RU2610501C1 - Method of producing crystals of thallium halide - Google Patents

Method of producing crystals of thallium halide Download PDF

Info

Publication number
RU2610501C1
RU2610501C1 RU2015139725A RU2015139725A RU2610501C1 RU 2610501 C1 RU2610501 C1 RU 2610501C1 RU 2015139725 A RU2015139725 A RU 2015139725A RU 2015139725 A RU2015139725 A RU 2015139725A RU 2610501 C1 RU2610501 C1 RU 2610501C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thallium
halide
container
metal
temperature
Prior art date
Application number
RU2015139725A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Серафимович Лисицкий
Валерий Филиппович Голованов
Галина Васильевна Полякова
Михаил Сергеевич Кузнецов
Никита Андреевич Пимкин
Дмитрий Сергеевич Пушко
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" filed Critical Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет"
Priority to RU2015139725A priority Critical patent/RU2610501C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2610501C1 publication Critical patent/RU2610501C1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/12—Halides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/008—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method using centrifugal force to the charge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/02—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method without using solvents
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/04—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of organic materials, e.g. plastics
    • G02B1/045—Light guides
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0005—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being of the fibre type

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the production of materials, which are transparent in the infrared spectral region that can be used for manufacturing optical elements, that are transparent in the wavelength range from 0.4 to 25 microns; production of uncooled detectors c- and g-radiation for nuclear physics methods of diagnosis and monitoring, as well as the manufacture of optical fibers IR. A process for producing crystals of thallium halide for the infrared optics involves the synthesis of thallium halide reacting molten metal thallium, taken in excess, with the pairs of halogen in a vacuum, at a temperature at 10-30°C below the melting temperature of the resulting halide of thallium, which is carried out in a horizontally mounted container, made in two containers connected by a constriction of the hollow axis and rotating around its longitudinal axis at a speed of 120-150 rev/min, the separation of the excess metal from the ingot synthesized thallium halide, thallium halide purification obtained by vacuum distillation and melt crystallization directly followed by growing crystal.
EFFECT: simplification of the process of crystal growth, and improvement of their optical quality.
2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области получения материалов, прозрачных в инфракрасной области спектра, которые быть использованы для изготовления оптических элементов прозрачных в области длин волн от 0,4 до 25 мкм, изготовления неохлаждаемых детекторов χ- и γ-излучений для ядерно-физических методов диагностики и контроля, а также изготовления волоконных световодов ИК-диапазона.The invention relates to the field of production of materials transparent in the infrared region of the spectrum, which can be used for the manufacture of transparent optical elements in the wavelength range from 0.4 to 25 μm, the manufacture of uncooled χ and γ radiation detectors for nuclear-physical diagnostic and control methods , as well as the manufacture of fiber optical fibers of the IR range.

Известен способ получения кристаллов галогенидов таллия путем барботирования инертного газа, содержащего пары брома или йода, через расплав металлического таллия, взятого в избытке, при температуре, превышающей температуру плавления получаемого галогенида, с последующей очисткой синтезированного галогенида таллия путем чередования процессов дистилляции в вакууме, направленной кристаллизации расплава и выращивание кристаллов. В известном способе процесс синтеза галогенида таллия проводят при температуре 450-500°C путем интенсивного пропускания аргона, насыщенного парами брома или йода, через расплав металлического таллия. Реакция образования галогенида происходит с большой скоростью и большим выделением тепла. Процесс проводят в устройстве, состоящем из стеклянного контейнера для расплава металла, на который сверху устанавливают второй независимый контейнер с галогеном, имеющий систему стеклянных трубок, помещенных в первый контейнер с расплавом для барботирования через металл инертного газа. Инертный газ, проходя через контейнер с галогеном, насыщается его парами и переносит пары галогена к металлу. Синтезированный галогенид таллия (бромид и йодид) при необходимости перемешивают в заданном соотношении, загружают в ампулы и проводят многократную очистку солей, сочетая процессы дистилляции в вакууме и направленной кристаллизации. Из очищенных солей выращивают кристалл методом Бриджмена-Стокбаргера (Т.И. Дарвойд и др. Важнейшие соединения таллия. Свойства, получение, применение. Ставрополь, 1997 г., с. 156-159).A known method of obtaining crystals of thallium halides by sparging an inert gas containing bromine or iodine vapor through a molten metal of thallium taken in excess at a temperature higher than the melting point of the resulting halide, followed by purification of the synthesized thallium halide by alternating distillation processes in a vacuum, directed crystallization melt and crystal growth. In the known method, the process of synthesis of thallium halide is carried out at a temperature of 450-500 ° C by intensively passing argon saturated with bromine or iodine vapor through a thallium metal melt. The reaction of the formation of halide occurs with high speed and high heat. The process is carried out in a device consisting of a glass container for molten metal, on top of which a second independent halogen container is mounted, having a system of glass tubes placed in the first container with the melt for sparging through an inert gas metal. Inert gas passing through the container with the halogen is saturated with its vapor and transfers the halogen vapor to the metal. The synthesized thallium halide (bromide and iodide), if necessary, is mixed in a predetermined ratio, loaded into ampoules and repeatedly purified salts, combining the processes of distillation in vacuum and directional crystallization. A crystal is grown from purified salts by the Bridgman-Stockbarger method (TI Darvoid et al. The most important thallium compounds. Properties, preparation, use. Stavropol, 1997, pp. 156-159).

