Способ изготовления дисперсионных фильтров

(72) Авторы взобретенн й дена Трудового Красного Зн физики АН БСС71) Заявител т,итут 54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННЫХ фИЛЬТРО Изобретение относится к области инфракрасной техники и может быть использовано для получения дисперсионных фильтров, предназначенных для монохроматиэации излучения в диапазоне длин волн 1,5 с)7 мкм.Известен способ изготовления фильт ров типа кристаллжидкость, состоящий в том, что тонкую прозрачную кювету, на основание которой осажден диспергирующий слой, заполняют жидкостью, откачивают воздух, освобождая от воздушных пузырьков, и затем герметизируют1, Основными недостатками этого способа, помимо трудностей изготовления, является то, что для интервала длин волн 1,ЯФ 3,6 мкм изготовить фильтры кристалл-жидкость невозможно; изготовленные таким способом фильтры обладают малой механической прочностью и нестабильнос" тью в работе вследствие высокой чув," ствительности характеристик к виб" рации, ударам, изменению температуры. Наиболее близким к описываемомуизобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления фильтров, эаключающийся в получении наполнителя, смешивании двух порошкообразных ком" понент и прессования их под высоким давлением в вакууме 2 .Недостатки укаэанного способа за"ключаются в том, что он не обеспечивает монохроматизации излучения в диапазоне длин волн 1,5 МЯ 3,8 мкм; для получения набора фильтров в-диапазоне 4 Ыф 7 мкм необходимо исполь-, зовать более 10 различных веществ, причем некоторые из них явлются дефицитными или дорогостоящими, что создает трудности при серийном выпуске фильтров; известныв вещества в не обеспечивают воэможности изготовления фильтров с плавно изменяющимся положением максимума полосы пропускания, а лишь позволяют получить фильтры для дискретного. набора длин3 84 1.22волн, Использование в качестве компонент фильтра смешанных кристалловне устраняет указанных недостатков,так как возможности получения смешанных кристаллов существенно ограничиваются правилом Гольдшмидта,Целью изобретения является обеспечение возможности и монохроматизации длины волны в интервале1,5 мкм,16Поставленная цель достигается тем,что в известном способе изготовлениядисперсионных фильтров, включающемполучение наполнителя, смешивание егос основой и прессование в вакууме, 15наполнитель получают путем термообработки смеси порошков кварца и окиси магния, размер частиц которойне более 0,2 длины волны максимумапропускания фильтра при температуреплавления кварца и давлении не более10 мм рт. ст. в течение 5-10 мин,охлаждения расплава с последующимизмельцением и выделением Фракциис размерами частиц 30-50 мкм, послечего осуществляют сМешивание с основой из хлористого калия и размеромчастиц не более 5 мкм, Частицы - агломераты, приготовленные путем спекания двух порошкообразнцх веществ -окиси магния и кварца, представляютсобой квазиоднородные чдтицы, оптические свойства которцх можно описывать эффективным показателем преломления, усредненным по объему части 35цыРР 2 и(м+ Ра ВиР ) )где Р 1(г) и Р(г) - веса порошков40 окиси магния и кварца, используемых для приготовления частиц - агломератов,и я (г/см) - удельные плот" ности окиси магния и плавленного кварца, п и и (7 ь) " соответствен 45 но показатели преломления этих веществ, Цмкм) - длина волны излучения.Как видно из формулы (1), эффек" тивный показатель преломления частиц - агломератов зависит от весового содержания каждого из спекаемых порошков и в принципе может быть из-менен для любой из длин волн в пределах от значения показателя преломления окиси магния и Щ (при=О)1до значения показателя преломления кварца п 2 ф) (при Р =О). Максимум 4полосы пропускания фильтра, изготовленного путем прессования смеси частиц агломератов и порошка хлористого калия имеет место при длине волны, для которой эффективный показательпреломления и (1) равен показателю преломЛения хлористого калия;и) =и(2)При условии (2) из (1) получем, что весовое содержание порошка окиси магния (по отношению к весу смеси), необходимого для приготовления частиц - агломератов для монохроматизации излучения с длиной волны 3,оопределяется выражением Используя спектральные зависимости показателей преломления окиси магния, кварца и хлористого калия зна- З чения Р, = 3,58 г/см и= 2,2 г/см можно показать, что для приготовления одной из компонент фильтра частиц - агломератов, необходимо смешивать и спекать порошки окиси магния и кварца в следующем весовом соотношении Р :Р, где Р =0,0166-0,155;Р, = 1-Р(4).