DE3322494C2

DE3322494C2 -

Info

Publication number: DE3322494C2
Application number: DE19833322494
Authority: DE
Inventors: Valerij Viktorovic Mel'nikov; Valentina Fedorovna Leningrad Su Kokorina
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-06-22
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DE3322494A1

Description

Es sind optische Chalkogenidgläser bekannt, welche Arsen, Germanium, Selen oder Schwefel enthalten und zur Herstellung optischer Teile dienen (s. z. B. SU-Urheberschein Nr. 1 40 544, 1961, Klasse C 03 C).

Die bekannten Gläser besitzen eine Erweichungstemperatur von 200°C bis 330°C, und lassen sich zur Herstellung von leichtschmelzbaren Elementen optischer Systeme (mit einer Erweichungstemperatur unter 100°C) sowie als Kitt nicht verwenden.

Es sind Chalkogenidgläser bekannt, welche zum Verkitten optischer Teile, die Arsen, Schwefel, Thallium und Antimon enthalten, verwendet werden (s. z. B. SU-Urheberschein Nr. 6 17 399; Klasse C 03 C, 1978). Der im Glas vorhandene Schwefel beschränkt die Durchlässigkeit im Infrarot, das Thallium aber erhöht die Kristallisierbarkeit der Gläser, was sie nicht fertigungsgerecht macht.

Es ist weiter eine optische verkittende Legierung bekannt, welche als Prototyp gilt und folgende Komponenten enthält (Gew.%): Arsen 10-60, Schwefel 10-80, Jod 2-60, Antimon 2-15, (s. z. B. SU-Urheberschein Nr. 2 67 791, Klasse C 03 C, 1968).

Die Legierung besitzt eine glasartige Struktur und folgende physikalische Charakteristiken:

Brechungsindex2,2 Durchlaßbereich1-13,5 µm Schmelztemperatur130°C.

Eine Durchsichtigkeit unter 13,5 µm 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.

Aus der DE-AS 16 08 200 ist ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial bekannt, welches eine glasartige Photoleitschicht aus Arsen, Antimon und Selen, die mit Jod dotiert ist, besteht. Jod ist dabei allerdings nur in einer Menge von 10^-3 bis 2 Gew.-% vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Chalkogenidglas zur Verfügung zu stellen, welches einen Brechungsindex und einen Durchsichtigkeitsgrad aufweist, durch welche die Verwendung im Infrarot- und Radiobereich ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Chalkogenidglas gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Zur Erhöhung des Brechungsindexes kann das optische Chalkogenidglas auch Tellur enthalten und dabei folgende Zusammensetzung (Gew.-%) aufweisen:

Arsen 7-27 Antimon 1- 6 Jod14-29 Selen47-62 Tellur 1- 6

Ein besonders bevorzugtes optisches Chalkogenidglas hat die folgende Zusammensetzung (Gew.-%):

Arsen24-27 Antimon 2- 5 Jod13-16 Selen55-57 Tellur 2- 4

bzw.

Arsen24,65 Antimon 2,35 Jod14,07 Selen55,81 Tellur 3,12

In der Glaszusammensetzung ist Selen in einer Menge von 46-68 Gew.-% enthalten, wodurch die Durchlässigkeit im Infrarot- und Radiobereich erhöht sowie thermoplastische Glaseigenschaften verbessert werden.

Die Einführung von Selen in einer Menge unter 46 Gew.-% führt zur Erhöhung der Kristallisierbarkeit des Glases.

Die Einführung von Selen in einer Menge über 68 Gew.-% verschlechtert thermoplastische Eigenschaften des Glases.

Bei Einführung von Tellur in einer Menge unter 1 Gew.-% findet keine Erhöhung des Brechungsindexes des Glases statt.

Die Einführung von Tellur in einer Menge über 6 Gew.-% erhöht das Kristallisationsvermögen des Glases.

Das erfindungsgemäße optische Chalkogenidglas weist eine hohe Durchsichtigkeit im Infrarot- und Radiobereich auf. In der Zeichnung ist eine Kurve der Abhängigkeit des Durchlaßgrades t _λ von der Wellenlänge λ der Strahlung bei unterschiedlichen Dicken der Glasproben dargestellt.

Bei einer Dicke der Probe von 30 µm ist das Glas bis zu einer Wellenlänge λ von 35 µm (Linie 1), bei einer Dicke der Probe von 10 mm und von 20 mm bis zu einer Wellenlänge λ von 18 µm (Linien 2 und 3 entsprechend) durchsichtig. Im Radiobereich bei einer Frequenz von 3,5 · 10¹⁰ Hz beträgt die Dielektrizitätskonstante des erfindungsgemäßen Glases ε = 7,2, dielektrischer Verlustfaktor tg δ = 5 · 10^-4. Der Brechungsindex des Glases mit solcher Zusammensetzung beträgt 2,25.

Das optische Chalkogenidglas mit einer Zusammensetzung, die gleichzeitig Selen und Tellur enthält, weist genau solche Durchsichtigkeit auf, wie es in der Figur 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 Teile ermöglicht.

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 Teilen und sind in der Kontaktstelle nicht aktiv.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Chalkogenidglases wurde ein Vakuumverfahren verwendet.

Arsen, Antimon, Jod, Selen, Tellur in erforderlichen Mengen werden in einer Quarzampulle eingebracht, welche mit einer Vakuumpumpe auf ein Vakuum von 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 auf eine Temperatur von 700 ± 10°C unter Vermischen erhitzt. Nach Beendigung der Schmelzung und Abkühlung des Ofens auf 300 ± 10°C wird die Ampulle mit der Substanz auf Raumtemperatur (20°C) gekühlt. Danach wird die Quarzampulle zerschlagen und der Glasblock herausgeholt.

