專利名稱:透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及玻璃,尤其是一種在中紅外波段具有優(yōu)良透過特性的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術(shù):
在中紅外波段(3~5μm)透過有應(yīng)用前景的主要集中在兩類玻璃材料上一是重金屬氧化物玻璃[如碲酸鹽(參見Keiji Kobayasbhi.J.Non-Cryst.Soids,2003,316404-405以及O’Donnell M D,Miller C A,et al.J.Non-Cryst.Solids,2003,33148-57),鍺酸鹽玻璃等],二是氟化物玻璃。氟化物玻璃具有低折射、低色散、透過率高、[OH-]基團(tuán)吸收少等優(yōu)點(diǎn),但氟化物玻璃不僅抗失透能力、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性比重金屬氧化物玻璃差,而且氟化物玻璃在高溫熔制條件下?lián)]發(fā)很大。氧鹵重金屬玻璃除了透過范圍可以滿足紅外材料的要求外,在成玻璃能力、抗失透能力、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等方面都要優(yōu)于氟化物玻璃,結(jié)合了重金屬氧化物玻璃和氟化物玻璃的各自優(yōu)點(diǎn),在紅外窗口和紅外光纖等方面有望得到實(shí)際應(yīng)用。
氧鹵碲酸鹽玻璃因其具有低熔點(diǎn)、高折射率、較低的聲子能量、高非線性系數(shù)、較寬的紅外透過范圍、較高的紅外透過率等優(yōu)良性能,不僅可應(yīng)用在光纖放大器、光調(diào)制器、上轉(zhuǎn)換光纖激光器等光通信元器件,而且可制成紅外罩、紅外窗口、紅外光纖等紅外光學(xué)材料,這些紅外光學(xué)材料因其在熱成像、化學(xué)分析、傳感器、紅外激光傳輸、紅外武器等軍用和民用方面具有重要的應(yīng)用前景而倍受人們關(guān)注。
同時(shí),從環(huán)境保護(hù)和制備安全的角度考慮,無鉛重金屬玻璃有著更為廣泛的應(yīng)用。因而,為了滿足當(dāng)前的需求,探索綜合物化性能優(yōu)良的新型透紅外無鉛氧鹵重金屬玻璃很有必要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃及其制備方法,該玻璃綜合了重金屬氧化物玻璃和氟化物玻璃的各自優(yōu)點(diǎn),不僅具備中紅外透過性能優(yōu)良、抗失透能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等特性,而且高溫熔制時(shí)揮發(fā)小、不含鉛等有毒物質(zhì)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃,其特征是該玻璃的組成如下玻璃組分摩爾百分比(mol%)TeO250~80BaO 0~30ZnCl210~15NaF 5~10。
本發(fā)明透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃的制備方法,包括如下步驟①按選定的玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比,然后稱取各原料,混合均勻;②混合料放入加蓋的鉑金坩鍋中熔制,熔化溫度為850~980℃,熔制時(shí)間控制在15~25分鐘;③待原料完全熔化后,通入高純氧氣除水;④停止通氧氣,經(jīng)均化澄清一定時(shí)間后,迅速將玻璃液澆注在預(yù)熱過的模具上;⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度附近的馬弗爐中進(jìn)行退火,退火過程為在玻璃轉(zhuǎn)變溫度保溫2小時(shí),然后以10℃/小時(shí)的速率退火至100℃,再以20℃/小時(shí)的速率退火至40℃后,關(guān)閉馬弗爐電源,降溫至室溫,即可獲得無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃具有中紅外透過性能優(yōu)良、抗失透能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好等特性。該玻璃適合制備紅外光纖和紅外透過材料。
圖1為本發(fā)明透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃的紅外透過圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明,但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃的4個(gè)具體實(shí)施的組成如表1所示表1
注表中Tg為玻璃轉(zhuǎn)變溫度,Tx為析晶起始溫度,ΔT=Tx-Tg實(shí)施例1#組成如表1中1#所示,具體制備方法包括如下步驟①選定的玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比,然后稱取各原料,混合均勻;②將混合料放入加蓋的鉑金坩鍋中熔制,熔化溫度為850~980℃,根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短;③待原料完全熔化后,通入高純氧氣除水,通氣時(shí)間決定于原料的多少;④停止通氧氣,經(jīng)均化澄清一定時(shí)間后(該時(shí)間亦取決于原料的多少),迅速將玻璃液澆注在預(yù)熱過的模具上;⑤快速將玻璃放入已升溫至310℃的馬弗爐中進(jìn)行退火,退火過程為在310℃保溫2小時(shí),然后以10℃/小時(shí)的速率退火至100℃,然后再以20℃/小時(shí)的速率退火至40℃后,關(guān)閉馬弗爐電源,降溫至室溫,即可獲得透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃。
對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品,用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末,進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為310℃,Tx為430℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為120℃。
把退火后的樣品加工成兩大面拋光的1毫米厚的玻璃片,測(cè)試透紅外性能。圖1為本發(fā)明玻璃的紅外透過光譜圖。測(cè)得紅外截止波長(zhǎng)為6.6μm。