- длина волны, при которой обеспечивается максимум пропускания.Сущность изобретения поясняется конкретным примером изготовления фильтров с полосами пропускания=5,75 мкм и 1.0=6,2 мкм и 1. =6,2 мкм.Плавленный кварц размалывается в шаровой мельнице. Затем известным методом седиментации твердых частиц в жидкости выделяли фракцию частиц кварца с размерами меньше 5 мкм. Для получения мелкодисперсного порошка окиси магния в камере сжигали стружку магния. Осевшие на стенках камеры частицы дыма представляли собой частицы окиси магния, Была выделена фракция частиц окиси магния с предельным размером частиц 0,5 мкм. По Формуле (4)определяем весовое соотношение каждой иэ компонент. смеси окиси магния + кварц для приготовления частиц - агломератов: для фильтра с 0=5,75 мкм - 0,68:0,32, для .р=6,20 мкм,77:0,23, Полученную смесь частиц тщательно перемешали, засыпали в молибденовые тигли и поместили в вакуумную печь, обеспечив давление в печи 1 О рт. ст, Нагрели5 8112 образцы до 1800 О С и выдержали при этой температуре в течение 7 минПосле этого расплав охладили до комнатной температуры. Заготовку измельчали, выделили с помощью сит фрак цию с размерами чО мкм. Из частиц - аголомератов и порошка хлористого калия с размером частиц ч микрона изготовили дисперсионный фильтры.На фиг, 1, 2 приведены спектры пропускания фильтров, полученные описанным выше способом. Максимум полосы пропускания одного из них (Фиг. 1) при весовом соотношении ,окиси магния и кварца в частицах - 15 агломератах Р:Р 2 =0,77;0,23 находится вблизи=6,29 мкм, второго (Фиг. 2) при Р :Р =0,68;0,32 вблизи =5,81 мкм. Полущирина полос пропусо фкания (расстояние между ветвями кри" 2 в вых на уровне 0,5 максимального про" пускания) равна 1,1 мкм и 1,2 мкм соответственно,Из сопоставления характеристик полученных фильтров (фиг. 1, 2) 25 с характеристиками фильтров кристалл-кристалл на основе А 1 О и КВг О=6,31 мкм), а также на основе ВаЯ 04 и ИаС 1 Ь =5,85 мкм) (2) следует, что фильтры, изготовленные 3 в предложенным способом, имеют достаточно хорошие фильтрующие свойства.Важными преимуществами способа являются воэможность монохроматиэации излучения в диапазоне длин волн 1,5 М 3,9 мкм, для которого до сих пор изготовить фильтры было невозможно; возможность плавного изменения. положения максимума полосы пропускания в диапазоне длин волн 1,5 МФ 7 мкмав путем изменения весового соотношения компонент, образующих частицы - аг" 24 6ломераты; значительное уменьшение количества импульэуемых веществ для изготовления фильтров на диапазон длин волн ЙбМ 7 мкм до трех вместо .двенадцати снижение стоимости набора фильтров на 15-20 эа счет исклю" чения из этого числа дорогостоящих и дефицитных материалов, а также за счет использования кварцевого порошка, который при реализуемой ныне технологии изготовления фильтров образует отходы производства.формула изобретенияСпособ изготовления дисперсионныхфильтров, включающий получение напол"нителя, смешивание его с основойи прессование в вакууме, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюобеспечения возможности монохроматизации длины волны в интервале 1,5 Мс 7 мкм, наполнитель получают путемтермообработки смеси порошков кварца и окиси магния, размер частиц которой не более 0,2 длины волны максимума пропускания фильтра при температуре плавления кварца и давлениине более 1 О мм рт, ст. в течение5-10 мин, охлаждения расплава с последующим измельчением и выделениемфракции с размерами частиц 30-50 мкм,после чего осуществляют смешиваниес основой из хлористого калия с размером частиц не более 5 мкм.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Борисевич Н.А, и др. Инфракрасные фильтры, Минск, "Наука и техника", 1971, с. 171-175.2. То же, с. 177-186.