Способ получения кварцевого стекла

/ ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ 09) у (ШЗ 3 2 9(51) 0 000 0000, 00000 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАРЦЕВОГ О СТЕКЛА(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Объединенный институт фи 3 ики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук Беларуси (ВУ)(72) Авторы Малашкевич Георгий Ефимович Акимов Александр Ива нович Малашкевич Андрей Георгиевич (ВУ)(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Объединенный институт физики твердого тела и полупроводников Национальной академии наук БеларусиСпособ получения кварцевого стекла, включающий гидролиз тетраэтилортосиликата,получение геля, его сушку, термообработку, спекание до состояния прозрачного стекла и последующее охлаждение, отличающийся тем, что спекание и последующее охлаждение до температуры ниже температуры полиморфных превращений проводят в электрическом поле напряженностью 0,11 кВ/мм.Изобретение относится К области получения кварцевых гель-стекол, обладающих оптической анизотропией (различием оптических свойств по разным направлениям), и может быть использовано для создания нелинейно-оптических материалов, применяющихся в квантовой электронике для преобразования лазерного излучения во вторую гармонику.Известен способ получения кварцевого стекла, включающий гидролиз этилсиликата,введение в золь раствора аммиака до рН 4,5-6,0 сущку полученного геля и последующее спекание до перевода его в кварцевое стекло 1.Недостатком данного способа получения кварцевого стекла является невозможность обеспечить последнему оптическую анизотропию, что не позволяет использовать такое стекло в качестве нелинейно-оптических элементов.Известен способ получения оптически анизотропных кварцевых стекол, генерирующих вторую гармонику, включающий помещение стекла между обкладками конденсатора,нагрев его до температуры Т 300 С, подачу напряжения на обкладки конденсатораНедостатками данного способа являются сравнительно быстрая временная и термическая релаксация наведенной анизотропии из-за отсутствия равновесия принудительно ориентированных диполей с окружением, а также получение высокой анизотропии лищь в узком слое вблизи анода, что существенно ограничивает возможности практического использования таких стекол в качестве нелинейно-оптических элементов.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения легированного кварцевого стекла З, включающий образование золя гидролизом теграэтилортосиликата в водном растворе соляной кислоты, введение в золь тонкодисперсного порощка кремнезема, образование геля добавлением водного раствора аммиака до рН 5,5-6,5, выдержку образовавщегося геля в растворе легирующей добавки в деионизированной воде, сущку, термообработку и спекание (при Т 1200-1250 С) до состояния прозрачного стекла. В данном способе в качестве легирующей добавки используют неорганическую соль переходного металла, растворимую в водно-спиртовой среде и имеющую в интервале температур термообработки давление пара не более 5 мм ртутного столба, при этом легирующую добавку дополнительно вводят в золь, а выдержку геля осуществляют в растворе с молярным соотнощением легирующая добавка вода, равном молярному соотнощению указанных компонентов в золе, в течение времени, определяемого выражением г Кш/К, где г - время выдержки (ч) ш - масса геля (г) К - растворимость легирующей добавки в воде при температуре выдержки (на 100 г воды), г 1 15-16,коэффициент (ч).Недостатком прототипа является невозможность обеспечить получаемому стеклу оптическую анизотропию, что не позволяет использовать этот способ при получении стекол,пригодных для оптически-нелинейных элементов.Задачей предлагаемого изобретения является получение оптически анизотропного кварцевого стекла.Для рещения поставленной задачи в способе получения кварцевого стекла по зольгель процессу, включающему гидролиз тетраэтилортосиликата, получение геля, его сущку, термообработку, спекание до состояния прозрачного стекла и последующее охлаждение, спекание и последующее охлаждение до температуры ниже температуры полиморфных превращений проводят в электрическом поле напряженностью 0,1-1 кВ/мм.