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Optisches Chalkogenidglas
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Die Erfindung bezieht sich auf optische Medien für Infrarottechnik
und betrifft insbesondere optische Chalkogenidglaser.
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Die Erfindung kann als Elemente optischer Systeme zur 3ildung eines
optischen Kontakts mit in den Infrarotgeräten untersuchten Proben wie Spektrometer,
Spektrofotometer, verwendet werden. Die Erfindung kann ferner als Stoff zur Herstellung
optischer Einzelteile: Prismen, Linsen, Platten, Schutzfenster usw. sowie als Kittstoff
zur Verbindung optischer im Infrarot verwendeten Einzelteile, Anwendung finden.
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Es sind optische Chalkogenidgläser bekannt, welche Arsen; Germanium,
Selen, Schwefel enthalten und zur Herstellung optischer Einzelteile dienen, im Infrarot
arbeitenden ( z.B. SU-Urheberschein Er. 140544, 1961, Klasse C 03 C).
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Die bekannten Gläser besitzen eine Erweichungstemperatur von 200°C
bis 33O0C, und lassen sich zur Herstellung von leichtschmelzbaren Elementen optischer
Systeme (mit einer Erweichungstemperatur unter 1000C) sowie als Kittstoff nicht
verwenden.
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Es sind Chalkogenidgläser bekannt, welche zum Verkitten optischer
Einzelteile, die Arsen, Schwefel, Thallium, Antimon enthalten, verwendet werden
(5. z.Bo SU-Urheberschein Nr. 617399, Klasse C 03 C, 1978). Der im Glas vorhandene
Schwefel beschrankt die Durchlässigkeit im Infrarot, das Thallium aber erhöht die
Kristallisierbarkeit der Gläser, was sie nicht fertigungsgerecht macht.
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Es ist weiter eine optische verkittende Legierung bekannt, welche
als Prototyp gilt und folgende Komponenten enthalt (Gew.%): Arsen 10-60, Schwefel
10-80, Jod 2-60, Antimon 2-15, (s. z.B. SU-Urheberschein Nr.267791, Klasse C03C,
1968).
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Die Legierung besitzt eine glasartige Struktur und fo:qende physikalische
Charakteristiken:
Brechungsindex 2,2 Durchlassbereich 1-13,5 mkm
Schmelztemperatur 1300C.
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Eine Durchsichtigkeit unter 13,5 mkm ist für Verwendung eines solchen
optischen Kitts in Geräten, welche in einem ferneren Infrarot und im Radiobereich
arbeiten, nicht ausreichend. Der Wert des Brechungsindexes der Legierung beschränkt
ihre Verwendung zur Verbindung (Verkitten) der hochbrechenden durchsichtigen Infrarotkristalle.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optisches Chalkogenidglas
zu erzeugen, welches einen solchen Wert des 3rechungsindetes und einen Durchsichtigkeitsgrad
hat, die seine Verwendung im Infrarot- und Radiobereich ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass optisches Chalkogenidglas,
welches Arsen, Antimon, Jod enthält, erfindungsgemäss, auch Selen bei folgendem
Ingredienzverhältnis (Gew.%) enthält: Arsen 7-27 Antimon 1-6 Jod 14-29 Selen 46-68.
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Zur Erhöhung des Brechungsindexes kann optisches Chalkogenidglas
auch Tellur enthalten und dabei folgendes Ingredienzverhältnis (Gew.%) aufweisen:
Arsen 7-27 Antimon 1-6 Jod 14-29 Selen 47-62 Tellur 1-6.
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Die Einführung von Tellur in die Zusammensetzung des optischen Chalkogenidglases
führt dazu, dass das Glas sich bei Wärmebehandlung nicht kristallisiert.
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Es ist besonders günstig, optisches Chalkogenidglas mit folgendem
Ingredienzverhältnis (Gew.) zu verwenden: Arsen 24-27
Antimon 2-5
Jod 13-16 Selen 55-57 Tellur 2-4 bzw.
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Arsen 24,65 Antimon 2,35 Jod 14,07 Selen 55,81 Tellur 3,12.
