专利名称：获取多晶体光学硒化锌的方法
技术领域：
发明属于光学材料工艺领域，即获取多晶体光学材料的方法，该材料在宽光谱范围内对可见和红外辐射是透明的。
背景技术：
硫族锌和镉(ZnSe、ZnS, CdTe, ZnTe)及它们的固溶体具有综合的物理性能，这些性能可以使其应用于光学和电子学不同领域(见H. Γ.斯塔尔任斯基、 .Β.格里涅夫、 Jl. M.加利钦斯茨基、B. 雷日科夫《以化合物A11Bvi为基的闪烁体、获取、性能及使用情况》，哈尔科夫市，单晶体所，2007，296页)。对宽光谱范围的光-电仪器镜头和保护舱进行设计时，多晶体硒化锌是最为被广泛应用的光学材料。硒化锌可以采用不同的方法获取既可通过真空热压压制获得，也可以通过气相沉积而得到(见E.M.加夫里舒克《红外光学的多晶体硒化锌》，无机材料，2003，第19卷1031 1049)。对获得光学多晶硒化锌而言，气相沉积法是目前最受欢迎的。从技术水平来说，获取多晶体硒化锌的一些方法和设备被广泛认知，它们都是应用物理沉积原理，即硒化锌蒸汽沉积到衬底上，1981年7月7日出版的苏联专利N2 844609 中所索引M Π KC4B 35/00及C09K11/10，申请了获取用于光学陶瓷的硫族锌和镉的多晶块体的方法，其内容是使蒸汽通过多孔石墨、碳石墨或者氧化硅编织物，用物理沉积法沉积到加热衬底上，该蒸汽的沉积速率为0. 005 0. 15mol/Cm2h，为了沉积硒化锌，衬底应加热到 600 900"C。用上述方法获取多晶块体，其晶粒的尺寸为50 100 μ m以及在样件厚度5mmU = IOym)时，其光透明度为65 70%，但是在冷却后其密度达到理论密度的99. 7士0.2% 时，所申请的光学材料在可见光谱范围内实际上是不透明的，并且在近、中红外区内透射率较低，按照硒化锌透明度在全部光谱范围内的整体光学性能而言，上述工艺很难获得理想的样品。在1995年3月27日出版的Ns 2031985俄罗斯联邦专利中的索引M Π KC30B25/00， 四/48，描述了获取多晶体硒化锌的一种方法和设备，该方法用的是在分别供给硒化氢与氩的混合气流及锌与氩的混合气流条件下进行气相沉积。沉积在方形反应器的壁上，该反应器有带孔的输入器法兰，该孔的作用是为了供给硒化氢与氩的混合气及锌与氩混合气的蒸汽流，围绕着每一个孔按同心圆分布着用于供给保护气体的孔，使用该申请的方法和设备能提高从硒化氢中提取硒化锌的有效产量及相应的生产率，但是该方法的不足之处在于，反应器结构的复杂性及在反应器壁上持续沉积的工艺稳定性。在1995年3月27日出版的N2 2031986俄罗斯联邦专利中申请的获取多晶体硒化锌方法为在加热的反应器中向衬底供给带氩的混合气形式的硒化氢和锌的蒸汽流，其克分子比为0. 8 1. 3，在反应器中压力6 IOtorr和反应器横截单位面积的硒化氢流量为 35-42ymol/(cm2 -min)系数对10. 6 μ m波长而言不超过1 · 10_3在可见光和近红外光谱范围内材料的透明度不大，应认为这是该培植方法的缺点，这种方法限制了这种材料应用的可能性。还有一种获取硒化锌光学多晶体块的方法是，1994年9月15日刊登的N2 2019586 俄罗斯联邦专利中的索引MTIKC30B23/00，29/48并被核准为本发明的样品。本方法是把 5公斤的硒化锌装入石墨容器中以便升华，该硒化锌中硅含量为0. 004%，装入衬底后放入密闭炉体内抽真空至10_4mmHg，加热至1030°C，升华过程结束时停止加热，使容器冷却至室温，培植后硒化锌块再进行研磨和抛光，该块体在10. 6 μ m波长时具有70-71 %的透过率。该法培植的多晶体硒化锌在可见光区和近、中红外区中的光学性能参数较低，这是该法的缺点。这就限制了它在光-电仪器中被应用得可能性，并且该申请制造产品的工艺难以实施。
