СТЕКЛО Российский патент 1997 года по МПК C03C3/78 

Заявляемое изобретение относится к области производства оксидных стекол, активированных полупроводниковыми соединениями и предназначенных для использования в качестве светофильтров и элементов лазерной техники.

Как известно [1] идеальным светофильтром следует считать стекло, граница поглощения которого на спектральных кривых выражается вертикальной прямой. Такое стекло полностью пропускает излучение в определенном интервале длин волн, т. е. имеет нулевое поглощение. В реальных же стеклах на спектральных кривых наблюдается переходная область, которая зависит от состава стекла, вида и концентрации красителя, условий синтеза и др. факторов.

В литературе отмечается значительное количество стекол, имеющих границу поглощения в ближней ИК области спектра и используемых в оптико-механической промышленности. Так, стекла составов (мас.): 1) SiO₂ 69,42 74,36, Na₂O 15,00 16,06, CaO 0,01 8,58, SrO 0,01 14,83, CuInS₂ 0,74 0,99 [2] SiO₂ 73,01 74,36, Na₂O 15,76 16,06, ZnO 0,02 6,59, CaO 3,90 8,57, CuInS₂ 0,74 0,99 [3] имеют крутую границу поглощения с длиной волны, соответствующей началу области прозрачности (λ_гр.) 1,1 мкм.

Общим недостатком перечисленных стекол является высокая температура синтеза, а также наличие значительной переходной области на спектральных кривых.

Наиболее близким по составу и технической сущности к заявляемому являются стекла, составы которых заключены в пределах, мас. 72,61 74,36 SiO₂, 10,69 16,06 Na₂O, 0,01 7,57 K₂O, 8,32 8,58 CaO, 0,74 0,99 CuInS₂ [4] Длинноволновой край полосы поглощения данного стекла находится в ближней ИК области. Причем граница поглощения ((λ_гр.) соответствует 1,1 мкм) не чувствительна к термообработке. Недостатком данных стекол является высокая температура синтеза 1450^oC.

Задачей настоящего изобретения является получение технического результата, заключающегося в значительном снижении температуры синтеза активированных стекол, при условии сохранения той же крутизны границы поглощения и одновременном обеспечении нечувствительности его к термообработке. Поставленная задача достигается тем, что стекло, содержащее SiO₂, Na₂O, K₂O, CaO, CuInS₂ дополнительно содержит Si₂O при следующих соотношениях компонентов, мас.

SiO₂ 64,43 74,54
Na₂O 5,36 10,97
K₂O 3,89 11,48
CaO 8,62 12,03
Li₂O 1,24 3,61
CuInS₂ 0,75 0,98
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав стекла отличается от известного введением нового компонента, а именно диоксида лития. Анализ известных составов, используемых для светофильтров, показал, что введенный в заявляемое решение компонент известен. Однако применение его в этих составах в сочетании с другими компонентами не обеспечивает таких свойств, которые он проявляет в заявляемом решении, а именно, значительно снижает температуру синтеза активированных стекол, не изменяя при этом крутизны границы поглощения.

Синтез стекол осуществляли путем плавления шихт, приготовленных из реактивов: кварцевого стекла, натрия углекислого, калия углекислого, кальция углекислого, лития углекислого, полупроводникового соединения CuInS₂, находящихся в мелкодисперсном состоянии, в газопламенной печи при максимальной температуре 1350±10^oC с выдержкой в течение часа в восстановительных условиях. Для создания восстановительной среды в шихту вводили уголь в количестве 2 мас. Выработку стекломассы осуществляли на холодную плиту с последующим отжигом образцов в муфельной электрической печи при температуре 530±5^oC в течение 2-х часов. Исследование спектральных характеристик проводили на образцах в виде полированных плоскопараллельных пластинок толщиной 2 мм.

В табл. 1,2 приведены конкретные примеры составов заявленных стекол, прототипа и их свойства. На фигуре, поясняющей суть изобретения представлены спектральные характеристики стекол, при этом номера спектральных кривых соответствуют номерам составов, приведенных в табл. 1.

Заявляемое стекло окрашивается в процессе синтеза и не требует дополнительной термообработки. Длинноволновой край полосы поглощения расположен в длинноволновой области. Синтез заявляемого стекла происходит при более низкой по сравнению с прототипом температуры, а именно 1350±10^oC, что приводит к экономии энергии, увеличению срока службы оборудования.

Граница поглощения заявляемого стекла представляет собой крутую линию. Длина волны, соответствующая началу области прозрачности (λ_гр.), равна 1,1 мкм, что позволяет изготавливать из такого стекла фильтры, обрезающие излучение с длиной волны λ ≅ 1,1 мкм.. При этом граница пропускания не изменяется в процессе отжига и термообработки, что свидетельствует о сохранении полупроводникового соединения в микрокристаллическом состоянии непосредственно в процессе варки и неизменностью его при отжиге и термообработке.

Компонент шихты уголь является восстановителем. В стеклах типа рассматриваемых в процессе синтеза уголь переходит соответственно в СО, CO₂ и улетучивается.

Таким образом, из анализа представленных данных следует, что заявляемое стекло по сравнению с известным обладает значительно меньшей температурой синтеза (100^oC составляет разность температур синтеза заявляемого стекла и прототипа), при этом крутизна границы поглощения остается достаточно высокой.

Использование: для использования в качестве светофильтров и элементов лазерной техники. Стекло содержит в мас.%: оксид кремния 64,43 - 74,54 БФ SiO₂, оксид натрия 5,36 - 10,97 БФ Na₂О, оксид калия 3,89 - 11,48 БФ K₂O, оксид кальция 8,62 - 12,03 БФ СаО, оксид лития 1,24 - 3,61 БФ Li₂O, 0,75 - 0,98 БФ CuInS₂. Температура варки стекла 1350±10^oC. 1 ил., 2 табл.

Стекло, содержащее SiO₂, Na₂O, K₂O, CaO, CuJnS₂, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Li₂O при следующем соотношении компонентов, мас. SiO₂ 64,43 74,54; Na₂O 5,36 10,97; K₂O 3,89 11,48; CaO 8,62- 12,03; CuInS₂ 0,75 0,98; Li₂O 1,24 3,61.