Пример 1 . Гель, полученный по описанному в прототипе способу и легированный азотнокислыми солями европия и алюминия, су 1 цили при Т 80 С, термообрабатывали в вакууме, помещали между обкладками конденсатора, верхняя из которых могла опускаться по мере уменьшения объема спекаемого образца из-за зарастания пор, и нагревали на воздухе при Т 1100 С на обкладки конденсатора подавали напряжение, создающее напряженность поля в образце Е 1,0 кВ/мм, и поднимали температуру до 1250 С, вь 1 дер 2живали ПрИ ЭТОЙ ТВМПСРЗТУРС 1 Ч И отключали нагрев, ПрИ ОХЛЗЖДВНИИ образца ДОТ 150 С снимали напряжение. Полученное стекло с размерами 11212 ммз характеризуется существенной оптической анизотропией - пиковая интенсивность люминесценции ионов Е 113 в переходе 51307132 при возбуждении поляризованным излучением с ориентацией электрического вектора перпендикулярно и параллельно приложенному при спекании и охлаждении полю различается приблизительно на 40 .Пример 2 . Гель, полученный по описанному в прототипе способу и легированный азотнокисль 1 ми солями европия и алюминия, сущили при Т 80 С, термообрабать 1 вали в температурном диапазоне 200-600 С, помещали между обкладками конденсатора аналогично примеру 1 и нагревали на воздухе при Т 1100 С на обкладки конденсатора подавали напряжение, создающее напряженность поля в образце Е 0,5 кВ/мм, и поднимали температуру до 1250 С, выдерживали при этой температуре 1 ч и отключали нагрев, при охлаждении образца до Т 150 С снимали напряжение. Полученное стекло с размерами 81015 ммз характеризуется оптической анизотропией - пиковая интенсивность люминесценции ионов ЕЦЗ в переходе 51307132 при возбуждении поляризованным излучением с ориентацией электрического вектора перпендикулярно и параллельно приложенному при спекании и охлаждении полю различается приблизительно на 30 .Пример 3 . Гель, полученный по описанному в прототипе способу и легированный хлористыми солями самария и алюминия, сущили, термообрабать 1 вали и спекали аналогично примеру 2 с той лишь разницей, что в спекаемом образце создавалась напряженность поля 0,4 кВ/мм. Полученное стекло с размерами 7912 мм 3 также характеризуется оптической анизотропией - пиковая интенсивность люминесценции ионов 5 ш 3 в переходе 465/26 Н 9/2 при возбуждении поляризованным излучением с ориентацией электрического вектора перпендикулярно и параллельно приложенному при спекании и охлаждении полю различается приблизительно на 20 .Пример 4 . Стекло размером 81015 ммз, полученное согласно описанному в прототипе способу и легированное алюминием и европием в той же концентрации, что и в примере 1, помещали между обкладками конденсатора, нагревали до 1100 С, создавали в образце поле напряженностью 0,5 кВ/мм, выдерживали в таком состоянии 1 ч, охлаждали и при Т 150 С отключали напряжение. В этом случае изменения интенсивности люминесценции в зависимости от направления поляризации возбуждающего излучения практически не наблюдается.Пример 5 . Стекло, полученное согласно примеру 1, но спеченное в поле напряженностью 0,1 кВ/мм, изменения интенсивности люминесценции ионов Еи 3 в переходе 51309132 при возбуждении поляризованным излучением с ориентацией электрического вектора перпендикулярно и параллельно приложенному при спекании полю не проявляет.Оптическая анизотропия кварцевых гель-стекол, созданная в процессе их спекания и охлаждения до температуры ниже температуры полиморфных превращений, должна характеризоваться гораздо больщей величиной, а также временной и термической устойчивостью по сравнению с анизотропией, наведенной путем полинга готового стекла,поскольку в первом случае ориентация диполей осуществляется на стадии формирования структуры стекла и они будут находиться в больщем равновесии с окружением.Есть основания полагать, что и для нелегированных кварцевых стекол, полученных по заявляемому способу, будет иметь место оптическая анизотропия, но уже лищь показателя преломления благодаря выстраиванию по полю ионов гидроксила, обладающих высокой поляризуемостью.На фигуре представлены спектры люминесценции стекла, полученного по примеру 2,при возбуждении излучением с поляризацией параллельной (кривая 1) и перпендикулярной (кривая 2) полю конденсатора.Таким образом, заявляемый СПОСОб ПОЛУЧВНИЯ кварцевого СТВКЛЗ ПОЗВОЛЯСТ создавать ОПТИЧССКИ анизотропные ООЪВМНЫВ стекла, ОРИВНТИРОВЗННЫС ДИПОЛИ КОТОрЫХ находятся В равновесии С ОКруЖСНИСМ, ЧТО ООССПСЧИВЗВТ ТаКИМ СТВКЛЗМ Преимущества ПрИ ИСПОЛЬЗОвании В КЗЧССТВС НВЛИНСЙНО-ОПТИЧССКИХ ЭЛВМСНТОВ.2. Хи 211., Ыи Д, Нои 211., Уап Р., Ыи Х., Хи Д, таи 77., Айагйаго М., РеПег 5. 1 пПиепсе оГ бййегепг роНщ шешобз оп Не зесопб-огбег попПпеагйгу ш Швед 5111021 51215565. Оргйсз Сошшипйсагйопз, 2000. - У. 174. - Р 475-479.Национальный Центр Интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.