Effect of B2O3 addition to Magnesium, Zirconium, Hafnium fluorides on the parameters of thin films formed from them

В.Ф. Зінченко; О.В. Мозкова; І.Р. Магунов; Г.В. Вольчак; О.Г. Єрьомін; А.В. Бабенко

doi:10.15330/pcss.25.1.120-126

Автор(и)

В.Ф. Зінченко Фізико-хімічний інститут ім.О.В.Богатського НАН України, Одеса, Україна
О.В. Мозкова Державне підприємство спеціального приладобудування «Арсенал» Державного космічного агентства України, Київ, Україна
І.Р. Магунов Фізико-хімічний інститут ім.О.В.Богатського НАН України, Одеса, Україна
Г.В. Вольчак Фізико-хімічний інститут ім.О.В.Богатського НАН України, Одеса, Україна
О.Г. Єрьомін Фізико-хімічний інститут ім. О.В. Богатського НАН України, Одеса, Україна
А.В. Бабенко Фізико-хімічний інститут ім. О.В. Богатського НАН України, Одеса, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.1.120-126

Ключові слова:

фториди металів, добавка B2O3, термічне випаровування у вакуумі, тонкоплівкове покриття, показник заломлення

Анотація

Вперше досліджено вплив добавки B₂O₃ на фториди Магнію, Цирконію та Гафнію, що охоплює їх структурні та оптичні властивості. Фазовий склад системи MgF₂–B₂O₃ встановлено за допомогою рентгенівського фазового аналізу та інфрачервоної (ІЧ) спектроскопії пропускання. Примітно, що було виявлено помітну присутність новоутвореної фази, яка характеризується як комплексна сполука – фторборат Магнію (Mg₃(BO₃)F₃). У випадках систем ZrF₄–B₂O₃ і HfF₄–B₂O₃ зміна характеристик ІЧ-спектрів пояснюється фазовими переходами α → β, що відбуваються у відповідних тетрафторидах металів. Згодом методом термічного випаровування в умовах вакууму були виготовлені тонкоплівкові покриття з фторидів металів, оброблених добавкою B₂O₃. Було визначено, що показник заломлення MgF₂ зазнав незначного зниження (з 1.42 до 1.41) після введення добавки, тоді як механічна міцність продемонструвала незначне збільшення. І навпаки, показник заломлення покриттів, отриманих з тетрафторидів Цирконію та Гафнію, після термічної обробки B₂O₃, залишався майже постійним і становив 1.53 для всіх зразків. Крім того, була проведена оцінка леткості зразків, яка виявила незначне збільшення леткості після обробки добавкою B₂O₃, за винятком системи MgF₂–B₂O₃. Запропоновано вірогідний механізм, що пояснює вплив B₂O₃ на оксигенвмісні домішки, присутні у фторидах металів.

Посилання

M.A. Okatov, E.A. Antonov, A. Baygozhin, et al, Handbook of Technologist-Optician. Politekhnika, St. Petersburg, 2004, 679 p.

H.A. Abilsiitov, V.H. Hontar, A.A. Kolpakov, L.A. Novitskii & all. Technological lasers: Handbook Issue 2, Vol. 2. Mashinostroenie, Moscow, 1991, 436 р.

Consumables for PVD applications. Evaporation materials and accessories. Leybold Optics. GmbH catalogue, Alzenau, 2003, 87 p.

V.F. Zinchenko, G.V. Volchak, O.V. Mozkova, O.H. Yeriomin, P.H. Doha, Effect of B2O3 Addition on Optical Properties of Zirconium and Hafnium Tetrafluorides in Polycrystalline and Thin Film States, Physics and Chemistry of Solid State, 24 (3), 484 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.484-489.

A. Smakula Patent Deutsches Reich No. 685767. 01.11.1935.

V.F. Zinchenko, O.G. Eryomin, Ye.V. Timukhin, N.P. Efryushina, O.V. Mozkova, N.M. Belyavina, Thin-film coatings on the base of complex RE fluorides, Physics and Chemistry of Solid State, 6 (3), 442 (2005).

V.F. Zinchenko, Fluorides of some s-, p-, d-, and f-metals as perspective materials for interference optics: present status and development, J. Fluorine Chem., 131 (2), 159 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jfluchem.2009.12.001.

