Способ выращивания смешанных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия для оптических фильтров ультрафиолетового диапазона

Изобретение относится к области выращивания смешанных монокристаллов сульфата кобальта-никеля-калия K2(Co,Ni)(SO4)2⋅6H2O (KCNSH) из водных растворов и может быть использовано в оптическом приборостроении для изготовления солнечно-слепых фильтров. Способ выращивания смешанных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия для оптических фильтров ультрафиолетового диапазона содержит операцию приготовления маточного раствора с последующим охлаждением маточного раствора в кристаллизаторе, внутри которого помещен затравочный кристалл, при этом в качестве маточного раствора используют водный раствор солей сульфатов никеля, кобальта и калия с соотношением K2Ni(SO4)2⋅6Н2О/K2Co(SO4)2⋅6Н2О в пределах от 2:1 до 1:2 по массе, который нагревают до температуры растворения (гомогенизации) на 8-10°С выше температуры ликвидуса данного раствора до полного растворения этих солей в водяном термостате с механической мешалкой, затем раствор охлаждают до температуры на 8-10°С ниже своего ликвидуса и выдерживают в течение суток с постоянным перемешиванием, обеспечивающим зарождение и рост спонтанных кристаллов, далее раствор отстаивают в течение 1 ч в термостате без перемешивания с осаждением твердой фазы, после чего часть раствора фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,2 мкм в ростовую емкость (кристаллизатор), после чего кристаллизатор с затравкой, закрепленной на герметично закрывающейся крышке, помещают в сухой термостат с возможностью переворота вокруг горизонтальной оси на 180° в процессе роста, нагревают до температуры на 8-10°С выше ликвидуса в течение 24 ч, охлаждают до температуры на 1-5°С выше ликвидуса и вводят затравку в раствор переворотом кристаллизатора на 180°, дальнейшее охлаждение проводят сначала со скоростью от 1 до 2 град/ч до температуры на 1°С ниже ликвидуса, затем до температуры на 9-10°С ниже ликвидуса в течение от 1 до 2 месяцев, исключая принудительное перемешивание раствора и обеспечивая поддержание переохлаждения раствора не менее 5°С, после чего переворотом кристаллизатора на 180° выросший кристалл освобождают от раствора и охлаждают до комнатной температуры. Получены высококачественные кристаллы сульфата кобальта-никеля-калия с уровнем пропускания в УФ области спектра 90%. В видимой области спектра пропускание составляет порядка 0,01%, т.е. отсутствует. В ИК области спектра пики не превосходят 0,6%. Такие оптические характеристики отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для УФ фильтров, что повышает чувствительность аппаратуры, работающей на основе подобных материалов. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области роста кристаллов, в частности к выращиванию смешанных монокристаллов сульфата кобальта-никеля-калия K2(Co,Ni)(SO4)2⋅6H2O (KCNSH) из водных растворов и может быть использовано в оптическом приборостроении для изготовления солнечно-слепых фильтров. Области применения приборов солнечно-слепой технологии включают мониторинг возгораний и пожаров, коронных разрядов на аварийных изоляторах ЛЭП и оборудовании электроподстанций, фиксация факелов атакующих ракет, взрывов, выстрелов.

Известен способ выращивания смешанных монокристаллов KCNSH из водных растворов при постоянном перепаде температур с использованием питателя из твердой фазы смешанных кристаллов определенного состава, описанный в работе «Growth of mixed K2(Ni,Co)(SO4)2⋅6H2O crystals under stationary conditions of supercooling and forced convection of the aqueous solution* Vladimir M. Masalov, Natalia A. Vasilyeva, Vera L. Manomenova, Andrei A. Zhokhov, Elena B. Rudneva, Alexey E. Voloshin, Gennadi A. Emelchenko », JCG 475(2017), 21-25. Недостатком этого способа является ограниченное время роста монокристаллов от 7 до 10 суток из-за появления и быстрого увеличения спонтанных кристаллов, что приводит практически к остановке роста основной затравки.

Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности основных признаков является способ выращивания смешанных монокристаллов (KCNSH) патент RU 2547739 С1 от 24.09.2013, «Способ выращивания смешанных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия для оптических фильтров ультрафиолетового диапазона», содержащий операцию приготовления маточного раствора с одновременным определением его температуры ликвидуса с помощью пробных затравок и последующего процесса роста на затравку путем медленного снижения температуры кристаллизатора. Недостатком этого способа является появление спонтанных кристаллов в растворе в процессе роста, что приводит во многих случаях к образованию дефектов в кристалле, непригодных для оптических применений.

Задачей предлагаемого способа является устранения недостатков известного способа путем изменений в подготовительной процедуре маточного раствора и режимов роста, чтобы сохранить метастабильность раствора в течение длительного времени без спонтанной кристаллизации, обеспечив приемлемые скорости качественного роста кристалла.

Техническим результатом является создание способа выращивания высококачественных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия с уровнем пропускания в УФ области спектра, близким к теоретическому значению.

Поставленная задача решается тем, что в способе выращивания смешанных кристаллов (KCNSH), включающем приготовление маточного раствора, используется свойство пересыщенных растворов, в которых зарождение спонтанных кристаллов преимущественно начинается на различного рода твердых нерастворимых микрочастицах или атомах примеси (центрах кристаллизации), которые неизменно присутствуют в используемых для роста кристаллов порошках. Берется водный раствор солей сульфатов никеля кобальта и калия с соотношением K2Ni(SO4)2⋅6H2O/K2Co(SO4)2⋅6H2O в пределах от 2/1 до 1/2 по весу, нагревается до полного растворения этих солей, используя при этом механическую мешалку и водяной термостат. Температура растворения (гомогенизации) должна быть от 8 до 10°С выше температуры ликвидуса данного раствора. Раствор затем охлаждается до температуры от 8 до 10°С ниже своего ликвидуса и выдерживается в течение суток с постоянным перемешиванием. При этом происходит зарождение и рост спонтанных кристаллов. Затем раствор отстаивается в течение 1 часа там же в термостате без перемешивания, где происходит осаждение твердой фазы, после чего необходимая часть раствора фильтруется через мембранный фильтр с размером пор 0.2 мкм в ростовую емкость (кристаллизатор). Полученный маточный раствор имеет уже известную температуру ликвидуса и освобожден от возможных центров кристаллизации, которые в дальнейшем могли служить источниками спонтанных кристаллов в процессе роста. Температура ликвидуса таким образом полученного маточного раствора выбирается в пределах от 35 до 55°С. В таблице 1 приведено соотношение концентраций KCSH/KNSH в ходе различных серий экспериментов.

На фиг. 1 представлена фотография одного из выращенных кристаллов.

На фиг. 2 представлен график оптического спектра пропускания кристалла, выращенного из раствора с соотношением KCSH/KNSH=1:2.

Процесс роста происходит следующим образом: кристаллизатор с раствором и с прикрепленной на герметичной крышке затравкой, помещенный в сухой термостат с возможностью переворота вокруг горизонтальной оси на 180° в процессе роста, после выдержки около суток при температуре от 8 до 10°С выше ликвидуса (с целью полной гомогенизации) используемого раствора, охлаждается до температуры от 1 до 5°С выше этого ликвидуса и после установления равновесной температуры кристаллизатор переворачивается на 180°, таким образом затравка вводится в раствор. Дальнейшее охлаждение кристаллизатора происходит в два этапа: быстрое (от 1 до 2°С/час) до температуры на 1°С ниже ликвидуса данного раствора и медленное еще от 9 до 10°С в течение от 1 до 2 месяцев, по окончании которого кристаллизатор возвращается в исходное положение и выросший кристалл таким образом освобождается от раствора. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры происходит в течение суток. Для предотвращения возникновения спонтанных кристаллов исключается всякое механическое принудительное перемешивание раствора, которое сильно сокращает время их возникновения. Для достижения приемлемых скоростей роста кристалла от 0.3 до 0.5 мм/сутки требуется поддержание пересыщения в большей части раствора не менее 5°С в течение длительного периода времени, что и достигается с помощью предложенной подготовки маточного раствора, полной герметизацией поверхности раствора от испарения, охлаждением раствора в процессе роста не более чем от 9 до 10°С ниже его температуры ликвидуса. Охлаждение раствора в процессе роста более 10°С ниже его температуры ликвидуса приводит к образованию спонтанных кристаллов и практически к остановке роста основной затравки. Для увеличения полезного используемого объема выросшего кристалла при той же его массе в процессе роста используется формообразователь из мягкого силикона, форма и размер которого приближены к конечному продукту, что достаточно сильно уменьшает отходы при изготовлении светофильтров.

