СТЕКЛО, ПРОЗРАЧНОЕ В ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА

СТЕКЛО, ПРОЗРАЧНОЕ В ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА


RU (11) 2250880 (13) C1

(51) 7 C03C3/32 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003131128/03 
(22) Дата подачи заявки: 2003.10.22 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.10.22 
(45) Опубликовано: 2005.04.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: G. Fonteneau, A. Bouaggad, & J. Lucas – A new family of indium based fluoride glasses with broad transmission range and good stability. Materials Science Forum. V. 19-20, 1987, P. 41-46. SU 1705247 A1, 15.01.1992. EP 0787694 B1, 06.08.1997. US 5480845 A, 02.01.1996. US 5081076 A, 14.01.1992. WO 94/19291 A, 01.09.1994. 
(72) Автор(ы): Меркулов Е.Б. (RU); Гончарук В.К. (RU); Котенков Ю.А. (RU); Логовеев Н.А. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (Институт химии ДВО РАН) (RU) 
Адрес для переписки: 690022, г.Владивосток, пр-кт 100-летия Владивостока, 159, Институт химии ДВО РАН, Отдел интеллектуальной собственности, Н.С. Василюк 

(54) СТЕКЛО, ПРОЗРАЧНОЕ В ИК-ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Изобретение относится к оптическим фторидным стеклам, прозрачным в ИК-области спектра, используемым в качестве перспективных материалов для ИК-оптики: ИК-пропускающие сердцевины оптических волокон, элементы оптических устройств, рабочих тел лазеров в различных оптических усилителях, планарных волноводах и в светотрансформирующих устройствах. Стекло содержит, мол.%: InF3 25 до 60, BaF2 10 до 40, ZnF2 5 до 40, BiF3 2,5 до 40. Для варьирования физико-химических показателей получаемого стекла оно может дополнительно содержать до 20 мол.% соединений, выбранных из группы LiF, NaF, KF, TlF, и/или до 35 мол.% соединений, выбранных из группы CdF2, SrF2, PbF 2, EuF2, и/или до 15 мол.% соединений, выбранных из группы LaF3, PrF3, NdF3, SmF3, EuF3, GdF3, TbF3 , DyF3, HoF3, ErF3, TmF 3, YbF3, LuF3, AlF3, ScF 3, GaF3, YF3, UF4 . Техническим результатом изобретения является расширение ассортимента фторидных стекол, имеющих расширенную область пропускания света, широкий диапазон показателя преломления и одновременно обладающих высокой термической устойчивостью. 2 з. п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. 






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области неорганических материалов, конкретно к оптическим фторидным стеклам, прозрачным в ИК-области спектра, используемым в качестве оптических волокон, элементов оптических устройств, планарных волноводов.

Фторидные стекла вызывают постоянно возрастающий практический интерес, являясь наиболее перспективным материалом для волоконных световодов со сверхнизкими оптическими потерями. В силу своих уникальных оптических и физико-химических характеристик: широкий диапазон спектральной прозрачности в удобном ИК-интервале, величины показателя преломления и дисперсии, чрезвычайная чувствительность оптических параметров к механическим воздействиям, высокая ионная проводимость и другие, фторидные стекла являются перспективными сверхпрозрачными материалами для волоконной оптики, перспективными сенсорными материалами и перспективными анионными твердыми электролитами. На сегодня получение устойчивых к кристаллизации фторидных стекол, расширение диапазона их пропускания, повышение коэффициентов преломления стекол является одной из актуальных задач технологии стекла.

Известно стекло на основе ZrF4(HfF4)-BaF 2, содержащее ВiF3, интервал изменения концентраций в котором составляет, (мол.%): ZrF4 45-58, BaF2 14-28, ВiF3 18-39 и HfF4 42-57, BaF2 13-28, ВiF3 19-40. Стекло имеет достаточно широкий интервал показателя преломления n D, равный 1,52-1,62, но область пропускания только до 6 мкм (патент DD №248111, опубл. 29.07.87).

