Способ изготовления дисперсионных фильтров
А.П. Пришивалко, Е.K. Науменко и Н.И.,Дудо (72) Авторы язобретеиия
Ордена Трудового Красного Знаменй институт физики АН БССР (7I ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННЫХ ФИЛЬТРОВ
Изобретение относится к области инфракрасной техники и может быть использовано для получения дисперсионных фильтров, предназначенных для монохроматиэации излучения в диапазоне длин волн 1,5cg<7 мкм.
Известен способ изготовления фильтров типа кристаллжидкость, состоящий в том, что тонкую прозрачную кювету, на основание которой осажден диспер- 1в гирующий слой, заполняют жидкостью, откачивают воздух, освобождая от воздушных пузырьков, и затем герметизируют (1). Основными недостатками этого способа, помимо трудностей изготовления, является то, что для интервала длин волн 1,5 Ф3,6 мкм изготовить фильтры кристалл-жидкость невозможно; изготовленные таким способом фильтры обладают малой меха- 2о нической прочностью и нестабильностью в работе вследствие высокой чув; ствительности характеристик к вибрации, ударам, изменению температуры.
Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления фильтров, заключающийся в получении наполнителя, смешивании двух порошкообразных компонент и прессования их под высоким давлением в вакууме (2) .
Недостатки укаэанного способа заключаются в том, что он не обеспечивает монохроматизации излучения в диапазоне длин волн 1,5 AS,8 мкм; для получения набора фильтров в-диапазоне 4Ы 7 мкм необходимо исполь-, зовать более 10 различных веществ, причем некоторые из них являются дефицитными или дорогостоящими, что создает трудности при серийном выпуске фильтров; известныв вещества не обеспечивают воэможности изготовления фильтров с плавно изменяющим- . ся положением максимума полосы I1poпускания, .а лишь позволяют получить фильтры для дискретного. набора длин
3 84 1.22 волн. Использование в качестве компонент фильтра смешанных кристаллов не устраняет указанных недостатков, так как возможности получения смешанных кристаллов существенно ограничиваются правилом Гольдшмидта.
Целью изобретения является обеспечение возможности и монохроматизации длины волны в интервале
1,5 мкм.
16
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления дисперсионных фильтров, включающем получение наполнителя, смешивание его с основой и прессование в вакууме, 15 наполнитель получают путем термообработки смеси порошков кварца и окиси магния, размер частиц которой не более 0,2 длины волны максимума пропускания фильтра при температуре > плавления кварца и давлении не более
10 мм рт. ст. в течение 5- 10 мин, охлаждения расплава с последующим измельчением и выделением фракции с размерами частиц .30-50 мкм, после чего осуществляют сМешивание с основой из хлористого калия и размером частиц не более 5 мкм. Частицы — агломераты, приготовленные путем спекания двух порошкообраэных веществ— окиси магния и кварца, представляют собой квазиоднородные частицы, оптические свойства которых можно описывать эффективным показателем преломления, усредненным по объему части35 цы где Р (r) и Р (г) - Beca порошков
40 окиси магния и кварца, используемых для приготовления частиц - агломератов, Я„и р (г/см ) — удельные плотности окиси магния и плавленного кварца, п„() и и (7ь) " соответствен„4% но показатели преломления этих веществ, ) (мкм) - длина волны излучения.
Как видно из формулы (1) эффек" тивный показатель преломления частиц - агломератов зависит от весового содержания каждого из спекаемых порошков и в принципе может быть из- менен для любой иэ длин волн в пределах от значения показателя преломления окиси магния и (Ц (при =О)
1 до значения показателя преломления кварца й2 ф) (при Р1 =О). 1 1аксимум
4 4 полосы пропускания фильтра, изготовленного путем прессования смеси частиц агломератов и порошка хлористого калия имеет место при длине волны, для которой эффективный показатель преломления и (1) равен показателю преломЛения хлористого калия; и®) =n ® (2)
При условии (2) из (1) получем, что весовое содержание порошка окиси магния (no отношению к весу смеси), необходимого для приготовления частиц - агломератов для монохроматизации излучения с длиной волныЯ.о определяется выражением Используя спектральные зависимости показателей преломления окиси магния, кварца и хлористого калия зна- З чения P„= 3,58 г/см и = 2,2 г/см можно показать, что для приготовления одной из компонент фильтра частиц - агломератов, необходимо смешивать и спекать порошки окиси магния и кварца в следующем весовом соотношении Р,:Р, где Р =0,016ф-0,155;
Р2 — — 1-P (4)
) - длина волны, при которой обеспечивается максимум пропускания.
