×
29.06.2019
219.017.9fe6

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОЧИСТЫХ ТЕЛЛУРИТНЫХ СТЕКОЛ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к волоконной оптике и к разработке способа получения высокочистых теллуритных стекол. Технический результат изобретения заключается в получении высокочистых теллуритных стекол и проведении процесса в условиях безопасной работы. Инициируют реакции окисления кислородом летучих соединений исходных компонентов в газовой фазе. В качестве исходных летучих соединений используют хлориды исходных компонентов. Реакцию окисления инициируют низкотемпературной плазмой. Окисление и осаждение продуктов реакции ведут внутри опорной трубы, нагретой до 200-500°С. Труба выполнена из силикатных или теллуритных стекол. Плавление осажденного продукта ведут внутри трубы. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Заявляемое изобретение относится к волоконной оптике и касается разработки способа получения высокочистых теллуритных стекол, которые могут быть использованы для изготовления волоконных и планарных световодов, применяемых в оптике и оптоэлектронных приборах для ближнего и среднего ИК-диапазона.

Традиционно объемные образцы теллуритных стекол получают методом плавления шихты в тигле и охлаждением стеклообразующего расплава.

Известны способы получения многокомпонентных теллуритных стекол из оксидов методом плавления шихты в тигле, выполненном из платины или золота (см., например, US 6266181, WO 2004028992). На основе этих стекол были получены оптические усилители и источники излучения. Сведений о наличии примесей в стеклах, описанных в упомянутых источниках, не приводится.

Известно, что оптические потери в световодах на основе теллуритных стекол к настоящему времени находятся на достаточно высоком уровне, например, для волоконных световодов на основе стекла системы TeO2-ZnO-Na2O-Bi2O3 оптические потери составляют 900 дБ/км на длине волны 1,35 мкм, значительно превышая теоретически рассчитанные (см. J.S.Wang, Е.М.Vogel, Е.Znitzer. Tellurite glass: a new candidate for fiber devises. // Optic materials. №3, august 1994, pp.187-203).

Одной из причин высоких оптических потерь в световодах может быть значительное содержание примесей в стекле. Примеси могут содержаться как в исходных компонентах, так и поступать из материала тигля при синтезе. Поэтому низкое содержание примесей в стеклах обеспечивается использованием высокочистых исходных компонентов и тиглей, наиболее инертных к синтезируемому стеклу. Применительно к теллуритным стеклам наиболее инертными являются тигли из золота или платины (см. Rindone G.E., Rhoads J.L. The Colors of Platinum, Palladium, and Rhodiumin Simple Glasses // J. Am. Ceram. Soc. - 1956. - Vol.39, №5. - P.173-180).

Содержание платины в стеклах системы TeO2-WO3 находится на уровне 10-3 мас.% (см. M.F.Churbanov, A.N.Moiseev, A.V.Chilyasov et al. Production of high-purity TeO2-ZnO and TeO2-WO3 glasses with the reduced content of OH-groups // J. of optoelectronics and advanced materials. Vol.9, №10, October 2007, p.3229-3234).

Известен способ получения теллуритных стекол из шихты, состоящей из оксидов теллура и цинка, полученных окислением смеси паров алкильных соединений теллура и цинка в пламени кислородно-водородной горелки, при этом упомянутые компоненты подают в зону реакции газом-носителем. Осаждение продуктов реакции ведут на боковую поверхность вращающейся цилиндрической оправки с последующим плавлением полученных осадков в платиновом тигле (см. Моисеев А.Н., Дорофеев В.В., Чилясов А.В., Кутьин A.M., Пименов В.Г., Плотниченко В.Г., Колташев В.В. Получение высокочистой шихты для варки стекол системы TeO2-ZnO. // Неорганические материалы - 2007. - т.43, №6. - с.762-768).

