Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Стекла на основе селенида мышьяка являются перспективными материалами для волоконной оптики среднего ИК-диапазона Стекла систем As-Se, As-Se-S, As-Se-Te пригодны для изготовления световодов с высокой прозрачностью в интервале спектра 2 -11 мкм Теоретическое значение минимальных оптических потерь в селе-ниде мышьяка оценивается величиной 0 05 - 0 1 дБ/км в интервале длин волн 5-6 мкм [1] Уровень потерь, достигнутый к настоящему времени в лучших образцах стекла, - 60 дБ/км на длине волны 5 56 мкм и 650 дБ/км в области генерации С02-лазера (92-109 мкм) [ 2 ] Прозрачность стекол на основе As2Se3 чувствительна к присутствию примесей кислорода, водорода, углерода
Основные способы изготовления халькогенидных световодов - вытяжка расплава из двойного тигля и метод «штабик - трубка» Основным функциональным устройством двойного тигля является фильера из двух концентрично расположенных трубок По центральному круглому каналу течет расплав сердцевины, по наружному кольцевому - оболочечный расплав На выходе они образуют так называемую луковицу, перетягиваемую в двухслойный световод Геометрия световода определяется параметрами двойной фильеры, объемными скоростями истечения расплава из круглого и кольцевого каналов Как показали работы по получению световодов с низкими оптическими потерями из сульфидно-мышьякового стекла, метод двойного тигля имеет ряд преимуществ по сравнению с методом «штабик-трубка» При изготовлении световодов из стекол на основе селенида мышьяка методом двойного тигля возникает ряд трудностей, связанных с особенностями материала
1) Стеклообразный селенид мышьяка непрозрачен в видимом диапазоне
Поэтому непосредственный визуальный контроль диаметра сердцевины
волокна в ходе вытяжки затруднен Возникает задача контролировать про
цесс формования волокна, исходя из влияния внешних условий ( темпера
тура, давление инертного газа над расплавом, радиус и длина каналов
фильеры тигля) на геометрию волокна Это требует обстоятельного ис
следования течения стеклообразующего расплава в круглом и кольцевом
каналах
2) Стекла системы As-Se, As-Se-S, As-Se-Te склонны к кристаллизации,
результатом которой является ухудшение их прозрачности Кристаллиза
ция имеет место и при вытяжке волокна Поэтому необходимо найти тем-
пературно-временные режимы, при которых кристаллизация расплава была
бы минимальна
Перечисленные особенности материала не позволяют напрямую использовать для стекол систем As-Se, As-Se-S, As-Se-Te технические и методологические решения, найденные для изготовления световодов из стекла AS2S3, ближайшего аналога стеклообразного селенида мышьяка Для реализации достоинств стекол систем As-Se, As-Se-S, As-Se-Te как материалов волоконной оптики требуется определить отсутствующие в литературе данные о реологических характеристиках расплавов этих стекол Полученная информация даст возможность оптимизировать изготовление волоконных световодов методом двойного тигля
Цель работы исследование течения расплава стекол на основе селенида мышьяка в круглом и кольцевом каналах , получение количественных данных о скорости течения как функции температуры и давления , радиуса и длины каналов , использование найденных закономерностей и особенностей при изготовлении световодов методом двойного тигля Основные исследования были выполнены с As2Se3 как типичным представителем этой группы стекол
Научная новизна Разработана методика исследования течения расплава стекла в каналах круглого и кольцевого сечения Впервые исследовано течение селенида мышьяка в этих каналах в интервалах температур 280 - 450С и давлениях инертного газа над расплавом до 1 5 105 Па Установлено, что в температурной области 280 - 310С расплав ведет себя как вязкопластическая жидкость В интервале 370 - 450 С его поведение ближе к поведению ньютоновской жидкости По результатам исследования течения расплава в области температур 280 - 310С , соответствующих вязкопластическому характеру течения расплава, построена модель для расчета параметров течения , на основании которой определены предельное напряжение сдвига и пластическая вязкость селенида мышьяка, сульфоселенидных и селенотел-луридных стекол
Практическая значимость работы
Полученные температурные зависимости реологических характеристик стекол (предельное напряжение сдвига и пластическая вязкость) дают возможность априорной оценки условий изготовления световодов с заданными геометрическими параметрами
Результаты исследования влияния кристаллизации на скорость течения, полученные в настоящей работе, позволили сформулировать требования к температурно-временным режимам процесса изготовления световодов из стекол систем As-Se, As-Se-S, As-Se-Te
Апробация работы. Результаты работы были представлены на XI Конференции по химии высокочистых веществ (г Нижний Новгород, май 2000 г), XII Международном симпозиуме по неоксидным стеклам и перспективным материалам (г Флорианополис, Бразилия, апрель 2000 г), XIII Международном симпозиуме по неоксидным и новым оптическим стеклам
(г Пардубице, Чешская Республика, сентябрь 2002 г), XII Конференции по химии высокочистых веществ (г Нижний Новгород, июнь 2004 г) Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 статей в отечественных журналах, тезисы 4 докладов на конференциях
Структура и объем диссертации.
