RU2756886C1 - Luminescent glass-crystal material - Google Patents
Luminescent glass-crystal material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2756886C1 RU2756886C1 RU2020141045A RU2020141045A RU2756886C1 RU 2756886 C1 RU2756886 C1 RU 2756886C1 RU 2020141045 A RU2020141045 A RU 2020141045A RU 2020141045 A RU2020141045 A RU 2020141045A RU 2756886 C1 RU2756886 C1 RU 2756886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- temperature
- sitall
- hours
- sio
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
- C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
- C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к люминесцирующим стеклокристаллическим материалам на основе литиево-алюмосиликатной системы, а именно к составу материала для использования в качестве термостабильных светоизлучающих лазерных сред в ближнем ИК диапазоне. Твердотельные активные элементы лазерных систем подвержены воздействию высоких температур в результате поглощения излучения накачки матрицей носителя (фундаментальное и примесное), стоксовых потери при переходе с высоких возбужденных уровней на метастабильный уровень активатора, безызлучательных переходов и пр. Вследствие малой теплопроводности стекла перепады температур в лазерных элементах значительно больше, чем в кристаллах. Перепады температур приводят к возникновению термооптических искажений, дополнительных механических напряжений, что в совокупности ограничивает энергию накачки и снижению КПД всей светоизлучающей установки.The invention relates to the field of optical materials science, in particular to luminescent glass-crystalline materials based on a lithium-aluminosilicate system, and in particular to the composition of the material for use as thermostable light-emitting laser media in the near infrared range. Solid-state active elements of laser systems are exposed to high temperatures as a result of absorption of pump radiation by the carrier matrix (fundamental and impurity), Stokes losses during the transition from high excited levels to the metastable level of the activator, nonradiative transitions, etc. more than crystals. Temperature drops lead to the appearance of thermo-optical distortions, additional mechanical stresses, which together limit the pumping energy and reduce the efficiency of the entire light-emitting installation.
Альтернативой, сочетающей в себе преимущества кристаллических и стеклообразных матриц для использования в качестве активного лазерного элемента, являются стеклокристаллические материалы (ситаллы), сочетающие простоту и относительную дешевизну производства по стекольной технологии с физико-химическими преимуществами, которыми обладают кристаллические оптические среды.An alternative that combines the advantages of crystalline and glassy matrices for use as an active laser element is glass-crystalline materials (sitalls), which combine the simplicity and relative cheapness of glass production with the physicochemical advantages of crystalline optical media.
Известен ряд стеклокристаллических оптических материалов, принадлежащих Li2O-Al2O3-SiO2 (LAS) системе, которые содержат в своем составе такие кристаллические фазы как β-сподумен, β-эвкриптит, β-кварцевые твердые растворы, обеспечивающие необходимую величину термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) α=-5÷+1,5⋅10-7 K-1 в диапазоне температур -80÷+200°С [RU 2,569,703 С1]. Решение технологических задач синтеза стеклокристаллических материалов с тонкой нанокристаллической структурой позволило создать относительно дешевую и хорошо отработанную технологию оптических ситаллов, которые могут быть использованы как термостабильные однородные матрицы для лазерных сред.A number of glass-crystalline optical materials are known belonging to Li2O-Al2O3-SiO2 (LAS) systems that contain such crystalline phases as β-spodumene, β-eucryptite, β-quartz solid solutions, which provide the required thermal coefficient of linear expansion (TCLE) α = -5 ÷ + 1.5⋅10-7K-1 in the temperature range -80 ÷ + 200 ° С [RU 2,569,703 С1]. The solution of technological problems of the synthesis of glass-crystalline materials with a fine nanocrystalline structure made it possible to create a relatively cheap and well-developed technology of optical sitalls, which can be used as thermostable homogeneous matrices for laser media.
