Способ изготовления дисперсионных фильтров Советский патент 1983 года по МПК C03C12/00 G02B5/20 

(5) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННЫХ ФИЛЬТРОВ

Изобретение относится к области инфракрасной техники и может быть использовано для получения дисперсионных фильтров, предназначенных для монохроматизации излучения в диапазоне длин волн 1, мкм. Известен способ изготовленйя филь ров типа кристаллжидкость, состоящий в том.что тонкую прозрачную кювету, на основание которой осажден диспергирующий слой, заполняют жидкостью, откачивают воздух, освобождая от воздушных пузырьков, и затем гермети зируют l. Основными недостатками этого способа, помимо трудностей изготовления, является то, что для интервала длин волн 1,,6 мкм изготовить фильтры кристалл-жидкость невозможно; изготовленные таким способом фильтры обладают малой механической прочностью и нестабияьностьй 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 указанного способа заключаются в том, что он не обеспечивает монохроматизации излучения в диапазоне длин волн 1, мкм; для получения набора фильтров в-диапазоне мкм необходимо исполь-. зовать более 10 различных-веществ, причем некоторые из них являются дефицитными или дорогостоящими, что создает трудности при серийном выпуске фильтров; известные вещества не обеспечивают возможности изготовления фильтров с плавно изменяющимся положением максимума полосы про- пускания, а лишь позволяют получить фильтры для дискретного набора длин 38 волн. Использование в качестве компонент фильтра смешанных кристаллов не устраняет указанных недостатков, так как возможности получения смеша ных кристаллов существенно ограничи ваются правилом Гольдшмидта. Целью изобретения является обеспечение возможности и монохроматиза ции длины волны в интервале 1, мкм. Поставленная цель достигается тем что в известном способе изготовления дисперсионных фильтров, включающем получение наполнителя, смешивание ег с основой и прессование в вакууме, 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 мин, охлаждения расплава с последующим измельчением и выделением фракции с размерами частиц . мкм, после чего осуществляют сМешивание с основой из хлористого калия и размером частиц не более 5 мкм. Частицы - агломераты, приготовленные путем спекания двух порошкообразных веществ окиси магния и кварца, представляют собой квазиоднородные частицы, оптические свойства которых можно описы;вать эффективным показателем преломления, усредненным по объему частицыР 1Ра- 1(Л.):РгР1У1а(А-) где Р (г) и ) - веса порошков окиси магния и кварца, используемых для приготовления частиц - агломе;ратов, р и р (г/см) - удельные плот ности окиси магния и плавленного кварца, пДЛ) и соответствен но показатели преломления этих веществ, XMKM) - длина волны излучения. Как видно из формулы (1), эффективный показатель преломления частиц - агломератов зависит от весового содержания каждого из спекаемых порошков и в принципе может быть изменен для любой из длин волн в пределах от значения показателя прелом ления окиси магния п.(Д.) (при ) до значения показателя преломления кварца п(Л) (при Рд 0) . Максимум ПОЛОСЫ пропускания фильтра, изготовленного путем прессования смеси частиц агломератов и порошка хлористого калия имеет место при длине волны, для которой эффективный показатель преломления П- (1) равен показателю прелом/1ения хлористого калия; п(А,) Пз (X) (2) При условии (2) из (1) получем, что весовое содержание порошка окиси магния (по отношению к весу смеси) , необходимого для приготовления частиц - агломератов для монохроматизации излучения с длиной волныЛо определяется выражением ,...Лр-)МА.о)-Иг(Ло) (5 J - P- n aoVHiiXo) Используя спектральные зависимости показателей преломления окиси магния, кварца и хлористого калия зна-, чения р 3,58 г/см и 2,2 г/см , можно показагь, что для приготовления одной из компонент фильтра частиц - агломератов, необходимо смешивать и спекать порошки окиси магния и кварца в следующем весовом соотношении Р :Р2, где Р 0,, 155; Ра ЬР, (i) 0 Q- длина волны, при которой обес- , печивается максимум пропускания. Сущность изобретения поясняется конкретным примером изготовления фильтров с полосами пропускания ,75 мкм и/Ljj 6,2 мкм ,2 мкм. Плавленный кьарц 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 О,5 мкм. По формуле ()определяем весовое соотношение каждой из компонент, смеси окиси магния + кварц для приготовления частиц - агломератов: для фильтра ,75 мкм - 0,68:0,32, для ,,20 мкм- 0,77:0,23. Полученную смесь частиц тщательно перемешали, засыпали в молибденовые тигли и поместили в вакуумную печь, обеспечив давление в печи 1(Г рт. ст. Нагрели

образцы до 180СРС 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 О мкм. Из частиц аголомератов и порошка хлористого калия с размером частиц 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 агломератах Ц ,77:0,23 находится вблизи ,29 мкм, второго Сфиг. 2) при Р ,68:0,32 вблизи ,8 мкм. Полуширина полос пропускания (расстояние между ветвями кривых на уровне 0,5 максимального пропускания) равна 1,й мкм и 1,2 мкм соответственно.

Из сопоставления характеристик полученных фильтров (фиг. 1,2) с характеристиками фильтров кристалл-кристалл на основе и КВг (,31 мкм), а также на основе ВаЗОд и NaCl (,85 мкм) (2) следует, что фильтры, изготовленные предложенным способом, имеют достаточно хорошие фильтрующие свойства.

Важными преимуществами способа являются возможность монохроматизации излучения в диапазоне длин волн

1,,9 мкм, для которого до сих пор изготовить фильтры было невозможно; возможность плавного изменения положения максимума полосы пропускания в диапазоне длин волн 1, мк путём изменения весового соотношение) компонент, образующих частицы - агломераты; значительное уменьшение количества импульзуемых веществ для изготЬвления фильтров на диапазон длин волн мкм до трех вместо двенадцати; снижение стоимости набора фильтров на 15-20 за счет исключения 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, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности монохрбматизации длины волны в интервале 1,.б 7 мкм, 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 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 с размером частиц не более 5 мкм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

t« Борисевич Н.А. и др. Инфракрасные фильтры, Минск, Наука и техника, 1971, с. .

0.2

9«Va/

Л,мкп

&