Спосіб очистки оптичного матеріалу цинку сульфіду від оксидних домішок

Реферат: Спосіб очистки оптичного матеріалу цинку сульфіду від оксидних домішок шляхом його термообробки в інертній атмосфері зі стибію (III) сульфідом та відокремлення цільового продукту, причому спочатку здійснюють термообробку суміші при 580-600 °C, з наступною взаємодією її з порошкоподібним елементним германієм, який використовують у кількості 2225 % до надлишку стибію (III) сульфіду, та проводять додаткову термообробку суміші за тих же температурних умов і відокремлення цільового продукту. UA 78486 U (54) СПОСІБ ОЧИСТКИ ОПТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ ЦИНКУ СУЛЬФІДУ ВІД ОКСИДНИХ ДОМІШОК UA 78486 U UA 78486 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, конкретно до матеріалу для інтерференційних покриттів. Оптичні елементи з покриттям можуть бути використані у лазерній оптиці, оптоелектроніці та ін. Відомий плівкоутворюючий матеріал (ПУМ) цинку сульфід, який використовують для одержання шарів з високим показником заломлення в багатошарових покриттях (див. Справочник технолога-оптика: Справочник. / И.Я. Бубис, В.А. Вейденбах, И.И. Духопел и др. Под общ. ред. СМ. Кузнецова и М.А. Окатова. Машиностроение, Ленингр. отделение, Л., 1983.С. 311). Але цинку сульфід через наявність залишкового кисню у матеріалі (у формі оксиду, гідрооксиду, карбонату, сульфату цинку) при випаровуванні утворює покриття, яке також має недостатньо високий показник заломлення (2,2). Крім того, наявність оксидних домішок зумовлює довгохвильову межу області прозорості до ~15 мкм, у той час як власні коливання решітки ZnS знаходяться у межах до 33 мкм. Відомий спосіб одержання високочистого цинку сульфіду шляхом сульфідування цинку оксиду за допомогою стибію (III) сульфіду (див. Пат. UA №62653, Спосіб одержання високочистого цинку сульфіду для інтерференційної оптики. Заявка №и 2011 01085; Заявл. 31.01.2011; Опубл. 12.09.2011. Бюл. №17.-4 с.). Даний спосіб вибраний прототипом. Прототип збігається з корисною моделлю, що заявляється, в наявності спільних ознак: термообробка в інертній атмосфері вихідної речовини зі стибію (III) сульфідом та відокремлення цільового продукту. Але спосіб за прототипом має такі недоліки: повне сульфідування цинку оксиду вимагає достатньо великого надлишку стибію (III) сульфіду, який відганяється за достатньо високих температур (800 °C і вище). Залишковий стибію (III) сульфід погіршує оптичні властивості матеріалу через значне поглинання у видимому діапазоні спектру. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити економічний та простий у виконанні спосіб очистки цинку сульфіду від оксидних домішок як основи для створення оптичного матеріалу, що є прозорим у дальньому 14 діапазоні спектру (понад 30 мкм) і має високі оптичні й експлуатаційні властивості. Поставлену задачу вирішено у способі очистки цинку сульфіду від оксидних домішок шляхом його термообробки в інертній атмосфері зі стибію (III) сульфідом та відокремлення цільового продукту тим, що для видалення надлишку стибію (III) сульфіду проводять додаткову термообробку із добавкою диспергованого елементного германію у кількості 22-25 % до надлишку стибію (III) сульфіду., Таким чином, у корисній моделі поставлену задачу вирішено шляхом термообробки вихідного матеріалу з добавкою 3,0-3,5 % мас. стибію (III) сульфіду та наступної термообробки з 0,5-0,7 % мас. елементного германію. Новим у корисній моделі є те, що для видалення надлишку сульфідуючої речовини застосовують елементний германій, що дозволяє знизити температуру термообробки на 200250 °C та підвищити ефективність процесу, при цьому спочатку здійснюють термообробку суміші при 580-600 °C, з наступною взаємодією її з порошкоподібним елементним германієм, який використовують у кількості 22-25 % до надлишку стибію (III) сульфіду, а далі проводять додаткову термообробку суміші за тих же температурних умов і відокремлення цільового продукту. Причино-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, які заявляються, та технічним результатом, що досягається, є таким. Відомо, що домішки цинку сульфіду можуть бути у формі оксиду, гідрооксиду, карбонату, сульфату цинку. В процесі нагрівання суміші порошку цинку сульфіду, що містить домішки, з розтопленою добавкою стибію (III) сульфіду відбувається взаємодія останнього з оксидною домішкою та іншими домішками за рівняннями: t 3ZnO  Sb 2S3   3ZnS  Sb 2O3  (1) t 50 3ZnCO 3  Sb 2S3   3ZnS  Sb 2O3  3CO 2  , (2) t 55 9ZnCO 4  4Sb 2S3   9ZnS  4Sb 2O3  12SO 2  . (3) Стибію (III) оксид, що утворюється при взаємодії, є значно леткішим, ніж стибію (III) сульфід в інтервалі температур 550÷750 °C, й випаровується з осадженням в холодній зоні реактора. Надлишок стибію (III) сульфіду також відганяється зі суміші після додавання елементного германію за тих же температур за схемою: Sb 2S3  Ge  2SbS  CeS  Продукти реакції є значно леткішими за Sb 2S3 і тому випаровуються при нижчих температурах й осаджується в холодній зоні реактора. 1 UA 78486 U 5 10 15 20 25 30 Отже, при випаровуванні очищеного від оксидних домішок ZnS у вакуумній камері створюються умови для одержання у плівкових шарах високочистого, бездефектного і однофазного матеріалу (ZnS), що, безумовно, має сприяти розширенню області прозорості та підвищенню показника заломлення покриття з цього матеріалу. Матеріал для інтерференційних покриттів готують таким чином. Матеріал одержано методом високотемпературного твердофазного синтезу в інертній атмосфері (Аг) з окремих сульфідів - ZnS та Sb2S3, що отримують попередньо прямим синтезом з металів та сірки; цинку сульфід одержано шляхом самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС), а стибію (III) сульфід - стопленням металевого стибію з сіркою у евакуйованій й завареній ампулі. Подрібнені вихідні матеріали змішують у необхідній пропорції, спресовують у таблетки й уміщують у евакуйований і заповнений очищеним інертним газом реактор, а той, у свою чергу, - у високотемпературну трубчасту піч. Термообробку ведуть послідовним нагріванням сумішей при 600 °C протягом 4-х годин, відповідно. ПРИКЛАД Порошки заздалегідь отриманих за методом СВС цинку сульфіду, що містить оксидні домішки, та стибію (III) сульфіду масою, відповідно, 19,45 г та 0,55 г ретельно змішують, спресовують у таблетку діаметром 30 мм та висотою 15-20 мм, вміщують у човник з кварцового скла й, далі, у реактор трубчастої печі, який заповнюють очищеним аргоном. Температуру печі встановлюють на 600 °C й витримують таблетки при цій температурі 4 години. Після цього продукт охолоджують, розгерметизовують реактор, й продукт у вигляді спечених таблеток виймають з човника. Таблетки мають білий, із сіруватим відтінком, колір. Таблетку розтирають, змішують з 0,15 г. розтертого Ge й повторюють попередні процедури. Продукт охолоджують й виймають з реактора. Продукт має білий колір без сіруватого відтінку. Вихід продукту становить 19,00 г., або 95,0 %. Рентгенівським фазовим аналізом продукт ідентифіковано як цинку сульфід структури сфалериту (кубічна сингонія). Дані ІЧ спектроскопії свідчать про цілковиту відсутність піків поглинання, властивих оксидним домішкам, у діапазоні -1 4000-400 см (2,5-25,0 мкм). Натомість продукт має смугу поглинання з максимумом при ~ 300 -1 см (33 мкм). Таким чином, спосіб дозволяє провести цілковите видалення оксигенвмісних домішок у оптичному матеріалі цинку сульфіду. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб очистки оптичного матеріалу цинку сульфіду від оксидних домішок шляхом його термообробки в інертній атмосфері зі стибію (III) сульфідом та відокремлення цільового продукту, який відрізняється тим, що спочатку здійснюють термообробку суміші при 580600 °C, з наступною взаємодією її з порошкоподібним елементним германієм, який використовують у кількості 22-25 % до надлишку стибію (III) сульфіду, та проводять додаткову термообробку суміші за тих же температурних умов і відокремлення цільового продукту. 40 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2