Заявленные в патенте RU 2,616,648 С1 прозрачные стеклокристаллические материалы LAS системы, близкие по требуемым свойствам, содержат в мол.%: SiO2 - (40÷78), Al2O3 - (12÷35), Li2O - (10÷25), Nb2O5 - (2÷6), Y2O3 - (0,01÷6), Er2O3 - (0,01÷4), Yb2O3 - (0,01÷4), Eu2O3 - (0,1÷4); Ho2O3 - (0,1÷4); Tm2O3 - (0,1÷4), Tb2O3 - (0,1÷4), Pr2O3 - (0,1÷4), Nd2O3 - (0,1÷4), Dy2O3 - (0,1÷4), Sm2O3 - (0,1÷4). В указанной работе плавление смеси сырьевых материалов осуществляли при температуре 1500-1600°С в течение 3-8 часов. Синтезированное стекло подвергали дополнительной изотермической термообработке в интервале температур 700-1350°С в течение 1-48 часов. В результате термообработки исходных стекол в образцах выделялись наноразмерные кристаллы ниобатов иттрия, активированные ионами Eu, Но, Er, Tm, Yb, Tb, Pr, Nd, Dy, Sm с флюоритоподобной, тетрагональной или моноклинной структурой с содержанием, по крайней мере, одного из вышеперечисленных ионов редкоземельных элементов в количестве от 0.1 до 6.0 мол. %. Люминесцентные свойства полученной стеклокерамики обеспечивают оксиды РЗЭ, введенные в количестве от 0,01 до 6,00 мол. %.Declared in the patent RU 2,616,648 C1 transparent glass-crystalline materials LAS systems, similar in the required properties, contain in mol%: SiO 2 - (40 ÷ 78), Al 2 O 3 - (12 ÷ 35), Li 2 O - (10 ÷ 25), Nb 2 O 5 - (2 ÷ 6), Y 2 O 3 - (0.01 ÷ 6), Er 2 O 3 - (0.01 ÷ 4), Yb 2 O 3 - (0.01 ÷ 4), Eu 2 O 3 - (0.1 ÷ 4); Ho 2 O 3 - (0.1 ÷ 4); Tm 2 O 3 - (0.1 ÷ 4), Tb 2 O 3 - (0.1 ÷ 4), Pr 2 O 3 - (0.1 ÷ 4), Nd 2 O 3 - (0.1 ÷ 4 ), Dy 2 O 3 - (0.1 ÷ 4), Sm 2 O 3 - (0.1 ÷ 4). In this work, the melting of the mixture of raw materials was carried out at a temperature of 1500-1600 ° C for 3-8 hours. The synthesized glass was subjected to additional isothermal heat treatment in the temperature range 700-1350 ° C for 1-48 hours. As a result of heat treatment of the initial glasses, nanosized crystals of yttrium niobates, activated with Eu, Ho, Er, Tm, Yb, Tb, Pr, Nd, Dy, Sm ions with a fluorite-like, tetragonal, or monoclinic structure, containing at least one of the of the above ions of rare earth elements in an amount from 0.1 to 6.0 mol. %. The luminescent properties of the obtained glass ceramics are provided by the REE oxides introduced in an amount of 0.01 to 6.00 mol. %.
Отличительной особенностью указанного патента является присутствие в составе исходного стекла оксида Nb2O5, что приводит к выделению в объеме закристаллизованных образцов кристаллов ниобатов РЗЭ. Авторы отмечают, что важным достоинством предлагаемого материала является его малое значение ТКЛР (α=10÷30⋅10-7 K-1). Кроме того в заявленном патенте синтезируют стеклокристаллические материалы на основе трехкомпонентной LAS матрицы стекла, исключая добавки оксидов модификаторов и осветлителей стекломассы, что также является существенным недостатком. Достижение гомогенности расплава при указанных температурах синтеза 1500-1600°С значительно осложняется его высокой вязкостью.A distinctive feature of this patent is the presence of Nb 2 O 5 oxide in the composition of the initial glass, which leads to the precipitation of rare-earth niobate crystals in the volume of crystallized samples. The authors note that an important advantage of the proposed material is its low LTEC value (α = 10 ÷ 30⋅10 -7 K -1 ). In addition, the claimed patent synthesizes glass-crystalline materials based on a three-component LAS glass matrix, excluding the addition of modifier oxides and glass melt clarifiers, which is also a significant disadvantage. Achieving homogeneity of the melt at the indicated synthesis temperatures of 1500-1600 ° C is significantly complicated by its high viscosity.
