RU2810665C1 - Способ получения особо чистых халькогенидных стекол - Google Patents
Способ получения особо чистых халькогенидных стекол Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810665C1 RU2810665C1 RU2023114864A RU2023114864A RU2810665C1 RU 2810665 C1 RU2810665 C1 RU 2810665C1 RU 2023114864 A RU2023114864 A RU 2023114864A RU 2023114864 A RU2023114864 A RU 2023114864A RU 2810665 C1 RU2810665 C1 RU 2810665C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- glasses
- reactor
- melt
- chalcogenide glasses
- Prior art date
Links
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 39
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims abstract description 22
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 7
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 238000007507 annealing of glass Methods 0.000 claims description 3
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 19
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 11
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 9
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 9
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 8
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 7
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 4
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium oxide Inorganic materials O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N oxogermanium Chemical compound [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005292 vacuum distillation Methods 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910005866 GeSe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018110 Se—Te Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000005274 electronic transitions Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004476 mid-IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу получения особо чистых халькогенидных стекол с низким содержанием примеси кислорода, которые являются перспективными материалами для изготовления линз, оптических окон и волоконных световодов, работающих в спектральном диапазоне 2-20 мкм. Способ получения особо чистых халькогенидных стекол включает загрузку компонентов шихты в вакуумируемый кварцевый реактор, плавление шихты с компонентом, связывающим примесь кислорода, дистилляцию стеклообразующего расплава, его гомогенизирующее плавление, закалку и отжиг стекла. В качестве компонента, связывающего примесь кислорода, используют редкоземельный элемент иттрий, тербий или гадолиний в количестве от 1000 до 5000 массовых ppm. Технический результат заключается в снижении содержания в халькогенидных стеклах примеси кислорода и гетерогенных примесных включений, поглощающих и рассеивающих излучение в спектральном диапазоне 2-20 мкм, и, как следствие, в увеличении оптической прозрачности стекол и снижении оптических потерь в волоконных световодах на их основе. 3 пр.
Description
Изобретение относится к способу получения особо чистых халькогенидных стекол с низким содержанием примеси кислорода, которые являются перспективными материалами для изготовления линз, оптических окон и волоконных световодов, работающих в спектральном диапазоне 2-20 мкм.
Важнейшим требованием, предъявляемым к таким стеклам для практического применения в качестве оптических сред, является низкое содержание примеси кислорода и гетерогенных примесных включений. Примесь кислорода, химически связанного с компонентами стекла, имеет интенсивные полосы поглощения с максимумами на 8 мкм и 12.5 мкм (Ge-O), 13.5 мкм (Te-O), 15-20 мкм (Ga-O). Гетерогенные примесные включения рассеивают инфракрасное излучение в широкой спектральной области. Присутствие указанных примесей в стеклах существенно ухудшает их прозрачность в инфракрасном диапазоне и ограничивает практическое применение.
Известен способ получения особо чистых халькогенидных стекол [S. Zhang, X. Zhang, M. Barillot, L. Calvez, C. Boussard, B. Bureau, J. Lucas, V. Kirschner, G. Parent. Purification of Te75Ga10Ge15 glass for far infrared transmitting optics for space application, Opt. Mater. 32 (2010) 1055–1059], включающий дистилляцию теллура из ампулы с алюминием в вакуумируемый кварцевый реактор со смесью германия, галлия и алюминия, гомогенизирующее плавление шихты при температуре 700°С в качающейся печи, закалку расплава в воду и отжиг.
Недостатком этого способа является то, что в качестве компонента, связывающего примесь кислорода, используют алюминий. Этот элемент активно взаимодействует со стенками кварцевого реактора, что приводит к поступлению продуктов реакции в халькогенидный расплав в виде частиц оксидов кремния. Эти частицы снижают прозрачность халькогенидных стекол из-за рассеяния и поглощения излучения. Оксид алюминия(III), образующийся при связывании кислорода алюминием, имеет широкую полосу поглощения в области 12-14 мкм [D. W. Sheibley, M. H. Fowler, Infrared spectra of various metal oxides in the region of 2 to 26 microns, NASA TN D-3750, 1966].
