RU2077617C1

RU2077617C1 - Method of preparing polycrystalline blocks and film coating based of zinc sulfide

Info

Publication number: RU2077617C1
Application number: RU94030299A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Рыжкин; И.А. Максимова; Ю.Н. Жилов; С.С. Кузнецова
Original assignee: Российский научный центр "Прикладная химия"
Priority date: 1994-08-16
Filing date: 1994-08-16
Publication date: 1997-04-20
Also published as: RU94030299A

Abstract

FIELD: crystal crowing. SUBSTANCE: invention relates to manufacturing optical ceramics transparent in spectrum region from 1 to 12 nm. Polycrystalline blocks and film coatings are prepared by vacuum sublimation onto a substrate from mixture of zinc sulfide with 2-10 wt % of gallium sulfide at a temperature not lower than 850 C. EFFECT: increased erosion resistance. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области технологии получения халькогенидов, в частности сульфида цинка, а также селенида цинка с покрытием из сульфида цинка, пригодных для изготовления оптической керамики (ОК) прозрачной в области спектра от 1 до 12 мкм. The invention relates to the field of technology for producing chalcogenides, in particular zinc sulfide, as well as zinc selenide coated with zinc sulfide, suitable for the manufacture of optical ceramics (OK) transparent in the spectral range from 1 to 12 microns.

Известен способ получения поликристаллических блоков для ОК из халькогенидов цинка и кадмия методом высокотемпературной вакуумной сублимации исходного порошка халькогенида [1]
Метод заключается в испарении исходного порошка халькогенида цинка или кадмия, помещенного на дно устройства для сублимации. Образующиеся при нагреве пары халькогенида, проходя стадию очистки, осаждаются на более холодную крышку устройства, служащую подложкой. При этом вырастает поликристаллический слой (блок), имеющий плотность, близкую к плотности монокристалла соответствующего соединения.A known method of producing polycrystalline blocks for OC from zinc and cadmium chalcogenides by high-temperature vacuum sublimation of the initial chalcogenide powder [1]
The method consists in evaporating the starting powder of zinc or cadmium chalcogenide placed at the bottom of the sublimation device. Chalcogenide vapors formed during heating, passing the purification stage, are deposited on the cooler lid of the device, which serves as a substrate. In this case, a polycrystalline layer (block) grows, having a density close to the density of a single crystal of the corresponding compound.

Такие блоки после механической обработки имеют хорошую прозрачность в области от видимой до инфракрасной и используются в качестве оптического материала. Оптические изделия из поликристаллического селенида цинка, полученные этим способом обладают хорошим пропусканием в области от 0,5 до 20 мкм и используются при изготовлении окон для ИК-приборов. Such blocks after machining have good transparency in the range from visible to infrared and are used as optical material. Optical products from polycrystalline zinc selenide obtained by this method have good transmission in the range from 0.5 to 20 μm and are used in the manufacture of windows for IR devices.

Существенным недостатком этого материала является низкая эрозионная стойкость, определяющаяся небольшой поверхностной твердостью (130 кг/мм² по Кнупу).A significant drawback of this material is its low erosion resistance, which is determined by its low surface hardness (130 kg / mm ² according to Knoop).

Зарубежные фирмы получают оптические изделия из халькогенидовметодом CVD, т.е. методом парофазного осаждения [2] При этом способе пары халькогена и металла, получаемые испарением исходных компонентов по отдельности, смешиваются в определенных соотношениях и осаждаются на нагретую подложку. Таким образом получают более эрозионно устойчивые материалы из сульфида цинка, а также двухслойные материалы ZnSe-ZnS с твердостью до 250 кг/мм².Foreign companies receive optical products from chalcogenides using the CVD method, i.e. vapor deposition method [2] In this method, chalcogen and metal vapors obtained by evaporation of the initial components separately are mixed in certain proportions and deposited on a heated substrate. In this way, more erosion-resistant materials from zinc sulfide, as well as two-layer ZnSe-ZnS materials with a hardness of up to 250 kg / mm ² , are obtained.

Однако, этот способ, по сравнению с описанным в [1] очень сложен в аппаратурном оформлении, кроме того непрерывный процесс получения блока длится несколько недель, т.к. скорость роста халькогенида очень мала. However, this method, in comparison with the one described in [1], is very complicated in hardware design, in addition, the continuous process of obtaining a block lasts several weeks, because the growth rate of chalcogenide is very low.

Задачей изобретения является разработка способа получения поликристаллического материала на основе халькогенидов цинка, имеющего повышенную эрозионную стойкость. The objective of the invention is to develop a method for producing a polycrystalline material based on zinc chalcogenides with increased erosion resistance.

наиболее близким техническим решением к заявленному является способ получения поликристаллических блоков халькогенидов цинка методом вакуумной сублимации [1] Этот метод был нами использован как для получения блоков из сульфида цинка, так и для выращивания пленочных покрытий из сульфида цинка на готовые оптические изделия из селенида цинка. the closest technical solution to the claimed one is a method for producing polycrystalline blocks of zinc chalcogenides by vacuum sublimation [1] We used this method both for producing blocks of zinc sulfide and for growing film coatings of zinc sulfide on finished optical products from zinc selenide.

Поставленная задача достигается введением в сульфид цинка примеси галлия. Для этого галлий (или его соединения) вносится в исходный сульфид цинка в концентрации от 2 до 10% вес. The problem is achieved by introducing gallium impurities into zinc sulfide. For this, gallium (or its compounds) is introduced into the starting zinc sulfide in a concentration of 2 to 10% by weight.

