Стекло Советский патент 1980 года по МПК C03C3/12 

Изобретение относится к составам стекла и может найти применение для получения крупных , высококачёствённьгк стекол, прозрачных в ИК диапазоне. Известно стекло, включающее, мол,%: As 40-60, Ре 15-55, 3 40-60Щ Такое стекло не обеспечивает получения высококачественных крупногабаритных изделий. Наиболее близким к изобретению по составу является стекло, содержащее као мий и мышьяк в соотношении 1:2, сооггветствуюшем стехиометрическому составу C6|As,2 . Отекло прозрачно в ИК диапазоне, од нако стеклообразующие свойства невысоки, и образцы стекла диаметром 3 мм содержат значительное коли чествокристаллической фазы, которая ухудшает оптические свойства (уменьшается коэффициент пропускания), прочностные характеристики из-за наличия границ раздела фаз и не позволяет осущест влять механическую обработку стекла (резка, шлифовка, полировка). Цель изобретения - улучшение оптических и повьпление прочностных характеристик стекла. Эта цель достигается тем, что предлагаемое, стекло, включающее С61 и Аз дополнительно содержит ;3 при следующем соотношении ингредиентов, мол.%: Со( 29-32,5 3,5-12,5 Остальное, Отекло получают сплавлением кадмия, мышьяка и иода в два этапа. Сначала при 25О С с вьщерживанием при этой температуре не менее шести часов с последующим нагреванием до 750 С и гомогенизацией образовавшегося расплава. Способность к стеклообразованию у CcfilAS/j обусловлена взаимодействием между собой атомов А S, В структуре кристаллического С61 Аь каждый атом As образует связи Ла-AS с двумя ближайшими соседялвг в спиральной цепи с винтовой осью, параллельной тетраэдрической оси. Аналогичные цепи с неупорядоченным рас положением в пространство сахраняются в стеклообразном С(Я Аа. Для увеличения стеклообразующих свойств необходимо разрыхление попи мерного каркаса с частичным обрывом -связей Col-As , Это достигается введением дополнительного элемента, способного образовьшать преимущественно . связи с атомами кадмия. Таким элементом может быть 3/i « У которого энергия связи Odl-3 значительно выше, чем As-0 При этом решающим фактором является количество вводимого 32 При малых концентрациях ра рыхления полимерного каркаса незначительна. Наоборот, введение больших количеств Эг,, (12,5%) .приводит к полной деполимеризации стеклообразного каркйса а также к взрыву ампул высоки-х даВлений tf-j при синтезе. Методами дифференциально-термического, рентгенофазового и микроструктурного анализов был установлен оптимальный интервал концентраций вводимого 3„ При добавлении О,, в количествах 3,512,5 мол.% к кадмию и мышьяку удаетс получать крупные и однородные стекла. Пример. Навеску Со 14,780 г марки КД-00 с общим содержанием примесей 5 Ю вес.%, предварительно прот равленного в 50%-ной HNO марки ч.д.й (для снятия окисной пленки с поверхности), и навеску s 19,668 г марки о.с.ч. 21-5 с общим содержанием примесей 1 Ю вес.%, а также навеску 5,552 г марки о.с.ч.трахкратно пересублимированного (с целью очистки от труднолетучах примесей), помещают в тонкостенную кварцевую ампулу диаметром 40 мм и длиной 120 мм, пред3-.4 варительно покрытую пленкой углерода . Ампулу вакуумируют при температуре жидкого азота до 1- Ю торр и отпаивают. Сплавление компонентов проводят в вертикальной печи сопротивления типа СУОЛ. Для создания безградиентного температурного поля по длине ампулы в печь помещают массивный металлический блок. Сплавление проводят этапа. Первоначально нагревают ампулу до 250 С и вьщерживают при этой температуре шесть часов, на втором этапе температуру повьщ1ают до 750 С и образовавшийся рАсплав гомогенизируют в течение суток. При быстром охлаждении (закалка со скоростью 2 град/с и выше) до комнатной температуры получают однородное стекло в виде темно-серебристого, сли-рка весом 4О г следующего состава, мол.%: кадмий 32,42; иод -3,52j мьЕиьяк 64,06. Полученное стекло не содержит включений кристаллической фазы, обладает высокой степенью оптической однородности, коэффициент пропускания 80%, прочность 270 кг/мм. При нагревании наблк даются следующие тепловые эффектьи- Первый эндотермический соответствует размягчению стекла tg- 278 С, второй соответствует температуре перехода стеклообразного вещества в кристаллическое г 370°С, третий i 630°С - температуре плавления. Термические напряжения, приводящие к растрескиванию стекла, снимают отжигом в течение ЗО-4О ч при 200-25О°С. Аналогично были получены стекла других составов. Методами дифференциальнотермического, рентгенофазного к микрюструктурного анализов, измерением микротвердости исследован их фазовый состав, а также изучены спектральные характеристики (табл. .и чертеж).

1.33,33366,667 2.33,3265,281,43.33,0264,872,11 4.32,4264,О63,52270 323 На чертеже представлены спектры про пускания образцов стекол. Коэффициент пропускания образцов без включения крнс таллической фазы составляет 80% в икггервале длин волн 5-20 мкм (образцы 4,5,6,7)I а образцы,содержащие кристаллическую фазу, имеют коэффициент пропускания ниже 20% в том же интервале длин волн (образцы 1,2,3), Результаты испытания показали, что образцы стекла диаметром до 40 мм не содержат включений кристаллической фазы по сравнению со стеклом состава ColAS, обладают высокой степенью оптической однородности и коэффициентом пропускания выше 80% в интервале длин волн 5-2О мкм при толщине 2 мм, что в 4 раза больше, чем в составе, описанном в протсугипе. Механические свойства попученнык образцов достаточно вы соки, что позволяет осуществлять механическую обработку (резка, шлифовка, попировк необходимую для приготовления оптических изделий. Полученные образцы стекла могут быть испопЕзЗованы

Продолжение таблицы В качестве материала для изгсхтовления оптических фильтров ИК диапазона волн (И элементов волоконной оптики. Формула изобретения Стекло,включающее С61 и Лз , о т ли.чающееся тем, что, с целью улучшения оптических и повышения прочностных характеристик, оно дополнительно содержит 3 при следующем соотношении ингредиентов, мол,%: Са 29-32,5 3,5-12,5 Аа Остальное, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент США № 3117О13, кл, 106-47, опублик, 1965, 2.Угай Я, А.3юбина Т, А. и АлейнИг ков К, Б, Получение и электрические свойства стеклообразного СИ As.Неорганические материалы, 1968, т, 1У, I 1, с, 17-21 (протагип).

90

I