CN100384766C - 一种全波段光窗玻璃材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全波段光窗玻璃材料及制备方法，属于光窗玻璃材料领域。光窗玻璃材料的组成为：(100-x-y)GeSe₂-xGa₂Se₃-yCsI(Br)，其中，5≤x≤30，15≤y≤45；它是以高纯锗、镓、硒和碘化铯(或溴化铯)为主要成分经真空熔制合成的硫系卤化物玻璃。本发明合成的硫系卤化物玻璃的转变温度T_g介于290～340℃之间；显微硬度H_v介于100～160kg/mm之间，2.5mm厚经双面抛光的样品在0.6-14μm全波段范围内具有较高的透过率(≥50%)，涵盖了可见光及大气的三个红外窗口，可应用于可见光到远红外14μm全波段光传输领域。

Description

一种全波段光窗玻璃材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型全波段光窗材料及其制备方法，属于光窗玻璃材料领域。

背景技术

除可见光窗口以外，大气还有三个重要的红外窗口，即1～3μm，3～5μm和8～14μm窗口，他们在红外探测、红外制导、红外瞄准和热成像等方面具有极其重要的应用背景。然而，绝大多数在红外窗口，特别是在8～14μm波段具有优异透光性能的材料往往不透可见光。这使得目前大部分工作在红外波段的光学仪器和工作在可见光波段的光学设备是分立的，即它们各有一套完整独立的工作系统，从而使红外系统和图像质量控制的结合相当复杂。如果一种材料在大气的三个红外窗口和可见光均有较好的透过性能(即全波段光窗材料)，它就可能使独立的红外系统和可见光系统联合，大大简化系统的复杂性，使得红外系统和图像质量控制的结合比较容易。

目前，商用的全波段光窗材料主要是CVD ZnSe多晶，它的透光范围为0.5～22μm。然而，CVD ZnSe比较软，并且价格昂贵。这些缺点限制了其许多方面的应用。

玻璃一直都是比较理想的光窗材料，因为它们具有易制备、易成型、成分可调、易消除色散、透光性好、成本低等优点。然而，目前仍没有全波段光窗玻璃材料的专利和文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全波段光窗玻璃材料，克服上述光窗材料存在得缺陷。

本发明是向Ge-Ga-Se硫系玻璃系统中引入了大量的CsI(Br)而形成的一类新型硫系卤化物玻璃。此系统玻璃的组成设计兼顾了玻璃的形成能力、透光性及热力学性能。

本发明所指的硫系卤化物玻璃的化学组成为：

(100-x-y)GeSe₂-xGa₂Se₃-yCsI(Br)，其中，5≤x≤30，15≤y≤45。

上述玻璃的颜色为浅红色～深红色，具有较好的透可见光性质。短波吸收限波长为550nm～700nm，长波截至波长为～15.8μm；玻璃转变温度为290～340℃；显微硬度为100～160kg/mm²。是一种有希望满足应用要求的全波段光窗材料。

制备本发明所指硫系卤化物玻璃的方法包括如下步骤：

(1)玻璃混合料的配制

选用单质Ge、Ga、Se和化合物CsI或CsBr为原料按上述配比混合配制玻璃混合料。其中，Ge、Ga和Se的纯度为≥99.99％，CsI或CsBr的纯度为≥99.9％。

(2)抽真空封接

将由步骤(1)所得玻璃混合料装入石英安瓿中，抽真空，用火焰封接石英安瓿。其中，石英安瓿为含羟基较少的电熔安瓿，并且采用氢氟酸进行脱羟基预处理；封接时安瓿内真空度≤10^-2Pa。

(3)玻璃熔制

将由步骤(2)所得封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温至850～900℃，保温10～15h后取出冷却，然后在280～340℃保温1～5h进行退火处理，即得本发明所述硫系卤化物玻璃。

本发明合成的硫系卤化物玻璃的转变温度Tg介于290～340℃之间；显微硬度Hv介于100～160kg/mm之间，2.5mm厚经双面抛光的样品在0.6-14μm全波段范围内具有较高的透过率(≥50％)。可应用于可见光到远红外14μm全波段光传输领域。

附图说明

图1是玻璃组成为40GeSe₂-20Ga₂Se₃-40CsI样品的可见-近红外透过光谱(玻璃的厚度为2.5mm)，表明该玻璃在此波段具有较好的透光性，其短波吸收限波长为570nm。

图2是玻璃组成为40GeSe₂-20Ga₂Se₃-40CsI样品的红外透过光谱(玻璃的厚度为2.5mm)，表明该玻璃在此波段具有较好的透光性，其长波截至波长为15.8μm。

图3是玻璃组成为40GeSe₂-20Ga₂Se₃-40Cs I，大小为Φ10×3.8mm的样品实物图片，表明其具有较好的透可见光性质。

图4是玻璃组成为40GeSe₂-25Ga₂Se₃-35CsBr，大小为Φ10×2.6mm的样品实物图片，表明其具有较好的透可见光性质。

具体实施方式

下面将通过实施例进一步说明本发明的实质性特点和显著进步，但并非仅局限于实施例。

实施例1

玻璃组成为40GeSe₂-20Ga₂Se₃-40CsI

以高纯(≥99.999％)单质Ge、Ga、Se和纯度≥99.9％的化合物CsI为原料按照上述组成进行玻璃混合料配制；将配合料装入经脱羟基处理的石英安瓿中抽真空(≤10^-2Pa)封接；将封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温至850℃，保温12h后取出在空气中冷却；将刚冷却后的石英安瓿移至300℃的炉子中保温2h进行退火处理，之后使石英安瓿随炉缓慢冷却至室温。将样品从石英安瓿中取出，切割、研磨和双面抛光后进行性能测试。测试结果显示：玻璃的转变温度T_g为298℃，玻璃的析晶起始温度T_x为424℃；显微硬度为102kg/mm²；短波吸收限波长为570nm，长波截至波长为15.8μm，透光性能可参考图1、2和3。

实施例2

玻璃组成为40GeSe₂-25Ga₂Se₃-35CsBr

玻璃的制备方法同实施例1，测试结果显示：玻璃的转变温度T_g为302℃，玻璃的析晶起始温度T_x为404℃；显微硬度为116kg/mm²；短波吸收限波长为580nm，长波截至波长为15.8μm，透光性能可参考图4。

Claims (5)

1.一种全波段光窗玻璃材料，其特征在于其化学组成式为：(100-x-y)GeSe₂-xGa₂Se₃-yCsI或(100-x-y)GeSe₂-xGa₂Se₃-yCsBr，其中，5≤x≤30，15≤y≤45。

2.权利要求1所述的全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)选用单质Ge、Ga、Se和化合物CsI或CsBr为原料按化学组成式混合配制玻璃混合料；

(2)将由步骤(1)所得玻璃混合料装入石英安瓿中，抽真空，用火焰封接石英安瓿；

(3)将由步骤(2)所得封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温至850～900℃，保温10～15h后取出冷却，然后在280～340℃保温1～5h进行退火处理。

3.按权利要求2所述的一种全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于单质Ge、Ga和Se的纯度为≥99.99％，CsI或CsBr的纯度为≥99.9％。

4.按权利要求2或3所述的一种全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于所述的石英安瓿为电熔安瓿，采用氢氟酸进行脱羟基预处理。

5.按权利要求2所述的一种全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于抽真空时石英安瓿内真空度≤10^-2Pa。

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