Спосіб визначення масової частки магнію оксиду у плівкоутворюючому матеріалі – магнію фториді

Спосіб визначення масової частки магнію оксиду у плівкоутворюючому матеріалі - магнію фториді, який характеризується тим, що наважки проби магнію фториду і реакційної суміші кремнію та європію фториду змішують, після чого утворену таким чином загальну суміш піддають термічній обробці при 780-820 °С в середовищі гелію до повного припинення виділення газоподібних речовин і визначають величину зменшення маси загальної суміші, а масову частку оксиду (WMgO) визначають за формулою: 0,1204m 0 m WMgO , 0,0129m ПУМ Корисна модель стосується контролю матеріалу для інтерференційних покриттів різного функціонального призначення для застосування у оптичному приладобудуванні. Відомий плівкоутворюючий матеріал (ПУМ) магнію фторид, який використовують для одержання шарів з низьким показником заломлення в багатошарових покриттях [див. Кузнецов С.М. и др. Справочник технолога-оптика. - Л-д, Машиностроение, 1983. - С.311-312]. Його одержують з оксиду або, частіше, карбонату магнію фторуванням гідрофторидом амонію, тобто за методом твердофазного синтезу. Схему процесу можна описати рівнянням: U (13) 18918 (11) UA gCO3 NH 4HF2 MgF2 NH3 H2 O CO2 . Одержаний продукт перетоплюють у графітоНаведене підтверджує необхідність визначенвих тиглях. При цьому залишки магнію карбонату, ня магнію оксиду у плівкоутворюючому матеріалі що не прореагували, розкладаються за рівнянням: магнію фториду. Загальновідомим є спосіб виявлення сторонніх t gCO3 MgO CO2 , фаз (у даному випадку - магнію оксиду) методом а магнію оксид, що утворюється при цьому, РФА [див. Klug Н.Р., Alexander L.E. X-ray diffraction розчиняється у розтопленому MgF2. При кристаліprocedures. N.Y: Wiley, 1954. P. 930.]. зації MgO виділяється переважно у вигляді окреПроте, цей метод є не надто чутливим і домої фази, що встановлено методом рентгенівськозволяє виявляти сторонню фазу при її вмістові у го фазового аналізу (РФА). Наявність домішки декілька масових відсотків (особливо, для сполук магнію оксиду погіршує властивості ПУМ магнію легких елементів, зокрема, MgO, атоми яких мафториду через можливість взаємодії (при високій ють низьку розсіювальну здатність відносно ренттемпературі) MgO з матеріалом випарника (молібгенівських променів). Крім того, цей метод не доден, тантал) з наступним вивільненням металевозволяє встановити кількісний вміст фази з го магнію: достатньою точністю. До того ж, якщо домішка до t ПУМ не утворює окремої фази (є складовою тверxMgO Ta xMg TaO x . дого розчину на основі ПУМ) або є рентгенМеталевий магній утворює дефекти структури аморфною, метод РФА стає неспроможним для її у покритті з магнію фториду і погіршує його оптичні виявлення. та експлуатаційні властивості. Відомий також спосіб, наведений в ТУ ВЗ-619 (19) t де m0 - маса реакційної суміші, m - величина зменшення маси загальної суміші, mПУМ - маса проби магнію фториду. 3 18918 4 84, який дозволяє оцінити вміст MgO у MgF2 за реакційної суміші у цьому випадку могла б становмістом магнію у матеріалі, якщо вміст інших довити половину від розрахованої, тобто 6,02 мас.% мішок є незначним. Він базується на тому, що від усієї шихти. Таким чином, за зменшенням вміст Mg у MgF2 становить 39,00 мас. %., а у MgO втрати маси можна розрахувати кількість MgO, а 60,30 мас. %. Наявність домішки магнію оксиду отже - й його вміст у ПУМ. Вибір режиму термічної має призводити до зростання вмісту магнію у зразобробки загальної реакційної суміші пояснюється ку. Так, якщо зразок ПУМ містить 2 мас. %. MgO, тим, що при температурі нижчий за 780°С швидто вміст магнію у ньому мав би становити 39,33 кість реакції взаємодії різко зменшується, і тривамас. %. Однак, різниця між вмістом магнію у MgF2 лість процесу визначення значно зростає. При у даному зразку становить