實(shí)施例2#組成如表1中2#所示,具體制備方法包括下列步驟①定的玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比,然后稱取各原料,混合均勻;②將混合料放入加蓋的鉑金坩鍋中熔制,熔化溫度為850~980℃,根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短;③待原料完全熔化后,通入高純氧氣除水,通氣時(shí)間決定于原料的多少;④停止通氧氣,經(jīng)均化澄清一定時(shí)間后(該時(shí)間亦取決于原料的多少),迅速將玻璃液澆注在預(yù)熱過的模具上;⑤快速將玻璃放入已升溫至302℃的馬弗爐中進(jìn)行退火,退火過程為在302℃保溫2小時(shí),然后以10℃/小時(shí)的速率退火至100℃,然后再以20℃/小時(shí)的速率退火至40℃后,關(guān)閉馬弗爐電源,降溫至室溫,即可獲得透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃。
對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品,用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末,進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為302℃,Tx為403℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為101℃。
把退火后的樣品加工成兩大面拋光的1毫米厚的玻璃片,測(cè)試透紅外性能。測(cè)得紅外截止波長(zhǎng)為6.3μm。
實(shí)施例3#組成如表1中3#所示,具體制備方法包括下列步驟①的玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比,然后稱取各原料,混合均勻;②將混合料放入加蓋的鉑金坩鍋中熔制,熔化溫度為850~980℃,根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短;③待原料完全熔化后,通入高純氧氣除水,通氣時(shí)間決定于原料的多少;④停止通氧氣,經(jīng)均化澄清一定時(shí)間后(該時(shí)間亦取決于原料的多少),迅速將玻璃液澆注在預(yù)熱過的模具上;⑤快速將玻璃放入已升溫至297℃的馬弗爐中進(jìn)行退火,退火過程為在297℃保溫2小時(shí),然后以10℃/小時(shí)的速率退火至100℃,然后再以20℃/小時(shí)的速率退火至40℃后,關(guān)閉馬弗爐電源,降溫至室溫,即可獲得透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃。
對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品,用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末,進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為297℃,Tx為385℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為88℃。
把退火后的樣品加工成兩大面拋光的1毫米厚的玻璃片,測(cè)試透紅外性能。測(cè)得紅外截止波長(zhǎng)為6.1μm。
實(shí)施例4#組成如表1中4#所示,具體制備方法包括下列步驟①玻璃組成的摩爾百分比(mol%)計(jì)算出玻璃的重量百分比,然后稱取各原料,混合均勻;②將混合料放入加蓋的鉑金坩鍋中熔制,熔化溫度為850~980℃,根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長(zhǎng)短;③待原料完全熔化后,通入高純氧氣除水,通氣時(shí)間決定于原料的多少;④停止通氧氣,經(jīng)均化澄清一定時(shí)間后(該時(shí)間亦取決于原料的多少),迅速將玻璃液澆注在預(yù)熱過的模具上;⑤快速將玻璃放入已升溫至327℃的馬弗爐中進(jìn)行退火,退火過程為在327℃保溫2小時(shí),然后以10℃/小時(shí)的速率退火至100℃,然后再以20℃/小時(shí)的速率退火至40℃后,關(guān)閉馬弗爐電源,降溫至室溫,即可獲得透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃,用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末,進(jìn)行差熱分析。測(cè)得的Tg為327℃,Tx為446℃。。
對(duì)該玻璃的測(cè)試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為119℃。
把退火后的樣品加工成兩大面拋光的1毫米厚的玻璃片,測(cè)試透紅外性能。測(cè)得紅外截止波長(zhǎng)為6.0μm。
在熔制過程中,熔制工藝控制不當(dāng)會(huì)造成玻璃邊緣微小失透。實(shí)驗(yàn)中我們獲得的該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度在310~337℃,玻璃熱穩(wěn)定性參數(shù)ΔT≥85℃、ΔTmax=120℃,紅外截止波長(zhǎng)大于6μm,最高可達(dá)6.6μm,說明該玻璃適合制備紅外光纖和紅外透過材料。
權(quán)利要求
1.一種透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃,其特征是該玻璃的組成如下玻璃組分 mol%TeO250~80BaO 0~30ZnCl210~15NaF 5~10。
2.權(quán)利要求1所述的透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃的制備方法,其特征在于包括如下步驟①按選定的玻璃組成的摩爾百分比計(jì)算出玻璃原料的重量百分比,然后稱取各原料,混合均勻;②將混合料放入加蓋的鉑金坩鍋中熔制,熔化溫度為850~980℃,熔制時(shí)間控制在15~25分鐘;③待原料完全熔化后,通入高純氧氣除水;④停止通氧氣,經(jīng)均化澄清一定時(shí)間后,迅速將玻璃液澆注在預(yù)熱過的模具上;⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度的馬弗爐中進(jìn)行退火,退火過程為在玻璃轉(zhuǎn)變溫度保溫2小時(shí),然后以10℃/小時(shí)的速率退火至100℃,再以20℃/小時(shí)的速率退火至40℃后,關(guān)閉馬弗爐電源,降溫至室溫,即獲得透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃。
全文摘要
一種透紅外的無鉛氧鹵碲酸鹽玻璃及其制備方法,該玻璃的摩爾百分比組成為TeO
文檔編號(hào)C03C3/12GK1944301SQ20061011745
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者吳家祿, 胡麗麗, 張軍杰, 汪國(guó)年, 賴楊瓊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所