Боратные стекла

Реферат

Содержание

Введение 4

Лазерные материалы, вещества, применяемые в лазерах в качестве активных сред. В 1960 был создан первый лазер, в котором роль активной среды выполнял кристалл рубина (Al2O3 — Сг3+). Позднее стали использоваться смесь газов Ne и Не (1960), силикатное стекло с примесью ионов Nd3+ (1961), кристаллы полупроводникового соединения GaAs (1962), растворы неодима в неорганической жидкости SeOCl2 и растворы органических красителей (1966). К 1973 было известно около 200 различных Л. м., охватывающих вещества во всех агрегатных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном и в состоянии плазмы. Л. м. должны удовлетворять ряду требований: иметь набор энергетических уровней, позволяющих эффективно воспринимать подводимую извне энергию и с возможно меньшими потерями преобразовывать её в электромагнитное излучение; обладать высокой оптической однородностью, с тем чтобы исключить потери света из-за рассеяния, а также высокой теплопроводностью и малым коэффициентом термического расширения; быть стойкими по отношению к различным физико-химическим воздействиям, перепадам температуры, влажности и т.п.; сохранять состав и свойства в процессе работы. Твёрдые Л. м. должны обладать, кроме того, высокой прочностью и выдерживать без разрушения механическую обработку (резку, шлифовку, полировку), необходимую при изготовлении из них активных элементов. 4

загрузка... 4

Ионные кристаллы с примесями — наиболее представительная группа Л. м. Кристаллы неорганических соединений фторидов (CaF2, LaF3, LiYF4 и др.), окислов (например, Al2O3) или сложных соединений (CaWO4, Y3Al5O12, Са5(РО4)3Р и др.) содержат в своей кристаллич. решётке ионы активных примесей: редкоземельных (Sm2+, Dy2+, Tu2+, Pr3+, Nd3+, Er3+, Ho3+, Tu3+), переходных (Cr3+, Ni2+, Co3+, V2+) элементов или ионов U3+. Концентрация активных примесей в кристаллах составляет от 0,05 до нескольких % по массе. Возбуждение генерации производится методом оптической накачки, причём энергия поглощается, как правило, непосредственно примесными ионами. Эти Л. м. отличает: высокая концентрация активных частиц (1019—1021 ионов на см3), малая ширина линии генерации (0,001—0,1 нм) и малая угловая расходимость генерируемого излучения, способность обеспечить как импульсный, так и непрерывный режимы работы лазера. Недостатки — низкий (1—5%) кпд(коэффициент полезного действия) преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения в системе лампа накачки — кристалл, трудность изготовления лазерных стержней больших размеров и необходимой оптической однородности. Лазерные кристаллы с примесями выращиваются преимущественно путём направленной кристаллизации расплава в кристаллизационных аппаратах, обеспечивающих высокую стабильность температуры расплава и скорости роста кристалла. Содержание посторонних примесей в исходных веществах для выращивания кристаллов не должно превышать 0,01% по массе, а некоторых — наиболее опасных — 0,0001%. Из выращенных кристаллов вырезаются цилиндрические стержни длиной до 250 мм и диаметром 2—20 мм. Торцы стержней шлифуются, а затем полируются. Как правило, стержни изготовляются с плоскими торцами, параллельными друг другу, с точностью 3—5’’ и строго перпендикулярными геометрической оси стержня; в некоторых случаях применяются торцы сферической или др. конфигурации. В табл. 1 приведены химический состав и физические свойства наиболее важных Л. м. на основе примесных кристаллов. 5

БОРАТНЫЕ, ЩЕЛОЧНО-БОРАТНЫЕ, БОРОСИЛИКАТНЫЕ СТЕКЛА 12

Борный ангидрид 15

Температуры плавления и стеклования (влияние примеси воды) 15

Структура кристаллического и стеклообразного В2О3 15

Диаграммы состояния щелочноборатных систем на примере системы Na2O-B2O3 17

Структурные единицы и характер химических связей в борном ангидриде и в щелочноборатных стеклах 18

Зависимость доли атомов бора в четверной координации (N4) от состава стекол 20

Свойства боратных стекол и их расплавов, проявление изменения координации бора на свойствах 21

Области стеклообразования в двойных щелочноборатных системах 21

Вязкость и Тg 22

Плотность и коэффициент теплового расширения 23

Показатель преломления, механические свойства и химическая устойчивость 23

Применение боратных стекол 25

Диаграммы состояния систем с оксидами двухвалентных металлов, области стеклообразования в двойных системах 25

Фазовое разделение «жидкость – жидкость» в двойных боратных системах и способы управления этим явлением 26

Библиографический список 28