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Nachstehend wird die Erfindung durch die Beschreibung der Ausführungsbeispiele
und die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der eine Abhängigkeit des Durchlassgrades
des optischen Chalkogenidglases von der ellenlänge des Strahlungsflusses dargestellt
ist.
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Das erfindungsgemässe optische Chalkogenidglas weist folgende Zusammensetzung
(Gew.) auf: Arsen 7-27 Antimon 1-6 Jod 14-29 Selen 46-68.
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In die Glaszusammensetzung ist Selen in einer Menge von 48-68 Gew.%
eingeführt, was seine Durchsichtigkeit im Infrarot- und Radiobereich erhöht sowie
thermoplastische Glaseigenschaften verbessert.
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Die Einführung von Selen in einer Sirene unter 48 Gew.% führt zur
Erhöhung der Kristallisierbarkeit des Glases.
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Die Einführung von Selen in einer enge über 68 Gew.% verschlechtert
thermoplastische Eigenschaften des Glases.
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Zur Erhöhung des Brechungsindexes wurde in optisches Chalkogenidglas
Tellur in einer Menge von 1-6 Ges.% eingeführt, wobei die Zusammensetzung folgendes
Ingredienzverhältnis (Gew.) aufweist: Arsen 7-27 Antimon 1-6
Jod
14-29 Selen 47-62 Tellur 1-6.
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Es ist zu betonen, dass bei Einführung von Tellur in einer Menge
unter 1 Gew.% keine Erhöhung des Brechungsindexes des Glases stattfindet.
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Die Einführung von tellur in einer Menge über 6 Gew.% erhöht das
Kristallisationsvermögen des Glases.
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Das optische Chalkogenidglas mit einer Zusammensetzung von: Arsen
7-27 Gew.%, Antimon 1-6 Gew.%, Jod 14-29 Gew.%, Selen 46-68 Gew.% weist eine hohe
Durchsichtigkeit im Infrarot- und Radiobereich auf. In der Zeichnung ist eine Kurve
der Abhängigkeit des Durchlassgrades G von der Wellenlänge R des Strahlungsflusses
bei unterschiedlichen Dicken der Glasproben dargestellt.
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Bei einer Dicke der Probe von 30 mkm ist das Glas bis zu einer Wellenlänge
i von 35 mkm (Linie 1), bei einer Dicke der Probe von 10 mm und von 20 mm bis zu
einer Wellenlänge A von 18 mkm (Linien 2 und 3 entsprechend) durchsichtig. Im Radiobereich
bei einer Frequenz von 3,5.1010 Hz beträgt die Dielektrizitätskonstante des erfindungsgemässen
Glases £ = 7,2, dielektrischer Verlustfaktor tg # = 5#10-4. Der Brechungsindex des
Glases mit solcher Zusammensetzung beträgt 2,25.
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Das optische Chalkogenidglas mit einer Zusammensetzung, die gleichzeitig
Selen und Tellur enthält, weist genau solche Durchsichtigkeit auf, wie es in Fig.
dargestellt ist, durch die Einführung von Tellur aber erhöht sich sein Brechungsindex
auf einen Wert von 2,40, was seine Verwendung zur Verbindung der hochbrechenden
optischen Einzelteile ermöglicht.
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Die optischen Chalkogenidgläser mit genannten Zusammensetzungen kristallisieren
sich bei der Wärmebehandlung nicht, sind chemisch beständig gegenüber der Einwirkung
des umgebenden Mediums,gewährleisten einen optischen Kontakt mit den zu verbindenden
optischen Einzelteilen und sind in der Kontaktstelle nicht aktiv.
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Zur Herstellung des erfindungsgemässen optischen Chalkogenidglases
wurde ein Vakuumverfahren verwendet.
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Arsen, Antimon, Jod, Selen, Tellur in erforderlichen Mengen werden
in einer Quarzampulle untergebracht, welche mit einer Vakuumpumpe auS ein Vakuum
von 10 2 Pa ausgepumpt und mit einem Gasbrenner verlötet wird.
