Nghiên cứu khả năng thiết kế và lựa chọn công nghệ chế tạo gốm quang học đa tinh thể hạt mịn trong suốt bức xạ hồng ngoại trên cơ cở bột nano MgF8

Trong bài báo này đã đưa ra một số kết quả nghiên cứu khả năng thiêu kết, đánh giá ảnh hưởng điều kiện thiêu kết lên tính kết khối, kích thước hạt vật liệu và định hướng lựa chọn công nghệ chế tạo vật liệu gốm quang học đa tinh thể hạt mịn trong suốt bức xạ hồng ngoại trên cơ sở bột nano MgF2. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng ở nhiệt độ 650-700 oC sự lớn lên của các hạt khá rõ rệt, còn phương pháp thiêu kết không có áp lực không thể thu được vật liệu gốm quang học trên cơ sở bột nano MgF2 với cấu trúc theo yêu cầu. Thiêu kết dưới áp lực sẽ làm chậm quá trình kết tinh lại, ngăn cản sự lớn lên của hạt và đảm bảo thu được vật liệu có tỷ trọng cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng thiết kế và lựa chọn công nghệ chế tạo gốm quang học đa tinh thể hạt mịn trong suốt bức xạ hồng ngoại trên cơ cở bột nano MgF8Vật lý NGHI£N CøU KH¶ N¡NG THI£U KÕT Vµ LùA CHäNC¤NG NGHÖ CHÕ T¹O GèM QUANG HäC §A TINH THÓ H¹T MÞN TRONG SuèT BøC X¹ HåNG NGO¹I TR£N C¥ Së BéT NANO MgF2 NguyÔn Kh¶i Hoµn*, NguyÔn Ngäc Hng**, Vò Lª Hoµng**, Vò ThÞ Nhung**, NguyÔn Th¸i Häc**, S¸i C«ng Doanh*** Tãm t¾t: Trong bµi b¸o nµy ®· ®a ra mét sè kÕt qu¶ nghiªn cøu kh¶ n¨ng thiªu kÕt, ®¸nh gi¸ ¶nh hëng ®iÒu kiÖn thiªu kÕt lªn tÝnh kÕt khèi, kÝch thíc h¹t vËt liÖu vµ ®Þnh híng lùa chän c«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu gèm quang häc ®a tinh thÓ h¹t mÞn trong suèt bøc x¹ hång ngo¹i trªn c¬ së bét nano MgF2. KÕt qu¶ nghiªn cøu chØ ra r»ng ë nhiÖt ®é 650-700 oC sù lín lªn cña c¸c h¹t kh¸ râ rÖt, cßn ph¬ng ph¸p thiªu kÕt kh«ng cã ¸p lùc kh«ng thÓ thu ®îc vËt liÖu gèm quang häc trªn c¬ së bét nano MgF2 víi cÊu tróc theo yªu cÇu. Thiªu kÕt díi ¸p lùc sÏ lµm chËm qu¸ tr×nh kÕt tinh l¹i, ng¨n c¶n sù lín lªn cña h¹t vµ ®¶m b¶o thu ®îc vËt liÖu cã tû träng cao.Tõ kho¸: Gèm quang häc ®a tinh thÓ trong suèt hång ngo¹i, Bét nano MgF2. 1. §Æt vÊn ®Ò Trong chiÕn tranh c«ng nghÖ cao khi sö dông c¸c lo¹i vò khÝ th«ng minh, cã ®iÒu khiÓn (tªnlöa hång ngo¹i, vò khÝ laser…) ph¶i øng dông c¸c lo¹i vËt liÖu ®Æc chñng, trong ®ã cã vËt liÖugèm quang häc ®a tinh thÓ trong suèt hång ngo¹i. HiÖn nay, lo¹i vËt liÖu nµy ®ang ®îc øngdông réng r·i ®Ó chÕ t¹o c¸c cöa ra, c¸c thÊu kÝnh héi tô, c¸c tÊm chia quang, còng nh c¸c l¨ngkÝnh vµ g¬ng b¸n ph¶n x¹ [2,3,8]. VËt liÖu gèm quang häc ®a tinh thÓ cã c¸c tÝnh chÊt quang häc kh«ng thua kÐm so víi vËtliÖu ®¬n tinh thÓ vµ cã mét sè u ®iÓm nh: gi¸ thµnh rÎ h¬n, dÔ dµng chÕ t¹o c¸c chi tiÕt kÝchthíc lín vµ cã h×nh d¹ng phøc t¹p, c¸c tÝnh chÊt c¬ häc cao h¬n (®Æc biÖt lµ ®é dai ph¸ huû),hµm lîng cao c¸c i«n-ho¹t ho¸ ph©n bè ®ång ®Òu (vÝ dô Nd:YAG), vËt liÖu quang víi c¸c thµnhphÇn