Известен способ получения кристаллов галогенидов таллия, включающий синтез галогенида таллия в стеклянном контейнере барботированием смеси инертного газа и галогена через расплав металлического таллия, очистку полученного галогенида от примесей последовательным сочетанием направленной кристаллизации расплава и вакуумной дистилляции с поверхности расплава в наклонном стеклянном контейнере, вращающемся со скоростью 60-100 об/мин, с последующим выращиванием кристаллов методом Бриджмена-Стокбаргера. В известном способе процесс синтеза галогенида таллия проводят при температуре 450-500°C путем интенсивного пропускания аргона, насыщенного парами брома или йода, через расплав металлического таллия.A known method of producing crystals of thallium halides, including the synthesis of thallium halide in a glass container by bubbling a mixture of inert gas and halogen through a metal thallium melt, purification of the obtained halide from impurities by a sequential combination of directional crystallization of the melt and vacuum distillation from the surface of the melt in an inclined glass container rotating at a speed of 60 -100 rpm, followed by crystal growth by the Bridgman-Stockbarger method. In the known method, the process of synthesis of thallium halide is carried out at a temperature of 450-500 ° C by intensively passing argon saturated with bromine or iodine vapor through a thallium metal melt.

В известном способе процесс синтеза галогенида таллия проводят в составном вертикальном стеклянном контейнере (рисунок 1), состоящем из независимой стеклянной емкости 1 для расплава металла 2 и синтезируемого галогенида 3, и второй независимой стеклянной емкости 4 для галогена 5. Емкость 4 выполнена с системой впаянных в корпус емкости стеклянных трубопроводов, состоящей из трубки 6 для герметизации емкости после загрузки галогена 5, трубки 7, подводящей в контейнер транспортирующий инертный газ, и трубки 8 для отделения загруженного в емкость галогена от расплава металла 2 и подачи в расплав металла смеси паров галогена и инертного газа. Контейнер с загруженным металлом и галогеном помещают в двухзонную печь и нагревают до температуры, превышающей температуру плавления образующегося галогенида. После расплавления металла через трубку 7 подают инертный газ, который смешивается с нагретыми парами галогена 5. Далее смесь паров галогена с инертным газом поступает через трубку 8 в расплав металла. При барботировании расплава металла галогеном, смешанным с инертным газом, образуется галогенид 3, который из-за плотности, меньшей, чем плотность расплавленного металла, располагается над металлом не смешиваясь с ним.In the known method, the process of synthesis of thallium halide is carried out in a composite vertical glass container (Figure 1), consisting of an independent glass container 1 for molten metal 2 and synthesized halide 3, and a second independent glass container 4 for halogen 5. Capacity 4 is made with a system soldered in the container body of glass pipelines, consisting of a tube 6 for sealing the container after loading of halogen 5, a tube 7 supplying a transporting inert gas to the container, and a tube 8 for separating the container loaded into the container s from halogen molten metal 2 and the feed mixture in the molten metal halogen vapor and inert gas. The container loaded with metal and halogen is placed in a dual-zone furnace and heated to a temperature above the melting point of the resulting halide. After the metal is melted, an inert gas is supplied through the tube 7, which is mixed with heated vapors of halogen 5. Next, the mixture of halogen vapors with an inert gas enters through the tube 8 into the metal melt. When bubbling a metal melt with halogen mixed with an inert gas, a halide 3 is formed, which, due to a density lower than the density of the molten metal, is located above the metal without mixing with it.

