ბროწეული იტრიუმის სკანდიუმის და ალუმინის საფუძველზე. ალმასის იმიტაცია სინთეზური მინერალებით

დღეს ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მყარი მდგომარეობის ლაზერი არის ლაზერი, რომლის მატრიცა არის იტრიუმი. ალუმინის ბროწეულიდა აქტივატორი არის იონები. ამ ლაზერის მიღებული აღნიშვნაა

ლაზერს აქვს აგზნების შედარებით დაბალი ზღურბლი და მაღალი თბოგამტარობა, რაც შესაძლებელს ხდის ლაზინგის გენერირებას პულსის გამეორების მაღალი სიჩქარით, ასევე ლაზირების უწყვეტ რეჟიმში. ლაზერის ეფექტურობა შედარებით მაღალია; რამდენიმე პროცენტს აღწევს.

ნეოდიმის იონის ძირითადი გადასვლები ბროწეულში ნაჩვენებია ნახ. 1.16. გადასვლები ხდება გარკვეულ ატომურ ნაწილაკებს შორის, რომლებიც ფიგურაში გამოსახულია როგორც „ენერგეტიკული ზოლები“. თითოეული „ზოლი“ (თითოეული ტერმინი) შეესაბამება შედარებით ვიწრო ენერგიის დონეების ჯგუფს, რომელიც წარმოიქმნება მოცემული ტერმინის გაყოფის შედეგად ბროწეულის კრისტალური მედის ელექტრულ ველში (Stark splitting).

გადატუმბვის პროცესში ნეოდიმის იონები ტერმინის შესაბამისი ძირითადი მდგომარეობიდან გადადიან სამ ჯგუფად: A, B, C. ჯგუფი A შეესაბამება ტერმინებს, ჯგუფი B - ტერმინები და ჯგუფი B - ტერმინი. შეესაბამება სამ ზოლს ნეოდიმის შთანთქმის სპექტრში გარნეტში,

ნაჩვენებია ნახ. 1.17, a (A-, B- და C-ზოლები, შესაბამისად). შთანთქმის ზოლების მშვენიერი სტრუქტურა, რომელიც აშკარად ჩანს ფიგურაში, ასახავს სტარკის ტერმინების გაყოფის ეფექტს.

ტერმინი არის ზედა სამუშაო "დონე". ნეოდიმის იონები განათებულია, რომლებიც გადადიან ამ "დონიდან" თერმების შესაბამის დონეზე. ენერგიის ძირითადი წილი (60%) ნაჩვენებია გადასვლებში; ჩვეულებრივ, განიხილება ნახ. წარმოდგენილია ნეოდიმის ლუმინესცენციის სპექტრი გარნეტში გადასვლებისთვის, სპექტრი შეიცავს 7 ხაზს; ყველაზე ინტენსიური ხაზებია 1.0615 და 1.0642 მკმ. მაგიდაზე 1.1 გვიჩვენებს ტალღის სიგრძეებს 18 ლუმინესცენციის ხაზისთვის, სხვადასხვა გადასვლების გათვალისწინებით 114]; მონაცემები მიღებულია 300 კ ტემპერატურაზე. ლაზერის გამარტივებულ ხედში შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოთხდონიანი სამუშაო სქემა; მთავარი "დონე" - ტერმინი 4/9/2, ქვედა სამუშაო "დონე" - ტერმინი ზედა სამუშაო "დონე" - ტერმინი "დონე" აგზნების - ტერმინები და გაითვალისწინეთ, რომ გადასვლები აკრძალულია დიპოლური მიახლოებით (ოპტიკურად აკრძალულია), ვინაიდან ასეთი გადასვლები ნეოდიმის იონის ორბიტალური კვანტური რიცხვი იცვლება 3-მდე; შესაბამისად, ტერმინების შესაბამისი მდგომარეობები მეტასტაბილურია.

IN ბოლო წლებიიტრიუმის ალუმინის ბროწეული (YAG) მუდმივ ინტერესს იწვევს მკვლევარებისთვის მთელს მსოფლიოში, რადგან ის არის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული მასალა კვანტური ელექტრონიკისა და თანამედროვე ტექნოლოგიების სხვა სფეროებისთვის. YAG-ის ფიზიკური და მექანიკური თვისებები შესაძლებელს ხდის მის გამოყენებას, როგორც ნედლეულს საიუველირო ინდუსტრიისთვის.

