RU2073657C1

RU2073657C1 - Glass

Info

Publication number: RU2073657C1
Application number: RU93016657A
Authority: RU
Inventors: Иван Васильевич Боднарь; Александра Павловна Молочко; Нина Петровна Соловей
Original assignee: Минский радиотехнический институт; Фонд фундаментальных исследований РБ
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1997-02-20

Abstract

FIELD: production of light filters and elements of laser equipment. SUBSTANCE: proposed glass contains (mass %): silicium oxide having essential formula SiO₂ 64.43-74.54, sodium oxide having essential formula Na₂O 5.36-10.97, potassium oxide having essential formula K₂O 3.89-11.48, calcium oxide having essential formula CaO 8.62-12.03, lithium oxide having essential formula Li₂O 1.24-3.61, compound having essential formula CuZnS₂ 0.75-0.98. Boiling point of desired glass is 1350 ± 10 C. EFFECT: improved quality of desired product. 1 dwg, 2 tbl

Description

Заявляемое изобретение относится к области производства оксидных стекол, активированных полупроводниковыми соединениями и предназначенных для использования в качестве светофильтров и элементов лазерной техники. The claimed invention relates to the field of production of oxide glasses activated by semiconductor compounds and intended for use as light filters and elements of laser technology.

Как известно [1] идеальным светофильтром следует считать стекло, граница поглощения которого на спектральных кривых выражается вертикальной прямой. Такое стекло полностью пропускает излучение в определенном интервале длин волн, т. е. имеет нулевое поглощение. В реальных же стеклах на спектральных кривых наблюдается переходная область, которая зависит от состава стекла, вида и концентрации красителя, условий синтеза и др. факторов. As is known [1], an ideal light filter should be considered glass, the absorption boundary of which on the spectral curves is expressed by a vertical line. Such a glass completely transmits radiation in a certain range of wavelengths, i.e., has zero absorption. In real glasses, on the spectral curves, a transition region is observed, which depends on the composition of the glass, the type and concentration of the dye, synthesis conditions, and other factors.

В литературе отмечается значительное количество стекол, имеющих границу поглощения в ближней ИК области спектра и используемых в оптико-механической промышленности. Так, стекла составов (мас.): 1) SiO₂ 69,42 74,36, Na₂O 15,00 16,06, CaO 0,01 8,58, SrO 0,01 14,83, CuInS₂ 0,74 0,99 [2] SiO₂ 73,01 74,36, Na₂O 15,76 16,06, ZnO 0,02 6,59, CaO 3,90 8,57, CuInS₂ 0,74 0,99 [3] имеют крутую границу поглощения с длиной волны, соответствующей началу области прозрачности (λ_гр.) 1,1 мкм.A significant number of glasses are noted in the literature that have an absorption boundary in the near-IR spectral region and are used in the optical-mechanical industry. So, glass compositions (wt.): 1) SiO ₂ 69.42 74.36, Na ₂ O 15.00 16.06, CaO 0.01 8.58, SrO 0.01 14.83, CuInS ₂ 0, 74 0.99 [2] SiO ₂ 73.01 74.36, Na ₂ O 15.76 16.06, ZnO 0.02 6.59, CaO 3.90 8.57, CuInS ₂ 0.74 0.99 [3] have a steep absorption boundary with a wavelength corresponding to the beginning of the transparency region (λ _gr. ) 1.1 μm.

Общим недостатком перечисленных стекол является высокая температура синтеза, а также наличие значительной переходной области на спектральных кривых. A common drawback of these glasses is the high synthesis temperature, as well as the presence of a significant transition region in the spectral curves.

Наиболее близким по составу и технической сущности к заявляемому являются стекла, составы которых заключены в пределах, мас. 72,61 74,36 SiO₂, 10,69 16,06 Na₂O, 0,01 7,57 K₂O, 8,32 8,58 CaO, 0,74 0,99 CuInS₂ [4] Длинноволновой край полосы поглощения данного стекла находится в ближней ИК области. Причем граница поглощения ((λ_гр.) соответствует 1,1 мкм) не чувствительна к термообработке. Недостатком данных стекол является высокая температура синтеза 1450^oC.The closest in composition and technical nature to the claimed are glasses, the compositions of which are enclosed in the range, wt. 72.61 74.36 SiO ₂ , 10.69 16.06 Na ₂ O, 0.01 7.57 K ₂ O, 8.32 8.58 CaO, 0.74 0.99 CuInS ₂ [4] Long wavelength the absorption band of this glass is in the near infrared region. Moreover, the absorption boundary ((λ _gr. ) Corresponds to 1.1 μm) is not sensitive to heat treatment. The disadvantage of these glasses is the high synthesis temperature of 1450 ^o C.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в значительном снижении температуры синтеза активированных стекол, при условии сохранения той же крутизны границы поглощения и одновременном обеспечении нечувствительности его к термообработке. Поставленная задача достигается тем, что стекло, содержащее SiO₂, Na₂O, K₂O, CaO, CuInS₂ дополнительно содержит Si₂O при следующих соотношениях компонентов, мас.The objective of the present invention is to obtain a technical result, which consists in a significant reduction in the temperature of synthesis of activated glasses, while maintaining the same slope of the absorption boundary and at the same time ensuring its insensitivity to heat treatment. The problem is achieved in that the glass containing SiO ₂ , Na ₂ O, K ₂ O, CaO, CuInS ₂ additionally contains Si ₂ O in the following ratios of components, wt.