В известном способе состав осадка задан соотношением металлоорганических соединений в газовой фазе. Из паров диметилтеллура и диметилцинка в пламени горелки при температуре 1300-1500°С получены осадки системы TeO2-ZnO с содержанием ZnO 15-35 мол.%. В зависимости от условий осаждения получены как аморфные, так и кристаллические осадки с содержанием примесей металлов ниже пределов обнаружения прямого спектрального анализа (менее n×10-4-×10-5 мас.%). Плавлением осадков в платиновом тигле получены образцы высокочистого стекла состава (TeO2)1-x(ZnO)x(0,15≤x≤0,35). Сведений о содержании гидроксильных групп в упомянутом источнике не приводится. Способ обеспечивает получение смеси оксидов шихты с выходом до 70% по Те(СН3)2.

Известен способ получения теллуритных стекол из шихты, состоящей из оксидов теллура и цинка, полученных окислением смеси паров алкильных соединений теллура и цинка в пламени кислородно-водородной горелки, подаваемых в зону реакции газом-носителем. Осаждение продуктов реакции ведут на боковую поверхность вращающейся цилиндрической оправки с последующим плавлением полученных осадков в платиновом тигле (см. А.N.Moiseev, А.V.Chilyasov, V.V.Dorofeev, О.A.Vostrukhin, E.M.Dianov, В.G.Plotnichenko, V.V.Koltashev. Production of TeO2-ZnO glasses by chemical vapor deposition from organo-metallic compounds // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol.7, No.4, August 2005, p.1875-1879).

Как и в предыдущем источнике, состав осадка задан соотношением металлоорганических соединений в газовой фазе. Из паров диметилтеллура и диметилцинка в пламени горелки при температуре 1000-1400°С получены осадки системы TeO2-ZnO с содержанием ZnO 15-30 мол.% и суммарным содержанием примесей металлов не хуже 10-4 мас.%.

Содержание гидроксильных групп в полученных стеклах оценивают по коэффициенту поглощения ОН-групп в ИК-спектрах. При дополнительной многочасовой обработке в течение нескольких часов при температуре 300-600°С в атмосфере осушенного кислорода по данным ИК-спектроскопии коэффициент поглощения ОН-групп в максимуме полосы составляет 0,15-0,3 см-1.

Упомянутый способ выбран в качестве прототипа.

Алкильные соединения теллура и цинка являются, с одной стороны, достаточно дорогими соединениями, а с другой - неустойчивыми и взрывоопасными, требующими соблюдения строгих мер предосторожности при работе с ними. Осаждение шихты из паров алкильных соединений теллура и цинка в пламени кислородно-водородной горелки из-за взрывоопасности водорода также требует соблюдения строгих мер предосторожности в работе.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа получения высокочистых теллуритных стекол в виде тонких пленок и массивных образцов, направленного на удешевление и проведение процесса в условиях безопасной работы.

Эта задача решается за счет того, что в известном способе получения теллуритных стекол, включающем инициирование реакции окисления кислородом летучих соединений исходных компонентов в газовой фазе, подаваемых в зону реакции газом-носителем, и осаждением продуктов реакции на боковую поверхность стеклянной трубы с последующим плавлением осажденного продукта, согласно заявляемому изобретению, в качестве летучих соединений используют хлориды исходных компонентов, реакцию окисления инициируют низкотемпературной плазмой, процесс окисления ведут внутри опорной трубы, нагретой до 200-500°С, в предпочтительном варианте до 300-400°С, с осаждением продуктов реакции на ее внутреннюю поверхность и проплавлением полученного осадка внутри опорной трубы. В качестве опорной трубы используют трубы, выполненные из стекол, близких по термомеханическим стеклам к теллуритным стеклам. В предпочтительном варианте таковыми являются силикатные или теллуритные стекла.

Получены теллуритные стекла системы TeO2-WO3 с содержанием примесей ряда металлов ниже пределов обнаружения прямого спектрального анализа (менее n×10-4-×10-5 мас.%). Ниже приведена таблица содержания примесей металлов. Содержание примеси платины в стекле <1×10-4 мас.%).