После кристаллизации от слитка полученного галогенида отделяют избыточный металл и проводят очистку, используя многократно повторяющиеся, чередующиеся процессы направленной кристаллизации и вакуумной дистилляции в наклонном вращающемся со скоростью 60-100 об/мин контейнере, с последующим выращиванием кристалла методом Бриджмена-Стокбаргера ((патент РФ №2522621, 23.11.2012 г., МПК C30B 11/02, C30B 29/12, опубл. 21.05.2014 г.). Способ принят за прототип.After crystallization, the excess metal is separated from the ingot of the obtained halide and purified using repeatedly repeated, alternating processes of directional crystallization and vacuum distillation in an inclined container rotating at a speed of 60-100 rpm, followed by crystal growth using the Bridgman-Stockbarger method ((RF patent No. 2522621, 11/23/2012, IPC C30B 11/02, C30B 29/12, publ. 05.21.2014) The method is adopted as a prototype.

Недостатком известного способа является сложность процесса синтеза, связанная как со сложностью изготовления контейнера для насыщения инертного газа галогеном, так и со сложностью поддержания температурного режима и стабилизации потока инертного газа в системе. Изготовление, загрузка, герметизация, совмещение контейнеров для проведения процесса требуют наличия и работы высококвалифицированных стеклодувов и аппаратчиков. Получаемый материал из-за барботирования в течение синтеза (12-24 часов) через расплав металла инертного газа насыщается мелкодисперсной взвесью металла, загрязняется органическими примесями, примесью воды, окисляется кислородом до соединений таллия высших валентностей, что ухудшает оптическое качество выращиваемых ИК кристаллов.The disadvantage of this method is the complexity of the synthesis process, associated with the complexity of manufacturing a container for saturation of an inert gas with halogen, and the difficulty of maintaining the temperature and stabilizing the flow of inert gas in the system. The manufacture, loading, sealing, combination of containers for the process require the availability and operation of highly skilled glassblowers and apparatchiks. Due to bubbling during synthesis (12-24 hours), the resulting material through the molten metal of an inert gas is saturated with a finely dispersed suspension of metal, contaminated with organic impurities, an admixture of water, oxidized with oxygen to thallium compounds of higher valencies, which impairs the optical quality of the grown IR crystals.

Повышенная температура проведения процесса синтеза 450-500°C приводит к разложению галогенида таллия. Указанные недостатки приводят к длительности, сложности процесса и снижению прозрачности выращенных кристаллов.The increased temperature of the synthesis process 450-500 ° C leads to the decomposition of thallium halide. These shortcomings lead to the duration, complexity of the process and lower transparency of the grown crystals.

Техническим результатом изобретения является упрощение процесса выращивания кристаллов и повышение их оптического качества.The technical result of the invention is to simplify the process of growing crystals and increase their optical quality.

Технический результат достигается тем, что в способе получения кристаллов галогенидов таллия для инфракрасной оптики, включающем синтез галогенида таллия при нагревании в контейнере взаимодействием расплава металлического таллия, взятого с избытком, с парами галогена, отделение избыточного металла от слитка синтезированного галогенида таллия, очистку его вакуумной дистилляцией и направленной кристаллизацией расплава с последующим выращиванием кристалла, согласно изобретению синтез ведут в горизонтальном контейнере, выполненном в виде двух емкостей, соединенных по оси полой перетяжкой, вращающемся вокруг продольной оси со скоростью 120-150 об/мин, в вакууме, при температуре на 10-30°C ниже температуры плавления образующегося галогенида.The technical result is achieved by the fact that in the method for producing thallium halide crystals for infrared optics, which involves the synthesis of thallium halide when heated in a container by the interaction of a thallium metal melt taken in excess with halogen vapors, separating the excess metal from an ingot of synthesized thallium halide, cleaning it by vacuum distillation and directed crystallization of the melt, followed by crystal growth, according to the invention, the synthesis is carried out in a horizontal container made in in the form of two containers connected along the axis by a hollow constriction, rotating around the longitudinal axis at a speed of 120-150 rpm, in vacuum, at a temperature of 10-30 ° C below the melting temperature of the resulting halide.