Наиболее близкими по технической сущности являются материалы, заявленные в патенте US 7,507,683 В2 «GLASS CERAMICS FOR LASER SYSTEMS)), который выбран в качестве прототипа. В нем заявлены составы и способы получения многокомпонентной прозрачной стеклокерамики, содержащей оксиды (мас. %): SiO2 - (30÷65), Al2O3 - (5÷35), Li2O - (4÷4,5), MgO - (1÷20), BaO - (3÷4), ZnO - (5÷35), TiO2 - (1÷15), As2O3+Sb2O3 - (0÷3), где один или несколько оксидов РЗЭ, таких как Tb4O7, CeO2, Eu2O3, Dy2O3, Sm2O3, Nd2O3, Yb2O3 введены в количестве от 0,1 до 30 мас. %. Плавление смеси сырьевых материалов осуществляли в платиновых тиглях при температуре 1450-1600°С в течение 5-72 часов. Для получения образцов стеклокерамики, в которой основная кристаллическая фаза выражена β-кварцем и β-кварцевыми твердыми растворами, исходные стекла подвергали двухступенчатой термообработке. На первом этапе ситаллизации в течение 5-40 часов при температуре 650-820°С осуществлялся процесс роста зародышей. Второй этап термообработки обеспечивал рост кристаллов при температуре 750-920°С в течение 5-30 часов. Конечным результатом является стеклокерамика, с размером основной кристаллической фазы 
Задачей настоящего изобретения является разработка прозрачного стеклокристаллического материала со стабильной близкой к нулю величиной ТКЛР в широком диапазоне температур, обладающего светоизлучающей способностью в ближней ИК области спектра.The objective of the present invention is to develop a transparent glass-crystalline material with a stable near-zero LTEC value in a wide temperature range, having a light-emitting ability in the near-IR region of the spectrum.
Решение поставленной задачи изобретения достигается составом исходного стекла, включающего SiO2, Al2O3, Li2O, MgO, ZnO, CaO, BaO, As2O3, Sb2O3 при дополнительном содержании Nd2O3 (вводится сверх 100%), при этом в качестве катализатора кристаллизации используется смесь оксидов TiO2, ZrO2 и P2O5, при следующем соотношении компонентов в мол. %: SiO2 - (60÷65), Al2O3 - (14÷18), Li2O - (10÷13), P2O5 - (1÷5), TiO2 -(1÷4), ZrO2 - (0,5÷2,5), MgO - (1÷2,5), BaO - (0,5÷2), CaO - (0,2÷1), ZnO -(0,1*0,5), As2O3 - (0,1÷0,5), Sb2O3 - (0,1÷0,5), Nd2O3 - (1,0÷3,0).The solution to the problem posed by the invention is achieved by the composition of the original glass, including SiO 2 , Al 2 O 3 , Li 2 O, MgO, ZnO, CaO, BaO, As 2 O 3 , Sb 2 O 3 with an additional content of Nd 2 O 3 (added over 100 %), while a mixture of oxides TiO 2 , ZrO 2 and P 2 O 5 is used as a crystallization catalyst, with the following ratio of components in mol. %: SiO 2 - (60 ÷ 65), Al 2 O 3 - (14 ÷ 18), Li 2 O - (10 ÷ 13), P 2 O 5 - (1 ÷ 5), TiO 2 - (1 ÷ 4 ), ZrO 2 - (0.5 ÷ 2.5), MgO - (1 ÷ 2.5), BaO - (0.5 ÷ 2), CaO - (0.2 ÷ 1), ZnO - (0, 1 * 0.5), As 2 O 3 - (0.1 ÷ 0.5), Sb 2 O 3 - (0.1 ÷ 0.5), Nd 2 O 3 - (1.0 ÷ 3.0 ).