В процессе работы по реализации способа были получены кристаллы, обладающие высоким пропусканием в УФ области (90%). В видимой области спектра пропускание отсутствует (~0.01%), в ИК области спектра пики не превосходят 0.6%. График кривой пропускания приведен на фиг. 2. Такие оптические характеристики отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для УФ фильтров: высокий процент пропускания в коротковолновой области спектра (УФ диапазон: от 220 до 320 нм) и поглощение в длинноволновой области спектра (от 550 до 800 нм), что повышает чувствительность аппаратуры, работающей на основе подобных материалов.

Способ выращивания смешанных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия для оптических фильтров ультрафиолетового диапазона, содержащий операцию приготовления маточного раствора с последующим охлаждением маточного раствора в кристаллизаторе, внутри которого помещен затравочный кристалл, отличающийся тем, что в качестве маточного раствора используют водный раствор солей сульфатов никеля, кобальта и калия с соотношением K2Ni(SO4)2⋅6Н2О/K2Co(SO4)2⋅6Н2О в пределах от 2:1 до 1:2 по массе, который нагревают до температуры растворения (гомогенизации) на 8-10°С выше температуры ликвидуса данного раствора до полного растворения этих солей в водяном термостате с механической мешалкой, затем раствор охлаждают до температуры на 8-10°С ниже своего ликвидуса и выдерживают в течение суток с постоянным перемешиванием, обеспечивающим зарождение и рост спонтанных кристаллов, далее раствор отстаивают в течение 1 ч в термостате без перемешивания с осаждением твердой фазы, после чего часть раствора фильтруют через мембранный фильтр с размером пор 0,2 мкм в ростовую емкость (кристаллизатор), после чего кристаллизатор с затравкой, закрепленной на герметично закрывающейся крышке, помещают в сухой термостат с возможностью переворота вокруг горизонтальной оси на 180° в процессе роста, нагревают до температуры на 8-10°С выше ликвидуса в течение 24 ч, охлаждают до температуры на 1-5°С выше ликвидуса и вводят затравку в раствор переворотом кристаллизатора на 180°, дальнейшее охлаждение проводят сначала со скоростью от 1 до 2 град/ч до температуры на 1°С ниже ликвидуса, затем до температуры на 9-10°С ниже ликвидуса в течение от 1 до 2 месяцев, исключая принудительное перемешивание раствора и обеспечивая поддержание переохлаждения раствора не менее 5°С, после чего переворотом кристаллизатора на 180° выросший кристалл освобождают от раствора и охлаждают до комнатной температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области кристаллографии, а более конкретно к устройствам для выращивания кристаллов из растворов, например к технике скоростного выращивания кристаллов группы КДР (KH2PO4), в том числе, в промышленных масштабах. Устройство для выращивания кристаллов из раствора при постоянной температуре содержит кристаллизатор 1, снабженный гидравлическим контуром 7 циркуляции раствора, в котором установлен насос 8, фильтр 9 и регулируемый дроссель 11, подключенный через штуцер к кристаллизатору 1, при этом к кристаллизатору 1 двумя гидравлическими линиями подключен компенсационный сосуд 13, одна гидравлическая линия – выходная 12 - соединяет выходной патрубок кристаллизатора 1 непосредственно с выходным патрубком компенсационного сосуда 13, а другая – входная 14 - соединяет линией контура циркуляции раствора 7 выходной патрубок кристаллизатора 1 с входным патрубком компенсационного сосуда 13, компенсационный сосуд 13 снабжен крышкой 16 с кольцевым выступом вокруг сквозного отверстия, на крышке 16 с зазором относительно выступа размещен конденсатор 17, к полости между выступом крышки 16 и внутренней стенкой конденсатора 17, предназначенного для сбора конденсата, подключен патрубок с клапаном 19, обеспечивающим периодический слив конденсата, в крышке 16 дополнительно выполнено отверстие для установки дозирующего средства 23 подачи соли или лома кристаллов в компенсационный сосуд 13, кристаллизатор снабжен датчиком температуры раствора 4, подключенным к средству термостатирования 6 кристаллизатора 1, а компенсационный сосуд 13 снабжен датчиком температуры 21, подключенным к нагревателю 15, размещенному в линии связи 14 сосуда 13 с контуром циркуляции раствора 7 в кристаллизатор 1.