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от способа прототипа, где синтез галогенида таллия проводят в неподвижном, вертикально установленном, состоящем из нескольких емкостей контейнере при температуре, превышающей температуру плавления образующегося галогенида, путем барботирования расплава металлического таллия, взятого с избытком, потоком инертного газа, насыщенного парами галогена, отделением от синтезированного галогенида избыточного металла, очисткой галогенида вакуумной дистилляцией и направленной кристаллизацией расплава с последующим выращиванием кристалла, в заявленном способе синтез ведут в горизонтально установленном контейнере (рисунок 2), выполненном из единой стеклянной термостойкой трубы в виде двух идентичных емкостей 9 и 14, соединяющихся между собой по оси полой перетяжкой 16, вращающемся вокруг продольной оси 17 со скоростью 120-150 об/мин, при температуре на 10-30°C ниже температуры плавления образующегося галогенида, в вакууме. Емкость 9 предназначена для загрузки, плавления металлического таллия 10 и взаимодействия поверхности расплава таллия 11 с парами галогена 12. Образующийся галогенид таллия 13 благодаря высокой скорости вращения контейнера и пониженной температуре во время процесса превращается в мелкодисперсный порошок и не препятствует протеканию процесса синтеза. Емкость 14 предназначена для загрузки и испарения галогена 15. Перетяжка 16 препятствует непосредственному неконтролируемому контакту галогена и расплавленного металла. Образование галогенида 13 происходит с контролируемой скоростью за счет подачи паров галогена 12 к поверхности расплава металла в вакууме при регулировании температуры испарения галогена.The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the prototype method, where the synthesis of thallium halide is carried out in a stationary, vertically installed, consisting of several containers container at a temperature exceeding the melting point of the resulting halide, by bubbling the molten thallium melt taken in excess with an inert stream gas saturated with halogen vapor, separation of excess metal from the synthesized halide, purification of the halide by vacuum distillation and directional crystallization melt with subsequent crystal growth, in the claimed method, the synthesis is carried out in a horizontally mounted container (Figure 2), made of a single glass heat-resistant pipe in the form of two identical containers 9 and 14, interconnected along the axis of the hollow constriction 16, rotating around the longitudinal axis 17 at a speed of 120-150 rpm, at a temperature of 10-30 ° C below the melting temperature of the resulting halide, in vacuum. The vessel 9 is designed for loading, melting metal thallium 10 and the interaction of the surface of the thallium melt 11 with halogen vapor 12. The resulting thallium halide 13, due to the high rotation speed of the container and the low temperature during the process, turns into a fine powder and does not interfere with the synthesis process. The tank 14 is designed to load and evaporate the halogen 15. The constriction 16 prevents the direct uncontrolled contact of the halogen and molten metal. The formation of halide 13 occurs at a controlled speed due to the supply of vapor of halogen 12 to the surface of the molten metal in vacuum while controlling the temperature of evaporation of the halogen.

Проведение синтеза галогенида таллия в вакууме в контейнере, выполненном из одной стеклянной трубы с перетяжкой, значительно упрощает и изготовление самого контейнера, и управление процессом синтеза за счет контроля только температуры зон расплава. Проведение процесса при температуре ниже температуры плавления образующегося галогенида в заявленном интервале способствует повышению оптического качества кристаллов за счет исключения загрязнений, вносимых в галогенид протоком инертного газа, исключения образования мелкодисперсной металлической взвеси и исключения разложения галогенида при высокой температуре.The synthesis of thallium halide in a vacuum in a container made of one glass tube with a waist greatly simplifies both the manufacture of the container and the control of the synthesis process by controlling only the temperature of the melt zones. Carrying out the process at a temperature below the melting point of the resulting halide in the claimed range helps to increase the optical quality of crystals by eliminating contaminants introduced into the halide by an inert gas flow, eliminating the formation of a finely dispersed metal suspension and eliminating the decomposition of the halide at high temperature.

При проведении процесса синтеза при температуре более чем на 30°C ниже температуры плавления получаемого галогенида синтез галогенида таллия практически прекращается.When the synthesis process is carried out at a temperature of more than 30 ° C below the melting temperature of the obtained halide, the synthesis of thallium halide practically stops.

Проведение процесса синтеза при температуре менее чем на 10°C ниже температуры плавления получаемого галогенида приводит к ухудшению оптического качества получаемого галогенида, связанного с разложением галогенида и окислением таллия до высшей валентности, что визуально определяется по снижению прозрачности галогенида из-за изменения его цвета - от желто-оранжевого до черного,The synthesis process at a temperature less than 10 ° C below the melting point of the resulting halide leads to a deterioration in the optical quality of the resulting halide associated with the decomposition of the halide and the oxidation of thallium to higher valency, which is visually determined by the decrease in the transparency of the halide due to a change in its color - from yellow orange to black,

Проведение процесса синтеза в горизонтально расположенном контейнере, выполненном в виде двух емкостей, соединенных по оси полой перетяжкой, позволяет отделить расплав металла от непосредственного взаимодействия с расплавом галогена, а наличие полой перетяжки по оси контейнера позволяет вакуумировать обе части контейнера и способствует взаимодействию паров галогена с поверхностью расплава металла в вакууме без использования транспортирующего инертного газа.The synthesis process in a horizontally located container made in the form of two containers connected along the axis by a hollow hauling allows the metal melt to be separated from direct interaction with the halogen melt, and the presence of a hollow hauling along the container axis allows both parts of the container to be evacuated and facilitates the interaction of halogen vapor with the surface molten metal in vacuum without the use of a carrier inert gas.

