CN100584785C - 透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法，该玻璃的摩尔百分比组成为：TeO2：50～80mol%；BaO：0～30mol%；ZnCl2：10～15mol%；NaF：5～10mol%。该氧卤碲酸盐玻璃通过熔融法制备，在其熔制过程中采用坩锅加盖、搅拌、通入高纯氧气除水等制备技术，保证体系中[OH-]基团的有效去除。经测试证明：该玻璃的转变温度在310～337℃，玻璃热稳定性参数ΔT≥85℃、ΔTmax＝120℃，红外截止波长大于6μm，最高可达6.6μm，说明该玻璃适合制备红外光纤和红外透过材料。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃，尤其是一种在中红外波段具有优良透过特性的无铅氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法。
背景技术
在中红外波段(3～5μm)透过有应用前景的主要集中在两类玻璃材料上：一是重金属氧化物玻璃[如碲酸盐(参见Keiji Kobayasbhi.J.Non-Cryst.Soids，2003，316：404-405以及O’Donnell M D，Miller C A，et al.J.Non-Cryst.Solids，2003，331：48-57)，锗酸盐玻璃等]，二是氟化物玻璃。氟化物玻璃具有低折射、低色散、透过率高、[OH-]基团吸收少等优点，但氟化物玻璃不仅抗失透能力、热稳定性、化学稳定性比重金属氧化物玻璃差，而且氟化物玻璃在高温熔制条件下挥发很大。氧卤重金属玻璃除了透过范围可以满足红外材料的要求外，在成玻璃能力、抗失透能力、热稳定性、机械强度和化学稳定性等方面都要优于氟化物玻璃，结合了重金属氧化物玻璃和氟化物玻璃的各自优点，在红外窗口和红外光纤等方面有望得到实际应用.
氧卤碲酸盐玻璃因其具有低熔点、高折射率、较低的声子能量、高非线性系数、较宽的红外透过范围、较高的红外透过率等优良性能，不仅可应用在光纤放大器、光调制器、上转换光纤激光器等光通信元器件，而且可制成红外罩、红外窗口、红外光纤等红外光学材料，这些红外光学材料因其在热成像、化学分析、传感器、红外激光传输、红外武器等军用和民用方面具有重要的应用前景而倍受人们关注。
同时，从环境保护和制备安全的角度考虑，无铅重金属玻璃有着更为广泛的应用。因而，为了满足当前的需求，探索综合物化性能优良的新型透红外无铅氧卤重金属玻璃很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法，该玻璃综合了重金属氧化物玻璃和氟化物玻璃的各自优点，不仅具备中红外透过性能优良、抗失透能力强、热稳定性好等特性，而且高温熔制时挥发小、不含铅等有毒物质。
本发明的技术解决方案如下：
一种透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃，其特征是该玻璃的组成如下：
玻璃组分 摩尔百分比(mol％)
TeO2 50～80
BaO 0～30
ZnCl2 10～15
NaF 5～10。
本发明透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃的制备方法，包括如下步骤：
①按选定的玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，混合均匀；
②混合料放入加盖的铂金坩锅中熔制，熔化温度为850～980℃，熔制时间控制在15～25分钟；
③待原料完全熔化后，通入高纯氧气除水；
④停止通氧气，经均化澄清一定时间后，迅速将玻璃液浇注在预热过的模具上；
⑤快速将玻璃放入已升温至转变温度的马弗炉中进行退火，退火过程为：在玻璃转变温度保温2小时，然后以10℃/小时的速率退火至100℃，再以20℃/小时的速率退火至40℃后，关闭马弗炉电源，降温至室温，即可获得无铅氧卤碲酸盐玻璃。
经实验证明：本发明透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃具有中红外透过性能优良、抗失透能力强、热稳定性好等特性。该玻璃适合制备红外光纤和红外透过材料。
附图说明
图1为本发明透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃的红外透过图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃的4个具体实施的组成如表1所示：
表1
注：表中Tg为玻璃转变温度，Tx为析晶起始温度，ΔT＝Tx-Tg
实施例1#：
组成如表1中1#所示，具体制备方法包括如下步骤：
①选定的玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，混合均匀；
②将混合料放入加盖的铂金坩锅中熔制，熔化温度为850～980℃，根据原料的多少决定熔制时间的长短；
③待原料完全熔化后，通入高纯氧气除水，通气时间决定于原料的多少；
④停止通氧气，经均化澄清一定时间后(该时间亦取决于原料的多少)，迅速将玻璃液浇注在预热过的模具上；
⑤快速将玻璃放入已升温至310℃的马弗炉中进行退火，退火过程为：在310℃保温2小时，然后以10℃/小时的速率退火至100℃，然后再以20℃/小时的速率退火至40℃后，关闭马弗炉电源，降温至室温，即可获得透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃。
对该玻璃的测试结果如下：
取退火后的10毫克的样品，用玛瑙研钵研成很细的粉末，进行差热分析。测得的Tg为310℃，Tx为430℃。根据以上两个特征温度可以计算出ΔT为120℃。