发明内容
发明的任务是可批量生产多晶体硒化锌，且硒化锌在多光谱区中应有高的光学性能，还可提高合格产品的产量。发明任务由一种获取光学多晶体硒化锌的方法得到解决，该方法包含的工序为 原料的加热和蒸发，使其冷凝到加热的衬底上，它与上述样品方法的区别在于蒸发原料是在1050-1150°c温度下进行的，而蒸汽冷凝到衬底上，该衬底加热至950-1050°C。原料蒸发的温度工况及衬底的温度是通过实验途径选定和证实的。从提高冷凝产品的纯度及改善所得材料在可见光的红外光谱范围中的透射率这一目的出发，在迷宫环和多孔滤层中进行蒸汽的中间冷凝是合适的，为此目的在容器中安置了多孔的隔板，在该板上对蒸发物质的蒸汽进行中间冷凝并沉积原料中所含有的杂质。以0. 2-0. 8mm/h生长速度进行冷凝是最好的，为了提高合格产品的产量和质量这是最为理想的工况。为了减小所得光学材料中的内应力，培植硒化锌毛坯的容器最好是按选定的冷却工况进行冷却自培植温度冷却至900°C，其速度为50-100°C /h，在900-600°C范围内的冷却速度为30-50°C /h,自600°C带毛坯的容器和设备一起进行随炉冷却。对原料的处理最好是在惰性气体(如氩)介质中进行，其温度至1200°C，周期为 10-1 ，该原料由粉状混合物及密实的锌片组成。这样处理可除去难以挥发的杂质，并且使蒸汽的组分接近于化学计量。技术成果在于改进获取大尺度光学材料毛坯的工艺，并且通过该工艺改善了材料的光学质量，以便在可见光和红外光谱范围内获得使用。上述制备多晶体硒化锌的方法能够获得高产量的合格样品并且该材料具有下列光学特性在培植毛坯直径至500mm和厚度至50mm时透射率分别为波长0. 6 μ m处 30 %，1. 06 μ m处60 %，3-5 μ m处69 %，8-12. 5 μ m71 %，光学材料中的双折射不超过IOOnm/ cm。
具体实施例例 1原料为硒化锌粉末，例如其牌号是ΕΤ0.035.011.ΤΥ(俄罗斯联邦市售产品)(杂质成份:Cu、Mg< 1(Γ5%、Α1 < 1(Γ5%、Μη< l(T5%、Ni < 10"5%,Ti < l(T5%、Ag< 10"5%,Bi< 10_5%;Fe < 10_4%,Sn < WiV0, Cr < 10_4%,Pb < 1(Γ4% 质量)，数量 38 公斤装入石墨容器的底部，安置带双层石墨化编织物Γ Γ Η-2Μ的多孔石墨隔板，冷凝室及石墨衬底-盖， 装好的容器放入真空炉，进行抽真空至剩余压力1 · IO-3HimHg并使容器加热至1130°C的温度、于75h内进行原料的蒸发及随后蒸汽冷凝到衬底上，此时衬底的温度为1040°C。在结束培植(即冷凝过程)时进行有控制的冷却至900°C时以70°C /h的速度进行冷却，然后至600°C时的速度为40°C /h，在这之后整个设备进行自然冷却到室温，所培植的毛坯按特定的工艺进行冷却，从而减小毛坯的内应力。技术成果在于改进获取大尺寸光学材料毛坯的工艺，并且改善了该材料光学质量以便在可见光和红外光谱范围内获得应用，以及提高合格产品的产量。然后打开设备，取出和拆卸带有培植圆形毛坯的容器，进行培植毛坯的称量，测量其厚度，然后进行机械加工(研磨和抛光)、在蒸汽以0. 