Коэффициент поглощения ОН-групп по данным ИК-спектроскопии находится на уровне 0,60 см-1 без дополнительной выдержки при высокой температуре в атмосфере осушенного кислорода. Способ обеспечивает получение оксидов с выходом по хлориду теллура до 95%.

Стекла системы TeO2-WO3 для изменения оптических свойств, могут быть легированы третьим компонентом, например Bi2O3, или МоО3.

Новым в способе является то, что в качестве летучих соединений используют хлориды исходных компонентов, реакцию окисления инициируют низкотемпературной плазмой, процесс окисления ведут внутри стеклянной трубы, нагретой до 200-500°С с осаждением продуктов реакции на ее внутреннюю поверхность при 200-500°С. Температура, выбранная в интервале 200-500°С, была подобрана опытным путем и, как показали эксперименты, является необходимой с точки зрения возможного совместного осаждения продуктов реакции и получения однородных слоев TeO2-WO3 с содержанием WO3 во всей области стеклообразования для данной системы. При температуре ниже 200°С скорость осаждения продуктов реакции мала и исходные хлориды конденсируются в подводящих трубах и не поступают в зону реакции, а при температуре выше 500°С нарушается равномерность распределения макрокомпонентов по длине зоны осаждения. Это приводит к осаждению неоднородных слоев по соотношению макрокомпонентов, что ограничивает область использования полученных стекол, в частности для получения из них волоконных световодов. Предпочтительно осаждение вести в интервале температур 300-400°С, т.к. именно в этом интервале осажденные слои получают с максимально возможной однородностью по составу, что подтверждает КР-спектроскопия и рентгеноспектральный микроанализ.

Хлориды исходных компонентов дешевле алкильных соединений в 5-10 раз. Хлориды являются устойчивыми, невзрывоопасными соединениями. Отсутствие водорода в их составе обеспечивает получение стекол с коэффициентом поглощения ОН-групп в максимуме полосы на уровне 0,60 см-1 без дополнительной очистки в атмосфере осушенного кислорода. Инициирование реакции окисления низкотемпературной плазмой в условиях пониженного давления позволяет вести процесс получения шихты при более низкой в сравнении с прототипом температуре 200-500°С вместо 1000-1400°С. Высокий выход оксидов, до 95% по хлориду теллура, обеспечивает экономию исходных реагентов, что в целом повышает экономичность способа получения высокочистых теллуритных стекол. Набор хлоридов элементов с достаточно высокой летучестью шире, чем набор алкильных соединений. Поэтому заявляемый способ позволит получать большее число теллуритных стекол.

Все перечисленные признаки являются существенными, т.к. каждый необходим, а вместе они достаточны для решения поставленной задачи - разработка способа получения высокочистых теллуритных стекол в виде пленок и массивных образцов, направленного на удешевление и проведение процесса в условиях безопасной работы.

Пример 1. Осаждение смеси TeO2-WO3 проводят на внутренней поверхности опорной трубки из свинцово-силикатного стекла окислением паров TeCl4 и WCl6 кислородом в плазме емкостного разряда. Источником ВЧ поля служил генератор с рабочей частотой 13,56 МГц и мощностью 300 Вт. Давление внутри системы составляет 7,6 мм рт.ст. Опорную трубку помещают в термостат, позволяющий поддерживать необходимую температуру во время осаждения. Температура опорной трубки составляет 350°С. Температуру контролируют пирометром. Соотношение хлоридов задают температурами испарителей и потоками аргона через них. Исходные хлориды потоком аргона подают в опорную трубку, на входе в который они смешиваются с кислородом. Твердые продукты, образующиеся после прохождения парогазовой смеси через плазмоактивированную зону, осаждаются на внутренней поверхности опорной трубки. После осаждения трубку извлекают из термостата и помещают в печь для проплавления осажденных слоев. После проплавления слоев получены стекла системы (TeO2)0.75(WO3)0.25 с коэффициентом поглощения гидроксильных групп в максимуме полосы на уровне 0,60 см-1. Содержание примесей в осажденных слоях, определенное методами прямого спектрального анализа и спектрального анализа с химическим обогащением пробы, представлено в таблице (см. ниже). Для определения макросостава осажденных слоев трубку извлекают из термостата, разделяют на несколько частей и анализируют методом рентгеноспектрального микроанализа. И в случае получения требуемого состава эксперимент повторяют для получения стекла заданного состава.

