專利名稱：透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氟鋯酸鹽微晶玻璃，特別是一種透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃以及其制備方法，其特點是該微晶玻璃在中紅外波段具有很高的透過率，與氟化物玻璃相比，其機械強度有較大的增強。
背景技術：
在過去的幾十年中，人們對如何在硅基玻璃中形成均勻的亞微尺度的晶相進行了大量的研究。相對傳統(tǒng)玻璃，微晶玻璃有著優(yōu)異的熱學和機械性能，如低的熱膨脹系數和高的彈性模量，尤其當微晶玻璃中微晶相尺寸小于某波段時，對該波段就有很高的透過特性，大大地提高了玻璃的熱學和機械性能。
氟化物玻璃折射率小，聲子能量低，在0.2～7μm波段范圍內具有很好的紅外透過性能，使氟化物玻璃成為激光應用的熱門候選材料。大塊氟化物玻璃的研制成功使這些材料作為紅外光學器件的應用也日益受到關注。然而氟化物玻璃的低化學穩(wěn)定性和機械性能阻礙了它的光學應用。眾所周知，將氟化物玻璃進行熱處理微晶化，使其均勻析晶可以提高玻璃的機械強度和熱學性能，國內外對氟化物玻璃的析晶也進行了大量的研究，取得了一些進展，但是在如何控制氟化物玻璃的析晶過程，從而獲得紅外透過性能良好，玻璃中晶相均勻的氟化物微晶玻璃，特別是氟鋯酸鹽微晶玻璃一直沒有取得大的進展。在國內，還沒有關于氟鋯酸鹽微晶玻璃的報道。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃及其制備方法，該微晶玻璃不僅具有良好的抗失透性能和機械性能，而且在中紅外波段具有很好的透過率。
本發(fā)明的技術解決方案如下一種透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃及其制備方法，其特征是在ZrF4-BaF2-YF3-AlF3氟化物玻璃組分中加入LaF3。
所述的透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃的組成范圍如下組成mol％ZrF450～55BaF220～33YF38～20AlF35～7LaF32～6。
本發(fā)明透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃的具體制備方法，包括以下步驟A、氟鋯酸鹽玻璃的熔制按照上述玻璃組成選定配方并稱量各原料，將粉末狀原料混合均勻后，放入鉑金坩堝中在1000～1050℃的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后經澄清15～20分鐘，將玻璃液澆注在預熱過的石墨模具上，然后將玻璃迅速移入到已升溫至玻璃轉變溫度(Tg)附近的馬弗爐中進行退火。退火過程為在玻璃轉變溫度(Tg)附近保溫3～4小時，然后再以3℃/小時的速率降至200℃，最后以5℃/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。
B、氟鋯酸鹽微晶玻璃的制備方法根據玻璃熱分析(DTA)數據，將制得的玻璃樣品由室溫以10℃/分鐘的速率加熱到高于Tg溫度20℃以上成核4～5小時后，再以0.5℃/分鐘的速率加熱到第一析晶峰溫度點(Tx)附近晶化30～50分鐘，再以1℃/分鐘的速率冷卻到室溫后取出，得到透明的氟鋯酸鹽微晶玻璃。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明制備的透紅外氟鋯酸鹽微晶玻璃抗失透性能和物理化學性能良好。
本發(fā)明制備的透紅外氟鋯酸鹽微晶玻璃機械性能良好，經實驗證明，熱處理后的微晶玻璃較氟化物玻璃機械強度均有較大的增強。
本發(fā)明制備的透紅外氟鋯酸鹽微晶玻璃在中紅外波段具有很好的透過率。
本發(fā)明的透紅外氟鋯酸鹽微晶玻璃制備方法簡單，生產成本也較低。


