RU2542019C1 - Method of producing glass - Google Patents
Method of producing glass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2542019C1 RU2542019C1 RU2013152523/03A RU2013152523A RU2542019C1 RU 2542019 C1 RU2542019 C1 RU 2542019C1 RU 2013152523/03 A RU2013152523/03 A RU 2013152523/03A RU 2013152523 A RU2013152523 A RU 2013152523A RU 2542019 C1 RU2542019 C1 RU 2542019C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- mixture
- luminescence
- oxide
- forming oxides
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 abstract description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 229910000836 magnesium aluminium oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 9
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 8
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 5
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 4
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 1
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000001443 photoexcitation Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптическому стеклу и может быть использовано для создания оптических усилителей в диапазоне длин волн второго окна прозрачности (1260-1360 нм) волоконных световодов на основе магнийалюмокварцевого стекла.The invention relates to optical glass and can be used to create optical amplifiers in the wavelength range of the second transparency window (1260-1360 nm) of optical fibers based on magnesium aluminum-quartz glass.
Известно, что реальное оптическое усиление, т.е. превышение усиления над потерями, получено только в диапазоне 1150-1215 нм на алюмосиликатных волоконных световодах, легированных висмутом (ASB-световоды), спектр люминесценции которых охватывает диапазон длин волн 1100-1300 нм. При оптической накачке на длине волны λP=808 нм максимум люминесценции наблюдается на λmax=1100 нм, при накачке λP=1058 нм - λmax=1150 нм. С целью смещения полосы усиления легированных висмутом стекол и волоконных световодов на их основе дальше в ИК-область в полосу длин волн 1260-1700 нм [Е.М. Дианов, С.В. Фирстов, В.Ф. Хепин и др. Висмутовые волоконные лазеры и усилители, работающие в области 1,3 мкм // Квантовая электроника. - 2008. - т.38, №7. - С.615-617] [1] в качестве сердцевины волоконного световода были выбраны фосфорогерманосиликатные стекла, легированные висмутом и не содержащие Al2O3 (PGSB-стекла и световоды). Массовая концентрация висмута в стеклах была ниже 0,1%. Заготовки для PGSB-световодов изготавливались по MCVD технологии. В PGSB-стеклах и вытянутых из них световодах спектр люминесценции сдвинут в ИК-область существенно дальше, чем спектр ASB-световодов: при оптической накачке λP=1058 нм максимум люминесценции наблюдается на λmax=1250 нм.It is known that real optical gain, i.e. the excess of gain over loss was obtained only in the range 1150-1215 nm on bismuth-doped aluminosilicate optical fibers (ASB fibers), the luminescence spectrum of which covers the wavelength range 1100-1300 nm. With optical pumping at a wavelength of λ P = 808 nm, the luminescence maximum is observed at λ max = 1100 nm, and with a pump of λ P = 1058 nm, λ max = 1150 nm. With the aim of shifting the gain band of bismuth-doped glasses and optical fibers based on them further into the IR region to the wavelength band 1260-1700 nm [E.M. Dianov, S.V. Firstov, V.F. Hepin et al. Bismuth fiber lasers and amplifiers operating in the region of 1.3 μm // Quantum Electronics. - 2008. - t. 38, No. 7. - S.615-617] [1] phosphorogermanosilicate glasses doped with bismuth and not containing Al 2 O 3 (PGSB glasses and fibers) were chosen as the core of the fiber. The mass concentration of bismuth in the glasses was below 0.1%. Blanks for PGSB fibers were manufactured using MCVD technology. In PGSB glasses and optical fibers drawn from them, the luminescence spectrum is shifted to the IR region much further than the spectrum of ASB optical fibers: with optical pumping λ P = 1058 nm, the luminescence maximum is observed at λ max = 1250 nm.