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ получения особо чистых халькогенидных стекол [J. Troles, V. Shiryaev, M. Churbanov, P. Houizot, L. Brilland, F. Desevedavy, F. Charpentier, T. Pain, G. Snopatin, J.L. Adam, GeSe4 glass fibres with low optical losses in the mid-IR, Optical Materials 32 (2009) 212–215], включающий дистилляцию селена в вакуумируемый кварцевый реактор с германием и магнием, плавление шихты при температуре 850°С, дистилляцию стеклообразующего расплава, его гомогенизирующее плавление, закалку и отжиг стекла.
Преимуществом этого способа по сравнению с вышеописанным аналогом является то, что дистилляции подвергается стеклообразующий расплав, а не отдельные компоненты шихты. Это позволяет более полно удалить компонент, связывающий примесь кислорода. Содержание примеси кислорода в стеклах, получаемых по такому способу, составляет 200 массовых ppb.
Недостатком способа является то, что в качестве компонента, связывающего примесь кислорода, используется магний, который активно взаимодействует со стенками кварцевого реактора:
Mg + SiO2 = MgO + SiO;
2Mg + SiO2 = 2MgO + Si.
Это приводит к поступлению частиц кремния и оксида кремния(II) в халькогенидный стеклообразующий расплав, что снижает прозрачность стекол в инфракрасном диапазоне за счет рассеяния и поглощения излучения. Протекание указанных реакций может приводить к утончению стенок кварцевого реактора вплоть до его разгерметизации и разрушения. При дистилляции стеклообразующего расплава оксид магния частично переносится с паром в реактор с шихтой. Оксид магния имеет интенсивные полосы поглощения в области 7 мкм и 12-16 мкм [D. W. Sheibley, M. H. Fowler, Infrared spectra of various metal oxides in the region of 2 to 26 microns, NASA TN D-3750, 1966], что ухудшает оптическую прозрачность стекол в этом спектральном диапазоне.
Техническая проблема, решаемая изобретением, – разработка способа получения особо чистых халькогенидных стекол с низким содержанием примеси кислорода и гетерогенных примесных включений, поглощающих и рассеивающих излучение в спектральном диапазоне 2-20 мкм.
Технический результат от использования изобретения заключается в снижении содержания в халькогенидных стеклах примеси кислорода и гетерогенных примесных включений, поглощающих и рассеивающих излучение в спектральном диапазоне 2-20 мкм, и, как следствие, в увеличении оптической прозрачности стекол и снижении оптических потерь в волоконных световодах на их основе.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения особо чистых халькогенидных стекол, включающем загрузку компонентов шихты в вакуумируемый кварцевый реактор, плавление шихты с компонентом, связывающим примесь кислорода, дистилляцию стеклообразующего расплава, его гомогенизирующее плавление, закалку и отжиг стекла, в качестве компонента, связывающего примесь кислорода, используют редкоземельный элемент, такой как иттрий, тербий или гадолиний.
Способ осуществляют следующим образом.
В реактор из кварцевого стекла помещают навески компонентов шихты (теллур, селен, серу, германий, мышьяк, сурьму и др.) в зависимости от задаваемого состава халькогенидного стекла. В эту же ампулу помещают навеску редкоземельного элемента в количестве от 1000 до 5000 массовых ppm. При меньших навесках может происходить неполное связывание примеси кислорода. При навесках более 5000 ppm образование халькогенидов редкоземельного элемента может приводить к заметным отклонениям состава стекла от заданного значения. Реактор вакуумируют, запаивают, помещают в печь и проводят плавление шихты с редкоземельным элементом при температуре от 750°С до 850°С. При меньшей температуре плавления шихты возможно неполное связывание примеси кислорода. При более высоких температурах может происходить взаимодействие редкоземельного элемента со стенками кварцевого реактора. После остывания реактор подпаивают к установке из кварцевого стекла для дистилляционной очистки расплава. Количество секций установки соответствует количеству стадий дистилляции. Установку вакуумируют и проводят дистилляцию расплава при температуре от 650 до 800°С. При меньших температурах существенно возрастает длительность процесса. При более высоких температурах снижается эффективность дистилляционной очистки за счет уноса гетерогенных включений с потоком пара. По окончании дистилляции секцию с расплавом отпаивают от установки, помещают в печь и проводят гомогенизирующее плавление в режиме перемешивающего качания печи. Далее расплав закаливают и проводят отжиг полученного стекла. Для увеличения эффекта очистки летучие компоненты шихты (сера, селен, теллур, мышьяк и др.) на первой стадии загружают в реактор с нелетучими компонентами шихты (германий, галлий, индий и др.) и редкоземельным элементом вакуумной дистилляцией.
