Способ получения стекол asxs1-x(x=0,10-0,45), asxse1- x(x=0-0,60)

 

Изобретение относится к способам синтеза стекол AsxS1-x(х = 0,10-0,45), AsxSe1-x (х = 0-0,60) и может быть использовано в различных областях электронной техники, волоконной оптики, электронографии. Задачей изобретения является снижение температуры синтеза и увеличение прозрачности стекол в диапазоне частот 750-4000 см-1. В реакционную камеру, содержащую As, S и Se, вводят дополнительно Cl в герметичном сосуде, затем камеру вакуумируют, вскрывают в ней сосуд с хлором, нагревают до 600°С, обеспечивая градиент в камере Tmax 600°С, - Tmin комнатная температура. Способ позволяет получать элементарные As, S, Se и халькогенидные стекла систем As-S, As-Se и As-S-Se с содержанием примесей 1х10-4 мас.%.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для синтеза стекол AsxS1-x (x=0,10-0,45), AsxSe1-x (x=0-0,60) Стекла AsxS1-x, AsxSe1-x обладают высокой прозрачностью в области 1-17 мкм и являются перспективными материалами для изготовления оптических сред. Однако существующие методы синтеза не позволяют избавиться от примесей соединений водорода и кислорода, являющихся одним из основных источников оптических потерь. Интенсивные полосы поглощения, обусловленные наличием примесей в составе стекол, не позволяют достичь необходимых значений величин пропускания при данной длине волны, и, тем самым, ограничивают их практическое использование.

Кроме того возможность получения стекол этими методами ограничена температурами 800-850oC. Это обусловлено тем, что только при температурах выше 800oC происходит полное взаимодействие As, S и Se и достигается гомогенизация расплава. При этом в процессе термообработки шихты в реакционной камере возникает высокое давление паров компонентов и повышается взрывоопасность.

Известен способ получения стекол ASxS(Se)1-x, AsxSe1-x [Айо Л.Г., Кокорина В. Ф. Оптические стекла, прозрачные в инфракрасной области спектра = 11-15 мкм. Метод лабораторного получения сульфоселенидных стекол. - Опт. мех. пром. 1961. N 4. С.39-41.], включающий загрузку элементарных As, S и Se в реакционную камеру, вакуумирование, нагревание до температур 800- 850oC и закалку.

Способ не учитывает возможность загрязнения исходных веществ в процессе синтеза и не позволяет удалить химически связанный с сеткой стекла водород и кислород, находящиеся в стекле в виде As2O3, SeO2, H2O, OH-, S-H, Se-H и других групп, вызывающих селективное поглощение в области прозрачности стекол.

Наиболее близким изобретением по технической сущности является способ получения стекол AsxS(Se)1-x, AsxSe1-x [R.Moynihan, O.Macedo, J.Maklad. J. Non-Cryst. Solids. 17 (1975) 369], включающий загрузку элементарных As, S и Se в реакционную камеру, нагревание шихты до 800-850oC в токе смеси аргона и водорода, вакуумирования и закалку.

В аналоге присутствие водорода приводит к восстановлению оксидов, а вакуумная очистка дегазирует стекло, удаляя летучие примеси.

Серьезным недостатком этого способа является образование воды в результате восстановления окислов в процессе синтеза. Анализ литературных данных показывает, что полосы при 1590-1620 см-1 обусловлены деформационными колебаниями воды, присутствующей в стеклах в связанном и свободном состояниях, а полосы 3300-3500 см-1 - валентными колебаниями OH- групп.

Задачей изобретения является снижение температуры синтеза и увеличение прозрачности стекол в диапазоне частот 750-4000 см-1.

Поставленная цель достигается тем, что, в известном способе получения стекол AsxS1-x и AsxSe1-x, включающем загрузку элементарных As, S и Se в реакционную камеру, вакуумирование, нагревание и закалку, в реакционную камеру вводят дополнительно Cl в герметичном сосуде, затем камеру вакуумируют, вскрывают в ней сосуд с хлором, нагревают обеспечивая градиент в камере Tmax600oC, Tmin комнатная температура.

Использование для получения стекол AsxS1-x и AsxSe1-x элементарных As, S, Se и Cl приводит согласно уравнениям реакции 4As2O3+3S2Cl2+9Cl2= 8AsCl3+6SO2, 4As2O3+3Se2Cl2+9Cl2= 8AsCl3+6SeO2, 2As+3Cl2=2AsCl3, H2+Cl2=2HCl к очистке As, S, и Se в результате образования из твердых, тугоплавких и высококипящих соединений газообразных и легколетучих продуктов в момент хлорирования - вскрытия сосуда с хлором в реакционной камере. (Например в уравнении (1) TкипAs2O3=461oC, TкипSO2=-10oC) Нагревание As, S и Se до 600oC в присутствии химически активного Cl обеспечивает полное взаимодействие компонентов шихты, образование и гомогенизацию стеклообразующих расплавов уже при 600oC, а градиент температур Tmax600oC, Tmin комнатная температура отделение от AsxS1-x, AsxSe1-x легколетучих примесей.

Увеличение температуры нагревания компонентов шихты выше 600oC нецелесообразно, т.к. отделение AsxS1-x, AsxSe1-x от самого высококипящего оксида As2O3 начинается при 461oC - температуре его кипения.

Понижение температуры нагревания компонентов шихты ниже 600oC приводит к неполному их взаимодействию и кристаллизации стеклообразующего расплава при охлаждении.