Пример 2. Условия опыта как в примере 1, только ведут осаждение смеси TeO2-WO3-Bi2O3 на внутренней поверхности опорной трубки из теллуритного стекла окислением паров TeCl4, WCl6 и BiCl3. Температура опорной трубы составляет 250°С. После проплавления слоев получены стекла системы TeO2-WO3-Bi2O3 с содержанием Bi2O3 до 10 мол.%.

Пример 3. Условия опыта как в примере 1, только ведут осаждение смеси TeO2-WO3-МоО3 на внутренней поверхности опорной трубки из теллуритного стекла окислением паров TeCl4, WCl6 и MoCl5. Температура опорной трубы составляет 450°С. После проплавления слоев получены стекла системы TeO2-WO3-MoO3 с содержанием МоО3 до 10 мол.%.

Таблица содержания примесей металлов в полученных стеклах
Примесь TeCl4 WCl6 Стекло TeO2-WO3
Si <1×10-4 1×10-3 1×10-3
Cu ≤8×10-6 1×10-5 ≤1×10-5
Ti <6×10-4 <6×10-4 <6×10-4
Al 2×10-4 2×10-4 <8×10-5
Mn ≤2×10-5 <2×10-5 <2×10-5
Cr <1×10-4 <1×10-4 <1×10-4
Pb <1×10-4 <1×10-4 8×10-5
Ni <3×10-4 2×10-3 <3×10-4
Sn <2×10-4 <2×10-4 <2×10-4
Fe 2×10-4 1×10-3 1×10-4
Mg ≤1×10-4 ≤1×10-4 ≤1×10-4
V <5×10-4 <5×10-4 <5×10-4
Sb <1×10-3 <1×10-3 <1×10-3
Mo ≤7×10-4 <7×10-4 ≤2×10-3
Ag <3×10-6 <5×10-6 <3×10-5
Bi <5×10-5 <5×10-5 ≤7×10-5
Co <5×10-4 <5×10-4 <5×10-4
Na <1×10-3 2×10-2 <1×10-3
Pt <1×10-4 <2×10-4 <1×10-4

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-5 of 5 items.
10.06.2013
№216.012.480e

Способ получения особо чистых теллуритно-молибдатных стекол

Изобретение относится к волоконной оптике и касается разработки способа получения особо чистых теллуритно-молибдатных стекол для изготовления волоконных световодов и планарных оптических волноводов, применяемых в оптике и оптоэлектронных приборах ближнего и среднего ИК-диапазона. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484026
Дата охранного документа: 10.06.2013
25.08.2017
№217.015.c4be

Способ получения особо чистых стекол системы германий - сера - йод

Изобретение относится к особо чистым стеклам для инфракрасной оптики. Технический результат – снижение содержания оптически активных примесей. Германий, серу, йод загружают в реактор, плавят и подвергают закалке стеклообразующий расплав. В качестве источника йода используют йодид...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618257
Дата охранного документа: 03.05.2017
29.06.2019
№219.017.9f27

Способ получения халькогенидных стекол системы as-s с низким содержанием кислорода

Изобретение относится к волоконной оптике и касается разработки способа получения халькогенидных стекол системы As-S с низким содержанием примеси кислорода в виде гидроксильных групп, молекулярной воды, диоксида углерода и может быть использовано для получения волоконных световодов, применяемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002419589
Дата охранного документа: 27.05.2011
29.06.2019
№219.017.9ff6

Особо чистый сульфидно-мышьяковый материал для синтеза высокопрозрачных халькогенидных стекол и способ его получения

Заявляемое изобретение относится к области оптического материаловедения и касается разработки особо чистого сульфидно-мышьякового материала, исходного для синтеза халькогенидных стекол системы As-S с высокой прозрачностью в среднем ИК-диапазоне. Сульфидно-мышьяковый материал содержит компоненты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002450983
Дата охранного документа: 20.05.2012
29.06.2019
№219.017.a02f