Известно [RU 2463264, МПК С03С 4/12, С03С 3/12, опубл. 10.10.2012] [2] получение стекла из оксидов при 900-1200°С, содержащих Р2О5 и/или Ba2O3 в качестве стеклообразующих компонентов и висмут в субвалентном состоянии в качестве источника люминесценции. В данном случае стекла люминесцируют в области 1000-1700 нм с максимумом полосы люминесценции на ~1200-1300 нм при возбуждении излучением 500-900 нм и обеспечивают усиление оптического сигнала в диапазоне 1050-1500 нм и 1050-1300 нм. В зависимости от состава, технологических параметров и концентрации висмута спектр люминесценции таких стекол характеризуется двумя полосами с максимумами на 1200 и 1300 нм или одной широкой полосой с максимумом на 1250-1300 нм. Использовались очень высокие концентрации висмута (3-50 мол.% в пересчете на Bi2O3). При концентрации Bi2O3 в стекле, равной 0,001 мол.%, люминесценции в нем не наблюдалось. Данные о значениях коэффициента поглощения синтезированных стекол не приводятся.It is known [RU 2463264, IPC С03С 4/12, С03С 3/12, publ. 10.10.2012] [2] obtaining glass from oxides at 900-1200 ° С, containing P 2 O 5 and / or Ba 2 O 3 as glass-forming components and bismuth in the subvalent state as a source of luminescence. In this case, the glasses luminesce in the region of 1000-1700 nm with a maximum of the luminescence band at ~ 1200-1300 nm when excited by radiation of 500-900 nm and provide amplification of the optical signal in the range of 1050-1500 nm and 1050-1300 nm. Depending on the composition, technological parameters and bismuth concentration, the luminescence spectrum of such glasses is characterized by two bands with maxima at 1200 and 1300 nm or one wide band with a maximum at 1250-1300 nm. Used very high concentrations of bismuth (3-50 mol.% In terms of Bi 2 O 3 ). At a concentration of Bi 2 O 3 in the glass equal to 0.001 mol%, no luminescence was observed in it. Data on the absorption coefficient of the synthesized glasses are not given.
Стекла, синтезированные в вышеприведенных источниках, содержащие в своем составе Р2О5 и Ва2О3, характеризуются низкой устойчивостью к воздействию высоких температур, влаги и химических реагентов, что значительно сужает область их применения.Glasses synthesized in the above sources containing P 2 O 5 and Ba 2 O 3 in their composition are characterized by low resistance to high temperatures, moisture and chemical reagents, which significantly narrows their scope.
Известен способ получения стекла путем синтезирования из оксидов люминесцентное стекло состава: 57 SiO2, 30 MgO и 13 Al2O3, характеризующееся высокой температурой плавления, стойкостью к воздействию реагентов и влаги. В качестве активатора использовался Bi2O3 с концентрациями 0,025-0,25 мол.% сверх 100 мол.% стеклообразующих оксидов. Синтез и выливание стекла проводили в атмосфере азота в иридиевом тигле при температуре 1850°С, т.е. в восстановительных условиях, близких к условиям производства силикатных световодов [Denker B.I., Galagan B.I., Shulman I.L., Sverchkov S.E., Dianov E.M. Bismuth valence states and emission centers in Mg-Al-Silicate Glass. Applied Physics B: Lasers and Optics, 2011, vol.103, no.3, pp.681-685] [3].A known method of producing glass by synthesizing from oxides a luminescent glass composition: 57 SiO 2 , 30 MgO and 13 Al 2 O 3 , characterized by a high melting point, resistance to chemicals and moisture. Bi 2 O 3 with concentrations of 0.025-0.25 mol% in excess of 100 mol% of glass-forming oxides was used as an activator. The synthesis and pouring of glass was carried out in a nitrogen atmosphere in an iridium crucible at a temperature of 1850 ° C, i.e. under reducing conditions close to those of silicate fiber production [Denker BI, Galagan BI, Shulman IL, Sverchkov SE, Dianov EM Bismuth valence states and emission centers in Mg-Al-Silicate Glass. Applied Physics B: Lasers and Optics, 2011, vol. 103, no.3, pp. 681-685] [3].