Существенным отличием заявленного способа получения стекол AsxS1-x, AsxSe1-x является введение в реакционную камеру Cl в герметичном ссуде, вакуумирование камеры, вскрытие в ней сосуда с хлором, нагревание обеспечивая градиент в камере Tmax600oC, Tmin комнатная температура, в результате которого образуются стекла AsxS1-x, AsxSe1-x высокой прозрачности практически не содержащих полос поглощения в диапазоне частот 750- 4000 см-1.

Пример 1. Синтез стекла состава As0,38S0,62.

Для получения стекла состава As0,38S0,62 кварцевый сосуд заполняли хлором и герметизировали. Хлор 0,7622 г., мышьяк 11,548 г. и серу 7,6887 г. загружали в реакционную камеру, выполненную из кварцевого стекла в виде двух сообщающихся сосудов. Реакционную камеру вакуумировали, до давления 10-4-10-5 мм. рт. ст. и герметизировали. Затем сосуд с хлором вскрывали непосредственно в реакционной камере. Реакционную камеру помещали в печь и нагревали до 601oC, обеспечивая градиент в камере Tmax=601oC, Tmin= комнатная температура. Образовавшийся AsCl3легколетучие примеси конденсировали во втором сосуде и отпаивали. Последующей закалкой расплава получали стекло состава As0,38S0,62 высокой прозрачности, практически не содержащее примесных полос поглощения в диапазоне частот 750-4000 см-1.

Пример 2. Синтез стекла состава As0,40Se0,60.

Для получения стекла состава As0,40Se0,60 кварцевый сосуд заполняли хлором и герметизировали. Хлор 0,5249 г., мышьяк 7,7724 г. и селен 11,7026 г. загружали в реакционную камеру, выполненную из кварцевого стекла в виде двух сообщающихся сосудов. Реакционную камеру вакуумировали, до давления 10-4-10-5 мм. рт. ст. и герметизировали. Затем сосуд с хлором вскрывали непосредственно в реакционной камере. Реакционную камеру помещали в печь и нагревали до 600oC, обеспечивая градиент в камере Tmax=600oC, Tmin= комнатная температура. Образовавшийся AsCl3 и легколетучие примеси конденсировали во втором сосуде и отпаивали. Последующей закалкой расплава получали стекло состава As0,40Se0,60 высокой прозрачности, практически не содержащее примесных полос поглощения в диапазоне частот 750-4000 см-1.

Пример 3. Синтез стеклообразного Se.

Для получения стеклообразного Se кварцевый сосуд заполняли хлором и герметизировали. Хлор 0,2046 г., мышьяк 0,1442 г. и селен 19,6511 г. загружали в реакционную камеру, выполненную из кварцевого стекла в виде двух сообщающихся сосудов. Реакционную камеру вакуумировали, до давления 10-4-10-5 мм.рт. ст. и герметизировали. Затем сосуд с хлором вскрывали непосредственно в реакционной камере. Реакционную камеру помещали в печь и нагревали до 601oC, обеспечивая градиент в камере Tmax=601 C, Tmin= комнатная температура. Образовавшийся AsCl3 и легколетучие примеси конденсировали во втором сосуде и отпаивали. Последующей закалкой расплава получали стеклообразный селен высокой прозрачности, практически не содержащей примесных полос поглощения в диапазоне частот 750-4000 см-1.

Использование данного способа получения стекол AsxS1-x (x=0,10-0,45), AsxSe1-x (x=0-0,60) обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества: - возможность получения стекол AsxS1-x (x=0,10-0,45), AsxSe1-x (x=0-0,60) высокой прозрачности, не содержащих примесных полос поглощения в диапазоне частот 750- 4000 см-1.

- возможность снизить температуру синтеза стекол AsxS1-x (x=0,10-0,45), AsxSe1-x (x=0-0,60) с 800oC до 600oC.

Формула изобретения

Способ получения стекол AsxS1-x (x = 0,10 - 0,45), AsxSe1-x (x = 0 - 0,60), включающий загрузку элементарных As, S, и Se в реакционную камеру, вакуумирование, нагревание и закалку, отличающийся тем, что в реакционную камеру вводят дополнительно Cl в герметичном сосуде, вскрывают в ней сосуд с хлором, нагревают, обеспечивая градиент в камере Tmax 600oC, - Tmin комнатная температура.



 

Похожие патенты:

Стекло // 2097347

Изобретение относится к стеклам, прозрачным в ИК-области спектра, которые могут быть использованы в качестве материалов для оболочки световодов

Изобретение относится к созданию материалов для изделий конструкционной оптики

Изобретение относится к созданию ИК-прозрачных материалов для изделий конструкционной оптики

Изобретение относится к составам стекол, применяемым для изготовления светофильтров, прозрачных в видимой и ближней инфракрасной областях спектра

Изобретение относится к галогеносодержащим халькогенидным стеклам, прозрачным в инфракрасной области спектра

Изобретение относится к акустооптике, преимущественно к материалам, которые используются для изготовления светозвукопроводов акустооптических устройств (АОУ)
Изобретение относится к химии, а именно к способам синтеза стеклообразного GeS2

Изобретение относится к составам халькогенидных стекол, используемых, преимущественно в электронике

Изобретение относится к полифункциональным стеклам

Изобретение относится к стеклам, прозрачным в ИК-области спектра

Изобретение относится к стеклам, прозрачным в ИК-области спектра, которые могут быть использованы в качестве материалов для оболочки световодов
Изобретение относится к области химии и может быть использовано для синтеза стекол GexS1-x(X= 0,1-0,5) особой чистоты

Изобретение относится к способам синтеза стекол AsxS1-x, AsxSe1-x и может быть использовано в различных областях электронной техники, волоконной оптики, электронографии

Наверх