Изобретение относится к области роста кристаллов, в частности, к выращиванию смешанных монокристаллов K2(Со,Ni)(SO4)2x6H2O (KCNSH) из водных растворов и может быть использовано в оптическом приборостроении для изготовления солнечно-слепых фильтров. Устройство для выращивания смешанных кристаллов сульфата кобальта-никеля-калия содержит кристаллизатор с герметичной крышкой и закрепленной на ней затравкой 7, помещенный в тепловой узел с возможностью переворота вокруг горизонтальной оси на 180°C в процессе роста, при этом тепловой узел выполнен в виде шахтной печи с двумя независимыми нагревателями 6, 9, а кристаллизатор состоит из верхней 3 и нижней 8 - ростовой частей, различающихся по объему как 100/1, с диаметром нижней части, соответствующей размеру получаемого кристалла.

Изобретение относится к устройствам для кристаллизации периодического действия для получения кристаллов, предпочтительно перхлората аммония. Устройство содержит кристаллизатор 1, состоящий из металлического цилиндрического сосуда, внутренняя поверхность которого состоит из материала с твердостью по меньшей мере 120 НВ, предпочтительно по меньшей мере 200 НВ, цилиндрический сосуд имеет овальное или круглое поперечное сечение с коническим или вогнутым днищем 12, оборудованный вдоль его длины двойной рубашкой 4 для охлаждения раствора и/или суспензии раствора и кристаллов и высокоскоростным перемешивающим устройством 8 из материала с твердостью по меньшей мере 120 НВ, предпочтительно по меньшей мере 200 НВ, высокоскоростное перемешивающее устройство 8 оснащено приводом 9, обеспечивающим регулирование скорости и, следовательно, степени воздействия механического действия перемешивающего устройства на округлость кристаллов внутри сосуда вместе с внутренней поверхностью сосуда, содержащего по меньшей мере две перегородки 5 из материала с твердостью по меньшей мере 120 НВ, предпочтительно по меньшей мере 200 НВ, при этом сосуд оборудован по меньшей мере одним отверстием 10 сверху, соединенным по меньшей мере с одним независимым ответвлением контура циркуляции 11 снаружи для ввода нагретого раствора и/или нагретой суспензии раствора и кристаллов с помощью по меньшей мере одного циркуляционного насоса 2 через по меньшей мере один теплообменник 3 для обеспечения вместе с двойной рубашкой 4 регулируемых периодических изменений температур суспензии кристаллов вблизи кривой охлаждения, при этом соединительный трубопровод 13 соединен с днищем 12 сосуда кристаллизатора 1 и по меньшей мере с одним ответвлением контура циркуляции 11.