Однако таким способом невозможно синтезировать стекло, обладающее необходимым сочетанием свойств: низким коэффициентом поглощения света (что является обязательным условием для получения усиления в световоде) и люминесценцией с максимумом полосы на ~1300 нм. При большой концентрации Bi2O3 (0,25 мол.% сверх 100 мол.%) стекло имело очень высокий коэффициент поглощения (непрозрачное), а при малой концентрации Bi2O3 (0,025 мол.% сверх 100 мол.% стеклообразующих оксидов) оно не люминесцировало.However, in this way it is impossible to synthesize glass with the necessary combination of properties: low light absorption coefficient (which is a prerequisite for gaining amplification in the fiber) and luminescence with a band maximum at ~ 1300 nm. At a high concentration of Bi 2 O 3 (0.25 mol.% Over 100 mol.%) The glass had a very high absorption coefficient (opaque), and at a low concentration of Bi 2 O 3 (0.025 mol.% Over 100 mol.% Glass-forming oxides ) it did not luminesce.
Технический результат заключается в уменьшении коэффициента поглощения стекла с люминесценцией с максимумом полосы в спектральном интервале 1260-1360 нм (во втором окне прозрачности), что приводит к уменьшению энергетических потерь в стекле.The technical result consists in decreasing the absorption coefficient of glass with luminescence with a band maximum in the spectral range of 1260-1360 nm (in the second transparency window), which leads to a decrease in energy losses in the glass.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения стекла, заключающемся в плавлении на воздухе смеси стеклообразующих оксидов, содержащей оксид кремния, оксид магния, оксид алюминия и оксид висмута, дополнительно в смесь вводят активированный уголь в качестве основного восстановителя и картофельный крахмал в качестве демпфирующего восстановителя в количествах соответственно 1,5 и 33 масс.% от массы стеклообразующих оксидов с последующим плавлением смеси при температуре 1600°С.The essence of the invention lies in the fact that in the method for producing glass, which consists in melting in air a mixture of glass-forming oxides containing silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide and bismuth oxide, activated carbon is additionally introduced into the mixture as the main reducing agent and potato starch as damping reducing agent in amounts of 1.5 and 33 wt.%, respectively, of the mass of glass-forming oxides, followed by melting of the mixture at a temperature of 1600 ° C.
Способ осуществляют следующим образом. Была синтезирована серия образцов стекол состава: 55-57 SiO2, 30-28 MgO, 13-16 Al2O3. В шихту стеклообразующих оксидов добавляли Bi2O3 в небольших количествах: от 0,03 до 0,12 мол.% сверх 100 мол.% стеклообразующих оксидов и два восстановителя: в качестве основного - активированный уголь и в качестве демпфирующего - картофельный крахмал соответственно 1,5 и 3,3 масс.% от массы стеклообразующих оксидов.The method is as follows. A series of glass samples of the composition was synthesized: 55-57 SiO 2 , 30-28 MgO, 13-16 Al 2 O 3 . Bi 2 O 3 was added to the batch of glass-forming oxides in small amounts: from 0.03 to 0.12 mol% in excess of 100 mol% of glass-forming oxides and two reducing agents: activated carbon as the main and potato starch as damping, respectively 1 , 5 and 3.3 wt.% By weight of glass-forming oxides.
Синтез осуществляют следующим образом. К смеси стеклообразующих оксидов и Bi2O3, взятых в определенных соотношениях добавляли оба восстановителя. Полученная шихта отсушивалась при 180°С примерно 2 часа, перемешивалась и активировалась в шаровой мельнице в течение 15-30 минут при 160-200 об/мин соответственно, помещалась в тигель и в печи сопротивления в течение 3-х часов нагревалась до 1600°С. При этой температуре выдерживалась 3 часа без перемешивания мешалкой. Синтезированное стекло сразу же выливают на массивную металлическую пластину, предварительно разогретую до 600°С. Остывшее стекло дополнительному отжигу для снятия в нем напряжений (500-600°С, 1 ч) не подвергалось.The synthesis is as follows. Both reducing agents were added to the mixture of glass-forming oxides and Bi 2 O 3 taken in specific ratios. The resulting mixture was dried at 180 ° C for about 2 hours, mixed and activated in a ball mill for 15-30 minutes at 160-200 rpm, respectively, placed in a crucible and heated in a resistance furnace for 3 hours to 1600 ° C . At this temperature was maintained for 3 hours without stirring with a stirrer. The synthesized glass is immediately poured onto a massive metal plate preheated to 600 ° C. The cooled glass was not subjected to additional annealing to relieve stresses in it (500-600 ° C, 1 h).
