Установка для синтеза стеклообразного люминесцентного аналога рубина

Узел приготовления композитного материала установки для синтеза стеклообразного люминесцентного аналога рубина.
Полезная модель относится к выращиванию тугоплавких монокристаллов и кристаллизационным установкам, в частности, к люминесцентному стеклу, повторяющему характеристики люминесценции кристалла рубина и может быть использовано в качестве активных лазерных сред волоконных лазеров, даун-конверторов оптического излучения, чувствительных элементов оптических датчиков температуры и давления.
Известно, что методы, связанные с созданием высокосовершенных, в том числе и крупных монокристаллов, используют аппаратуру, которая в состоянии обеспечить прецизионную стабильность температуры и строгое соблюдение химического состава кристаллизуемого вещества. Причем обеспечение указанных требований в сильной степени зависит от способа нагрева, материала контейнера и атмосферы кристаллизации.
Величина объема расплава имеет принципиальное значение. Оно определяет интенсивность физико-химических процессов высокотемпературной кристаллизации, а также процессы тепло- и массопереноса.
Известны методы Вернейля, Степанова, Чохральского (Багдасаров Х.С. Высокотемпературная кристаллизация из расплава. - М., Физматлит, 2004. - 159 с.), позволяющие осуществить однофазную кристаллизацию при выращивании тугоплавких монокристаллов из расплава.
2
2
3
2
3
2
3
Известно стекло (Ueda, S. Tanabe, Preparation and optical property of glass ceramics containing ruby crystals // Journal of American ceramic society - 2010. - V 93 pp. 3084-3087) с идентичной кристаллу рубина люминесценцией, включающее, мол %: 45% SiO, 40% AlO, 15% YO, 0,1% CrO. Однако температура варки остается сравнительно высокой (1700°С). Температура термообработки стекла также высока (1200-1500°С). Также недостатком является наличие в составе оксида иттрия в концентрации 15%, что приводит к удорожанию стекла.
2
2
3
2
3
2
3
Известно также стекло, близкое по химическому составу с заявляемым стеклом (Авторское свидетельство СССР №643448, М. Кл. С03С 3/30, С03С 3/14, 1977) вес %: KO 12-28, AlO 6-32, ВО 36-79, FeO 1-4, MnO 1-6.
Недостатком данного стекла является отсутствие идентичной кристаллу рубина люминесценции на длине волны 694 нм.
2
2
3
2
3
2
5
2
2
2
5
Наиболее близким по химическому составу является стекло (Авторское свидетельство РФ №2466107 С2, М. Кл. СО3С 3/23, 2010), взятое в качестве прототипа, следующего состава, мол %: KO 18-20, BO 35-45, AlO 18-22, NaCl 4-6, PO 2-7, CuO 1-5, NaF 1-3, SnO - 0,2-0,6, SbO - 0,6-1.
Недостатком этого стекла также является отсутствие идентичной кристаллу рубина люминесценции на длине волны 694 нм.
Цель полезной модели - узел приготовления композитного материала установки для синтеза стеклообразного люминесцентного аналога рубина с высокоинтенсивной узкой полосой люминесценции на длине волны 694 нм.
2
2
3
2
3
2
5
2
2
3
2
3
2
5
2
2
3
4
2
2
2
3
2
3
2
5
2
2
3
4
2
Поставленная цель достигается узлом приготовления композитного материала установки для синтеза стеклообразного люминесцентного аналога рубина, включающем управляемые дозаторы KO, AlO, BO, SbO, смеситель, вход которого технологически связан с выходами управляемых дозаторов KO, AlO, BO, SbO, в который дополнительно введены управляемые дозаторы LiO, CrO, NHHF, технологически связанные выходами со входом смесителя с возможностью его соединения с выходом таймера, при этом выходы дозаторов KO, AlO, BO, SbO, и дополнительных дозаторов LiO, CrO, NHHF выполнены с возможностью соединения с первым и вторым портами ввода микро-ЭВМ, соответственно, а входы всех дозаторов выполнены с возможностью соединения с портом вывода информации, при этом все порты ввода и вывода дозаторов выполнены с возможностью соединения с оперативно-запоминающим устройством (ОЗУ), постоянно запоминающим устройством (ПЗУ), блоком клавиатуры, блоком индикации и таймером через шину адреса и данных с микро-ЭВМ.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемая установка отличается наличием новых элементов и их связями между ними. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к решению новой задачи получения композитного материала, характеристики которого обеспечивают получение стекла с высокоинтенсивной узкой полосой люминесценции на длине волны 694 нм, идентичной по структуре полосе люминесценции кристалла рубина. Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 показана общая структура получения стеклообразного люминесцентного аналога рубина, на фиг. 2 - узел приготовления композитного материала.