Введение в состав стекла второго стеклообразователя - оксида фосфора приводит к интенсификации процесса фазового разделения на стадии формирования центров кристаллизации в стекле, из-за существенной разницы величин структурных параметрах тетраэдров [SiO4] и [РО4] и их стремления формировать собственный структурный мотив. Рост количества зародышей кристаллизации, сформированных на первой стадии термообработки, позволяет снизить температуру и продолжительность выдержки на второй стадии с сохранением фазового состава и степени кристалличности ситалла. Смесь оксидов титана и циркония являются традиционной каталитической добавкой при кристаллизации стекол LAS системы. Она способствует как фазовому разделению стекла, так и может образовывать смешанный оксид титана-циркония, выделяющийся в виде самостоятельной кристаллической фазы на стадии образования центров кристаллизации. Данный подход позволяет интенсифицировать процессы роста зародышей, снизить температуру роста кристаллической фазы β-эвкриптитоподобных твердых растворов и достичь равномерного распределения кристаллов размером от 25 до 30 нм при степени закристаллизованности получаемого ситалла не ниже 45%. В патенте принятом за прототип, введение в шихту смеси каталитических оксидов TiO2+ZrO2, а также оксида фосфора не предусмотрено.The introduction of a second glass former, phosphorus oxide, into the glass composition intensifies the process of phase separation at the stage of formation of crystallization centers in glass, due to the significant difference in the values of the structural parameters of the [SiO 4 ] and [PO 4 ] tetrahedra and their tendency to form their own structural motif. An increase in the number of crystallization nuclei formed at the first stage of heat treatment makes it possible to reduce the temperature and duration of holding at the second stage while maintaining the phase composition and degree of crystallinity of the sitall. A mixture of titanium and zirconium oxides is a traditional catalytic additive for crystallization of LAS system glasses. It promotes both phase separation of glass and can form mixed titanium-zirconium oxide, which is precipitated as an independent crystalline phase at the stage of formation of crystallization centers. This approach makes it possible to intensify the processes of growth of nuclei, to reduce the growth temperature of the crystalline phase of β-eucryptite-like solid solutions, and to achieve a uniform distribution of crystals ranging in size from 25 to 30 nm with a degree of crystallization of the obtained sitall not lower than 45%. In the patent adopted as a prototype, the introduction of a mixture of catalytic oxides TiO 2 + ZrO 2 , as well as phosphorus oxide, into the charge is not provided.
Комплексный подход к решению задачи позволил подобрать содержание оксидов кремния и фосфора в составе LAS стекла, установить необходимое и достаточное количество и соотношение в нем каталитических компонентов, вида осветлителя и оптимизировать технологические приемы подготовки шихты и варки стекла.An integrated approach to solving the problem made it possible to select the content of silicon and phosphorus oxides in the composition of LAS glass, to establish the necessary and sufficient amount and ratio of catalytic components in it, the type of clarifier, and to optimize the technological methods for preparing the charge and melting the glass.