Восстановители добавляли в шихту стеклообразующих оксидов, исходя из следующих соображений. В [1-3] считают, что источниками люминесценции с максимумом полосы в области 1260-1360 нм при фотовозбуждении люминесцирующих центров светом с длиной волны, равной 808 нм, являются ионы Bin+, где 0<n<3, т.е. восстановленные по сравнению с Bi3+. Но согласно проведенным термодинамическим расчетам с использованием данных [4-5], подтвержденным экспериментально, при концентрации Bi2O3<1 мол.% (сверх 100 мол.% стеклообразующих оксидов) реакция образования Bin+ (0<n<1) при 1450°С на воздухе становится термодинамически невозможной.Reducing agents were added to the mixture of glass-forming oxides, based on the following considerations. In [1-3], it is believed that sources of luminescence with a band maximum in the region of 1260–1360 nm upon photoexcitation of luminescent centers by light with a wavelength of 808 nm are Bi n + ions, where 0 <n <3, i.e. recovered compared to Bi 3+ . But according to thermodynamic calculations using data [4-5], confirmed experimentally, at a concentration of Bi 2 O 3 <1 mol% (in excess of 100 mol% of glass-forming oxides) the reaction of formation of Bi n + (0 <n <1) at 1450 ° C in air becomes thermodynamically impossible.
Однако экспериментально было установлено, что центры люминесценции с максимумом полосы в области 1260-1360 нм в стекле с малым содержанием Bi2O3, можно получить за счет реакции дефектообразования в Bi2O3, протекающей по уравнениюHowever, it was experimentally found that luminescence centers with a band maximum in the region of 1260–1360 nm in glass with a low Bi 2 O 3 content can be obtained due to the defect formation reaction in Bi 2 O 3 proceeding according to the equation
с образованием двухзарядной кислородной вакансии
Согласно литературным данным [6, 7] образовавшиеся кислородные вакансии захватывают 2 электрона, превращаясь в электрически нейтральные F-центры, которые при достаточно большой концентрации образуют ассоциаты, поглощающие на λ=500, 700, 800, ~1030 нм и окрашивающие стекло в красный цвет. Если концентрация F-центров недостаточна для образования ассоциатов, то стекло бесцветно. В случае образования F-центров с энергией ~2 эВ (λP=600 нм) стекло окрашено в голубой цвет. Центры люминесценции, поглощающие на 500, 700 нм, дают полосу люминесценции с максимумом на λ=1100-1150 нм, а поглощающие на 800 и 1000 нм дают полосу люминесценции с максимумом на λ=1260-1300 нм.According to published data [6, 7], the formed oxygen vacancies capture 2 electrons, turning into electrically neutral F centers, which at a sufficiently high concentration form associates that absorb at λ = 500, 700, 800, ~ 1030 nm and color the glass red . If the concentration of F centers is insufficient for the formation of associates, then the glass is colorless. In the case of the formation of F centers with an energy of ~ 2 eV (λ P = 600 nm), the glass is colored blue. Luminescence centers absorbing at 500, 700 nm give a luminescence band with a maximum at λ = 1100–1150 nm, and absorbing centers at 800 and 1000 nm give a luminescence band with a maximum at λ = 1260–1300 nm.
Равновесие реакции (1) вправо можно сдвинуть, добавив в реакционную смесь восстановитель, связывающий выделившийся кислород, например активированный уголь. Однако экспериментально установлено, что он является слишком жестким восстановителем, вызывающим образование нелюминесцирующих коллоидных частиц металлического висмута по реакцииThe balance of reaction (1) can be shifted to the right by adding a reducing agent that binds the released oxygen, for example, activated carbon, to the reaction mixture. However, it was experimentally established that it is too hard a reducing agent, causing the formation of non-luminescent colloidal particles of metallic bismuth by the reaction
При больших концентрациях Bi2O3 в шихте металлический Bi0 выделяется в виде отдельной фазы.At high concentrations of Bi 2 O 3 in the charge, metallic Bi 0 is released as a separate phase.
