzungserscheinungen, die durch Zersetzung von ZnS zu mißfarbenen Überzügen führen und bei reinem ZnS nicht selten auftreten, nicht beobachtet worden. Die so erhaltene Schicht besitzt einen Brechungsexponenten von nd = 1,70. Trägt man sie in einer optischen Dicke von auf eine Glasfläche mit einem Brechungsexponenten 1,51 auf und überschichtet sie mit ZMgF, so erhält man optimal reflexionsarme Doppelschichten für die Wellenlänge A.
Beispiel 2 Man benutzt eine Mischung von 62g ThF4 und 38g ZnS, die genau wie im vorigen Beispiel verarbeitet wird, und dampft nur der Reihe nach 0,24 A optische Schichtdicke der betreffenden Mischschicht 0,47 A optische Schichtdicke ZnS 0,25,Z MgFz auf. Man erhält so eine Dreifachschicht mit optimaler Reflexionsverminderung in einem großen Wellenlängenbereich um A.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung einer aus mehreren Komponenten bestehenden Schicht mit praktisch homogener Brechung und einem Brechungsindex wischen 1,6 und 2,35 durch Aufbringen dieser chicht auf entte im Vakuum befindlichen Körper,

7.adurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Zinksulfid und Thoriumfluorid im Hochvakuum verdampft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis höchstens 1 g ThF4 zu 1 g ZnS beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 894 942, 853 804; Deutsche Auslegeschrift Nr. 1043 436.