SiO₂ 64,43 74,54
Na₂O 5,36 10,97
K₂O 3,89 11,48
CaO 8,62 12,03
Li₂O 1,24 3,61
CuInS₂ 0,75 0,98
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав стекла отличается от известного введением нового компонента, а именно диоксида лития. Анализ известных составов, используемых для светофильтров, показал, что введенный в заявляемое решение компонент известен. Однако применение его в этих составах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает таких свойств, которые он проявляет в заявляемом решении, а именно, значительно снижает температуру синтеза активированных стекол, не изменяя при этом крутизны границы поглощения.SiO ₂ 64.43 74.54
Na ₂ O 5.36 10.97
K ₂ O 3.89 11.48
CaO 8.62 12.03
Li ₂ O 1.24 3.61
CuInS ₂ 0.75 0.98
Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed composition of the glass differs from the known introduction of a new component, namely lithium dioxide. An analysis of the known compositions used for light filters showed that the component introduced into the claimed solution is known. However, its use in these compositions in combination with other components does not provide the properties that it exhibits in the claimed solution, namely, it significantly reduces the synthesis temperature of activated glasses, without changing the steepness of the absorption boundary.

Синтез стекол осуществляли путем плавления шихт, приготовленных из реактивов: кварцевого стекла, натрия углекислого, калия углекислого, кальция углекислого, лития углекислого, полупроводникового соединения CuInS₂, находящихся в мелкодисперсном состоянии, в газопламенной печи при максимальной температуре 1350±10^oC с выдержкой в течение часа в восстановительных условиях. Для создания восстановительной среды в шихту вводили уголь в количестве 2 мас. Выработку стекломассы осуществляли на холодную плиту с последующим отжигом образцов в муфельной электрической печи при температуре 530±5^oC в течение 2-х часов. Исследование спектральных характеристик проводили на образцах в виде полированных плоскопараллельных пластинок толщиной 2 мм.The synthesis of glasses was carried out by melting mixtures prepared from reagents: quartz glass, sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, lithium carbonate, a semiconductor compound CuInS ₂ in a finely dispersed state, in a gas flame furnace at a maximum temperature of 1350 ± 10 ^o C with exposure to within an hour under reducing conditions. To create a reducing environment in the mixture was introduced coal in an amount of 2 wt. The production of glass melt was carried out on a cold plate with subsequent annealing of the samples in a muffle electric furnace at a temperature of 530 ± 5 ^o C for 2 hours. The study of spectral characteristics was carried out on samples in the form of polished plane-parallel plates 2 mm thick.

В табл. 1,2 приведены конкретные примеры составов заявленных стекол, прототипа и их свойства. На фигуре, поясняющей суть изобретения представлены спектральные характеристики стекол, при этом номера спектральных кривых соответствуют номерам составов, приведенных в табл. 1. In the table. 1.2 provides specific examples of the compositions of the claimed glasses, the prototype and their properties. The figure illustrating the essence of the invention presents the spectral characteristics of the glasses, while the numbers of spectral curves correspond to the numbers of the compositions shown in table. one.

Заявляемое стекло окрашивается в процессе синтеза и не требует дополнительной термообработки. Длинноволновой край полосы поглощения расположен в длинноволновой области. Синтез заявляемого стекла происходит при более низкой по сравнению с прототипом температуры, а именно 1350±10^oC, что приводит к экономии энергии, увеличению срока службы оборудования.The inventive glass is painted during the synthesis process and does not require additional heat treatment. The long wavelength edge of the absorption band is located in the long wavelength region. The synthesis of the inventive glass occurs at a lower temperature compared to the prototype, namely 1350 ± 10 ^o C, which leads to energy savings, increase the service life of the equipment.

Граница поглощения заявляемого стекла представляет собой крутую линию. Длина волны, соответствующая началу области прозрачности (λ_гр.), равна 1,1 мкм, что позволяет изготавливать из такого стекла фильтры, обрезающие излучение с длиной волны λ ≅ 1,1 мкм.. При этом граница пропускания не изменяется в процессе отжига и термообработки, что свидетельствует о сохранении полупроводникового соединения в микрокристаллическом состоянии непосредственно в процессе варки и неизменностью его при отжиге и термообработке.The absorption limit of the inventive glass is a steep line. The wavelength corresponding to the beginning of the transparency region (λ _gr. ) Is 1.1 μm, which allows filters to be cut from such glass to cut radiation with a wavelength λ ≅ 1.1 μm. Moreover, the transmission boundary does not change during annealing and heat treatment, which indicates the preservation of the semiconductor compound in the microcrystalline state directly during the cooking process and its invariability during annealing and heat treatment.

Компонент шихты уголь является восстановителем. В стеклах типа рассматриваемых в процессе синтеза уголь переходит соответственно в СО, CO₂ и улетучивается.The coal charge component is a reducing agent. In glasses of the type considered in the synthesis process, coal passes into CO, CO ₂ , respectively, and escapes.

Таким образом, из анализа представленных данных следует, что заявляемое стекло по сравнению с известным обладает значительно меньшей температурой синтеза (100^oC составляет разность температур синтеза заявляемого стекла и прототипа), при этом крутизна границы поглощения остается достаточно высокой.Thus, from the analysis of the presented data it follows that the inventive glass in comparison with the known one has a significantly lower synthesis temperature (100 ^o C is the temperature difference between the synthesis of the inventive glass and the prototype), while the slope of the absorption boundary remains quite high.

Claims

Glass containing SiO ₂ , Na ₂ O, K ₂ O, CaO, CuJnS ₂ , characterized in that it additionally contains Li ₂ O in the following ratio of components, wt. SiO ₂ 64.43 74.54; Na ₂ O 5.36 10.97; K ₂ O 3.89 11.48; CaO 8.62-12.03; CuInS ₂ 0.75 0.98; Li ₂ O 1.24 3.61.