Чтобы не допустить образования Bi0? в качестве демпфирующего вещества вместе с активированным углем в шихту добавляется картофельный крахмал, при сгорании которого наряду с СО выделяется газообразная H2O, препятствующая образованию коллоидного висмута, окисляя его.To prevent the formation of Bi 0? As a damping substance, along with activated charcoal, potato starch is added to the charge, upon combustion of which, along with CO, gaseous H 2 O is released, which prevents the formation of colloidal bismuth, oxidizing it.
Оптические и люминесцентные характеристики синтезированных стекол представлены в таблице 1, исходя из рис 1-2.The optical and luminescent characteristics of the synthesized glasses are presented in table 1, based on Fig. 1-2.
Из таблицы 1 следует, что для получения стекла с максимумом люминесценции в области 1260-1360 нм и низким коэффициентом светопоглощения в смесь оксидов SiO2, MgO, Al2O3 следует добавить Bi2O3 в количестве 0,05-0,06 мол.% сверх 100 мол.% стеклообразующих оксидов, и смесь восстановителей: активированного угля и картофельного крахмала в количестве 1 масс.% и 33 масс.% соответственно.From table 1 it follows that to obtain glass with a maximum luminescence in the region of 1260-1360 nm and a low light absorption coefficient, Bi 2 O 3 in the amount of 0.05-0.06 mol should be added to the mixture of oxides SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 % over 100 mol.% glass-forming oxides, and a mixture of reducing agents: activated carbon and potato starch in the amount of 1 wt.% and 33 wt.%, respectively.
Ниже приводятся примеры получения люминесцентных стекол.The following are examples of the production of luminescent glasses.
Пример 1. Стекло, содержащее 0,12 мол.% Bi2O3.Example 1. Glass containing 0.12 mol.% Bi 2 O 3 .
К смеси 8,55 г SiO2, 3,00 г MgO, 3,60 г Al2O3 добавляли 0,15 г Bi2O3, 0,25 г активированного угля и 4,75 г картофельного крахмала. Шихту перемешивали и активировали в планетарной мельнице, отсушивали при ~180°С в течение 2 ч, помещали в тигель, в печь сопротивления, нагревали до 1600°С 3 ч, выдерживали при этой температуре. Расплав выливали на массивную металлическую подложку. Дополнительному отжигу при 600°С для снятия механических напряжений синтезированное стекло не подвергалось.To a mixture of 8.55 g SiO 2 , 3.00 g MgO, 3.60 g Al 2 O 3 was added 0.15 g Bi 2 O 3 , 0.25 g activated carbon and 4.75 g potato starch. The mixture was mixed and activated in a planetary mill, dried at ~ 180 ° C for 2 h, placed in a crucible, in a resistance furnace, heated to 1600 ° C for 3 h, kept at this temperature. The melt was poured onto a massive metal substrate. The synthesized glass was not subjected to additional annealing at 600 ° С to relieve mechanical stresses.
Пример 2. Стекло, содержащее 0,06 мол.% Bi2O3.Example 2. Glass containing 0.06 mol.% Bi 2 O 3 .
К смеси 8,55 г SiO2, 3,00 г MgO, 3,60 г Al2O3 добавляли 0,075 г Bi2O3, 0,25 г активированного угля и 4,75 г картофельного крахмала. Шихту перемешивали и активировали в планетарной мельнице, отсушивали при ~180°С в течение 2 ч, помещали в тигель, в печь сопротивления, нагревали до 1600°С 3 ч, выдерживали при этой температуре. Расплав выливали на массивную металлическую подложку. Дополнительному отжигу при 600°С для снятия механических напряжений синтезированное стекло не подвергалось.To a mixture of 8.55 g SiO 2 , 3.00 g MgO, 3.60 g Al 2 O 3, 0.075 g Bi 2 O 3 , 0.25 g activated carbon and 4.75 g potato starch were added. The mixture was mixed and activated in a planetary mill, dried at ~ 180 ° C for 2 h, placed in a crucible, in a resistance furnace, heated to 1600 ° C for 3 h, kept at this temperature. The melt was poured onto a massive metal substrate. The synthesized glass was not subjected to additional annealing at 600 ° С to relieve mechanical stresses.
