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五氧化三钛的性质与其晶体生长方法

发布日期:2022/6/14 15:53:06

五氧化三钛(Ti3O5)是利用先进真空烧结技术生产加工而成的光学镀膜材料之一, 不溶于水,具有高折射率、电阻小、附着力强、不容易喷溅的优点,采用电子枪蒸镀方式,成膜后光学表面光洁度佳,运用领域包含滤光片、冷光源涂层、增透膜、多层膜等。

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性质与应用

五氧化三钛(Ti3O5)晶体属于斜方晶系,密度〜4.60g/cm3,熔点〜1760°C Ji3O5是钛的低价系列氧化物中相对稳定的化合物,具有类金属特性,在常温下具有很高的导电性,与贵金属电极材料相比,它价格低廉、耐酸碱腐蚀性强,因此可以用作电极材料来替代贵金属。目前,Ti3O5主要作为二氧化钛(T12)涂层的蒸镀靶材广泛应用在光电子器件的制造中,如显示技术、成像技术、光输出和光集成的器件等。T12膜层在可见光和近红外光谱范围内具有很高的折射率、良好的稳定性和牢固性。

生长Ti3O5晶体的方法

前期,人们主要用T12膜料来蒸镀T12涂层,但T12膜料在加热和预熔的过程中会释放大量的氧气,即使进行充分的预热,溅射还是不可避免的,并且很难得到膜厚均一、折射率稳定的膜层。随着研究的深入,人们发现T12膜料预熔后其化学组成约为Ti3O5,从而会导致大量氧气的放出;并且,如果T12膜料预熔的不充分,其熔化物成分的不一致性则会导致很难得到稳定光学特征的膜层。而如果用Ti3O5作为蒸镀材料则可以避免T12膜料的缺点,降低放气量,避免溅射,得到膜厚均一、折射率稳定的高性能膜层。现在,Ti3O5膜料已逐步的取代T12膜料而在高折射率膜料中占据主要的地位。

目前,用于制备T12涂层的Ti3O5膜料大部分是多晶陶瓷。多晶陶瓷Ti3O5虽然制备容易,成本低廉,但在制备过程中容易引入杂质,形成大量气孔,并且难以保证成分和结构的均匀性,而这些因素对制备高质量的T12薄膜起着决定性的作用。因此,为了满足光、电应用对高质量Ti305材料的需求,Ti305晶体的制备也就成了当务之急。相比较于多晶陶瓷,Ti3O5晶体结晶性更好,密度更大;此外,生长过程中利用晶体自身排杂的特性,还可以提高材料的纯度。Ti3O5晶体作为一种广泛应用的高折射率膜料,但关于Ti3O5晶体制备的研究报道则几乎没有,因此,非常需要一种能够以较低成本生长Ti3O5晶体的方法,以便有利地进行工业化生产。

一种生长五氧化三钛多晶的垂直温梯法生长方法,包括以下步骤: 

(1)将T12和Ti按Ti3O5化学组成配料,混合均匀、压块; 

(2)将步骤(I)得到压块料装入坩祸中,坩祸转移至垂直温梯炉内,对整个系统升温并抽真空至10—3-10—4Pa,当炉温达到1400-1700°c时充入惰性保护气体Ar气,继续升温至设定温度,所述设定温度在1800-1850°C的范围内; 

(3)炉温达到设定温度后,保温3-6小时,使原料熔化充分,再以15-30°C/小时的速率缓慢降温,晶体生长完毕后,取出晶体。

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