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Danach wird die Ampulle mit dem Gemengesatz in einem Elektroofen
untergebracht und innerhalb von 12 Stunden auf eine Temperatur von 700-+100C unter
Vermischen erhitzt. Nach Beendigung der Schmelzung und Abkühlung des Ofens auf 300+10°C
wird die Ampulle mit der Substanz auf Raumtemperatur (20In) gehärtet. Danach wird
die Quarzampulle zerschlagen und der Glasblock herausgeholt.
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Nachstehend werden Beispiele der Erhaltung von optischen Charakteristiken
des erfindungsgemässen Glases angeführt, deren Ergebnisse in einer Tabelle zusammengeführt
sind.
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Tabelle Lfd. Nr. der Glaszusammensetzung (Gew.04) Nr. Beispie- As
Sb J Se Te le 1 2 3 4 5 6 7 1 1 14,96 2,70 28,16 49,93 4,25 2 2 26,07 5,65 14,72
47,64 5,92 3 3 7,07 1,14 28,81 61,91 1,07 4 4 24,65 2,35 14,07 55,81 3,12 5 5 19,16
3,67 28,64 48,53 6 6 9,89 5,08 17,38 67,65 7 7 11,12 2,98 27,78 58,12
Fortsetzung
der Tabelle Lfd. Temperatur Brechungsder der Formge- index Durchlassbereich bung,°C
1 8 9 10 1 150 2,40 In einer Dicke von 10-20 mm 2 190 2,40 bis auf eine Wellenlänge
von 3 30-40 2,35 18 mkm, in einer Dicke von 4 120 2,40 30 mkm danach 25 mkm.
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5 100 2,25 Im Radiobereich bei einer 6 110 2,30 Frequenz von 3,5.1010
-7 50-60 2,27 3,6v101° Hz (8 mm-Bereich) beträgt die Dielektrizitätskonstante £
= 7,2, dielektrischer Verlustfaktor tg # = 5#10-4 Beispiel 1 Optisches Chalkogenidglas,
das dem Beispiel 1 entspricht, weist eine in der Tabelle angeführte Zusammensetzung
auf. Das Glas wird wie folgt hergestellt.
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Es wird ein Gemengesatz in folgender enge genommen: 149,60 g Arsen,
27,00 g Antimon, 281,60 g Jod, 499,30 g Seien, 42,50 g Tellur. Der Gemengesatz wird
in einer Quarzampulle untergebracht, welche mit einer Vakuumpumpe auf 10-2 Pa ausgepumpt
und mit einem Gasbrenner verlötet wird. Danach wird die Ampulle mit dem Gemengesatz
in einem Elektroofen untergebracht und innerhalb von 12 Stunden nacheinanderfolgend
auf 3000C, 5000C und 7000C unter Vermischen erhitzt. Nach Beendigung der Schmelzung
und Abkühlung des Ofens auf 3000C wird die Ampulle mit Glas auf Raumtemperatur (200C)
gehärtet. Danach wird die Ampulle zerschlagen und der Glasblock herausgenommen.
Die Glasausbeute beträgt 1 kg.
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Das mittels des obenangeführten Verfahrens hergestellte optische
Chalkogenidglas weist eine Schmelztemperatur von 150°C, einen Brechungsindex von
2,40 auf und
kann zur Herstellung von hochbrechenden optischen
Einzelteilen unterschiedlicher eines optischen Kontakts mit Objekten und Herstellung
Arten verwendet werden, welche im Infrarot und im Radiobereich arbeiten.
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Beispiel 2 Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel
1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist eine in der Tabelle angeführte
Zusammensetzung auf.
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Das Glas besitzt eine erhöhte Wärmefestigkeit (1900C) und einen hohen
Brechungsindex (2,40), was seine Verwendung zur Herstellung von hochbrechenden optischen
Sinzerteilen für Infrarot und Radiobereich ermöglicht.
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Beispiel 3 Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel
1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist eine in der Tabelle angeführte
Zusammensetzung auf.