Изобретение относится к области кристаллографии. Способ включает приготовление маточного раствора с последующим его охлаждением в кристаллизаторе, внутри которого на платформе помещен затравочный кристалл, при этом предварительно готовят отдельно растворы сульфата кобальта, сульфата никеля и сульфата калия путем их растворения в горячей тридистиллированной воде, затем эти растворы смешивают, обеспечивая соотношение сульфата калия кобальта K2Co(SO4)2·6H2O и сульфата калия никеля K2Ni(SO4)2·6H2O - KCSH/KNSH в получаемом маточном растворе в диапазоне от 1:4 до 4:1, часть раствора отбирают для получения в чашке Петри затравочного и пробного кристаллов, уточняют температуру насыщения полученного маточного раствора по изменению размера пробного кристалла и затем фильтруют маточный раствор, платформу с полученным затравочным кристаллом устанавливают внутри кристаллизатора и нагревают до температуры, превышающей температуру насыщения на 10-15°C, подогревают отфильтрованный маточный раствор до температуры, превышающей температуру насыщения на 10-15°C, заливают этот маточный раствор в кристаллизатор, внутри которого находится затравочный кристалл, и ведут охлаждение маточного раствора, находящегося внутри кристаллизатора, до температуры, меньшей температуры насыщения на 0,05-0,1°C, после чего термостатируют раствор в течение 20-28 часов, а затем охлаждают со скоростью 0,05-0,5°C/сутки до комнатной температуры, или после достижения маточным раствором температуры, меньшей, чем температура насыщения на 0,05-0,1°C, включают в реверсивном режиме мешалку и охлаждают раствор до комнатной температуры, по достижении раствором комнатной температуры раствор сливают и извлекают из кристаллизатора полученный кристалл.

Изобретение относится к новой кристаллической модификации (R)-ДОФХ, которая может использоваться в фармацевтической промышленности. Предложена новая кристаллическая форма ДОФХ и способ ее получения, а также ее применение в качестве компонента при получении лекарственных средств.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов, предназначенных для использования в оптико-электронных устройствах. Способ выращивания кристаллов из пересыщенного раствора включает испарение растворителя с поверхности пересыщенного раствора, находящегося внутри кристаллизационного сосуда, конденсацию паров растворителя в верхней части сосуда, перетекание образовавшегося конденсата в нижнюю зону сосуда, при этом конденсат растворителя, собранный в верхней части кристаллизационного сосуда, основным насосом подают в расположенный вне сосуда контейнер, заполненный кристаллическим материалом, что обеспечивает постепенное контролируемое растворение материала, образовавшийся раствор из контейнера подают в зону кристаллизационного сосуда, заполненную пересыщенным раствором, часть раствора дополнительным насосом из верхней части контейнера по байпасной линии вновь направляют в нижнюю часть контейнера, в процессе выращивания кристалла обеспечивают контроль за изменением массы кристаллического вещества, которое находится внутри контейнера, причем по мере израсходования кристаллического вещества в контейнере в результате его растворения производят повторную загрузку контейнера кристаллическим материалом, не прерывая процесс выращивания кристалла.
Изобретение относится к фармацевтической и пищевой отраслям промышленности, в частности к производству биологически активных веществ, которые могут быть использованы как биологически активные добавки. Способ включает растворение в воде исходной соли и получение насыщенного при температуре 25±3°C раствора соли, нагревание раствора до температуры 40-50°C и добавление не более 50% от растворенного при 25±3°C количества исходной соли, последовательное охлаждение до 4±2°C, затем до -18±2°C до полной заморозки раствора, затем размораживание при комнатной температуре 25±3°C с образованием монокристаллов исходной соли серотонина и отделение маточного раствора декантацией.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO 4)2(H2PO4)3 , который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала. .

Изобретение относится к способам получения ориентированных монокристаллов, применяемых в лазерной физике, акустоэлектронике, оптоэлектронике для реализации пьезоэлектрических и нелинейно-оптических эффектов. .

Изобретение относится к области кристаллографии и может быть использовано для выращивания монокристаллов гексагидрата сульфата цезия-никеля Cs2Ni(SO4)2 ·6H2O, которые предназначены для применения в качестве фильтров ультрафиолетового излучения в приборах обнаружения источников высокотемпературного пламени.

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов CoSi химическим транспортом паров. Процесс ведут в кварцевых ампулах при разности температур в горячей и холодной зонах в 100°С.
Наркология
Наверх