лише 0,33 мас. %, що температурі понад 820°С зростає ймовірність нележить у межах похибки методу (± 0,8 мас. %). бажаного зворотного процесу взаємодії SiF4, що Вказані способи здатні визначити MgO у пліввиділяється, з силіцієм з утворенням Si2F6; це макоутворюючому матеріалі MgF2 тільки якісно і тільло б спотворювати результати визначення. ки опосередковано. Окрім того, вони не мають Спосіб здійснюється таким чином. Вихідний спільних ознак з корисною моделлю, що заявлязразок ПУМ магнію фториду подрібнюють у агатоється. У зв'язку з цим заявлений спосіб не має вій ступці до тонко дисперсного порошку. Поперепрототипу. дньо оцінюють наявність MgO за допомогою метоВ основу корисної моделі поставлено задачу ду РФА. При відсутності MgO за даними РФА розробити спосіб прямого кількісного визначення вважають, що вміст MgO є меншим за 2 мас. %. магнію оксиду у складі плівкоутворюючого матеріПри наявності MgO за даними РФА вважають, що алу - магнію фториду. вміст MgO є більшим за 2 мас. %. Виходячи з цьоПоставлена задача вирішена у способі визнаго, розраховують кількість реакційної суміші Si + чення масової частки магнію оксиду у плівкоутво4ЕuF3 з приблизно дворазовим надлишком по відрюючому матеріалі - магнію фториді, який полягає ношенню до необхідної кількості для реакції з у тому, що наважки проби магнію фториду і реакMgO. Зважують тонкодисперсні порошки ПУМ ційної суміші кремнію та європію фториду змішу(mПУМ) та реакційної суміші у потрібному співвідють, після чого утворену таким чином загальну ношенні, змішують їх та ретельно перетирають суміш піддають термічній обробці при 780-820°С в загальну суміш у ступці. середовищі гелію до повного припинення виділенСуміш переносять зі ступки до попередньо ня газоподібних речовин і визначають величину прожареного тигля з алунду з відомою масою піт і зменшення маси загальної суміші, а масову частку знову зважують. Масу загальної суміші визначають оксиду визначають за формулою за формулою: mC = m - mт 0,1204m 0 m WMgO , Знаючи маси вихідних наважок mПУМ та 0,0129m ПУМ реакційної суміші то, розраховують їх реальні знаде m - маса реакційної суміші, m - величина чення у тиглі за формулами: зменшення маси загальної суміші, mПУМ - маса m ' ПУМ m C проби магнію фториду. m ПУМ , m ' ПУМ m '0 Заявлений спосіб базується на різній здатності основного матеріалу та домішки до реакції зі суміm' 0 mC m0 , шшю Si + 4ЕuF3. Відомо [див. Патент України m ' ПУМ m '0 №5903 5А Бюл. №8, 2003 p. та Зинченко В.Ф. и др. Тигель із загальною сумішшю вміщують у реа// Журнал неорган. химии.-2005.-Т. 50, №5.- С.748ктор з кварцового скла, обережно евакують за до753], що при підвищених температурах (понад помогою форвакуумної помпи та заповнюють реа770°С) між компонентами реакційної суміші відбуктор гелієм. Вміщують реактор у вертикальну вається взаємодія за схемою: (шахтну) піч, піднімають температуру до t Si 4EuF3 SiF4 4EuF2 , 800°±20°С та витримують при даній температурні яка супроводжується вивільненням газоподібдоти, доки не припиниться реакція. Ознакою є ного продукту і відповідним зменшенням маси суприпинення зростання тиску у реакторі. Темпераміші (на ~ 12,04%.). Нами встановлено, що чистий туру та тиск у реакторі контролюють термопарою ПУМ MgF2 не має реагувати із реакційною сумішта манометром, відповідно. Процес триває прибшю (хоча й пришвидшує її через утворення сполулизно 2 години. Після цього реактор виймають з ки з продуктом реакції (EuMgF4)), що обумовлено печі, охолоджують до кімнатної температури, витермодинамічною неможливістю перебігу реакції. лучають алундовий тигель, визначають його масу Натомість реакція домішки MgO відбувається за (m'т). Зменшення маси ( m ) визначають за форсхемою: мулою: 2MgO Si 4EuF2 2MgF2 SiO2 4EuF2 , m m T m 'T або, з урахуванням вторинних реакцій: Масову частку магнію оксиду визначають за 2MgO Si 4EuF3 Eu 2 SiO2F4 2EuMgF4 формулою і отже, не супроводжується втратою маси (не 0,1204m 0 m утворюються газоподібні продукти). Якщо узяти WMgO , 0,0129m ПУМ певний надлишок (наприклад, у співвідношенні 2:1) реакційної суміші Si + 4ЕuF3, то половина суміші реагуватиме за цією схемою, а друга частина де m - маса реакційної суміші, m - величина - за першою схемою. Таким чином, втрата маси 5 18918 6 зменшення маси загальної суміші, mПУМ - маса Приклад 3 проби магнію фториду. До плавленого ПУМ магнію фториду масою Приклад 1 (mПУМ) 4,999г уводили попередньо прожарений Брали зразок плавленого MgF2 масою (mПУМ) MgO у кількості 2,0 мас. %. Для цього плавлений 4,939г, розтирали та змішували з підготовленою MgFa та попередньо прожарений MgO ретельно заздалегідь тонкодисперсною реакційною сумішрозтирали, зважували, змішували шляхом ретельшю Si + 4EuF3, масою (m0) 2,119г, знову ретельно ного спільного розтирання, вміщували у тигель з перемішували. Загальну суміш вміщували у попеалунду, до нього додавали суміш Si + 4ЕuF3. Маси редньо прожарений тигель зі скловуглецю, зважукомпонентів складали: mПУМ = 4,999г, m0 = 2,142г. вали на аналітичних терезах (сумарна маса дорівДалі проводили операції в описаній у прикладі 1 нювала 7,058г), вміщували у реактор з кварцового послідовності. Зміна маси m становила 0,128г. скла. Реактор обережно евакуювали за допомогою Вміст MgO розраховували за формулою: форвакуумної помпи, а потім заповнювали чистим 0,1204 2,142 0,128 WMgO 2,0. інертним газом (гелієм). Цю операцію повторюва0,0129 4,999 ли двічі. Після цього реактор вміщували у шахтну Величина WMgO становила 2,0 мас. %, тобто (вертикальну) піч, вмикали її і піднімали її темпезбігається із уведеним. ратуру до 800°С, яку підтримували протягом часу Приклад 4 понад 2 години, доки не припиниться виділення Було узято порошок MgF2 виробництва заводу газоподібних речовин (яке спостерігали за допомо„Красный Химик" (м. Санкт-Петербург, РФ). За гою демпфера). Після цього витримували реактор сертифікатом продукт містив 97,5 мас.% MgF2. За при цій температурі ще деякий час, а потім охолоданими РФА, у ньому містилась певна кількість джували та зважували тигель з реагентами. ВелиMgO. чина зменшення маси m становила 0,255г. РозПродукт ретельно просушували, прожарювараховували вміст MgO за формулою: ли, розтирали, зважували, вміщували у тигель з 0,1204 2,119 0,255 алунду, до нього додавали реакційну суміш Si + WMgO 0,0. 4ЕuF3. 0,0129 4,939 Маси компонентів становили: mMgF2 = 1,162г, Величина WMgO становила 0,0 мас. %, тобто m0 =0,644г. Далі проводили операції в описаній у ПУМ не містив домішки MgO. прикладі 1 послідовності. Зміна маси m станоПриклад 2 вила 0,045г. Вміст MgO розраховували за формуДо плавленого ПУМ магнію фториду масою лою: (mПУМ) 1,888г уводили попередньо прожарений 0,1204 0,644 0,045 MgO у кількості 1,0 мас. %. Для цього плавлений WMgO 2,1. MgF2 та попередньо прожарений MgO ретельно 0,0129 1162 , розтирали, зважували, змішували шляхом ретельВеличина WMgO становила 2,1 мас. %. ного спільного розтирання, вміщували у тигель з Приклади 1-3 ілюструють збіг уведеного та виалунду, до нього додавали реакційну суміш Si + значеного вмісту домішки MgO у ПУМ магнію фто4ЕuF3. Маси компонентів складали: mПУМ = 1,888г, риді. Приклад 4 ілюструє можливість застосування m0 = 0,846г. Далі проводили операції в описаній у методу для визначення вмісту MgO у інших продуприкладі 1 послідовності. Величина зменшення ктах синтезу MgF2 та збіг визначеного вмісту MgO маси m становила 0,079г. Розрахували вміст із загальним вмістом домішок, що вказаний у серMgO за формулою: тифікаті, та даними РФА про наявність домішки 0,1204 0,846 0,079 MgO. WMgO 0,95. 0,0129 1888 , Величина WMgO становила 0,95 мас. %, тобто є близькою до уведеного. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601