Наиболее близким к заявляемому является фторидное стекло на основе системы InF 3-BaF2-ZnF2 с интервалом изменения концентраций (мол.%): InF3 15-60, BaF2 30-50, ZnF2 0-40, имеющее незначительный интервал показателей преломления nD 1,5-1,52, недостаточно высокую устойчивость к кристаллизации и диапазон пропускания до 7,5-8 мкм (G.Fonteneau, A.Bouaggad, & J.Lucas - A new familiy of indium based fluoride glasses with broad transmission range and good stability. Materials Science Forum. V.19-20. (1987) P.41-46).

Задача изобретения состоит в расширении ассортимента оптических фторидных стекол, имеющих расширенную область пропускания света, широкий диапазон показателя преломления и одновременно обладающих высокой термической устойчивостью к кристаллизации. 

Поставленная задача достигается стеклом на основе фторидов индия, бария, цинка и дополнительно содержащим трифторид висмута при следующих соотношениях компонентов, (мол.%): InF3 25-60, BaF2 10-40, ZnF2 5-40, BiF 3 2,5-40.

Впервые экспериментальным путем обнаружена область стеклования системы BiF3- InF3- BaF2- ZnF2 и определены ее концентрационные пределы, выход за которые приводит к образованию кристаллических или смеси кристаллических и стекольных фаз.

Стекло, полученное в пределах заявляемых концентраций, имеет область пропускания света до 9 мкм, широкий интервал изменения показателя преломления по от 1,52 до 1,62 и обладает повышенной термической устойчивостью к кристаллизации.

На чертеже представлены ИК-спектры наиболее часто применяемых на практике составов стекол (пластинки толщиной 1,2 мм): 1 - фторцирконатное (ZBLAN): 53ZrF4-20BaF 2-20NaF-4LaF3-3AlF3; 2 - фториндатное (IBZT): 30InF3-30BaF2- 30ZnF2 - 10ThF4 и 3 - заявляемое фториндийвисмутатное: 25ВiF 3-30InF3-30ВаF2-15ZnF2 . Представленные спектры записаны на спектрометре "Specord" M-80. Видно, что область пропускания заявляемого стекла сдвинута в длинноволновую часть спектра до 9 мкм.

Термограммы стекол заявляемого интервала составов, полученные на дериватографе Q-1500, показывают, что интервал T=Т крист-Тразм. (Ткрист - температура кристаллизации, Тразм - температура размягчения) для заявляемых составов стекол составляет 70-100°С, что позволяет говорить о высокой термической устойчивости к кристаллизации. 

Синтез стекла осуществляют стандартным методом плавления шихты, приготовленной из соответствующих количеств фторидов. Плавление, как правило, проводят в электрической печи сопротивления при температуре 700-900°С в закрытом тигле. Затем расплав закаливают между двумя металлическими пластинами или выливают в форму с последующим отжигом в течение нескольких часов при температуре на 20-30 градусов ниже температуры размягчения стекла. Для уменьшения содержания кислородсодержащих примесей в стекле процесс плавления шихты может проводиться в атмосфере инертных и/или фторирующих газов, таких как SF6, NF3 , продукты пиролиза фторопласта-4 и т.п.

В частных случаях осуществления изобретения стекло может содержать дополнительно фториды редкоземельных элементов в количестве до 15 мол.%, выбранных из группы LaF3, РrF3, NdF3, SmF3, ЕuF3, GdF3, ТbF3 , DyF3, НоF3, ЕrF3, ТmF 3, YbF3, LuF3, АlF3, ScF 3, YF3, GаF3, UF4 . Их введение приводит к возникновению как обычной, так и антистоксовой люминесценции, что позволяет использовать такие стекла в качестве рабочих тел лазеров, в оптических усилителях и в светотрансформирующих устройствах.