В процессе испарения халькогенида (сублимации) галлий переносится вместе с парами сульфида цинка, и осаждаясь на подложке, образует твердый раствор ZnS•Ga. Примесь галлия в решетке поликристаллического сульфида цинка вызывает увеличение твердости (эрозионной стойкости) оптического материала по сравнению с нелегированным сульфидом цинка. During the evaporation of chalcogenide (sublimation), gallium is transferred together with zinc sulfide vapors, and precipitating on a substrate forms a ZnS • Ga solid solution. An admixture of gallium in the lattice of polycrystalline zinc sulfide causes an increase in the hardness (erosion resistance) of the optical material in comparison with undoped zinc sulfide.

Зависимость твердости получаемого продукта от исходной концентрации галлия показана в таблицах 1 и 2. The dependence of the hardness of the obtained product from the initial concentration of gallium is shown in tables 1 and 2.

Пример 1. Получение поликристаллических блоков из сульфида цинка, легированных галлием. Example 1. Obtaining polycrystalline blocks of zinc sulfide doped with gallium.

Исходную смесь порошкообразного сульфида цинка с примесью галлия (2% вес) помещают в специальный контейнер из пирографита ⌀80 мм, закрывают крышкой и помещают в камеру высокотемпературной вакуумной печи. Камеру откачивают до давления 10^-2 мм рт.ст. и разогревают так, что дно контейнера (испаритель) имеет температуру 1000^oC, а крышка (подложка) температуре 900^oC. Процесс ведут в динамическом вакууме в течение 40 часов.The initial mixture of powdered zinc sulfide with gallium impurity (2% weight) is placed in a special container of мм80 mm pyrographite, closed with a lid and placed in a chamber of a high-temperature vacuum furnace. The camera is pumped to a pressure of 10 ^-2 mm RT.article. and heated so that the bottom of the container (evaporator) has a temperature of 1000 ^o C, and the lid (substrate) temperature of 900 ^o C. The process is carried out in dynamic vacuum for 40 hours.

на крышке контейнера, служащей подложкой для осаждения, вырастает поликристаллический блок сульфида цинка толщиной до 30 мм, легированный галлием. Блок имеет плотность, близкую к теоретической. Твердость такого материала, измеренная микротвердомером составляет 400 кг/мм²; в то время, как у нелегированного сульфида цинка она равна 300 кг/мм².a gallium-doped polycrystalline block of zinc sulfide up to 30 mm thick grows on the lid of the container, which serves as a deposition substrate. The block has a density close to theoretical. The hardness of such a material, measured by a microhardness tester, is 400 kg / mm ² ; while unalloyed zinc sulfide, it is equal to 300 kg / mm ² .

Пример 2. Осаждение пленочного покрытия из сульфида цинка, легированного галлием на оптические изделия из селенида цинка. Example 2. The deposition of a film coating of zinc sulfide doped with gallium on optical products from zinc selenide.

Исходит изделие из селенида цинка с полированной поверхностью помещают в описанный в пр.1 контейнер, так, чтобы эта поверхность служила подложкой для осаждения слоя сульфида цинка. Смесь порошкообразного сульфида цинка с галлием (5% вес) помещают в нижнюю часть контейнера. Камеру вакуумной печи с контейнером откачивают до давления 10^-2 мм рт.ст. и разогревают так, чтобы крышка имела температуру 850^oC, а дно 950^oC.An article of zinc selenide with a polished surface comes out and placed in the container described in Section 1, so that this surface serves as a substrate for the deposition of a layer of zinc sulfide. A mixture of powdered zinc sulfide with gallium (5% weight) is placed in the lower part of the container. The chamber of the vacuum furnace with the container is pumped out to a pressure of 10 ^-2 mm Hg. and heated so that the lid had a temperature of 850 ^o C, and the bottom 950 ^o C.

Процесс ведут в динамическом вакууме в течение 10 часов. В результате на поверхности изделия из селенида цинка осаждается плотный слой сульфида цинка толщиной до 0,2 мм, имеющий твердость около 300 кг/мм².The process is carried out in a dynamic vacuum for 10 hours. As a result, a dense layer of zinc sulfide up to 0.2 mm thick having a hardness of about 300 kg / mm ² is deposited on the surface of the product from zinc selenide.

таким образом, из приведенных примеров видно, что происходит значительное увеличение твердости сульфида цинка, полученного методом вакуумной сублимации из смеси сульфида цинка и галлия, что улучшает эрозионные свойства изготовляемых из него оптических элементов, по сравнению с применяемым сейчас селенидом цинка. Thus, it can be seen from the above examples that there is a significant increase in the hardness of zinc sulfide obtained by vacuum sublimation from a mixture of zinc sulfide and gallium, which improves the erosive properties of the optical elements made from it, compared with the zinc selenide currently in use.

Claims

1 Способ получения поликристаллических блоков или пленочных покрытий на основе сульфида цинка путем вакуумного испарения исходного порошка и осаждения на нагретую подложку, отличающийся тем, что исходный порошок сульфида цинка содержит 2 10% галлия и осаждение ведут на подложку, нагретую до температуры не менее 850<198>С.1 A method of producing polycrystalline blocks or film coatings based on zinc sulfide by vacuum evaporation of the initial powder and deposition on a heated substrate, characterized in that the initial zinc sulfide powder contains 2 10% gallium and the deposition is carried out on a substrate heated to a temperature of at least 850 <198 > C.