mµ rÊt khã hoÆc kh«ng thÓ chÕ t¹o ë d¹ng ®¬n tinh thÓ (vÝ dô Y2O3), ë nhiÖt ®é chÕ t¹o thÊph¬n (nhiÖt ®é thiªu kÕt gèm quang häc kho¶ng 60-80% nhiÖt ®é nãng ch¶y). ChÝnh v× vËy, vËtliÖu gèm quang häc ®a tinh thÓ ®ang dÇn thay thÕ vËt liÖu ®¬n tinh thÓ ®Ó chÕ t¹o c¸c hÖ quanghäc [3,4,6]. ë ViÖt Nam, nghiªn cøu chÕ t¹o gèm quang häc trong suèt bøc x¹ hång ngo¹i cßn míi mÎ,®Æc biÖt cho c¸c øng dông trong kü thuËt qu©n sù. HÇu hÕt c¸c lo¹i tªn löa tù dÉn hång ngo¹i, vòkhÝ ¶nh nhiÖt, laser hiÖn cã trang bÞ trong qu©n ®éi ta ®Òu cã øng dông c¸c lo¹i vËt liÖu nµy. Do®ã, nghiªn cøu ®Æc ®iÓm vµ c«ng nghÖ chÕ t¹o gèm quang häc MgF2 ®a tinh thÓ trong suèt bøcx¹ hång ngo¹i lµ bíc khëi ®Çu nh»m h×nh thµnh híng nghiªn cøu, x©y dùng ®éi ngò khoa häc-c«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c lo¹i gèm quang häc cho qu©n ®éi ta. 2. §èi tîng vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu §Ó chÕ t¹o ®îc vËt liÖu gèm quang häc ®a tinh thÓ trong suèt bøc x¹ hång ngo¹i víi c¸ctÝnh chÊt quang häc theo yªu cÇu th× ph¶i “thiÕt kÕ” ®îc cÊu tróc vËt liÖu ®¶m b¶o sù t¸n x¹¸nh s¸ng thÊp nhÊt, ®Æc biÖt ®èi víi vËt liÖu víi cÊu tróc phi lËp ph¬ng. Nguyªn liÖu bét ban®Çu ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu: kÝch thíc h¹t cì nano, ®ång nhÊt vÒ kÝch thíc theo toµn béthÓ tÝch, bét d¹ng h×nh cÇu, kh«ng cã sù tÝch tô côc bé, ®é s¹ch cao, t¨ng cêng (®én) c¸c ionho¹t hãa ë møc ®é ph©n tö. Trong nghiªn cøu nµy, bét MgF2 ban ®Çu cã ®é s¹ch cao (>99%),®îc hîp kim ho¸ 0,2% nguyªn tè Ca. Sù cã mÆt nguyªn tè Ca sÏ lµm gi¶m lìng chiÕt quangdo textua xuèng 2-3 lÇn [3]. VËt liÖu MgF2 víi cÊu tróc m¹ng tinh thÓ tø ph¬ng (a=b#c) (h×nh 1), cã kho¶ng bíc sãnglµm viÖc tõ 1-7 µm víi ®é trong suèt 80-90%. Do cã cÊu tróc m¹ng phi lËp ph¬ng nªn kÝch118 N.K.Hoàn, N.N.Hưng, V.L.Hoàng, V.T.Nhung, N.T.Học, S.C.Doanh “Nghiên cứu …MgF2.”Nghiên cứu khoa học công nghệthíc h¹t cña vËt liÖu cã vai trß rÊt quan träng ®èi víi c¸c tÝnh chÊt quang vµ c¬-lý cña vËt liÖu.Ngoµi ra, ®Ó vËt liÖu cã c¸c tÝnh chÊt quang tèt nhÊt, khèi lîng riªng ph¶i lín h¬n 99,5-99,6%so víi lý thuyÕt, gÇn nh kh«ng cã c¸c lç rçng xèp [3,6,8,9]. a) b) H×nh 1. M¹ng c¬ së (a) vµ s¬ ®å khai triÓn m¹ng tinh thÓ cña vËt liÖu MgF2 (b). C«ng nghÖ chÕ t¹o vËt liÖu gèm quang häc gåm c¸c bíc chuÈn bÞ bét, Ðp t¹o h×nh, thiªu kÕt.Trong nghiªn cøu nµy mÉu vËt liÖu tríc khi thiªu kÕt ®îc Ðp víi ¸p lùc 4 tÊn/cm2 trªn thiÕt bÞÐp thuû lùc. Thiªu kÕt ®îc tiÕn hµnh trong lß èng ch©n kh«ng CD1600X, ®é ch©n kh«ng 10-2mmHg. Ph¬ng ph¸p kh¶o s¸t cÊu tróc, kÝch thíc h¹t b»ng nhiÔu x¹ tia R¬ngen (XRD) vµ chôp¶nh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM). X¸c ®Þnh ®é co ngãt mÉu vËt liÖu b»ng c¸ch ®o kÝch thíc mÉutríc vµ sau khi thiªu kÕt. §o khèi lîng riªng b»ng ph¬ng ph¸p c©n thuû tÜnh. 3. KÕt qu¶ vµ th¶o ...