ТЕЛЛУРГАЛОГЕНИДНОЕ СТЕКЛО Российский патент 2005 года по МПК C03C3/32 

Изобретение относится к оптике, а именно к оптическим материалам, прозрачным в инфракрасной области спектра, и может быть использовано для изготовления элементов оптических систем.

В современной ИК-оптике для изготовления деталей оптически связанных систем применяются согласованные по коэффициенту термического расширения, диапазону прозрачности с материалом источника и приемника излучения передающие и иммерсионные среды с высоким показателем преломления на основе теллургалогенидных стекол. Известные в настоящее время теллургалогенидные стекла имеют незначительные области пропускания в ИК-диапазоне длин волн и большой коэффициент объемного термического расширения, что ограничивает их практическое использование.

Известно теллургалогенидное стекло [Игнатюк В., Ставнистый Н.Н., Минаев Е.Н. Стеклообразование и параметры ближнего порядка в системе I-Те - Структура, физико-химические свойства и применение некристаллических полупроводников. Кишинев, 1980. С.117-118], прозрачное в инфракрасной области спектра, содержащее Те и I при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Те 45-60

I 40-55

Стекло имеет большую область прозрачности (1-20 мкм) в ИК-диапазоне длин волн. Однако коэффициент объемного термического расширения стекла велик (α_v=97×10^-6К^-1). Кроме того, из-за низкой температуры размягчения стекло неустойчиво и при незначительном нагревании кристаллизуется.

Стекло гигроскопично, медленно разрушается в воде и на воздухе.

Известно теллургалогенидное стекло, прозрачное в ИК-области спектра, устойчивое к действию кислорода и влаги воздуха, содержащее S, Те и I при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Те 45-60

I 40-55

S 0-15

выбранное нами за прототип [Zhang Х.Н., Fonteneau G., Lucas J. Tellurium halide glasses. New materials for transmission in the 8-12 μm range // Journal of Non-Crystalline Solids, 1988. V.104. P. 38-44], EP 0236193 B1.

К существенным недостаткам этого стекла следует отнести относительно незначительную область пропускания (1-13 мкм) в ИК-диапазоне длин волн, высокий коэффициент объемного термического расширения, α_v=(97-210)×10^-6К^-1 и невысокую температуру размягчения.

Задачей изобретения является расширение области пропускания в ИК-диапазоне длин волн, уменьшение коэффициента объемного термического расширения и повышение термической устойчивости стекла.

Поставленная цель достигается тем, что теллургалогенидное стекло, включающее Те и I, дополнительно содержит Сu при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Те 33-80

Сu 10-35

I 5-50

Выбранное соотношение компонентов ограничено областью стеклообразования в системе Cu-Te-I. При концентрации теллура меньше 33 и больше 80 мол.%, йода меньше 5 и больше 50 мол.% и меди меньше 10 и больше 35 мол.% в стекле появляются зародыши кристаллической фазы, нарушается его однородность и уменьшается прозрачность в инфракрасном диапазоне частот.

Введение в состав стекла Сu в указанных количествах при заданном соотношении Те и I приводит к трехкомпонентному взаимодействию с образованием устойчивых стеклообразующих соединений, увеличению содержания в стекле тяжелых элементов, которое приводит к значительному сдвигу края поглощения в длинноволновую область (чертеж). При концентрации меди меньше 10 мол.% происходит снижение термической устойчивости и увеличение коэффициента термического расширения (см. таблицу). При концентрации меди больше 35 мол.% в стекле появляются зародыши кристаллической фазы.

Трехкомпонентное взаимодействие с образованием в стекле устойчивых группировок атомов состава химических соединений CuTeI и СиТе₂I приводит к увеличению жесткости стеклообразуюшего каркаса, уменьшению ангармоничности колебаний атомов и, как следствие, уменьшению коэффициента объемного термического расширения стекла (таблица).

Таким образом, в результате введения в состав стекла 10-35 мол.% Сu при содержании 33-80 мол.% Те и 5-50 мол.% I образуется новое термически устойчивое стекло с широкой областью пропускания, низким коэффициентом термического расширения и более высокой температурой размягчения.

Навески компонентов шихты загружали в реакционную камеру, вакуумировали, герметизировали, помещали в печь и нагревали до 800-850°С с последующим охлаждением в выключенной печи. Составы некоторых стекол и их свойства представлены в таблице.

Контроль над качеством стекла осуществляли методом дифференциально-термического и рентгенофазового анализов.

ИК-спектры пропускания снимали на спектрофотометре UR-20.

Коэффициент объемного термического расширения измеряли на устройстве [A.C. № 987487, кл. G 01 N 25/16, 1983].

Как видно из таблицы, предлагаемое стекло обладает меньшим коэффициентом объемного термического расширения, большим диапазоном пропускания и более высокой термической устойчивостью за счет повышения температуры размягчения.

Изобретение относится к теллургалогенидным стеклам, прозрачным в инфракрасной области спектра. Технической задачей изобретения является расширение области пропускания в ИК-диапазоне длин волн, повышение термической устойчивости, уменьшение коэффициента термического расширения стекла. Стекло включает Те, I, Cu при следующем соотношении компонентов, мол.%: Те 33-80, Cu 10-35, I 5-50. Стекло прозрачно в области длин волн от 2-25 мкм, имеет температуру размягчения 385-435К и коэффициент объемного термического расширения (90-56)10^-6К^-1. Предлагаемые составы стекол могут быть использованы как волноводные и регистрирующие среды для записи, обработки и передачи информации. 1 табл., 1 ил.

Теллургалогенидное стекло, включающее Те и I, отличающееся тем, что дополнительно содержит Сu при следующем соотношении компонентов, мол.%:

Те 33-80

Сu 10-35

I 5-50