Новым в способе является то, что в качестве компонента, связывающего примесь кислорода, используют один из следующих редкоземельных элементов – иттрий (Y), гадолиний (Gd), тербий (Tb). Действие указанных редкоземельных элементов основано на восстановлении оксидов компонентов халькогенидного стекла за счет протекания реакций типа
4Y + 3GeO2 = 3Ge + 2Y2O3;
4Gd + 3TeO2 = 3Te + 2Gd2O3;
4Tb + 3SeO2 = 3Se + 2Tb2O3.
Образующиеся оксиды редкоземельных элементов являются нелетучими и эффективно удаляются при дистилляции халькогенидного расплава. Возможно использование других редкоземельных элементов, однако экспериментально было установлено, что указанные элементы обладают наибольшей эффективностью.
Преимуществом иттрия, гадолиния и тербия по сравнению с алюминием или магнием, применяемом в прототипе для связывания примеси кислорода, являются: 1) более высокая химическая активность по отношению к оксидам компонентов халькогенидного стекла, что повышает эффективность связывания примеси кислорода; 2) отсутствие полос поглощения от оксидов указанных редкоземельных элементов в области прозрачности халькогенидных стекол; 3) более высокая эффективность удаления редкоземельных элементов и их оксидов из халькогенидного стеклообразующего расплава при вакуумной дистилляции; 4) существенно меньшее взаимодействие со стенками кварцевого реактора, снижающее поступление примесных гетерогенных включений в халькогенидный расплав и вероятность разрушения реактора. Среди указанных редкоземельных элементов Tb имеет полосы поглощения за счет электронных переходов в области до 5 мкм. Однако после однократной дистилляции стеклообразующего расплава интенсивность этих полос снижается до уровня ниже 10-4 см-1, что не оказывает негативное влияние на оптические свойства халькогенидных стекол.
Указанный отличительный признак является существенными, так как он необходим и достаточен для достижения поставленной задачи – разработка способа получения особо чистых халькогенидных стекол с низким содержанием примеси кислорода и гетерогенных примесных включений, поглощающих и рассеивающих излучение в спектральном диапазоне 2-20 мкм.
Пример 1
Для получения 50 г стекла Ge28Sb12Se60 в кварцевый реактор помещают 8.875 г сурьмы марки 5N, 12.346 г германия марки 6N, 100 мг иттрия марки 4N (2000 массовых ppm). В другую кварцевую ампулу помещают 28.779 г селена марки 5N, подпаивают к реактору и вакуумируют до остаточного давления 10-3 Па. Проводят дистилляционную загрузку селена из ампулы в реактор с германием, сурьмой и иттрием при температуре 350-400°С. После загрузки селена реактор запаивают, помещают в печь, нагревают до 800 °С и выдерживают при этой температуре в течение 6-ти часов. Далее реактор охлаждают до комнатной температуры и подпаивают к установке из кварцевого стекла, состоящей из двух секций. Установку вакуумируют и проводят дистилляцию халькогенидного расплава при температуре реактора 700°С. После полной дистилляции расплава из реактора в первую секцию установки, реактор отпаивают и проводят вторую дистилляцию. По окончании процесса вторую секцию с расплавом отпаивают от установки, помещают в печь и гомогенизируют расплав при 800°С в течение 5-ти часов в режиме перемешивающего качания печи. Далее расплав закаливают на воздухе, отжигают полученное стекло при 280°С (температура стеклования Ge28Sb12Se60) и далее охлаждают до комнатной температуры.
Остаточное содержание иттрия в стекле, установленное методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, составило <0.06 массовых ppm. Для определения содержания примеси кислорода в форме оксида германия применяли метод ИК-Фурье спектрометрии. Использовали коэффициенты поглощения, приведенные в работе [J. Nishii, T. Yamashita, T. Yamagishi, Oxide impurity absorptions in Ge-Se-Te glass fibres, J. of Materials Science 24 (1989) 4293-4297]. Содержание примеси кислорода составило не более 10 массовых ppb. Это в 20 раз ниже, чем достигается в прототипе. Содержание гетерогенных примесных включений размером 0.1-100 мкм, согласно результатам оптической микроскопии и лазерной 3D-ультрамикроскопии, составило не более 100 шт./см3.