5mm/h速度沉积，所培植的硒化锌毛坯的尺寸为直径470mm，厚度32mm时，其透射率如下波长0. 6 μ m处33%，1. 06 μ m处 65 %，3-5 μ m处69 %，8-12. 5ym71%,光学材料中双折射不超过150mm/cm。对蒸汽沉积到衬底上的速度进行控制能够提高所得产品的质量。此外，在多次的实施过程中，得知蒸发温度为1050_1150°C，衬底温度为 950-1050°C时都可以得到本实施例1所述效果的；例如，在1050°C的蒸发温度、950°C衬底温度、0. 2mm/h沉积速度以及1150°C蒸发温度、1050°C衬底温度、0. 8mm/h沉积速度的沉积条件下进行硒化锌晶体沉积，得到了相同光学性能的硒化锌多晶块体；并且冷却时，工艺过程也可以是冷却至900°C时以50-100°C /h的速度进行，在900°C _600°C范围内的冷却速度是30-50°C /h,自600°C起自然冷却至室温。例 2原料为密实的硒化锌碎片，数量为32公斤，在惰性气体(例如氩气等等)介质中预先退火，其温度为1200°C时间10h，然后把原料装入容器内以便培植毛坯，所有随后的工序与例1相同，在其他应用过程中，得知退火时间一直加长到15h也是可以的。硒化锌毛坯的直径为350mm，厚度为40mm，它是在蒸汽沉积速度0. 35mm/h下取得的，在2. 5-14 μ m光谱范围内它的透射率为68%，光学材料中的双折射不超过lOOmm/cm。
权利要求
1.一种获得多晶体光学硒化锌的方法，包括步骤在抽真空的情况下，进行硒化锌原料的加热和蒸发，同时将蒸汽冷凝到加热的衬底上；其特征在于原材料的蒸发在 1050-1150°C温度下进行，而蒸汽冷凝至加热温度为950-1050°C的衬底上。
2.如权利要求1所述的获得多晶体光学硒化锌的方法，其特征在于所述的蒸汽冷凝到衬底上的过程是以0. 2-0. 8mm/h的速度进行的。
3.如权利要求1所述的获得多晶体光学硒化锌的方法，其特征在于在所述的蒸汽冷凝到加热的衬底上的步骤之后，按控制工况进行冷却，该工况是这样的冷却至900°C时以50-100°C /h的速度进行，在900°C _600°C范围内的冷却速度是 30-500C /h,自600°C起自然冷却至室温。
4.如权利要求1所述的获得多晶体光学硒化锌的方法，其特征在于所述的原料为粉状或者密实的碎片状的硒化锌原料，在进行原料的加热和蒸发之前，在惰性气体中预先进行退火，退火温度为1200°C，退火时间为10 15h。
全文摘要
本发明属于光学介质工艺领域，即获得多晶体光学材料的方法，具体是获取多晶体光学硒化锌的方法。这种制备多晶体光学硒化锌的方法主要它包括原料的加热和蒸发，蒸汽冷凝到加热的衬底上，原材料是在1050-1150℃温度下进行蒸发的，而蒸汽冷凝到衬底上，该衬底加热至950-1050℃。此时，为了提高所得产品的质量，对蒸汽沉积到衬底上的速度进行控制，所培植的毛坯按特定的工艺进行冷却，从而减小毛坯的内应力。技术成果在于改进获取大尺寸光学材料毛坯的工艺，并且改善了该材料光学质量以便在可见光和红外光谱范围内获得应用，以及提高合格产品的产量。
文档编号C30B29/48GK102400212SQ201110214950
公开日2012年4月4日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年8月2日
发明者加里宾.E.A, 古谢夫.P.E, 季一勤, 张荣实, 杜纳耶夫.A.A, 杰米坚科.A.A, 洪伟, 米罗诺夫.I.A, 郭嘉辉 申请人:天津津航技术物理研究所