SU1013419A1 - Способ очистки прозрачных материалов,преимущественно стекломассы - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРШРАЗДШС , ШЖИШГЩБеТЮШЮ СШСЛОМACCfii , оугвм уда ешш иеодйор8 нос1 й, о т л   ч а ю щ и с   тем, что, с це мо аоаыт тЛ К9Я№ПЯ изж м за tun yofneaiai 11 ;юэрйшых микронео нсфОДИОстеА, перед : выработкой на рвопш возпействуют гиаертал нэпучеюйм н сАйвстью мовоюстй Вт/см..

Description

S « 1 Изобретение относитс  к промьшшенности строительства и стройматериалов, к стекольному производству, в частности к производству элементов силовой оптики, активных твердотельных рабочих тел лазеров, к области получени  полупроводниковых материалов и твердых неорганических веществ, а именно к производству высококачественногооптического стекла и кварца. Известен способ очистки оптического стекла в расплаве путем удалени  неоднородностей . Способ заключаетс  в пропускании пузырьков газов (двуокись углерода, кислород , азот и вод ные пары), которые прогон ютс  через стекломассу последовательно 1 Недостатком известного способа  вл етс  то, что он не позвол ет производить очистку от объемных поглощающих включений с размерами 10 -5-10 см. К таким микронеоднородност м относ тс  сажные частицы, кластерные и кристаллические металлические образовани  и р д других. Одним из основных недостатков оптических Прозрачных материалов  вл етс  их способность разрушатьс  при действии лазерного излучени  большой мощности в результате теплового взрыва поглощающих неоднородностей . Взрыв поглощающих неоднородностей очень малого размера; (до 10 см) может обеспечить образование макроразрущений с размерами см. Цель изобретени  - повьпуение качества издели  за счет удалени  непрозрачных микронеоднородностей и, как следствие, увеличение их прозрачности и оптической прочности в экстремальных услови х. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу очистки прозрачных материалов , преимущественно стекломассы, путем удалени  неоднородностей. перед выработкой на расплав воздействуют лазерным излу ением плотностью мощности 10-10 Вт/см Действие лазерного излучени  приводит к взрыву, поглощающих неоднородностей и их уничтожению, а полученные после охлаждени  стекло и кварц или выкристаллизованное из раствора вещество не будут иметь поглощающих неоднородностей. Поскольку температура- испарени  больщинства веществ, составл ющих поглощающие неоднородности, значительно ниже .С, то плотность мощности излучени  рубинового лазера Ю Вт/см разрущает неоднородности с размером 5 10 см и меньще. Способ реализуетс  следующим образом. В печь с расплавленным стеклом или на свободную поверхность перед отбором стекла подаетс  лазерный импульс от рубинового генератора с плотностью мощ19 ности не менее 1 О ° Вт/см, в результате действи  которого происходит взрыв и уничтожение поглощающих неоднородностей. Последующий отбор стекл нной массы осуществл етс  обычными приемами. Поскольку предлагаемый способ очистки может быть применен к различным прозрачным материалам и средам, в качестве пд меров рассмотрим способы очистки воды и стекла типа К-8. Пример 1. Металлическа  кювета с водой, содержаща  поглощающие включени , подсвечиваетс  сверху на свободную поверхность лазерными импульсами ультрафиолетового излучени  (лазер ЛГИ-21) (длина вол ны излучени  337,1 нм, длительность импульса 8 10 с, энерги  импульса излучени  Дж) дл  контрол  наличи  поглощающих включений. Контроль осуществл етс  визуально с помощью люминесцентного микроскопа (метод лазерной ультрамикроскопии ) . После измерени  указанным методом концентрации поглощающих .включений на свободную поверхность воды подаетс  гигантский импульс излучени  рубинового лазера (длина волны излучени  693,4 нм, длительность импульса 3-4 -10 с, мощность излучени  10 Вт/см). После воздействи  гигантского импульса повторно измер етс  их концентраци . Выполненные эксперименты позволили установить , что после обработки среды указанным способом микронеоднородности методом лазерной ультрамикроскопии не обнаруживаютс . Пример 2. Стру  расплавленного стекла в процессе разлива в формы облучаетс  гигантским импульсом излучени  рубинового или неодимового лазера с характеристиками импульса (по примеру 1). В св зи с высокой интенсивностью свечени  стекла в состо нии расплаве контроль наличи  .поглощающих неоднородностей можно произвести ,только в готовых элементах оптики. Конкретные режимы способа очистки определ ютс  свойствами материалов и поглощающих неоднородиостей. Прежде всего рассмотрим характеристики излучени  лазеров, которые можно использовать дл  очистки материалов. В основу способа положено существенное различие коэффициентов поглощени  материалов и поглощающих неоднородностей ( см и 10 соответственно)J это условие определ етс  в определенных спектральных област х. Так, дл  стекла типа К-8 коэффициент поглощени  имеет малые величины только в видимой и ближней ИК-обпаст х,

а вода в ближней УФ и видамой области. По этой причине излучение рубинового лазера { Л 693 им) может , быть использовано дл  очистки воды и стекла, а излучение иеодимового лазера (Л 1060 им) только дл  стекла, так как вода в бпижней ИК области имеет большой коэффшшен поглощени .. .

Необходимо отметить, что.при выборе режимов более целесообразно использовать коротковолновое излучение, так как увеличение длины волны может привести к сиижению поглощейи  энергии частицей вследствие фактора Ми.1

Если пренебречь теппоотводом от частиц, а дл  импульсов длитепьностыо с зто вполне допустимо, то температура частшщ после воздействи  лазерного импульса будет составл ть

SM

,-t,

+ 2температу1 а частицы после воз действи  импульса;

I--начальна  температ)фа Частицы; плотность энергии лазерного импульса;

S - площадь частицы;

М - фактор Ми (дл  нашего случа 

М - не менее 10); С - теплоемкость вещества цеодаородности; р - плотность вещества иеодкар10Д

иости.

В зависимости от терюустойчивости вещества иеоднородиостей температура их разрушени  лежит в области от 2 до 5 тыс. градусов (наиболее устЬй швы1«|  ш ютс  сажные частицы, т.е. углерод).

Использование изобретени  позволит существенно повысить качество элементов силовой оптики, снизить расход материалов в оптических системах, повысить выходную : мощность опткческих квантовых гшервл в за увеличени  про шости стекол   кристаллов при экстремальных воздействи х.

Claims (1)

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО СТЕКЛОМАССЫ, цутем удаления неоднородностей, о т л и я а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества изделия за счет удаления непрозрачных микронеоднородностей, перед выработкой на расплав воздействуют лазерным излучением плотностью мощности 1(Р-> 10“ >