ბროწეული შეიძლება გაიზარდოს სხვადასხვა მეთოდით. სსრკ-ში საიუველირო ინდუსტრიისთვის YAG-ის წარმოება ეფუძნება ჰორიზონტალური მიმართულების კრისტალიზაციის მეთოდის გამოყენებას. როგორც რეაქციის მიხედვით YAG-ის სინთეზის საწყისი კომპონენტები

3Y 2 O 3 + 5Al 2 O 3 → 2Y 3 Al 5 O 12

გამოიყენება "ქიმიურად სუფთა" კლასის იტრიუმის ოქსიდი და კორუნდის კერამიკა. მუხტის შერწყმა და კრისტალიზაცია ხდება ვაკუუმში Sapphire-1m ან SGVK აპარატებში. ვაკუუმის ტექნოლოგია, რომელიც განსაკუთრებით მოსახერხებელია უფერო კრისტალების მოსაყვანად, ასევე შესაძლებელს ხდის ვარდისფერი, იასამნისფერი და მწვანე ფერის YAG კრისტალების მიღებას, შეღებილი ერბიუმის, ნეოდიმის, ქრომის და ვანადიუმის ოქსიდებით. ამ შემთხვევაში, შეღებვის დანამატების ინტენსიური აორთქლების გამო, მუხტში შეჰყავთ ქრომოფორის ის რაოდენობა, რომელიც ორ-სამჯერ აღემატება მის შემცველობას კრისტალში.

გამოყენებულ ტექნოლოგიას აქვს მრავალი მნიშვნელოვანი ნაკლი. ვაკუუმში კრისტალიზაციისას მცირე, მაგრამ სასრული რაოდენობით ჰაერი იტუმბება გაცხელებულ კამერაში მთელი პროცესის განმავლობაში. ჰაერის ჟანგბადი ჟანგავს ვოლფრამის გამათბობელს და თბოდამცავ მოლიბდენის ეკრანებს, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს მათ მომსახურების ხანგრძლივობას. გარდა ამისა, ოქსიდის ფილმი მცირდება არეკვლაეკრანები და იწვევს ენერგიის ხარჯების გაზრდას. ერთის მხრივ ვანადიუმის და მოლიბდენის ოქსიდებსა და მეორე მხრივ კრისტალიზებულ მასალას შორის ქიმიური რეაქციების შედეგად მზარდი ბროლი დაფარულია მეტალის საფარით. ასევე ირაციონალურია საკმაოდ ძვირადღირებული (1 კგ-ზე 30-35 რუბლი) კორუნდის კერამიკის გამოყენება, ძლიერ დაბინძურებული რკინის ოქსიდებით, როგორც დამუხტვის კომპონენტი, მაშინ როცა საიუველირო ინდუსტრიაში პრობლემაა ჭრის წარმოებიდან გადამუშავებული კორუნდის ნარჩენების გამოყენება. რომლის ფასი 5 რუბლია. 1 კგ-ზე.

VNIIyuvelirprom-მა შექმნა ტექნოლოგია ამ ნარჩენების რეკრისტალიზაციისთვის, მაგრამ მათი გამოყენება YAG-ის გასაზრდელად გაცილებით ეფექტურია.

ბროწეულის მუხტის კომპონენტად დასაბრუნებელი ნარჩენების გამოყენება ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ კორუნდის ნარჩენები არის ერთკრისტალური ალუმინის ოქსიდი Cr 2 O 3 და V 2 O 3 დანამატებით. ქრომისა და ვანადიუმის ოქსიდები, რომლებიც აფერადებენ კორუნდის კრისტალებს, ასევე ასრულებენ ქრომოფორების როლს ბროწეულში, იზომორფულად შედიან მის სტრუქტურაში. Verneuil მეთოდით მოყვანილი დაბრუნებული კორუნდი დადებითად ადარებს კორუნდის კერამიკას „მავნე“ მინარევების დაბალი კონცენტრაციით. ამრიგად, Fe 2 O 3 შემცველობა კორუნდის კერამიკაში აღწევს 0,5%. რკინის ოქსიდის მაღალი შემცველობა მოლიბდენთან ურთიერთქმედებისას იწვევს კონტეინერების გაჟონვას კრისტალიზაციის დროს. დაბრუნებულ ნარჩენებში რკინის კონცენტრაცია არ აღემატება 0,05%-ს.