Пример 3. Стекло, содержащее 0,05 мол.% Bi2O3.Example 3. Glass containing 0.05 mol.% Bi 2 O 3 .
К смеси 8,55 г SiO2, 3,00 г MgO, 3,60 г Al2O3 добавляли 0,070 г Bi2O3, 0,25 г активированного угля и 4,75 г покупного картофельного крахмала. Шихту перемешивали и активировали в планетарной мельнице, отсушивали при ~180°С в течение 2 ч, помещали в тигель, в печь сопротивления, нагревали до 1600°С 3 ч, выдерживали при этой температуре. Расплав выливали на массивную металлическую подложку. Дополнительному отжигу при 600°С для снятия механических напряжений синтезированное стекло не подвергалось.To a mixture of 8.55 g of SiO 2 , 3.00 g of MgO, 3.60 g of Al 2 O 3, 0.070 g of Bi 2 O 3 , 0.25 g of activated carbon and 4.75 g of purchased potato starch were added. The mixture was mixed and activated in a planetary mill, dried at ~ 180 ° C for 2 h, placed in a crucible, in a resistance furnace, heated to 1600 ° C for 3 h, kept at this temperature. The melt was poured onto a massive metal substrate. The synthesized glass was not subjected to additional annealing at 600 ° С to relieve mechanical stresses.
Пример 4. Стекло, содержащее 0,03 мол.% Bi2O3.Example 4. Glass containing 0.03 mol.% Bi 2 O 3 .
К смеси 8,55 г SiO2, 3,00 г MgO, 3,60 г Al2O3 добавляли 0,034 г Bi2O3, 0,25 г активированного угля и 4,75 г покупного картофельного крахмала. Шихту перемешивали и активировали в планетарной мельнице, отсушивали при ~180°С в течение 2 ч, помещали в тигель, в печь сопротивления, нагревали до 1600°С 3 ч, выдерживали при этой температуре. Расплав выливали на массивную металлическую подложку. Дополнительному отжигу при 600°С для снятия механических напряжений синтезированное стекло не подвергалось. Люминесценции с максимумом полосы на 1300 нм в синтезированном стекле не наблюдалось.To a mixture of 8.55 g of SiO 2 , 3.00 g of MgO, 3.60 g of Al 2 O 3, 0.034 g of Bi 2 O 3 , 0.25 g of activated carbon and 4.75 g of purchased potato starch were added. The mixture was mixed and activated in a planetary mill, dried at ~ 180 ° C for 2 h, placed in a crucible, in a resistance furnace, heated to 1600 ° C for 3 h, kept at this temperature. The melt was poured onto a massive metal substrate. The synthesized glass was not subjected to additional annealing at 600 ° С to relieve mechanical stresses. No luminescence with a band maximum at 1300 nm was observed in the synthesized glass.
По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет получить стекло, обладающее одновременно малым коэффициентом поглощения и люминесценцией с максимумом полосы в спектральном интервале 1260-1360 нм (во втором окне прозрачности).Compared with the known solutions, the proposed one allows one to obtain glass having both a low absorption coefficient and luminescence with a band maximum in the spectral range of 1260–1360 nm (in the second transparency window).
ЛитератураLiterature
1. Е.М. Дианов, С.В. Фирстов, В.Ф. Хепин и др. Висмутовые волоконные лазеры и усилители, работающие в области 1,3 мкм // Квантовая электроника. - 2008. - Т.38, №7. - С.615-617.1. E.M. Dianov, S.V. Firstov, V.F. Hepin et al. Bismuth fiber lasers and amplifiers operating in the region of 1.3 μm // Quantum Electronics. - 2008. - T.38, No. 7. - S.615-617.
