СТЕКЛО ХАЛЬКОГЕНИДНОЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОЕ Российский патент 2018 года по МПК C03C3/32 

Изобретение относится к легкоплавким высокопреломляющим халькогенидным стеклам, пропускающим электромагнитное излучение видимого и инфракрасного диапазонов (0,55-13 мкм) и имеющим низкие температуры стеклования (Tg) (30-90°C), что обеспечивает безопасные, для оптических деталей, температуры нанесения (Тнанесения <200°C), и может быть использовано для иммерсии драгоценных высокопреломляющих минералов в видимой области спектра и для склеивания высокопреломляющих оптических элементов.

Известны стекла в системах Ge-Sb-S, Ge-Sb-Se, Ge-Bi-S, Ge-Bi-Se, Ge-Pb-S, Ge-Pb-Se, Ge-Ga-Se [UA 33847, 10.07.2008]. Эти стекла пропускают в видимой и инфракрасной области (край поглощения минимально 500 нм), но имеют высокие температуры стеклования (410-650°C), что влечет за собой еще более высокие температуры нанесения (более 500°C) и не позволяет использовать эти стекла для иммерсии.

Известен термопластичный клеящий состав, представляющий собой халькогенидную композицию, при нормальных условиях - легкоплавкое стекло, при температуре 130°C превращающийся в жидкость [авторское свидетельство №267791, 02.11.1970], содержащий, мол. %:

Cepa (S) 10-80 Йод (I) 2-60 Мышьяк (As) 10-60 Сурьма (Sb) 2-15

Состав наносится при температуре 120-130°C, однако диапазон его пропускания (1-13,5 мкм) находится вне видимой области, что не позволяет использовать его для материалов, работающих как в видимом, так в видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного излучения, а в случае иммерсии драгоценных высокопреломляющих минералов такой метод потребует значительно более дорогостоящего оборудования инфракрасного оборудования для диагностики дефектов.

Известны халькогенидные стекла, пластичные при относительно низких температурах для литья под давлением, выбранные за прототип [US 7116888, 03.10.2006], однако стекла с безопасными, для оптических деталей, температурами нанесения (~200°C) не прозрачны в видимой области электромагнитного спектра (край поглощения минимально 818 нм), что не позволяет использовать их для материалов, работающих как в видимом, так и видимом и инфракрасном диапазонах электромагнитного излучения, а в случае иммерсии драгоценных высокопреломляющих минералов такой метод потребует значительно более дорогостоящего оборудования инфракрасного оборудования для диагностики дефектов.

Задачей изобретения является расширение границ применения стекла для использования его в качестве оптического клея для деталей, работающих в видимой и инфракрасной области спектра, и в качестве иммерсионного препарата для диагностики дефектов высокопреломляющих кристаллов в видимом диапазоне спектра электромагнитного излучения.

Техническим результатом является смещение коротковолнового края поглощения стекла в видимую область электромагнитного излучения и расширение диапазона пропускания стекла.

Указанный технический результат достигается за счет того, что халькогенидное стекло содержит мышьяк, сурьму, йод, бром и серу при следующем соотношении компонентов, мол. %:

Мышьяк (As) 8-15 Сурьма (Sb) 1-4 Йод (I) 3-25 Бром (Br) 1-6 Сера (S) остальное

Приведенное стекло обладает низкой температурой стеклования (30-90°C), что позволяет наносить его при температурах 130-190°C, что сводит к минимуму риск повреждения материалов, на которые наносится стекло. В результате введения брома коротковолновый край поглощения смещен в видимую область (край поглощения в диапазоне 550-680 нм), длинноволновый край поглощения для всех составов лежит в диапазоне 13±0,5 мкм, что позволяет применять его для материалов, работающих в видимом, инфракрасном или в инфракрасном и видимом диапазонах одновременно. Стекло устойчиво к кристаллизации при температуре нанесения на продолжении длительного времени, достаточного для проведения технологических операций по покрытию стеклом/нанесению стекла. Плотность стекла 3,8 г/см³, коэффициент термического расширения α=46⋅10^-6 1/К (при 20°C). Показатель преломления стекла составляет 2,32-2,38, что позволяет использовать его для изучения дефектов высокопреломляющих кристаллов иммерсионным методом.

Для пропускания стекла в видимом диапазоне электромагнитного излучения в систему As-S-I-Sb был введен бром, как компонент, смещающий край поглощения в коротковолновую область, концентрации компонентов выбирались в соответствии с желаемыми техническими характеристиками стекла для его использования в качестве оптического клея и иммерсионного препарата для диагностики дефектов высокопреломляющих кристаллов.

Увеличение содержания сурьмы до 4 мол. % приводит к повышению показателя преломления и смещению края фундаментального поглощения в видимую область спектра электромагнитного излучения. Дальнейшее увеличение содержания сурьмы приводит к потере составом стеклообразующей способности и его.

Введение мышьяка до 15 мол. % приводит к росту показателя преломления и температуры стеклования, увеличение содержания мышьяка свыше 15 мол. % нецелесообразно ввиду сильного превышения температуры стеклования (>100°C). Снижение мышьяка ниже 8 мол. % нецелесообразно в связи с сильным снижением показателя преломления и потерей составом устойчивости к кристаллизации.

Йод уменьшает температуру стеклования без потери стеклообразующей способности состава стекла. В таблице 1 на примере трех составов показано значительное влияние йода на температуру стеклования и, как следствие, на температуру. Введение йода до 25 мол. % значительно не снижает стеклообразующей способности состава.

Бром понижает температуру стеклования и смещает край фундаментального поглощения в видимую область спектра электромагнитного излучения. Составы с бромом обладают меньшей стеклообразующей способностью, однако при малых его количествах негативное влияние на стеклообразование не существенно. Из таблицы 2 видно, даже небольшие количества брома значительно смещают край поглощения в коротковолновую область.

Сера играет роль стеклообразующей матрицы.

Предлагаемое стекло обладает преимуществом перед аналогами, оно может быть использовано для склеивания деталей из материалов, работающих одновременно в видимой и инфракрасной области спектра, например: бромид калия (KBr), хлорид натрия (NaCl), фторид бария (BaF₂), фторид магния (MgF₂), фторид кальция (CaF₂), сапфир, кварцевое стекло, и изучении дефектов высокопреломляющих кристаллов иммерсионным методом.

Изобретение относится к легкоплавким высокопреломляющим халькогенидным стеклам. Халькогенидное стекло содержит мышьяк, сурьму, йод, серу, бром при следующем соотношении компонентов, мол %: мышьяк 8-15; сурьма 1-4; йод 3-25; бром 1-6; сера - остальное. Обеспечивается смещение коротковолнового края поглощения стекла в видимую область электромагнитного излучения и расширение диапазона пропускания стекла. 2 табл.

Халькогенидное стекло, содержащее мышьяк, сурьму, йод, серу, отличающееся тем, что дополнительно содержит бром, при следующем соотношении компонентов, мол %:

Мышьяк 8-15 Сурьма 1-4 Йод 3-25 Бром 1-6 Сера остальное