Пример 2
Для получения 50 г стекла состава Ge20Te80 в кварцевый реактор помещают 6.226 г германия марки 6N, 43.774 г теллура марки 5N и 250 мг тербия марки 4N (5000 массовых ppm). Ампулу вакуумируют до остаточного давления 10-3 Па, помещают в печь, нагревают до 850°С и выдерживают при этой температуре в течение 6-ти часов. Далее реактор охлаждают до комнатной температуры и подпаивают к установке из кварцевого стекла, состоящей из двух секций. Установку вакуумируют и проводят дистилляцию халькогенидного расплава при температуре реактора 800°С. После полной дистилляции расплава из реактора в первую секцию установки реактор отпаивают. Проводят вторую дистилляцию расплава. По окончании процесса вторую секцию с расплавом отпаивают от установки, помещают в печь и гомогенизируют расплав при 800°С в течение 5-ти часов в режиме перемешивающего качания печи. Далее расплав закаливают в воду во избежание кристаллизации, отжигают полученное стекло при 170°С (температура стеклования Ge20Te80) и охлаждают до комнатной температуры.
Остаточное содержание тербия в стекле, установленное методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, составило <0.05 массовых ppm. Содержание примеси кислорода в полученном стекле составило не более 10 массовых ppb. Содержание гетерогенных примесных включений в образце не определяли ввиду того, что стекло состава Ge20Te80 не прозрачно на рабочей длине волны лазера, используемого в методике лазерной 3D-ультрамикроскопии. О низком содержании гетерогенных включений судили по отсутствию полосы поглощения на 9.1 мкм, соответствующей оксиду кремния, который является основным компонентом гетерогенных включений в халькогенидных стеклах.
Пример 3
Для получения 50 г стекла состава Ge40S60 в кварцевый реактор помещают 30.075 г германия марки 6N и 50 мг гадолиния марки 4N (1000 массовых ppm). В другую кварцевую ампулу помещают 19.925 г серы марки «осч 22-4», подпаивают к реактору и вакуумируют до остаточного давления 10-3 Па. Проводят дистилляционную загрузку серы из ампулы в реактор с германием и гадолинием при температуре 250-300°С. После загрузки серы реактор запаивают, помещают в печь, нагревают до 750°С и выдерживают при этой температуре в течение 6-ти часов. Далее реактор охлаждают до комнатной температуры и подпаивают к установке из кварцевого стекла, состоящей из трех секций. Установку вакуумируют и проводят дистилляцию халькогенидного расплава при температуре реактора 650°С. После полной дистилляции расплава из реактора в первую секцию установки реактор отпаивают. Последовательно проводят вторую и третью дистилляцию расплава. По окончании процесса третью секцию с расплавом отпаивают от установки, помещают в печь и гомогенизируют расплав при 800°С в течение 5-ти часов в режиме перемешивающего качания печи. Далее расплав закаливают в воду во избежание кристаллизации, отжигают полученное стекло при 350°С (температура стеклования Ge40S60) и охлаждают до комнатной температуры.
Остаточное содержание гадолиния в стекле составило не более 0.05 массовых ppm. Содержание примеси кислорода в форме оксида германия, оцененное по полосе поглощения на 8 мкм, составило <10 массовых ppb. Содержание гетерогенных примесных включений размером 0.1-100 мкм не превышало 100 шт./см3.
Таким образом, предлагаемый способ получения особо чистых халькогенидных стекол, позволяет более чем на порядок снизить содержание в стеклах примесей, поглощающих в спектральном диапазоне 2–20 мкм, гетерогенных включений и как следствие, существенно увеличить оптическую прозрачность стекол.