Для варьирования химико-физических показателей стекла, получения стекла с необходимыми значениями показателя преломления и температуры размягчения, что необходимо, например, при производстве оптического волокна, для которого требуется, чтобы сердцевина и оболочка имели одинаковые температуры размягчения и коэффициенты термического расширения, но разные показатели преломления, стекло может содержать дополнительно до 20 мол.% соединений, выбранных из группы LiF, NaF, KF, T1F, и/или до 35 мол.% соединений, выбранных из группы CdF2, SrF 2, EuF2, РbF2 (Goldstein, N.P., Sun, K.H. "Calculation of refractive-index of a fluoride glass from its composition"// American Ceramic Society Bulletin 1979., V.58., N 12., PP.1182-1184; Macfarlane, D.R.; Newman, P.J.; Zhou, Z.P.; Javorniczky, J. "Systematic Study Of Refractive-Index Variations With Composition In Heavy-Metal Fluoride Glasses" // Journal Of Non-Crystalline Solids., 1993., V.161., PP.182-187); Poulain, M. "Overview Of Crystallization In Fluoride Glasses"// Journal Of Non-Crystalline Solids 1992., V140., N 1-3., PP.1-9). 

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

Навеску 10 г, содержащую 3,57 г (25 мол.%) ВiF 3, 2,78 г (30 мол.%) InF3, 2,82 г (30 мол.%) BaF2 и 0,83 г (15 мол.% ZnF2) тщательно перемешивают и загружают в герметически закрывающийся стеклоуглеродный тигель, после чего нагревают в электрической печи сопротивления до температуры 800°С и выдерживают расплав при этой температуре в течение 10 мин до полного растворения компонентов. Затем расплав охлаждают до 600°С и закаливают между двумя металлическими пластинами. Полученный образец не содержит видимых кристаллических включений, рентгеноаморфен и на термограмме обнаруживает плечо, соответствующее температуре размягчения (250°С) и экзоэффект кристаллизации (350°С). Показатель преломления стекла (n D), измеренный иммерсионным методом (В.Б.Татарский. Кристаллооптика и иммерсионный метод определения вещества. Изд-во Ленинградского госуниверситета им. А.А.Жданова. Ленинград. 1949), при точности измерения метода 0,003 равен 1,579. Область пропускания стекла до 9 мкм, спектр представлен на чертеже.

Примеры 2-5 осуществляют так же, как пример 1. Конкретные составы шихты и некоторые характеристики получаемых стекол: температуры размягчения (Тразм.), кристаллизации (Ткрист.) и показатель преломления nD приведены в таблице.

Таблица 
№ Состав стекла, мол. % T разм Tкрист Т=Т крист-Тразм nD 
InF 3 BiF3 BaF2 ZnF 2 MeFn 
1 30 25 30 15 250 350 100 1,579 
2 35 20 30 15 240 320 80 1,568 
3 25 25 25 15 NaF

10 239 301 72 1,573 
4 25 25 25 15 GаF 3

5 271 356 73 1,567 
5 30 30 30 5 PbF2

5 256 340 84 1,603 


Таким образом, заявляемые стекла имеют расширенную область пропускания (до 8,5-9 мкм), широкий диапазон изменения коэффициента преломления nD, равный 1,52-1,62, и одновременно обладают высокой термической устойчивостью к кристаллизации, что позволяет расширить диапазон применения фторидных стекол, использовать их в качестве материалов для ИК-пропускающих оптических волокон с высокой апертурой, планарных волноводах, рабочих тел лазеров, в оптических усилителях и в светотрансформирующих устройствах. 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Стекло, прозрачное в ИК-области спектра, включающее InF 3 и BaF2 и ZnF2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит BiF3 при следующем соотношении компонентов, мол.%:

InF3 25-60

BaF2 10-40

ZnF2 5-40

BiF 3 2,5-40

2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит до 20 мол.% соединений, выбранных из группы LiF, NaF, KF, T1F и/или до 35 мол.% соединений, выбранных из группы CdF2, SrF2, РbF2, EuF2.

3. Стекло по любому из пп.1-2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит до 15 мол.% соединений, выбранных из группы LаF3, РrF3, NdF3, SmF3, ЕuF3, GdF3, ТbF3 , DуF3, НоF3, ЕrF3, ТmF 3, YbF3, LuF3, АlF3, ScF 3, GаF3, YF3, UF4 .






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru