Матеріал для інтерференційних покриттів

Реферат: Матеріал для інтерференційних покриттів містить MnIn2S4 та германій елементний при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: MnIn2S4 73,075,0 германій елементний 25,027,0. UA 97937 U (54) МАТЕРІАЛ ДЛЯ ІНТЕРФЕРЕНЦІЙНИХ ПОКРИТТІВ UA 97937 U UA 97937 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до оптичного приладобудування, а саме до інтерференційної оптики. Відомий матеріал MnIn2S4 для інтерференційного покриття, що наносять резистивним випаровуванням у вакуумі, який має показник заломлення 2,53,0 в інтервалі довжин хвиль 5002000 нм та є прозорим у діапазоні 0,7-28 мкм (див. Zinchenko V. Complex chalcogenides as prospective materials for optical coatings // Functional Materials.-2000.-V.7, №2.-P.353.-355.). Відомий матеріал вибраний як найближчий аналог матеріалу для інтерференційних покриттів. Спільними ознаками у найближчого аналога та корисної моделі, що заявляється, є високий показник заломлення (до 3,0) та область оптичної прозорості (14 діапазон), а також спосіб нанесення покриття (резистивне випаровування у вакуумі). Але матеріал MnIn2S4 при випаровуванні утворює покриття з не надто високим показником заломлення. В основу корисної моделі поставлено задачу створити матеріал з більш високим (понад 3,1) показником заломлення для інтерференційних покриттів, а на його основі отримати відповідне одношарове покриття, до складу якого входить вказаний матеріал, що має таку ж або більшу механічну міцність. Поставлена задача вирішується в матеріалі для інтерференційних покриттів на основі композиту, що містить MnIn2S4, тим, що він додатково містить германій елементний, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: MnIn2S4 70,075,0 германій елементний 25,030,0. Тонкоплівкове одношарове покриття, яке виконане з матеріалу, що заявляється, має показник заломлення 3,11 при 1000 нм та механічну міцність понад 6000 обертів (група 0). Досягнення заявленого технічного результату можна пояснити наступним. У процесі термічного випаровування відбувається взаємодія MnIn2S4 з Ge за схемою: MnIn2S4+2Ge  MnS+In2S + 2GeS. Завдяки цій реакції утворюються легколеткі речовини (In 2S та GeS), що переходять у газуватий стан. При цьому вони додатково очищуються від малолетких домішок, зокрема GeO 2. При конденсації на підкладці при нижчій температурі частково відбувається зворотний процес: In2S+GeS  In2S3+Ge, продукти якого утворюють склоподібне покриття, яке при нагріванні перетворюється на нанокомпозит. Новим у корисній моделі є те, що матеріал для інтерференційних покриттів на основі MnIn2S4 додатково містить германій елементний, при наступному співвідношенні названих компонентів, мас. %: MnIn2S4 73,075,0 германій елементний 25,027,0. Матеріал для інтерференційних покриттів готують наступним чином: зразки системи MnIn2S4-Ge синтезують шляхом спікання при 600-620 °C в інертній атмосфері (Аr) попередньо розтертих та спресованих у таблетки компонентів - MnIn2S4 та елементного германію. MnIn2S4, в свою чергу, готують шляхом стоплення з елементних мангану, індію та сульфуру, узятих у стехіометричному співвідношенні, в запаяній й евакуйованій ампулі з кварцового скла. За даними РФА, зразки матеріалу для інтерференційних покриттів є гетерофазними і містять в основному MnIn2S4 (гексагональна сингонія) та германій. Приклад 1 Одержали матеріал для інтерференційних покриттів, як описано вище. Компоненти брали при наступному співвідношенні, мас. %: MnIn2S4 73,0 германій елементний 27,0. Приклад 2 Одержали матеріал для інтерференційних покриттів, як описано вище. Компоненти брали при наступному співвідношенні, мас. %: MnIn2S4 75,0 германій елементний 27,0. Приклад 3 Одержали матеріал для інтерференційних покриттів, як описано вище. Компоненти брали при наступному співвідношенні, мас. %: MnIn2S4 74,0 германій елементний 26,0. 1 UA 97937 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Це співвідношення відповідає стехіометрії за цілковитого перебігу реакції з утворенням летких продуктів при термічному випаровуванні суміші. При певному надлишку компонентів вони залишаються не випаруваними, що робить процес менш ефективним. Крім того, надлишок MnIn2S4 призводить до потреб у зміні режиму випаровування через меншу леткість MnS, одного з компонентів MnIn2S4. У той же час незначні відхилення від стехіометрії (у середньому ±1,0 мас. %) не позначаються суттєво на ефективності процесу. Приклад 4 Одношарове покриття з матеріалу, що заявляється, готують наступним чином: у ванночку з молібденової фольги випарника закладають таблетку, яка містить 74,0 мас. % MnIn2S4+26,0 мас. % Ge. Оптичну деталь зі знежиреними поверхнями встановлюють у гніздо підкладкоутримувача, а контрольну пластину зі знежиреними поверхнями встановлюють у гніздо фотометричного пристрою для контролю товщини шарів. Зачиняють вакуумну камеру та розпочинають відкачку з -3 неї повітря. Коли у камері досягнуто вакуум 1•10 Па, вмикають обігрівання підкладок (ТЕН або інфрачервоні лампи); камера розігрівається до 150 °C та утримується при цій температурі протягом 1 години (температура у камері контролюється за допомогою термопари, яка розміщена поблизу поверхні оптичної деталі, на яку буде нанесено покриття). Вмикають живлення на випарнику і розігрівають ПУМ до розтопленого стану; витримують розтоп під захисним екраном, доки не стабілізується тиск у вакуумній камері, після чого відводять захисний екран від випарника. За допомогою фотометричного пристрою контролюють товщину шару, який утворюється на контрольній пластині; коли показання фотометричного пристрою свідчать, що досягнута потрібна товщина шару, вимикають живлення на випарнику і переводять захисний екран в положення над випарником. Процес термічного випаровування у вакуумі проводиться за наступними параметрами: - спосіб нагрівання - резистивний; - сила струму - 85-100 (наприкінці процесу) А; -3 - вакуум у камері ВУ-1А - 1•10 Па; - температура підкладки - 100 °C; - швидкість нанесення плівкового шару - 58-60 нм/хв. Параметри одношарових плівкових покриттів (фізична товщина 409 нм): - n (показник заломлення при λ = 1000 нм) - 3,11; - Η (механічна міцність) - понад 6000 обертів; - чистка серветкою зі спиртом - витримує; - тривкість до вологої атмосфери - витримує; - тривкість до термоудару - витримує. Структура покриття - рентгеноаморфне. Механічну міцність покриттів визначають стиранням обгорнутою батистовою тканиною гумовим наконечником на приладі СМ-55; робоча частина наконечника має бути закруглена за сферою радіусом 3 мм. Режим випробування: - навантаження на стираючий наконечник - 200 г; - частота обертання деталі з покриттям - 500 об/хв.; - відстань від осі обертання деталі до осі наконечника - 5 мм. Після випробувань на стирання поверхні деталі з покриттям продивляються у відбитому світлі на фоні чорного екрана при освітленні електролампою потужністю 60-100 Вт. Деталь вважають придатною, якщо немає наскрізної кільцевої суцільної або переривистої подряпини. Група механічної міцності визначається кількістю обертів, яке витримало покриття: 0 група - покриття допускає чистку батистовою серветкою із застосуванням спирту або спиртово-ефірної суміші і витримує не менш 3000 обертів на приладі СМ-55; 1 група - покриття допускає чистку батистовою серветкою із застосуванням спирту або спиртово-ефірної суміші і витримує не менш 2500 обертів на приладі СМ-55. Матеріал у покритті (див. приклад 4) має задовільні оптичні параметри (показник заломлення на рівні вимог - 3,11), а також механічну міцність 0 групи, що не тільки не поступається найближчому аналогові, а й перевищує його. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Матеріал для інтерференційних покриттів, що містить MnIn2S4, який відрізняється тим, що додатково містить германій елементний при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: MnIn2S4 73,075,0 германій елементний 25,027,0. 2 UA 97937 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3