Nachstehend werden Beispiele für die erfindungsgemäßen Gläser angeführt.

Tabelle

Beispiel 1

Optisches Chalkogenidglas, das dem Beispiel 1 entspricht, weist eine in der Tabelle angeführte Zusammensetzung auf. Das Glas wird wie folgt hergestellt.

Ein Gemengesatz aus 149,60 g Arsen, 27,00 g Antimon, 281,60 g Jod, 499,30 g Selen, 42,50 g Tellur wird in eine Quarzampulle eingebracht, welche mit einer Vakuumpumpe auf 10^-2 Pa ausgepumpt und mit einem Gasbrenner verlötet wird. Danach wird die Ampulle mit dem Gemengesatz in einen Elektroofen eingebracht und innerhalb von 12 Stunden nacheinanderfolgend auf 300°C, 500°C und 700°C unter Vermischen erhitzt. Nach Beendigung des Schmelzvorgangs und Abkühlen des Ofens auf 300°C wird die Ampulle mit dem Glas auf Raumtemperatur (20°C) gekühlt. Danach wird die Ampulle zerschlagen und der Glasblock herausgenommen. Die Glasausbeute beträgt 1 kg.

Das mittels des obenangeführten Verfahrens hergestellte optische Chalkogenidglas hat eine Schmelztemperatur von 150°C, einen Brechungsindex von 2,40 und kann zur Herstellung von hochbrechenden optischen Teilen verwendet werden, welche im Infrarot und im Radiobereich arbeiten.

Beispiel 2

Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel 1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist die in der Tabelle angeführte Zusammensetzung auf. Das Glas besitzt eine erhöhte Wärmefestigkeit (190°C) und einen hohen Brechungsindex (2,40), was seine Verwendung zur Herstellung von hochbrechenden optischen Teilen für Infrarot und Radiobereich ermöglicht.

Beispiel 3

Optisches Chalkogenidglas, welches mittels des im Beispiel 1 geschilderten Verfahrens hergestellt wurde, weist die in der Tabelle angeführte Zusammensetzung auf.

Das Glas weist eine niedrige Schmelztemperatur (30-40°C), 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 der niedrigen Schmelztemperatur ist solches Glas bei einer herabgesetzten Temperatur (5-10°C) zu lagern.

Beispiel 4

Das Glas weist eine erhöhte Wärmefestigkeit (120°C) 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 Teilen verwendet werden.

Beispiel 5

In der Glaszusammensetzung fehlt Tellur, wodurch der Brechungsindex auf 2,25 herabgesetzt wurde. Das Glas weist eine erhöhte Wärmefestigkeit (100°C) auf und kann zur Herstellung von optischen Teilen für Infrarot- und Radiobereich angewandt werden.

Beispiel 6

Das Fehlen von Tellur in der Glaszusammensetzung setzt den Brechungsindex auf 2,30 herab. Das Glas hat eine überhöhte Wärmefestigkeit (110°C) und kann zur Herstellung von optischen im Infrarot- und im Radiobereich arbeitenden Teilen verwendet werden.

Beispiel 7

Das Fehlen von Tellur in der Glaszusammensetzung führte zu einer Herabsetzung seines Brechungsindexes auf 2,27. Das Glas hat eine 50-60°C herabgesetzte Wärmefestigkeit und gute thermoplastische Eigenschaften.

Ein solches optisches Chalkogenidglas kann auch als Kitt zur Verbindung von optischen im Infrarot- und im Radiobereich arbeitenden Teilen verwendet werden.

Wie bereits erwähnt, weist das erfindungsgemäße optische Chalkogenidglas eine erhöhte Durchsichtigkeit im Infrarot auf. In einer Dicke von 0,030 mm ist das Glas bis auf eine Wellenlänge von 25 µm und in einer Dicke von 10-20 mm bis auf eine Wellenlänge von 18 µm durchsichtig. Das Glas besitzt einen hohen Brechungsindex von 2,40. Das optische Chalkogenidglas hat eine gute Thermoplastizität, eine geringe Kristallisierbarkeit im Bereich der Wärmebehandlungstemperaturen, eine gute Adhäsion gegenüber verschiedenen Stoffen (Kristalle, organische Stoffe, optische Gläser), 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 verschiedenen Stoffen hergestellt wurden. Das optische Chalkogenidglas kann ferner zur Herstellung sowohl von genormten, als auch nicht genormten optischen Einzelteilen, Linsen, Lichtfiltern, Prismen, optischen Küvetten u. dgl. verwendet werden. Das erfindungsgemäße optische Chalkogenidglas kann auch als optischer Kittstoff zum Verbinden von optischen im Infrarot- und Radiobereich arbeitenden Teilen verwendet werden.

Claims

1. Optisches Chalkogenidglas, welches Arsen, Antimon, Selen und Jod enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es auf folgenden Komponenten (Gew.-%) besteht: Arsen 7-27 Antimon 1- 6 Jod14-29 Selen46-68

2. Optisches Chalkogenidglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Tellur enthält.

3. Optisches Chalkogenidglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 7-27 Gew.-% Arsen, 1-6 Gew.-% Antimon, 14-29 Gew.-% Jod, 47-62 Gew.-% Selen und 1-6 Gew.-% Tellur besteht.

4. Optisches Chalkogenidglas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 24-27 Gew.-% Arsen, 2-5 Gew.-% Antimon, 13-16 Gew.-% Jod, 55-57 Gew.-% Selen und 2-4 Gew.-% Tellur besteht.

5. Optisches Chalkogenidglas nach einem der Ansprüche 3 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 24,65 Gew.-% Arsen, 2,35 Gew.-% Antimon, 14,07 Gew.-% Jod, 55,81 Gew.-% Selen und 3,12 Gew.-% Tellur besteht.