Вращение контейнера необходимо для постоянного обновления поверхности расплава металла и разрушения твердой пленки галогенида, образующейся в процессе синтеза при температуре ниже температуры плавления синтезируемого галогенида. В процессе вращения пленка механически разрушается до мелкодисперсного порошка. Вращение со скоростью менее 120 об/мин не позволяет эффективно обнажать поверхность расплава металла. Образующийся порошок галогенида таллия закрывает металл, и процесс прекращается.The rotation of the container is necessary for constant updating of the surface of the molten metal and the destruction of the solid halide film formed during the synthesis process at a temperature below the melting temperature of the synthesized halide. During rotation, the film is mechanically destroyed to a fine powder. Rotation at a speed of less than 120 rpm does not allow to effectively expose the surface of the molten metal. The resulting thallium halide powder closes the metal, and the process stops.

При вращении контейнера со скоростью выше 150 об/мин центробежные силы удерживают расплав металла и порошок галогенида таллия около стенки контейнера и вращают их вместе с контейнером, не обновляя поверхность. Процесс синтеза прекращается.When the container rotates at a speed above 150 rpm, centrifugal forces hold the molten metal and thallium halide powder near the container wall and rotate them together with the container without updating the surface. The synthesis process stops.

Примеры выполнения способа:Examples of the method:

Пример 1. Для проведения процесса синтеза бромида таллия брали стеклянную трубку диаметром 60 мм, длиной 800 мм и с помощью газовой горелки посередине трубки выполняли перетяжку с внутренним диаметром 2-3 мм длиной 50 мм, разделяя ее на две части. С открытой стороны трубки загружали 771 г металлического таллия марки Tl-0, взятого с 25% избытком и рассчитанного для образования 1 кг бромида таллия.Example 1. For the process of synthesis of thallium bromide, a glass tube was taken with a diameter of 60 mm, a length of 800 mm, and using a gas burner in the middle of the tube, a constriction was made with an internal diameter of 2-3 mm and a length of 50 mm, dividing it into two parts. From the open side of the tube, 771 g of Tl-0 grade thallium metal was taken, taken with a 25% excess and calculated to form 1 kg of thallium bromide.

Конец трубки с загруженным металлом запаивали, образуя одну из емкостей контейнера для металла. С противоположного конца трубки загружали 276 г предварительно очищенного перегонкой жидкого брома марки ХЧ. Конец трубки охлаждали жидким азотом для уменьшения испарения брома, откачивали форвакуумным насосом до остаточного давления 1⋅10-2 мм рт.ст. и запаивали, образуя контейнер для синтеза.The end of the tube with the loaded metal was sealed, forming one of the containers of the metal container. From the opposite end of the tube, 276 g of chemically pure liquid bromine previously purified by distillation were charged. The end of the tube was cooled with liquid nitrogen to reduce the evaporation of bromine, and was pumped out with a foreline pump to a residual pressure of 1⋅10 -2 mm Hg. and sealed, forming a container for synthesis.