Подготовленная смесь сырьевых материалов (не ниже марки ХЧ) подвергается предварительной термообработке при температуре 1200±2°С в течение 4 часов с последующим помолом в шаровой мельнице до образования однородной мелкодисперсной смеси. Подготовленная указанным образом шихта варится в электрической печи в корундовых тиглях при температурах, не превышающих 1600±2°С, при длительности выдержки не более 6 часов, с механическим перемешиванием стекломассы на этапе гомогенизации и выработкой в блок. Последующая ситаллизация материала проводится по двухступенчатому режиму: разогрев и выдержка при температуре образования зародышей кристаллизации 640÷680°С в течение 4-5 часов и выдержка при температуре роста кристаллов 700÷770°С в течение 20-40 часов.The prepared mixture of raw materials (not lower than grade KhCh) is subjected to preliminary heat treatment at a temperature of 1200 ± 2 ° C for 4 hours, followed by grinding in a ball mill until a homogeneous fine mixture is formed. The charge prepared in this way is cooked in an electric furnace in corundum crucibles at temperatures not exceeding 1600 ± 2 ° C, with a holding time of no more than 6 hours, with mechanical stirring of the molten glass at the homogenization stage and production into a block. The subsequent sitallization of the material is carried out according to a two-stage regime: heating and holding at a temperature of nucleation of crystallization 640 ÷ 680 ° C for 4-5 hours and holding at a crystal growth temperature of 700 ÷ 770 ° C for 20-40 hours.
Пример 1. Ситалл, включающий (мол. %) 61,0 SiO2, 18,0 Al2O3, 13,0 Li2O, 1,0 Р2О5, 2,5 MgO, 0,1 ZnO, 0,2 СаО, 0,5 ВаО, 1,0 TiO2, 2,5 ZrO2, 0,1 As2O3, 0,1 Sb2O3, 0,1 Nd2O3 (сверх 100% основного состава), получен из стекла оптического качества, сваренного при температуре 1600±2°С в электрической печи с SiC нагревателями шахтного типа, в корундовом тигле объемом 0,7 л. Отливку стекла отжигали в муфельной электрической печи при температуре 610°С в течение 5 часов и последующим инерционном снижении температуры. Ситаллизацию проводили методом двухстадийной термообработки, где температура первой ступени составляла 640°С с выдержкой 4 часа, второй - 700°С при выдержке 20 часов. Полученный материал содержит в качестве основной кристаллической фазы твердый раствор со структурой β-эвкриптита LixAlxSi1-xO2, обладает прозрачностью не менее 70% (толщина образца 10 мм) в видимом диапазоне спектра, люминесценцией в ближнем ИК диапазоне (λлюм=1054 нм) при концентрации ионов неодима NNd 3+=4,21⋅1019 см-3 и значением ТКЛР α=1,5*5,0⋅10-7 K-1 в диапазоне температур -100÷+400°С.Example 1. Sitall, including (mol%) 61.0 SiO 2 , 18.0 Al 2 O 3 , 13.0 Li 2 O, 1.0 P 2 O 5 , 2.5 MgO, 0.1 ZnO, 0.2 CaO, 0.5 BaO, 1.0 TiO 2 , 2.5 ZrO 2 , 0.1 As 2 O 3 , 0.1 Sb 2 O 3 , 0.1 Nd 2 O 3 (over 100% of the main composition), obtained from glass of optical quality, welded at a temperature of 1600 ± 2 ° C in an electric furnace with SiC shaft-type heaters, in a corundum crucible with a volume of 0.7 liters. The glass casting was annealed in a muffle electric furnace at a temperature of 610 ° C for 5 hours, followed by an inertial decrease in temperature. The sitallization was carried out by the method of two-stage heat treatment, where the temperature of the first stage was 640 ° C with an exposure of 4 hours, the second - 700 ° C with an exposure of 20 hours. The resulting material contains, as the main crystalline phase, a solid solution with the structure of β-eucryptite Li x Al x Si 1-x O 2 , has a transparency of at least 70% (sample thickness 10 mm) in the visible range of the spectrum, luminescence in the near IR range (λ lum = 1054 nm) at a neodymium ion concentration N Nd 3+ = 4.21⋅10 19 cm -3 and an LTEC value α = 1.5 * 5.0⋅10 -7 K -1 in the temperature range -100 ÷ + 400 ° C.