圖1為實施例1和3中玻璃的差熱曲線。
圖2為本發(fā)明所獲得的氟鋯酸鹽微晶玻璃和基質玻璃的紅外透過率，樣品厚度為2mm。
具體實施例方式
表1給出了本發(fā)明5個具體實施例的玻璃的原料配方。
實施例1和2實施例1和2僅玻璃配方組成不同，而玻璃的熔制工藝相同。從玻璃熔制到熱處理微晶化的具體過程為(1)氟鋯酸鹽玻璃的熔制按照表1中玻璃配方稱量各原料，將粉末狀原料混合均勻后，放入鉑金坩堝中于1000～1050℃的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后經澄清15～20分鐘，將玻璃液澆注在預熱過的石墨模具上，然后將玻璃迅速移入到已升溫至310℃的馬弗爐中進行退火。退火過程為在310℃保溫3～4小時，然后再以3℃/小時的速率降至200℃，最后以5℃/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃樣品。
(2)氟鋯酸鹽微晶玻璃的制備方法根據玻璃熱分析(DTA)數據，將制得的玻璃樣品由室溫以10℃/分鐘的速率加熱到高于Tg溫度20℃以上成核4～5小時后，再以0.5℃/分鐘的速率加熱到第一析晶峰溫度點(Tx)附近晶化30～50分鐘，最后以1℃/分鐘的速率冷卻到室溫后取出，得到透明的氟鋯酸鹽微晶玻璃。具體的實施過程中，對于實施例1，其成核溫度是340℃，晶化溫度是380℃；對于實施例2，其成核溫度是345℃，晶化溫度是380℃。
實施例3、4和5具體制備過程如下第一步按照表1中所述的實施例3、4和5的玻璃組分進行配料；熔制實施例3、4和5氟化物玻璃的工藝過程與實施例1和2的玻璃熔制過程基本相同，玻璃的熔制溫度和玻璃的退火溫度都略有升高。
第二步實施例3、4和5氟化物微晶玻璃的制備工藝與實施例1和2的基本相同，也就是根據玻璃熱分析(DTA)數據，將制得的玻璃樣品由室溫以10℃/分鐘的速率加熱到高于Tg溫度20℃以上成核4～5小時后，再以0.5℃/分鐘的速率加熱到第一析晶峰溫度點(Tx)附近晶化30～50分鐘，最后以1℃/分鐘的速率冷卻到室溫后取出，得到透明的氟鋯酸鹽微晶玻璃。具體實施過程中各實施例的成核和晶化溫度列于表1中。
由上述制備過程得到的氟鋯酸鹽微晶玻璃透明且物理化學性能優(yōu)良。
本發(fā)明中氟鋯酸鹽玻璃及其微晶玻璃的的紅外透過率如下圖2所示，從圖中可以看出，相比基質玻璃，實施例中微晶玻璃的紅外透過率都有所下降，但仍然在70％左右。同時測試了熱處理前后玻璃的維氏硬度(見表2)，對比可以發(fā)現(xiàn)，熱處理后所有實施例中玻璃的維氏硬度均有不同程度的增強。
表1具體5個實施例的玻璃配方

表2各實施例中熱處理前后玻璃的維氏硬度

權利要求
1.一種透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃，其特征在于它的摩爾百分比組成為組成 mol％ZrF450～55BaF220～33YF38～20AlF35～7LaF32～6。
2.權利要求1所述的透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃的制備方法，其特征是該方法包括下列步驟①氟鋯酸鹽玻璃的熔制按照權利要求1中所述的組成，選定配方比例后稱量各原料，將粉末狀原料混合均勻后，放入鉑金坩堝中在1000～1050℃的硅碳棒電爐中熔化，完全熔化后澄清15～20分鐘，將玻璃液澆注在預熱過的石墨模具上，然后將玻璃迅速移入到已升溫至玻璃轉變溫度(Tg)的馬弗爐中進行退火，退火過程為在玻璃轉變溫度(Tg)保溫3～4小時，然后以3℃/小時的速率降至200℃，再以5℃/小時的速率降至室溫，完全冷卻后取出玻璃；②透明氟鋯酸鹽微晶玻璃的制備方法根據玻璃熱分析數據，將制得的玻璃由室溫以10℃/分鐘的速率加熱到高于玻璃轉變溫度20℃以上成核4～5小時后，再以0.5℃/分鐘的速率加熱到第一析晶峰溫度點(Tx)晶化30～50分鐘，再以1℃/分鐘的速率冷卻到室溫后取出，得到透明的氟鋯酸鹽微晶玻璃。
全文摘要
一種透紅外的氟鋯酸鹽微晶玻璃及其制備方法，其特征是在ZrF
文檔編號C03B32/00GK1927752SQ20061011657
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月27日 優(yōu)先權日2006年9月27日
發(fā)明者賴楊瓊, 張軍杰, 于春雷, 吳家祿 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所