Контейнер устанавливали в горизонтальную двухзонную печь и нагревали зону металла до температуры на 30°C ниже температура плавления синтезируемого бромида таллия - 430°C (температура плавления бромида таллия 460°C), а зону галогена до 90-100°C. После расплавления металла и перехода жидкого брома в парообразное состояние включали вращение контейнера со скоростью 120 об/мин. Окончание процесса синтеза контролировали по израсходованию всего брома и очистке части контейнера с галогеном от красно-бурых паров брома. Процесс синтеза закончился через 8 часов. После окончания процесса печь охладили до комнатной температуры. Отделили от слитка синтезированного бромида таллия избыток металла в количестве 160 г. Полученный бромид таллия в количестве 987 г очищали от примесей вакуумной дистилляцией в наклонном контейнере. Для этого бромид таллия перегружали в термостойкий стеклянный контейнер диаметром 50 мм, длиной 500 мм. Контейнер помещали в герметичную вакуумируемую реторту, которую вакуумировали до остаточного давления 2⋅10-4 мм рт.ст., размещали в зоне высокой температуры печи с продольным градиентом температуры. Контейнер нагревали до температуры 450°C до расплавления бромида таллия. Реторту с контейнером устанавливали под углом 30 градусов относительно горизонтальной плоскости и включали вращение вокруг продольной оси со скоростью 90 об/мин. После охлаждения до комнатной температуры и удаления кубового остатка чистую часть слитка использовали для очистки в атмосфере воздуха методом направленной кристаллизацией расплава со скоростью 3 мм/час и выращивали кристалл методом Стокбаргера диаметром 38 мм. Скорость выращивания 2 мм/час. Выращенный кристалл визуально прозрачен, желто-зеленого цвета, без посторонних включений. Спектральное пропускание кристалла на длине волны 2,5-20 мкм составило 68%, коэффициент объемного поглощения βν на длине волны10,6 мкм (4÷5)⋅10-5 см-1.The container was installed in a horizontal dual-zone furnace and the metal zone was heated to a temperature 30 ° C lower than the melting point of the synthesized thallium bromide - 430 ° C (melting point of thallium bromide 460 ° C), and the halogen zone to 90-100 ° C. After the metal was melted and liquid bromine turned into a vaporous state, the container was turned on at a speed of 120 rpm. The end of the synthesis process was controlled by the consumption of all bromine and the purification of a part of the halogen container from red-brown bromine vapor. The synthesis process ended after 8 hours. After the end of the process, the furnace was cooled to room temperature. An excess of metal in the amount of 160 g was separated from the ingot of synthesized thallium bromide. The resulting thallium bromide in the amount of 987 g was purified from impurities by vacuum distillation in an inclined container. For this, thallium bromide was loaded into a heat-resistant glass container with a diameter of 50 mm and a length of 500 mm. The container was placed in a sealed evacuated retort, which was evacuated to a residual pressure of 2⋅10 -4 mm Hg, placed in a high-temperature zone of a furnace with a longitudinal temperature gradient. The container was heated to a temperature of 450 ° C until the thallium bromide melted. A retort with a container was installed at an angle of 30 degrees relative to the horizontal plane and rotation was turned on around the longitudinal axis at a speed of 90 rpm. After cooling to room temperature and removing the bottom residue, the pure part of the ingot was used for purification in air using the method of directed crystallization of the melt at a speed of 3 mm / h and the crystal was grown by the Stockbarger method with a diameter of 38 mm. The cultivation speed is 2 mm / hour. The grown crystal is visually transparent, yellow-green in color, without impurities. The spectral transmission of the crystal at a wavelength of 2.5–20 μm was 68%, and the volume absorption coefficient βν at a wavelength of 10.6 μm (4–5) ⋅ 10 -5 cm -1 .

Пример 2. Для проведения процесса синтеза иодида таллия из стеклянной трубки диаметром 50 мм, длиной 700 мм изготавливали контейнер. С открытой стороны трубки загружали 800 г металлического таллия марки Tl-0, взятого с 30% избытком и расcчитанного для образования 1 кг йодида таллия.Example 2. For the synthesis of thallium iodide from a glass tube with a diameter of 50 mm, a length of 700 mm, a container was made. 800 g of thallium metal grade Tl-0, taken with a 30% excess and calculated to form 1 kg of thallium iodide, were loaded from the open side of the tube.

Конец трубки с загруженным металлом запаивали, образуя одну из емкостей контейнера для металла. Во второй конец трубки загружали 380 г кристаллического йода марки ОСЧ. Конец трубки охлаждали жидким азотом для уменьшения испарения йода, откачивали форвакуумным насосом до остаточного давления 5⋅10-2 мм рт.ст. и запаивали, образуя контейнер для синтеза.The end of the tube with the loaded metal was sealed, forming one of the containers of the metal container. 380 g of crystalline iodine grade iodine was loaded into the second end of the tube. The end of the tube was cooled with liquid nitrogen to reduce iodine evaporation, and was pumped out with a fore-vacuum pump to a residual pressure of 5⋅10 -2 mm Hg. and sealed, forming a container for synthesis.