Пример 2. Ситалл, включающий (мол. %) 65,0 SiO2, 14,0 Al2O3, 10,0Li2O, 5,0 Р2О5, 1,0 MgO, 0,5 ZnO, 0,2 СаО, 0,8 ВаО, 2,0 TiO2, 0,5 ZrO2, 0,5 As2O3, 0,5 Sb2O3, 1,0 Nd2O3 (сверх 100% основного состава), полученный в соответствии с режимом варки примера 1, отличается режимом кристаллизации. Температура первой ступени составляла 680°С с выдержкой 5 часа, второй - 770°С при выдержке 40 часов. Полученный материал содержит в качестве основной кристаллической фазы твердый раствор со структурой β-эвкриптита LixAlxSi1-x02, обладает прозрачностью не менее 60% (толщина образца 10 мм) в видимом диапазоне спектра, люминесценцией в ближнем ИК диапазоне (λлюм=1054 нм) при концентрации ионов неодима NNd 3+=4,18⋅1020 см-3 и значением ТКЛР α=-5,0÷+0,5⋅10-7 K-1 в диапазоне температур -100÷+400°С.Example 2. Sitall, including (mol%) 65.0 SiO 2 , 14.0 Al 2 O 3 , 10.0 Li 2 O, 5.0 P 2 O 5 , 1.0 MgO, 0.5 ZnO, 0 , 2 CaO, 0.8 BaO, 2.0 TiO 2 , 0.5 ZrO 2 , 0.5 As 2 O 3 , 0.5 Sb 2 O 3 , 1.0 Nd 2 O 3 (over 100% of the basic composition ), obtained in accordance with the cooking mode of example 1, differs in the crystallization mode. The temperature of the first stage was 680 ° C with a holding time of 5 hours, the second - 770 ° C with a holding time of 40 hours. The resulting material contains, as the main crystalline phase, a solid solution with a β-eucryptite structure Li x Al x Si 1-x 0 2 , has a transparency of at least 60% (sample thickness 10 mm) in the visible spectral range, luminescence in the near IR range (λ lum = 1054 nm) at a neodymium ion concentration N Nd 3+ = 4.18⋅10 20 cm -3 and an LTEC α = -5.0 ÷ + 0.5⋅10 -7 K -1 in the temperature range -100 ÷ + 400 ° C.
Пример 3. Ситалл, включающий (мол.%) 60,0 SiO2, 15,0 Al2O3, 11,0 Li2O, 4,4 P2O5, 1,0 MgO, 0,5 ZnO, 1,0 СаО, 2,0 ВаО, 4,0 TiO2, 0,9 ZrO2, 0,1 As2O3, 0,1 Sb2O3, 1,0 Nd2O3 (сверх 100% основного состава), полученный в соответствии с режимом варки примера 1, отличается режимом кристаллизации. Температура первой ступени составляла 650°С с выдержкой 4 часа, второй - 730°С при выдержке 28 часов. Полученный материал содержит в качестве основной кристаллической фазы твердый раствор со структурой β-эвкриптита LixAlxSi1-xO2, обладает прозрачностью не менее 70% (толщина образца 10 мм) в видимом диапазоне спектра, люминесценцией в ближнем ИК диапазоне (λлюм=1054 нм) при концентрации ионов неодима NNd 3+=4,1820 cm-3 и значением ТКЛР α=-1,8÷-0,5⋅10-7 K-1 в диапазоне температур -100÷+400°С.Example 3. Sitall, including (mol%) 60.0 SiO 2 , 15.0 Al 2 O 3 , 11.0 Li 2 O, 4.4 P 2 O 5 , 1.0 MgO, 0.5 ZnO, 1.0 CaO, 2.0 BaO, 4.0 TiO 2 , 0.9 ZrO 2 , 0.1 As 2 O 3 , 0.1 Sb 2 O 3 , 1.0 Nd 2 O 3 (over 100% of the main composition), obtained in accordance with the cooking mode of example 1, differs in the crystallization mode. The temperature of the first stage was 650 ° C with an exposure of 4 hours, the second - 730 ° C with an exposure of 28 hours. The resulting material contains, as the main crystalline phase, a solid solution with the structure of β-eucryptite Li x Al x Si 1-x O 2 , has a transparency of at least 70% (sample thickness 10 mm) in the visible range of the spectrum, luminescence in the near IR range (λ lum = 1054 nm) at a neodymium ion concentration N Nd 3+ = 4.18 20 cm -3 and an LTEC value α = -1.8 ÷ -0.5⋅10 -7 K -1 in the temperature range -100 ÷ + 400 ° C.