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Das Glas weist eine niedrige Schmelztemperatur (30-400C), aber einen
hohen Brechungsindex (2,35) und gute thermoplastische Eigenschaften auf. Das Glas
kann zur Herstellung eines optischen Kontakts mit Objekten angewandt werden, welche
eine beschränkte Wärmefestigkeit aufweisen. Wegen einer niedrigen Schmelztemperatur
ist solches Glas bei einer herabgesetzten Temperatur (5-10°C) zu lagern.
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Beispiel 4 Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel
1 geschilderten Verfahren her;estellt wurde, weist eine in der Tabelle angeführte
Zusammensetzung auf.
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Das Glas weist eine erhöhte Wärmefestigkeit (1200C) und einen hohen
Brechungsindex (2,40) auf und kann zur Herstellung eines optischen Kontakts mit
Objekten und Herstellung von hochbrechenden optischen im Infrarot-und im Radiobereich
arbeitenden Einzelteilen verwendet werden.
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Beispiel 5 Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im
Beispiel
1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist eine in der Tabelle angeführte
Zusammensetzung auf.
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In der Glaszusammensetzung fehlt Tellur, wodurch der Brechungsindex
auf 2,25 herabgesetzt wurde. Das Glas weist eine erhöhte Wärmefestigkeit (1000C)
auf und kann zur Herstellung von optischen Einzelteilen für Infrarot-und Radiobereich
angewandt werden.
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Beispiel 6 Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel
1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist eine in der Tabelle angeführte
Zusammensetzung auf.
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Das Ausbleiben von Tellur in der Glaszusammensetzung hat seinen Brechungsindex
auf 2,30 herabgesetzt.
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Das Glas besitzt über eine erhöhte Wärmefestigkeit (110ob) und kann
zur Herstellung eines optischen Kontakts mit Objekten und Herstellung von optischen
im Infrarot- und im Radiobereich arbeitenden Einzelteilen verwendet werden.
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Beispiel 7 Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel
1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist eine in der Tabelle angeführte
Zusammensetzung auf.
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Das Ausbleiben von Tellur in der Glaszusammensetzung führte zu einer
flerabsetzung seines Brechungsindexes auf 2,27. Das Glas hat eine auf 50-600C herabgesetzte
Wärsefestigkeit und gute thermoplastische Eigenschaften. Das ermöglicht seine Verwendung
zur Herstellung eines optischen Kontakts mit verschiedenartigen Proben, darunter
mit naheliegenden Brechungsindexen.
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Solches optisches Chalkogenidglas kann auch als Kittstoff zur Verbindung
der optischen im Infrarot- und im Radiobereich arbeitenden Einzelteile angewandt
werden.
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Wie bereits erwähnt, weist das erfindungsgemässe optische Chalkogenidglas
eine erhöhte Durchsichtigkeit im Infrarot auf. In einer Dicke von 30 mkm ist das
Glas
bis auf eine Wellenlänge von 25 mkm und in einer Dicke von
10-20 mm bis auf eine Wellenlänge von 18 mkm durchsichtig. Das Glas besitzt einen
hohen Brechungsindex, welcher 2,40 erreicht. Das optische Chalkogenidglas hat eine
gute Thermoplastizität, eine geringe Kristallisierbarkeit im Bereich der Wärmebehandlungstemperaturen,
eine gute Adhäsion gegenüber einem breiten Kreis von Stoffen (Kristalle, organische
Stoffe, optische Gläser usw.), über eine geringe (bis 100°C) Temperatur der Formgebung
(Schmelze). Diese Eigenschaften ermöglichen die Verwendung des erfindungsgemässen
optischen Chalkogenidglases zur Herstellung eines optischen Kontakts mit Proben,
welche aus einem breiten Kreis von Stoffen hergestellt wurden. Das optische Chalkogenidglas
kann ferner zur Herstellung sowohl der genormten, als auch der nicht genormten optischen
Einzelteile Linsen, Lichtfilter, Prismen, optische Küvetten uam. verwendet werden.
Das erfindungsgemässe optische Chalkogenidglas kann auch als optischer Kittstoff
zur Verbindung der optischen im Infrarot- und Radiobereich arbeitenden Einzelteile
angewandt werden.
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