Контейнер устанавливали в горизонтальную двухзонную печь и нагревали зону металла до температуры на 10°C ниже температуры плавления йодида таллия - 420°C (температура плавления йодида таллия 440°C), а зону галогена до 100-120°C. После расплавления металла и перехода йода в парообразное состояние, включали вращение контейнера со скоростью 150 об/мин. Окончание процесса синтеза контролировали по израсходованию всего йода и очистке части контейнера с галогеном от темно-фиолетовых паров йода. Процесс синтеза закончился через 9 часов. После окончания процесса печь охладили до комнатной температуры. Отделяли от слитка иодида таллия избыток металла в количестве 150 г. Полученный иодид таллия в количестве 990 г очищали от примесей вакуумной дистилляцией в наклонном контейнере. Для этого йодид таллия перегружали в термостойкий стеклянный контейнер диаметром 50 мм, длиной 500 мм. Контейнер помещали в герметичную вакуумируемую реторту, которую вакуумировали до остаточного давления 1⋅10-4 мм рт.ст., и размещали в зоне высокой температуры печи с продольным градиентом температуры. Контейнер нагревали до температуры 450°C до расплавления йодида таллия. Реторту с контейнером устанавливали под углом 50 градусов относительно горизонтальной плоскости и включали вращение вокруг продольной оси со скоростью 100 об/мин. После охлаждения до комнатной температуры и удаления кубового остатка чистую часть слитка использовали для очистки в вакууме методом направленной кристаллизацией расплава со скоростью 3 м/час.The container was installed in a horizontal dual-zone furnace and the metal zone was heated to a temperature 10 ° C below the melting point of thallium iodide - 420 ° C (melting point of thallium iodide 440 ° C), and the halogen zone to 100-120 ° C. After melting the metal and the transition of iodine to the vapor state, the container was turned on at a speed of 150 rpm. The end of the synthesis process was controlled by the consumption of all iodine and the purification of a part of the halogen container from the dark violet iodine vapor. The synthesis process ended after 9 hours. After the end of the process, the furnace was cooled to room temperature. An excess of metal in an amount of 150 g was separated from a thallium iodide ingot. The obtained thallium iodide in an amount of 990 g was purified from impurities by vacuum distillation in an inclined container. For this, thallium iodide was loaded into a heat-resistant glass container with a diameter of 50 mm and a length of 500 mm. The container was placed in a sealed evacuated retort, which was evacuated to a residual pressure of 1⋅10 -4 mm Hg and placed in a high-temperature zone of a furnace with a longitudinal temperature gradient. The container was heated to a temperature of 450 ° C until the thallium iodide melted. The retort with the container was installed at an angle of 50 degrees relative to the horizontal plane and rotation was turned on around the longitudinal axis at a speed of 100 rpm. After cooling to room temperature and removing the bottom residue, the pure part of the ingot was used for purification in vacuum by the method of directed crystallization of the melt at a speed of 3 m / h.

Очищенный слиток светло-желтого цвета без темных включений использовали для выращивания в вакууме методом Стокбаргера кристалла диаметром 30 мм. Скорость выращивания 2 мм/час. Поскольку иодид таллия при охлаждении до 175°C меняет структурный тип и становится оптически непрозрачным, для подтверждения высоких оптических характеристик синтезированного материала полученный синтезом и очищенный йодид таллия смешивали с полученным, как в примере 1, бромидом таллия и выращивали кристалл твердого раствора бромид-иодид таллия (КРС-5) состава 57,5% бромида таллия - 42,5% иодида таллия.The purified light yellow ingot without dark inclusions was used for growing a crystal with a diameter of 30 mm by vacuum using the Stockbarger method. The cultivation speed is 2 mm / hour. Since thallium iodide, when cooled to 175 ° C, changes its structural type and becomes optically opaque, to confirm the high optical characteristics of the synthesized material, the obtained and purified thallium iodide was mixed with thallium bromide obtained as in Example 1 and a crystal of thallium bromide-iodide solid solution was grown (KRS-5) of 57.5% thallium bromide - 42.5% thallium iodide.

Выращенный методом Стокбаргера со скоростью 2 мм/час кристалл визуально прозрачен, ярко-красного цвета, без посторонних включений. Спектральное пропускание кристалла на длине волны 2,5-20 мкм составило 68%, коэффициент объемного поглощения βν на длине волны 10,6 мкм (1÷3)⋅10-5 см-1.The crystal grown by the Stockbarger method at a speed of 2 mm / hour is visually transparent, bright red in color, without impurities. The spectral transmittance of the crystal at a wavelength of 2.5–20 μm was 68%, and the volumetric absorption coefficient βν at a wavelength of 10.6 μm (1 ÷ 3) ⋅ 10 -5 cm -1 .

Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет значительно упростить процесс получения галогенидов таллия и вырастить и из них кристаллы высокого оптического качества.As can be seen from the above examples, the proposed method can significantly simplify the process of obtaining thallium halides and to grow crystals of high optical quality from them.