Пример 4. Ситалл, полученный в соответствии с составом и режимом варки примера 3, отличающийся тем, что оксид Nd2O3 введен в количестве 3 мол. %. Повышение содержания оксида неодима приводит к снижению интенсивности люминесценции конечного материала, что, вероятно, обусловлено, концентрационным тушением люминесценции и изменением фазового состава. Основная кристаллическая фаза выражена β-эвкриптитоподобным твердым раствором LixAlxSi1-xO2. Полученный материал обладает прозрачностью в видимом диапазоне спектра не менее 65%, люминесценцией в ближнем ИК диапазоне (λлюм=1054 нм) при концентрации ионов неодима NNd 3+=1,24⋅1021 см-3. Результаты дилатометрических испытаний образцов ситалла демонстрируют значение ТКЛР полученного материала на уровне α=3,0÷7,0⋅10-7 K-1 в диапазоне температур -100÷+400°С.Example 4. Sitall, obtained in accordance with the composition and cooking mode of example 3, characterized in that the oxide Nd 2 O 3 is introduced in an amount of 3 mol. %. An increase in the neodymium oxide content leads to a decrease in the luminescence intensity of the final material, which is probably due to concentration quenching of luminescence and a change in the phase composition. The main crystalline phase is expressed by β-eucryptite-like solid solution Li x Al x Si 1-x O 2 . The resulting material has a transparency in the visible range of the spectrum of at least 65%, luminescence in the near-IR range (λ lum = 1054 nm) at a neodymium ion concentration N Nd 3+ = 1.24⋅10 21 cm -3 . The results of dilatometric tests of sitall samples demonstrate the LTEC value of the obtained material at the level of α = 3.0 ÷ 7.0⋅10 -7 K -1 in the temperature range -100 ÷ + 400 ° C.
Заявляемые пределы изменения химического состава исходного стекла сохраняют полезные свойства разработанного материала, а варьирование температурно-временных параметров процесса кристаллизации позволяют получать необходимые значения ТКЛР, которые отличаются стабильностью хода в широком интервале температур от -100 до+400°С и выше. Заявляемый прозрачный ситалл с околонулевым ТКЛР, активированный ионами неодима вплоть до уровня NNd 3+=~4⋅1020 см-3, может рассматриваться в качестве основы для создания новых светоизлучающих термостабильных оптических сред.The claimed limits of change in the chemical composition of the original glass retain the useful properties of the developed material, and varying the temperature and time parameters of the crystallization process allow obtaining the required LTEC values, which are stable in a wide temperature range from -100 to + 400 ° C and above. The inventive transparent sitall with near-zero LTEC, activated with neodymium ions up to the level N Nd 3+ = ~ 4⋅10 20 cm -3 , can be considered as a basis for creating new light-emitting thermostable optical media.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141045A RU2756886C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Luminescent glass-crystal material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141045A RU2756886C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Luminescent glass-crystal material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2756886C1 true RU2756886C1 (en) | 2021-10-06 |
Family
ID=77999875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141045A RU2756886C1 (en) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Luminescent glass-crystal material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2756886C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1780182A1 (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-02 | Ohara Inc. | Glass ceramics and a method for manufacturing the same |
| US7507683B2 (en) * | 2003-06-19 | 2009-03-24 | Elop Electro-Optics Industries Ltd. | Glass ceramics for laser systems |
| RU2569703C1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени. Д.И. Менделеева "(РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Method for obtaining optical sitall |
