способ получения халькогенидного стекла ges₂

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХАЛЬКОГЕНИДНОГО СТЕКЛА GeSe₂ путем загрузки шихты в реакционный сосуд, нагревания и закалки, отличающийся тем, что, с целью снижения температуры синтеза и взрывоопасности, в качестве шихты используют Ce₂S₃Br₂, нагрев ведут при 500 - 550^oС в двухкамерном сосуде с обеспечением градиента температур от температуры синтеза в одной камере до комнатной температуры в другой камере, а закаливание осуществляют на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии, а именно к способам синтеза халькогенидных стекол, и может быть использовано для синтеза GеS₂.

Известны способы получения халькогенидных стекол в кварцевых ампулах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ получения халькогенидного стекла, включающего GeS₂, NaCl, Gа₂S₃, путем загрузки шихты в кварцевую ампулу, которую откачивают до 10^-4 тор и запаивают, синтеза при 1000^оС с перемешиванием и охлаждения в воде.

Возможность получения стеклообразного GeS₂ этим методом ограничена температурой 900^оС. Это обусловлено тем, что только при температурах выше 900^оС происходит полное взаимодействие германия с серой и достигается гомогенизация расплава, исключаются условия сохранения в расплаве твердой кристаллической фазы (температура плавления GeS₂ равна 840^оС) и обеспечивается критическая скорость охлаждения - минимальная скорость, при которой в расплаве не образуется ни одного центра кристаллизации, способного к росту.

Целью изобретения является снижение температуры синтеза и взрывоопасности процесса.

Способ получения стеклообразного GeS₂ включает загрузку шихты в реакционную камеру, нагревание камеры, создание в ней градиента температур, выдержку и закалку, в качестве шихты используют сплав Ge₂S₃Br₂, нагревают его до 500-550^оС, обеспечивая градиент в камере (Т_мах = 500-550^оС, Т_min = комнатная температура) и закаливают на воздухе.

Использование в качестве шихты сплава Ge₂S₃Br₂, разлагающегося при 500-550^оС по уравнению

2Ge₂S₃Br₂ = 3GeS₂ + GeBr₄, обеспечивает уменьшение температуры синтеза стеклообразного GeS₂, снижение давления пара в камере и взрывоопасности процесса.

Нагревание при 500-550^оС обеспечивает разложение Ge₂S₃Br₂ на два химических соединения, находящихся в разных фазах, а градиент температур - их полное разделение и конденсацию легколетучего GeBr₄ в холодной части камеры. Охлаждение камеры из кварцевого стекла на воздухе от 500-550^оС уменьшает термические напряжения в материале камеры и тем самым снижает взрывоопасность процесса. Уменьшение температуры нагревания сплава Ge₂S₃Br₂ ниже температуры 500^оС приводит к резкому увеличению вязкости расплава (температура стеклования GeS₂ равна 495^оС), замедлению выделения легколетучего GeBr₄ из расплава. Увеличение температуры нагревания сплава Ge₂S₃Br₂ выше 550^оС нецелесообразно, так как полное разделение расплава на две фазы достигается уже при 500^оС. Сплав Ge₂S₃Br₂ получают в стеклообразном состоянии синтезом из элементов при 500-550^оС в течение 3-4 ч охлаждением расплава в выключенной печи из-за низкой кристаллизационной способности расплава.

При выделении из расплава Ge₂S₃Br₂ легколетучего GeBe₄ при 500-550^оС образуется устойчивый к кристаллизации расплав GeS₂, в результате чего значительно понижается температура получения стеклообразного GeS₂ и взрывоопасность процесса.

П р и м е р 1. Для получения 100 г стеклообразного GeS₂ в реакционную камеру, выполненную из кварцевого стекла в виде двух сосудов, соединенных трубкой, в первый сосуд загружают 195,61 г Ge₂S₃Br₂ и герметизируют. Сосуд с Ge₂S₃Br₂ нагревают до 550^оС и выдерживают в течение 10 ч. Образовавшийся газообразный GeBr₄ конденсируют во втором сосуде при 20^оС. Выход 99% в расчете на GeS₂.

П р и м е р 2. Для получения 100 г стеклообразного GeS₂ в реакционную камеру, выполненную из кварцевого стекла в виде двух сосудов, соединенных трубкой, в первый сосуд загружают 195,61 г Ge₂S₃Br₂ и герметизируют. Сосуд с Ge₂S₃Br₂ нагревают до 525^оС и выдерживают в течение 18 ч. Образовавшийся газообразный GeBr₄ конденсируют в сосуде 2 при 20^оС. Выход 98% в расчете на GeS₂.

П р и м е р 3. Для получения 100 г стеклообразного GeS₂ в реакционную камеру, выполненную из кварцевого стекла в виде двух сосудов, соединенных трубкой, в сосуд 1 загружают 195,61 г Ge₂S₃Br₂ и герметизируют. Сосуд с Ge₂S₃Br₂ нагревают до 500^оС и выдерживают в течение 24 ч. Образовавшийся газообразный GeBr₄ конденсируют в сосуде 2 при 20^оС. Выход 98% в расчете на GeS₂.

Использование предлагаемого способа обеспечивает следующие преимущества:

температура синтеза уменьшается на 350^оС за счет использования в качестве шихты сплава Ge₂S₃Br₂, разлагающегося при 500-550^оС с образованием GeS₂;

взрывоопасность процесса за счет снижения давления уменьшается в реакционной камере в результате понижения температуры синтеза и уменьшения термических напряжений в материале камеры за счет охлаждения камеры с расплавом от 500-550^оС на воздухе.