Установка включает: I - узел приготовления композитного материала в составе: управляемые дозаторы 1-7, смеситель 8, порты ввода информации 9, 10; блок клавиатуры 11, блок индикации 15, таймер 12, микро-ЭВМ 13, порт вывода информации 14, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 16, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 17, шину адреса и данных 18; II - печь с корундовыми тиглями, III - печь с инерционным охлаждением, IV - кристаллизация, V - термообработка. Пунктиром отмечены технологические связи.
Узел приготовления композитного материала работает следующим образом.
2
2
3
2
3
2
5
2
2
3
4
2
На фиг. 2 блоки 1-7 представляют собой управляемые дозаторы KO, AlO, BO, SbO, LiO, CrO, NHHF. Заданные пропорции компонентов смешиваются в смесителе 8 в определенной последовательности технологических операций. Этим процессом управляет микро-ЭВМ 13, которая контролирует время замеса каждого компонента и их пропорции:
2
2
3
2
3
2
5
1. В управляемые дозаторы 1-4 засыпаются в заданных пропорциях KO, AlO, BO, SbO, определяемых программой микро-ЭВМ и хранящихся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 17. Указанное количество смеси поступает в смеситель 8, где перемешивается в течение не менее 2-х минут. Время перемешивания задается таймером 12, соединенным с микро-ЭВМ 13 через шину адреса и данных 18.
2
2
3
4
2
2. Через управляемые дозаторы 5-7 в смеситель 8 засыпается смесь LiO, CrO, NHHF и перемешивается не менее 1-2 минут.
3. Содержимое смесителя 8 поступает в корундовых тиглях в печь II, разогретой до 1300-1600°С и держится там в течение 0,5-5 часов, где осуществляется равномерное перемешивание расплава шихты со скоростью 1-5 об/с.
4. Далее расплав выливают в металлическую форму и осуществляют инерционное охлаждение III полученного стекла в печи от 500-400°С до комнатной температуры.
5. Затем осуществляют кристаллизацию IV при температуре от 450° до 900° от 5 минут до 5 часов.
6. Термообработка V приводит к образованию в стекле хромсодержащей нано кристаллической фазы.
В результате в стекле появляются полосы поглощения с максимумами на длинах волн 420 нм и 590 нм, а также полоса люминесценции с максимумом на длине волны 694 нм и квантовым выходом до 65%.
В таблице 1 приведены примеры составов люминесцентного стекла
Описание составляющих узла приготовления композитного материала
Однокристаллическая микро-ЭВМ (ОЭВМ) 13 предназначена для управления всеми элементами электрической схемы установки. С ее помощью осуществляется реализация алгоритма приготовления композитного материала, опрос клавиатуры, управление органами индикации, а также обслуживание последовательных интерфейсов ввода/вывода. ОЭВМ представляет собой БИС семейства INTEL 80С51 с тактовой частотой 12-14 МГц.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) (17) предназначено для хранения в памяти данных о требуемом содержании компонентов КМ, команд для ОЭВМ и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 27С512 емкостью 64 кбайт.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) (16) предназначено для хранения информации, связанной с режимом работы установки. ОЗУ подключено к системной шине ОЭВМ и представляет собой стандартную БИС семейства INTEL 6264 емкостью 8 кбайт.
Два порта ввода информации (9, 10) в микро-ЭВМ (13) от управляемых дозаторов (1-7) предназначены для организации 8-разрядного порта ввода сигналов логического уровня. Порты ввода подключены к системной шине ОЭВМ и представляют собой параллельный разрядный регистр.
Порт вывода информации (14) предназначен для организации 8-разрядного порта вывода сигналов, подключен к системной шине ОЭВМ и представляют собой параллельный разрядный регистр.
Блок клавиатуры (11) предназначен для набора русского текста (с возможностью переключения на латинские символы), подключен к системной шине ОЭВМ.
Блок индикации (15) представляет собой текстовый жидкокристаллический индикатор (минимум 4 строки по 20 символов), подключен к системной шине ОЭВМ.
Таймер 12 предназначен для управления временем смешивания компонентов КМ, подключен к системной шине ОЭВМ.
Управляемые дозаторы 1-7 представляют собой весовые дозаторы на тензорезисторных датчиках. Система весового дозирования применяется для получения заданных отвесов бетонной смести. Каждый весовой дозатор выполнен в виде бункера на тензорезисторных преобразователях с весоизмерительной системой. Управление дозаторами производится посредством микро-ЭВМ. http://www.v-press.ru/devices/vesovoy-dozator/.