| RU2616648C1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-04-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Method for production of glass-ceramic material with rare earth elements niobates nanoscale crystals |
| WO2020083287A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 成都光明光电股份有限公司 | Microcrystalline glass, microcrystalline glass product, and manufacturing method therefor |
-
2020
- 2020-12-14 RU RU2020141045A patent/RU2756886C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7507683B2 (en) * | 2003-06-19 | 2009-03-24 | Elop Electro-Optics Industries Ltd. | Glass ceramics for laser systems |
| EP1780182A1 (en) * | 2005-10-25 | 2007-05-02 | Ohara Inc. | Glass ceramics and a method for manufacturing the same |
| RU2569703C1 (en) * | 2014-06-19 | 2015-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет имени. Д.И. Менделеева "(РХТУ им. Д. И. Менделеева) | Method for obtaining optical sitall |
| RU2616648C1 (en) * | 2015-12-29 | 2017-04-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Method for production of glass-ceramic material with rare earth elements niobates nanoscale crystals |
| WO2020083287A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 成都光明光电股份有限公司 | Microcrystalline glass, microcrystalline glass product, and manufacturing method therefor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6268303B1 (en) | Tantalum containing glasses and glass ceramics | |
| US9593039B2 (en) | Nanostructured glasses and vitroceramics that are transparent in visible and infra-red ranges | |
| JP3411067B2 (en) | Wavelength up-converting transparent glass-ceramics and method for producing the same | |
| US6632758B2 (en) | Transparent gallate glass-ceramics | |
| KR20000062413A (en) | Transparent oxyfluoride glass-ceramic composition and process for making | |
| Mortier | Between glass and crystal: Glass–ceramics, a new way for optical materials | |
| CN102211873A (en) | 3-micron luminescent rare earth ion-doped fluorogermanate laser glass and preparation method thereof | |
| RU2579056C1 (en) | Luminescent nano-glass-ceramic | |
| CN101209898A (en) | Erbium-doped barium-yttrium-fluoride-nanocrystalline containing transparent oxyfluoride glass ceramic and preparation thereof | |
| CN104073879A (en) | Bismuth-replacement RIG (rare earth iron garnet) monocrystal and manufacturing method thereof | |
| Tarafder et al. | Advanced glass-ceramic nanocomposites for structural, photonic, and optoelectronic applications | |
| US7053015B2 (en) | SBN glass ceramics system | |
| RU2756886C1 (en) | Luminescent glass-crystal material | |
| US6531420B1 (en) | Transparent lithium zinc magnesium orthosilicate glass-ceramics | |
| RU2616648C1 (en) | Method for production of glass-ceramic material with rare earth elements niobates nanoscale crystals | |
| CN101376565A (en) | Efficient ultraviolet and blue up-conversion luminous transparent glass ceramic and preparation thereof | |
| Hou et al. | Effect of crystallization of Li2O-Al2O3-SiO2 glasses on luminescence properties of Nd3+ ions | |
| Subbotin et al. | Fabrication of the Сr4+: LiGaSiO4 nano-glass–ceramics | |
| US9260341B2 (en) | Transparent aluminate glasses, vitroceramics, and ceramics | |
| Yu et al. | Elaboration and mid-infrared emission of transparent glass ceramics containing highly crystallized KY3F10: Er3+ nanocrystals | |
| JP7339667B2 (en) | Crystallized glass and its manufacturing method | |
| CN101693596B (en) | Neodymium ion doping soda-lime-silica based laser glass ceramics and preparation process thereof | |
| CN101205116A (en) | Nd-doped Li2O-Al2O3-SiO2 series transparent laser glass ceramics and method for making same | |
| RU1811512C (en) | Glass for clear glass ceramic material on gahnite-base | |
| Pinckney et al. | Transparent gallate spinel glass-ceramics |