把退火后的样品加工成两大面抛光的1毫米厚的玻璃片，测试透红外性能。图1为本发明玻璃的红外透过光谱图。测得红外截止波长为6.6μm。
实施例2#：
组成如表1中2#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①定的玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，混合均匀；
②将混合料放入加盖的铂金坩锅中熔制，熔化温度为850～980℃，根据原料的多少决定熔制时间的长短；
③待原料完全熔化后，通入高纯氧气除水，通气时间决定于原料的多少；
④停止通氧气，经均化澄清一定时间后(该时间亦取决于原料的多少)，迅速将玻璃液浇注在预热过的模具上；
⑤快速将玻璃放入已升温至302℃的马弗炉中进行退火，退火过程为：
在302℃保温2小时，然后以10℃/小时的速率退火至100℃，然后再以20℃/小时的速率退火至40℃后，关闭马弗炉电源，降温至室温，即可获得透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃。
对该玻璃的测试结果如下：
取退火后的10毫克的样品，用玛瑙研钵研成很细的粉末，进行差热分析。测得的Tg为302℃，Tx为403℃。根据以上两个特征温度可以计算出ΔT为101℃。
把退火后的样品加工成两大面抛光的1毫米厚的玻璃片，测试透红外性能。测得红外截止波长为6.3μm。
实施例3#：
组成如表1中3#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①的玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，混合均匀；
②将混合料放入加盖的铂金坩锅中熔制，熔化温度为850～980℃，根据原料的多少决定熔制时间的长短；
③待原料完全熔化后，通入高纯氧气除水，通气时间决定于原料的多少；
④停止通氧气，经均化澄清一定时间后(该时间亦取决于原料的多少)，迅速将玻璃液浇注在预热过的模具上；
⑤快速将玻璃放入已升温至297℃的马弗炉中进行退火，退火过程为：
在297℃保温2小时，然后以10℃/小时的速率退火至100℃，然后再以20℃/小时的速率退火至40℃后，关闭马弗炉电源，降温至室温，即可获得透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃。
对该玻璃的测试结果如下：
取退火后的10毫克的样品，用玛瑙研钵研成很细的粉末，进行差热分析。测得的Tg为297℃，Tx为385℃。根据以上两个特征温度可以计算出ΔT为88℃。
把退火后的样品加工成两大面抛光的1毫米厚的玻璃片，测试透红外性能。测得红外截止波长为6.1μm。
实施例4#：
组成如表1中4#所示，具体制备方法包括下列步骤：
①玻璃组成的摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，混合均匀；
②将混合料放入加盖的铂金坩锅中熔制，熔化温度为850～980℃，根据原料的多少决定熔制时间的长短；
③待原料完全熔化后，通入高纯氧气除水，通气时间决定于原料的多少；
④停止通氧气，经均化澄清一定时间后(该时间亦取决于原料的多少)，迅速将玻璃液浇注在预热过的模具上；
⑤快速将玻璃放入已升温至327℃的马弗炉中进行退火，退火过程为：
在327℃保温2小时，然后以10℃/小时的速率退火至100℃，然后再以20℃/小时的速率退火至40℃后，关闭马弗炉电源，降温至室温，即可获得透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃，用玛瑙研钵研成很细的粉末，进行差热分析。测得的Tg为327℃，Tx为446℃。
对该玻璃的测试结果如下：
取退火后的10毫克的样品根据以上两个特征温度可以计算出ΔT为119℃。
把退火后的样品加工成两大面抛光的1毫米厚的玻璃片，测试透红外性能。测得红外截止波长为6.0μm。
在熔制过程中，熔制工艺控制不当会造成玻璃边缘微小失透。实验中我们获得的该玻璃的转变温度在310～337℃，玻璃热稳定性参数ΔT≥85℃、ΔTmax＝120℃，红外截止波长大于6μm，最高可达6.6μm，说明该玻璃适合制备红外光纤和红外透过材料。
Claims (2)
1.一种透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃，其特征是该玻璃的组成如下：
玻璃组分 mol％
TeO2 50～80
BaO 0～30
ZnCl2 10～15
NaF 5～10。
2.权利要求1所述的透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①按选定的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃原料的重量百分比，然后称取各原料，混合均匀；
②将混合料放入加盖的铂金坩锅中熔制，熔化温度为850～980℃，熔制时间控制在15～25分钟；
③待原料完全熔化后，通入高纯氧气除水；
④停止通氧气，经均化澄清一定时间后，迅速将玻璃液浇注在预热过的模具上；
⑤快速将玻璃放入已升温至转变温度的马弗炉中进行退火，退火过程为：在玻璃转变温度保温2小时，然后以10℃/小时的速率退火至100℃，再以20℃/小时的速率退火至40℃后，关闭马弗炉电源，降温至室温，即获得透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100127 Termination date: 20121024 |