Двойной тигель и способ изготовления волоконных световодов из стекол, склонных к кристаллизации и содержащих макрокомпонент с повышенной летучестью

Изобретение относится к волоконной оптике и касается разработки устройства двойного тигля и способа вытяжки световодов с его использованием из стекол, склонных к кристаллизации и содержащих макрокомпонент с повышенной летучестью, каковыми являются халькогенидные стекла и стекла на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002401815
Дата охранного документа: 20.10.2010
Showing 1-10 of 35 items.
27.02.2013
№216.012.2a8b

Способ получения высокочистого безводного ацетата цинка

Изобретение относится к технологии получения солей карбоновых кислот, в частности уксусной, и касается разработки способа получения высокочистого безводного ацетата цинка. Высокочистый ацетат цинка получают взаимодействием цинксодержащего соединения с уксусной кислотой, где в качестве...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476418
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.06.2013
№216.012.480e

Способ получения особо чистых теллуритно-молибдатных стекол

Изобретение относится к волоконной оптике и касается разработки способа получения особо чистых теллуритно-молибдатных стекол для изготовления волоконных световодов и планарных оптических волноводов, применяемых в оптике и оптоэлектронных приборах ближнего и среднего ИК-диапазона. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484026
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.06.2013
№216.012.4cb6

Композиционный оптический материал и способ его получения

Изобретение относится к оптико-механической промышленности, в частности к оптическим материалам, применяемым в устройствах и приборах инфракрасной техники, и может быть использовано для изготовления защитных входных люков (окон), обеспечивающих надежное функционирование приборов. Композиционный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485220
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4da0

Распределенная волоконно-оптическая система регистрации виброакустических сигналов

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для регистрации вибраций, шумов и акустических сигналов. Система регистрации содержит волоконно-оптическую измерительную линию на одномодовом оптическом волокне с установленным френелевским или фарадеевским отражателем с одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485454
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.08.2013
№216.012.5e38

Многосердцевинный волоконный световод (варианты)

Изобретение относится к области оптической связи. Предусмотрен многосердцевинный волоконный световод, содержащий по меньшей мере две световедущие сердцевины, барьерную область, внутренние отражающие оболочки и внешнее защитное покрытие. Сердцевины выполнены из легированного кварцевого стекла с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489741
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.651e

Волоконно-оптический термометр

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491523
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.02.2014
№216.012.9f9c

Устройство измерения показателя преломления

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению, а именно к рефрактометрическим средствам измерения показателя преломления жидких и пастообразных веществ, порошков и т.п. веществ. Устройство измерения показателя преломления содержит по меньшей мере один щуп-зонд, соединенный с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506568
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.04.2014
№216.012.bc4a

Способ получения особо чистых сульфидов p-элементов iii группы периодической системы

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению сульфидов р-элементов III группы Периодической системы, являющихся перспективными материалами для полупроводниковой оптоэлектронной техники и инфракрасной оптики. Сульфиды р-элементов III группы Периодической системы получают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513930
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.10.2014
№216.012.fc77

Способ изготовления микроструктурированных волоконных световодов

Изобретение относится к оптоволоконной технике и может быть использовано в производстве микроструктурированных волоконных световодов, используемых в оптических усилителях, лазерах, спектральных фильтрах и телекоммуникационных сетях. Способ изготовления микроструктурированных волоконных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530477
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.01.2015
№216.013.17cf

Радиационно-стойкий волоконный световод, способ его изготовления и способ повышения радиационной стойкости волоконного световода (варианты)

Группа изобретений относится к области волоконных световодов, стойких к воздействию ядерного и/или ионизирующего излучения. Волоконный световод получают методом химического осаждения кварцевого стекла из смеси исходных газообразных реагентов. Световод имеет сердцевину из нелегированного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537523
Дата охранного документа: 10.01.2015
+ добавить свой РИД