Claims (1)
- Способ получения особо чистых халькогенидных стекол, включающий загрузку компонентов шихты в вакуумируемый кварцевый реактор, плавление шихты с компонентом, связывающим примесь кислорода, дистилляцию стеклообразующего расплава, его гомогенизирующее плавление, закалку и отжиг стекла, отличающийся тем, что в качестве компонента, связывающего примесь кислорода, используют редкоземельный элемент иттрий, тербий или гадолиний в количестве от 1000 до 5000 массовых ppm.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810665C1 true RU2810665C1 (ru) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6015765A (en) * | 1997-12-24 | 2000-01-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Rare earth soluble telluride glasses |
| FR2857354A1 (fr) * | 2003-07-07 | 2005-01-14 | Centre Nat Rech Scient | Composition vitreuses, de type vitroceramique, transparentes dans l'infrarouge |
| CN101445323B (zh) * | 2008-12-31 | 2011-01-26 | 西安工业大学 | 硫系红外玻璃及其制备工艺 |
| US20120238432A1 (en) * | 2008-07-25 | 2012-09-20 | Vinh Q Nguyen | Manufacturing process for chalcogenide glasses |
| RU2698340C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-08-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г.Девятых Российской академии наук | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол |
| RU2781425C1 (ru) * | 2022-04-06 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г.Девятых Российской академии наук | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол, содержащих йодид серебра |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6015765A (en) * | 1997-12-24 | 2000-01-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Rare earth soluble telluride glasses |
| FR2857354A1 (fr) * | 2003-07-07 | 2005-01-14 | Centre Nat Rech Scient | Composition vitreuses, de type vitroceramique, transparentes dans l'infrarouge |
| US20120238432A1 (en) * | 2008-07-25 | 2012-09-20 | Vinh Q Nguyen | Manufacturing process for chalcogenide glasses |
| CN101445323B (zh) * | 2008-12-31 | 2011-01-26 | 西安工业大学 | 硫系红外玻璃及其制备工艺 |
| RU2698340C1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-08-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г.Девятых Российской академии наук | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол |
| RU2781425C1 (ru) * | 2022-04-06 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г.Девятых Российской академии наук | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол, содержащих йодид серебра |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TROLES J. et al., "GeSe4 glass fibres with low optical losses in the mid-IR", Optical Materials 32, (2009), с.212-215. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5846889A (en) | Infrared transparent selenide glasses | |
| Shiryaev et al. | Recent advances in preparation of high-purity chalcogenide glasses for mid-IR photonics | |
| Lezal et al. | Heavy metal oxide glasses: preparation and physical properties | |
| CN108424001B (zh) | 一种CsPbX3纳米晶掺杂含硼玻璃及其制备方法 | |
| US7891215B2 (en) | Thermally stable IR-transmitting chalcogenide glass | |
| Velmuzhov et al. | Preparation of REE-doped Ge-based chalcogenide glasses with low hydrogen impurity content | |
| Wahab et al. | Effect of ZnO on the phase transformation and optical properties of silicate glass frits using rice husk ash as a SiO2 source | |
| EP3106440A1 (en) | Infrared transmission chalcogenide glasses | |
| WO1999033758A2 (en) | Rare earth soluble telluride glasses | |
| WO2013191270A1 (ja) | ガラスおよび光学素子の製造方法 | |
| US6128429A (en) | Low phonon energy glass and fiber doped with a rare earth | |
| Churbanov et al. | High-purity As-S-Se and As-Se-Te glasses and optical fibers | |
| Fudzi et al. | Structural and optical properties of zinc borotellurite glass co-doped with lanthanum and silver oxide | |
| Maaoui et al. | Removal of hydroxyl groups from Er3+/Yb3+ codoped flurotellurite glasses | |
| RU2810665C1 (ru) | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол | |
| Golshan et al. | Crystallization and optical properties of a transparent mullite glass ceramic | |
| RU2698340C1 (ru) | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол | |
| Velmuzhov et al. | Physicochemical, optical properties and stability against crystallization of GaxGey-xS100-y (x= 0–8; y= 40–42) glasses | |
| CN106977095B (zh) | 一种无水氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法 | |
| Souza et al. | Heavy metal oxide glass-ceramics containing luminescent gallium-garnets single crystals for photonic applications | |
| Motorin et al. | Study of absorption and IR-emission of Er3+, Dy3+, Tm3+ doped high-purity tellurite glasses | |
| RU2770494C1 (ru) | Способ получения особо чистых халькогенидных стекол, содержащих галлий | |
| Faznny et al. | Optical properties of La3+ NPs/Ag+ Co-doped zinc borotellurite glass | |
| Velmuzhov et al. | Preparation of high-purity chalcogenide glasses containing gallium (III) sulfide | |
| RU2618257C1 (ru) | Способ получения особо чистых стекол системы германий - сера - йод |