Claims (1)

Способ получения кристаллов галогенидов таллия для инфракрасной оптики, включающий синтез галогенида таллия при нагревании в контейнере взаимодействием расплава металлического таллия, взятого с избытком, с парами галогена, отделение избыточного металла от слитка синтезированного галогенида таллия, очистку полученного галогенида таллия вакуумной дистилляцией и направленной кристаллизацией расплава с последующим выращиванием кристалла, отличающийся тем, что синтез ведут в горизонтально установленном контейнере, выполненном в виде двух емкостей, соединенных по оси полой перетяжкой, вращающемся вокруг продольной оси со скоростью 120-150 об/мин, в вакууме, при температуре на 10-30°C ниже температуры плавления образующегося галогенида таллия.A method for producing thallium halide crystals for infrared optics, including the synthesis of thallium halide when heated in a container by the interaction of a thallium metal melt taken in excess with halogen vapor, separating the excess metal from a synthesized thallium halide ingot, purification of the obtained thallium halide by vacuum distillation and directional crystallization of the melt with subsequent crystal growth, characterized in that the synthesis is carried out in a horizontally mounted container, made in the form two containers connected along the axis by a hollow constriction, rotating around the longitudinal axis at a speed of 120-150 rpm, in vacuum, at a temperature of 10-30 ° C below the melting temperature of the resulting thallium halide.
RU2015139725A 2015-09-18 2015-09-18 Method of producing crystals of thallium halide RU2610501C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015139725A RU2610501C1 (en) 2015-09-18 2015-09-18 Method of producing crystals of thallium halide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015139725A RU2610501C1 (en) 2015-09-18 2015-09-18 Method of producing crystals of thallium halide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2610501C1 true RU2610501C1 (en) 2017-02-13

Family

ID=58458505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015139725A RU2610501C1 (en) 2015-09-18 2015-09-18 Method of producing crystals of thallium halide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2610501C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487202C1 (en) * 2011-10-28 2013-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of growing crystals of silver and thallium halides
RU2522621C2 (en) * 2012-11-23 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности ОАО "Гиредмет" Method of obtaining crystals of thallium halogenides

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487202C1 (en) * 2011-10-28 2013-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of growing crystals of silver and thallium halides
RU2522621C2 (en) * 2012-11-23 2014-07-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности ОАО "Гиредмет" Method of obtaining crystals of thallium halogenides

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KOUZNETSOV M.S. et al, Development of the technology for growing TlBr detector crystals, ";Nuclear Instruments and Method in Physics Research Section A: Accelertors, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment";, 2004, vol.531, no.1-2, p.p.174-180. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3707750B2 (en) Method for producing calcium fluoride crystals
CN111270309A (en) Growth method of calcium fluoride single crystal and used device
RU2610501C1 (en) Method of producing crystals of thallium halide
JP5067596B2 (en) Sapphire single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus thereof
Peech et al. Preparation of pure alkali halide crystals and some of their properties
RU2487202C1 (en) Method of growing crystals of silver and thallium halides
US5277746A (en) High pressure liquid phase epitaxy reactor chamber and method with direct see through capability
JP3533648B2 (en) Reactive oxygen species inclusion calcia-alumina oxide single crystal and method for producing the same
Voda et al. Crystal growth of rare-earth-doped ternary potassium lead chloride single crystals by the Bridgman method
JPS61178495A (en) Method for growing single crystal
RU2522621C2 (en) Method of obtaining crystals of thallium halogenides
Fullmer et al. Crystal growth of the solid electrolyte RbAg4I5
JP3668738B1 (en) Single crystal growth equipment
CN1563509A (en) Technique for fabricating monocystal of rutile through flame fusion method under controllable atmosphere and equipment
RU2419589C1 (en) METHOD OF PRODUCING CHALCOGENIDE GLASS OF SYSTEM As-S WITH LOW OXYGEN CONTENT
CN110923813B (en) Band gap adjustable full inorganic perovskite single crystal and its growth method
JP2002234795A (en) Lithium calcium aluminum fluoride single crystal and method for producing the same
Neubert et al. Purification and single‐crystal growth of potassium cyanide
CN105731525A (en) Preparation method of gallium trichloride granules
Krivandina Preparation of single crystals of multicomponent fluoride materials with the fluorite type structure
US20130068156A1 (en) Method for growing ii-vi semiconductor crystals and ii-vi semiconductor layers
RU2485217C1 (en) Method for obtaining monocrystals of gallium telluride (ii)
JP2732573B2 (en) Manufacturing method of compound semiconductor single crystal
RU33580U1 (en) Device for growing a silicon single crystal from a melt
JPH03183696A (en) Production of large-sized casi2 single crystal