2. Сулимов В.Б., Романов А.Н., Фаттахова З.Т. и др. Оптическое стекло, обладающее способностью к люминесценции в диапазоне 1000 - 1700 нм. Способы получения такого стекла (варианты) и волоконный световод // Патент России № RU 2463264 от 10.10.2012. Бюл. №28.2. Sulimov VB, Romanov AN, Fattakhova Z.T. and others. Optical glass with the ability to luminescence in the range of 1000 - 1700 nm. Methods for producing such glass (options) and fiber optic fiber // Russian Patent No. RU 2463264 dated 10.10.2012. Bull. No. 28.
3. Denker B.I., Galagan B.I., Shulman I.L., Sverchkov S.E., Dianov Е.М. Bismuth valence states and emission centers in Mg-Al-Silicate Glass. Applied Physics B: Lasers and Optics, 2011, vol.103, no.3, pp.681-685.3. Denker B.I., Galagan B.I., Shulman I.L., Sverchkov S.E., Dianov E.M. Bismuth valence states and emission centers in Mg-Al-Silicate Glass. Applied Physics B: Lasers and Optics, 2011, vol. 103, no.3, pp. 681-685.
4. Г.К. Моисеев, Н.А. Ватолин, Н.В. Белоусова. Расчет термохимических свойств Bi2O5 и BiO2 // Журнал физической химии. - 2000. - Т.74, №12. - С.2124-2128.4. G.K. Moiseev, N.A. Vatolin, N.V. Belousova. Calculation of the thermochemical properties of Bi 2 O 5 and BiO 2 // Journal of Physical Chemistry. - 2000. - T.74, No. 12. - S.2124-2128.
5. Карапетьянц М.Х., Карапетьянц М.Л. Основные термодинамические константы неорганических и органических веществ. - М.: Химия, 1968. - 472 с.5. Karapetyants M.Kh., Karapetyants M.L. Basic thermodynamic constants of inorganic and organic substances. - M .: Chemistry, 1968 .-- 472 p.
6. Мойжес Б.Я. Физические процессы в оксидном катоде. - М.: Наука, 1968. - 400 с.6. Moizhes B.Ya. Physical processes in the oxide cathode. - M .: Nauka, 1968 .-- 400 p.
7. Никонов Б.П. Оксидный катод. - М.: Энергия, 1979. - 240 с.7. Nikonov B.P. Oxide cathode. - M .: Energy, 1979. - 240 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013152523/03A RU2542019C1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Method of producing glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013152523/03A RU2542019C1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Method of producing glass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2542019C1 true RU2542019C1 (en) | 2015-02-20 |
Family
ID=53288883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013152523/03A RU2542019C1 (en) | 2013-11-26 | 2013-11-26 | Method of producing glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2542019C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1357375A1 (en) * | 1986-05-11 | 1987-12-07 | Белорусский Политехнический Институт | Glass |
| US20070010390A1 (en) * | 2005-07-05 | 2007-01-11 | Margaryan Alfred A | Bismuth containing fluorophosphate glass and method for making thereof |
| RU2302066C1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-06-27 | Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Fiber optic conductor for optical intensification of radiation at wavelengths ranging between 1000 and 1700 nm, methods for its manufacture, and fiber laser |
| RU2463264C2 (en) * | 2010-09-15 | 2012-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Димонта" | OPTICAL GLASS, CAPABLE OF LUMINESCENCE IN 1000-1700 nm RANGE, METHODS OF PRODUCING SAID GLASS (VERSIONS) AND FIBRE LIGHT GUIDE |
-
2013
- 2013-11-26 RU RU2013152523/03A patent/RU2542019C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1357375A1 (en) * | 1986-05-11 | 1987-12-07 | Белорусский Политехнический Институт | Glass |
| US20070010390A1 (en) * | 2005-07-05 | 2007-01-11 | Margaryan Alfred A | Bismuth containing fluorophosphate glass and method for making thereof |
| RU2302066C1 (en) * | 2005-09-22 | 2007-06-27 | Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук | Fiber optic conductor for optical intensification of radiation at wavelengths ranging between 1000 and 1700 nm, methods for its manufacture, and fiber laser |