VNIIyuvelirprom-მა შეიმუშავა YAG-ის გაზრდის ტექნოლოგია გაზის გარემოში რეციკლირებული კორუნდის ნარჩენების გამოყენებით. ამ ტექნოლოგიის მიხედვით, გამხმარი იტრიუმის ოქსიდი, დაბრუნების ნარჩენები და საჭიროების შემთხვევაში, ქრომოფორის ოქსიდების დანამატები სტექიომეტრიული თანაფარდობით იტვირთება შერწყმისთვის სპეციალურ კონტეინერში. ამ შემთხვევაში, ერთგვაროვანი ღეროს მისაღებად, მუხტი იტვირთება ფენებად: კონტეინერის ძირში - დააბრუნეთ კორუნდის ნარჩენები, შემდეგ V 2 O 3 ფხვნილის ფენა, დაბრუნების ნარჩენები და ა.შ. როგორც შერწყმისას, ასევე კრისტალიზაციის დროს. აპარატის ევაკუაცია ხდება წინა ტუმბოს გამოყენებით 10 ~ 2 ტორ. ამის შემდეგ, არგონ-წყალბადის ნარევი (95% Ar მაღალი სისუფთავის და 5% H 2 ტექნიკური) ჩადის აპარატში, რომელიც ქმნის წნევას 0,5 ატმ. მარტივი გამოთვლები აჩვენებს, რომ ვაკუუმის უფრო მაღალი ხარისხი აზრი არ აქვს. ამრიგად, უკვე 10-3 Torr-მდე ევაკუაციისას, არგონით შეყვანილი ჟანგბადის რაოდენობა იქნება სიდიდის რიგითობა, ვიდრე აპარატში დარჩენილი ჟანგბადის რაოდენობა.

ამრიგად, გაზის ნარევი ცივ აპარატში შეყვანის მომენტიდან, ჭარბი წნევა მუდმივად ინახება პალატაში, ანუ „გაჟონვის“ პრობლემა წყვეტს არსებობას.

უნდა აღინიშნოს, რომ YAG-ის ზრდის პროცესი შემუშავდა არსებული წარმოების სპეციფიკური პირობების გათვალისწინებით, რათა წყალბადის გამოყენებასთან დაკავშირებული „ვაკუუმური“ ტექნოლოგიიდან „გაზის“ ტექნოლოგიაზე გადასვლა განხორციელდეს იმავე პირობებში. (ოთახის ხანძარსაწინააღმდეგო კატეგორია) უსაფრთხოების ყველა ტექნიკური მოთხოვნის დაცვით.

შექმნილი ტექნოლოგია იძლევა აშკარა უპირატესობებს არსებულ ტექნოლოგიასთან შედარებით:

1. მოწყობილობის მუშაობისთვის მოსამზადებლად საჭირო დრო მცირდება ორი-სამი საათით.

2. გათბობის ელემენტისა და თბოდამცავი ეკრანების - კრისტალიზაციის კამერის ყველაზე მწირი ნაწილების მომსახურების ვადა ოთხჯერ ხუთჯერ იზრდება.

3. სითბოს ფარებზე ოქსიდის ფირის არარსებობა ზრდის მათ არეკვლას. ეს საშუალებას იძლევა კრისტალიზაციის პროცესი ჩატარდეს გამათბობელზე დაბალ ძაბვაზე.

4. რეციკლირებული კორუნდის ნარჩენების გამოყენებაზე დაფუძნებული ტექნოლოგიის მნიშვნელოვანი უპირატესობაა სხვადასხვა ფერის კრისტალების მიღების შესაძლებლობა, მათ შორის ზურმუხტისფერი მწვანე, ხოლო გამოსაყენებელი ნედლეულის მოსავლიანობის პროცენტი გაცილებით მაღალია, ვიდრე ვაკუუმში მოყვანისას.

ზურმუხტისფერ-მწვანე კრისტალების გარდა, განვითარებული ტექნოლოგია შესაძლებელს ხდის YAG-ის და სხვა ყვითელ-მწვანე ფერების მოპოვებას, რომლებიც საინტერესოა საიუველირო ინდუსტრიისთვის. მაგიდაზე 1. მოცემულია მუხტის შესაბამისი კომპოზიციები.

ცხრილი 1

ზრდასრული YAG კრისტალების მუხტისა და ფერის ოპტიმალური შემადგენლობა

როგორც ჩანს ცხრილში მოცემული მონაცემებიდან. 1, ქრიზოლიტისა და ციტრინის ფერების YAG კრისტალები მიიღება ოქსიდების - ქრომოფორების დამატების გარეშე, მაგრამ კორუნდის დაბრუნების ნარჩენებში შემავალი შეღებვის ნივთიერებების გამო (Cr 2 O 3 - 0,3-0,7 wt.% და V 2 O 3 - 0, 2-0,3 wt.%).