V.F. Zinchenko, Solid-phase complex compounds and composites of metal oxides, fluorides, and chalcogenides as materials for interference coatings: a review, Theoretical and Experimental Chemistry. 57 (4), 262 (2021); https://doi.org/10.1007/s11237-021-09694-2.

V.F. Zinchenko, I.R. Magunov, G.V. Volchak, O.V. Mozkova, G.I. Kocherba, Effect of B2O3 additive on the properties of ZnS-Ge system and the resulting thin-film coatings, Materials Today: Proceedings, 62 (9), 5767 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.477.

W. Hinz, P.-O. Kunth, Phase equilibrium data for the system MgO-MgF2-SiO2, The American mineralogist, 45, 1198 (1960); http://www.minsocam.org/ammin/AM45/AM45_1198.pdf.

R.A. Sharma, Phase Equilibria and Structural Species in MgF2-MgO, MgF2-CaO, and MgF2-Al2O3 Systems, J. Am. Ceram. Soc., 71 (4), 272 (1988); https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1988.tb05859.x.

M. Zielinski, A. Kiderys, Pietrowski M., I. Tomska-Foralewska, M. Wojciechowska, Synthesis and characterization of new Mg-O-F system and its application as catalytic support, Catalysis Communications, 76, 54 (2016); https://doi.org/10.1016/j.catcom.2015.12.021.

M. Zielinski, B.Czajka, M. Pietrowski, I. Tomska-Foralewska, E. Alwin, M. Kot, M. Wojciechowska, MgO-MgF2 system obtained by sol-gel method as an immobilizing agent of the electrolyte applied in the high temperature cells, J. Sol-Gel Sci. Technol, 84, 368 (2017); https://doi.org/10.1007/s10971-017-4495-8.

S. Baek, I.-H. Jung, Phase diagram study and thermodynamic modeling of the MgO-Y2O3-MgF2-YF3 system. Journ. of the European Cer. Soc., 43 (4), 1723 (2023); https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2022.11.027.

M.N. Brekhovskikh, V.A. Fedorov, Purification of fluorides for optical materials synthesis, Inorg. Mater., 50 (12), 1277 (2014); https://doi.org/10.1134/S0020168514120036.

H. Schreiber, J. Wang, S. Wilkinson, U.S. Patent. Durable MgO-MgF2 composite film for infrared antireflection coating, Pub. N: US 20212/0307353A1, Dec. 6, 2012.

V.F. Zinchenko, I.R. Magunov, O.V. Mozgova, G.V. Nechyporenko, I.V. Stoyanova, Study of the interaction in the GeO-B2O3 system by spectroscopic methods, Physics and Chemistry of Solid State, 19 (2), 163 (2018); https://doi.org/10.15330/pcss.19.2.163-170.

V.F. Zinchenko, V.P. Sobol, I.R. Magunov, O.V. Mozgova, Germanium monoxide as a promising material for interference optics of infra-red spectral range, Issues of Chemistry and Chemical Technology, 6, 29 (2018); http://dx.doi.org/10.32434/0321-4095-2018-121-6-29-33.

V.F. Zinchenko, V.E. Chyhrynov, O.V. Mozghova, V.P. Antonovych, Kinetic regularities of evaporation and condensation of coatings from CVD composites of the chalcospinel-germanium system, Bulletin of the Ukrainian Material Science Society of I.M. Frantsevich, 11, 24 (2018); http://www.materials.kiev.ua/article/2937.

V.F. Zinchenko, Ye.V. Timukhin, O.H. Yeriomin, N.A. Chivireva, V.E. Chyhrynov, O.V. Mozghova, G.I. Kocherba, Influence of the alloying of film-forming material MgF2 on operational properties of coatings, Odesa National University Herald. Chemistry, 18 (2), 41 (2013); https://doi.org/10.18524/2304-0947.2013.2(46).31347.

V.F. Zinchenko, Ye.V. Timukhin, I.R. Magunov, Spectroscopic study of interaction in the MgF2-MgO-Ge system, Ukrainian Chemistry Journal, 81 (10), 92 (2015).