| RU2463264C2 (en) * | 2010-09-15 | 2012-10-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Димонта" | OPTICAL GLASS, CAPABLE OF LUMINESCENCE IN 1000-1700 nm RANGE, METHODS OF PRODUCING SAID GLASS (VERSIONS) AND FIBRE LIGHT GUIDE |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Denker B.I., Galagan B.I., Shulman I.L., Sverchkov S.E., Dianov E.M. Bismuth valence states and emission centers in Mg-Al-Silicate Glass. Applied Physics B: Lasers and Optics, 2011, vol.103, no.3, pp.681-685. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Anjaiah et al. | Luminescence properties of Pr3+ doped Li2O–MO–B2O3 glasses | |
| Dan et al. | Optimizing Nd/Er ratio for enhancement of broadband near-infrared emission and energy transfer in the Er3+–Nd3+ co-doped transparent silicate glass-ceramics | |
| Camilo et al. | White light generation controlled by changing the concentration of silver nanoparticles hosted by Ho3+/Tm3+/Yb3+ doped GeO2–PbO glasses | |
| Weng et al. | Energy transfer and up-conversion luminescence in Er3+/Yb3+ co-doped transparent glass ceramic containing YF3 nano-crystals | |
| Dwivedi et al. | Effect of heat treatment on structural, thermal and optical properties of Eu3+ doped tellurite glass: formation of glass-ceramic and ceramics | |
| Nommeots-Nomm et al. | Luminescence of Er3+ doped oxyfluoride phosphate glasses and glass-ceramics | |
| Chen et al. | Microstructure and luminescence of transparent glass ceramic containing Er3+: BaF2 nano-crystals | |
| Prasad et al. | Specific features of photo and thermoluminescence of Tb3+ ions in BaO–M2O3 (M= Ga, Al, In)–P2O5 glasses | |
| Veber et al. | Optical properties and bismuth redox in Bi-doped high-silica Al–Si glasses | |
| Narro-García et al. | Spectroscopic properties of Eu3+/Nd3+ co-doped phosphate glasses and opaque glass–ceramics | |
| Ceniceros-Orozco et al. | Orange-reddish photoluminescence enhancement and wollastonite nanocrystals formation induced by CaO in Sm3+-doped calcium sodium borosilicate glasses | |
| Wen et al. | Energy transfer and luminescence studies of Pr3+, Yb3+ co-doped lead borate glass | |
| Seznec et al. | Preparation and luminescence of new Nd3+ doped chloro-sulphide glass–ceramics | |
| Pascual et al. | Optical Properties of Transparent Glass–Ceramics Containing Er3+‐Doped Sodium Lutetium Fluoride Nanocrystals | |
| Du et al. | Silver nanoparticles enhanced multichannel transition luminescence of Pr3+ in heavy metal germanium tellurite glasses | |
| Pisarska et al. | Optical spectroscopy of Dy3+ ions in heavy metal lead-based glasses and glass–ceramics | |
| Marzouk et al. | Correlation between luminescence and crystallization characteristics of Dy3+ doped P2O5–BaO–SeO2 glasses for white LED applications | |
| Maity et al. | Excitation dependent tunable emission colour of Eu3+-Tb3+ co-doped titanium zinc sodium phosphate glass | |
| Caixeta et al. | Broad and intense NIR luminescence from rare earth doped SiO2–Nb2O5 glass and glass ceramic prepared by a new sol gel route | |
| Rao et al. | Luminescence investigations on Dy3+ doped CdO-PbF2 phosphate glass-ceramics | |
| Manyum et al. | Structural and luminescence properties of transparent borate glass co-doped with Gd3+/Pr3+ for photonics application | |
| Raj et al. | Concentration dependent Dy3+-doped lithium fluoro borotellurophosphate glasses’ structural and optical investigations for white light emission under UV excitation for solid-state lighting applications | |
| Sharonov et al. | Spectroscopic study of chromium-doped transparent calcium germanate glass-ceramics | |
| Szpikowska-Sroka et al. | Technological aspects for Tb3+-doped luminescent sol–gel nanomaterials | |
| Leow et al. | Study of structural and luminescence properties of lead lithium borophosphate glass system doped with Ti ions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161127 |