მითითებულია ცხრილში. 1 ფერად წარმომქმნელი დანამატების შემცველობა გამოითვლება იტრიუმის ოქსიდისა და დასაბრუნებელი ნარჩენების მთლიანი რაოდენობის პროცენტულად. ეს დანამატები სუპერსტოიქიომეტრიულია, ანუ ისინი არ ანაზღაურდება V 2 O 3 დამატებითი რაოდენობით. მუხტის ეს შემადგენლობა შესაძლებელს ხდის არა მხოლოდ სასურველი ფერის მიღებას, არამედ ბროლის ხარისხის გაუმჯობესებას (დაბზარვა მცირდება).

ცხრილის მიხედვით. 1 გვიჩვენებს, რომ ზურმუხტისფერი კრისტალების მისაღებად მუხტს შეიძლება დაემატოს როგორც V 2 O 3, ასევე Al 2 O 3. ეს აიხსნება იმით, რომ ხუთვალენტიანი ვანადიუმი წყალბადის არსებობისას ადვილად იშლება სამვალენტიან მდგომარეობამდე. Cr 2 O 3-ის შემოღებით
(კრისტალი No. 6) წითელი ფლუორესცენცია შეიმჩნევა ინკანდესენტურ შუქზე, რაც იწვევს აშკარა განსხვავებას ამ კრისტალებსა და ზურმუხტებს შორის.

ფერში დარჩენილი კრისტალების მსგავსება პერიდოტთან, ციტრინთან და ზურმუხტთან დასტურდება არა მხოლოდ ექსპერტიზის შეფასების მეთოდით, არამედ შედარებული მასალების ფერის მახასიათებლების ობიექტური გამოთვლებით. ფერის კოორდინატები გამოითვალა სტანდარტული მეთოდების გამოყენებით, YAG-ისა და ბუნებრივი მინერალების გადაცემის სპექტრების მონაცემებზე დაყრდნობით.

მწვანე „ზურმუხტის“ გარნიტისა და ბუნებრივი ზურმუხტის სპექტრების შედარება (მრუდები 1 და 4 ნახ. 1-ში) ზოგადად მიუთითებს მათ მსგავსებაზე ტალღების სიგრძის მნიშვნელოვან დიაპაზონში. ქრიზოლიტის ფერის მახასიათებლები და ქრიზოლიტის YAG ფერი ასევე საკმაოდ მსგავსია (მრუდები 2, 5).

ფერის სამკუთხედში გამოთვლილი კოორდინატები (ნახ. 2) განსაზღვრავს ფერის ტონს და ფერის სისუფთავეს. როგორც ნახ. 2-ის მონაცემებიდან ჩანს, ზურმუხტისფერი ძოწის (პუნქტი 1) და ბუნებრივი ზურმუხტისფერი (პუნქტი 4) კოორდინატები საკმაოდ ახლოსაა და ფერთა მსგავსება უფრო დიდია, ვიდრე ბუნებრივი და სინთეტიკური ზურმუხტის შემთხვევაში ( წერტილი 8). მნიშვნელოვანი მსგავსება ვლინდება აგრეთვე პერიდოტის ფერის გარნეტის (პუნქტი 2) და ბუნებრივი პერიდოტის (პუნქტი 5) ფერის კოორდინატების შედარებისას. იგივე შეიძლება ითქვას ნატურალურ ციტრინზე (პუნქტი 6) და „ციტრინის“ გარნიტზე (პუნქტი 3), რომელთა ფერები უფრო ახლოსაა ერთმანეთთან, ვიდრე ბუნებრივი და სინთეზური (პუნქტი 7) ციტრინის ფერები.

მაგიდაზე ცხრილი 1 გვიჩვენებს მუხტზე დამატებული ქრომოფორების რაოდენობას. ბუნებრივია, კრისტალიზაციის დროს იცვლება ქრომოფორების კონცენტრაცია. ამიტომ საინტერესო იყო Cr-ისა და V-ის შემცველობის განსაზღვრა ერთ კრისტალში, რომლის ფერი დააკმაყოფილებდა მოთხოვნებს საიუველირო ნედლეულზე. ამ მიზნით ჩატარდა No3 კრისტალის Cr და V სპექტრული ემისიის ანალიზი, რამაც შესაძლებელი გახადა ქრომოფორების განაწილების შეფასება ერთი ბროლის სიგრძეზე. ცდომილება განსაზღვრაში იყო 9 და 11% Cr და V, შესაბამისად (ნახ. 3). ვანადიუმის კონცენტრაცია მუხტში არ აღემატებოდა 0,5%-ს (0,1% კორუნდის დაბრუნებულ ნარჩენებში)