Сущность изобретения поясняется конкретным примером изготовления фильтров с полосами пропускания
go=5,75 мкм и 1.о=6,2 мкм и . =6,2 мкм.
Плавленный кварц размалывается в шаровой мельнице. Затем известным методом седиментации твердых частиц в жидкости выделяли фракцию частиц кварца с размерами меньше 5 мкм. Для получения мелкодисперсного порошка окиси магния в камере сжигали стружку магния. Осевшие на стенках камеры частицы дыма представляли собой частицы окиси магния. Была выделена фракция частиц окиси магния с предельным размером частиц 0,5 мкм.
По формуле (4)определяем весовое соотношение каждой иэ компонент. смеси окиси магния + кварц для приготовления частиц.- агломератов: для фильтра с Р.+=5,75 мкм - 0,68:0,32, для
)L<=6,20 мкм- 0,77:0,23. Полученную смесь частиц тщательно перемешали, засыпали в молибденовые тигли и поместили в вакуумную печь, обеспечив
< давление в печи 10 рт. ст. Нагрели
5 8412 образцы до 1800 С и выдержали при этой температуре в течение 7 мин °
После этого расплав охладили до комнатной температуры. Заготовку измельчали, выделили с помощью сит фракцию с размерами 40 мкм. Из частицаголомератов и порошка хлористого калия с размером частиц 4 микрона изготовили дисперсионный фильтры.
На фиг. 1, 2 приведены спектры пропускания фильтров, полученные описанным выше способом. Максимум полосы пропускания одного из них (фиг. 1) при весовом соотношении ,окиси магния и кварца в частицах - 15 агломератах Р„:Р2 =0,77:0,23 находится вблизи k,==6,29 мкм, второго (фиг. 2) при Р :Р =0,68:0,32 вблизи
/=5,84 мкм. Полуширина полос пропусо кания (расстояние между ветвями кри" 20 вых на уровне 0,5 максимального про" пускания) равна 1,4 мкм и 1,2 мкм соответственно.
Из сопоставления характеристик полученных фильтров (фиг. 1, 2) 25 с характеристиками фильтров кристалл-кристалл на основе А1 0 и
KBr (=6,31 мкм), а также на основе BaS04 и NaCl (3.„=5,85 мкм) (2) следует, что фильтры, изготовленные ЗВ предложенным способом, имеют достаточно хорошие фильтрующие свойства.
Важными преимуществами способа являются воэможность монохроматиэации излучения в диапазоне длин волн
1,5$ga3,9 мкм, для которого до сих пор изготовить фильтры было невозможно; возможность плавного изменения. положения максимума полосы пропускания в диапазоне длин волн 1,5МФ7 мкмдв путем изменения весового соотношения компонент, образующих частицы - аг"
24 6 ломераты; значительное уменьшение количества импульэуемых веществ для изготовления фильтров на диапазон длин волн 4 М7 мкм до .трех вместо .двенадцати; снижение стоимости набора фильтров на 15-203 эа счет исклю" чения из этого числа дорогостоящих и дефицитных материалов, а также за счет использования кварцевого порошка, который при реализуемой ныне технологии изготовления фильтров образует отходы производства.
Формула изобретения
Способ изготовления дисперсионных фильтров, включающий получение наполнителя, смешивание его с основой и прессование в вакууме, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности монохроматизации длины волны в интервале 1,5А» 7 мкм, наполнитель получают путем термообработки смеси порошков квар ца и окиси магния, размер частиц которой не более 0,2 длины волны максимума пропускания фильтра при температуре плавления кварца и давлении не более 10 мм рт. с . в течение
5-10 мин, охлаждения расплава с последующим измельчением и выделением фракции с размерами частиц 30-50 мкм, после чего осуществляют смешивание с основой из хлористого калия с размером частиц не более 5 мкм.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Борисевич Н.А. и др. Инфракрасные фильтры, Минск, "Наука и техника", 1971, с. 174-175.
2. То же, с. 177-186.
