CN101265029A - 一种稀土掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。其摩尔百分比组成为SiO₂：40－60，B₂O₃：5－30，Na₂O：5－25，YF₃：2－20，ReF₃：0.05－5，其中Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或几种的组合；该微晶玻璃呈透明状，物理化学性能优良，可用于激光增益介质、光放大材料和发光显示材料等。

Description

一种稀土掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种稀土离子掺杂的微晶玻璃，特别地，涉及一种稀土掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

玻璃陶瓷是一类在微结构和相组成上与传统的玻璃和陶瓷不同的一类新型复相材料，调整其玻璃基质和晶相组成就可以改变材料的机械、热学、电学或光学性能。特别地，氧氟玻璃陶瓷不仅有效地结合了玻璃和陶瓷的优点，且在组成、结构与性能上具有更强的可设计性，同时还兼有氧化物在结构上的稳定性和氟化物低的声子能量及稀土离子可溶性，在光纤通信、固体激光器和三维立体显示等领域已被证明有着广阔的应用前景，引起人们对稀土掺杂氧氟玻璃陶瓷极大兴趣。自从1993年Wang和Ohwaki(参见Y.Wang，J.Ohwaki.Appl.Phys.Lett.，63(1993)3268)首次制得稀土掺杂透明氧氟微晶玻璃以来，该类材料的制备和发光特性研究已成为国际上稀土发光领域的研究热点之一。但目前主要集中在铝硅酸盐玻璃体系，其熔制温度相对较高，均在1450℃左右，而其他硅酸盐玻璃体系研究较少。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。该氧氟硼硅酸盐微晶玻璃不仅具有良好的化学稳定性和机械性能，而且具有良好的上转换发光性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃，它主要由摩尔百分比组成为40-60％的SiO₂、5-30％的B₂O₃、5-25％的Na₂O、2-20％的YF₃和0.05-5％的ReF₃的组成；其中，Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或几种的组合。

该稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

(1)按玻璃摩尔百分比组成为40-60％的SiO₂、5-30％的B₂O₃、5-25％的Na₂O、2-20％的YF₃和0.05-5％的ReF₃准确称量各种原料，其中Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或几种的组合，并进行充分混合，倒入刚玉坩锅或铂金坩锅中熔化，熔化温度为1200-1350℃，保温0.5-2小时后将玻璃熔体倒入预热的模具中，置入马弗炉中退火至室温，得到玻璃样品。

(2)对玻璃样品进行差热分析得到玻璃的第一析晶温度，并在该第一析晶温度附近进行热处理0.5-12小时，自然降温至室温，得到透明的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃。

本发明有益的效果是：本发明的稀土掺杂透明氧氟硼硅酸盐玻璃陶瓷有效地降低了玻璃熔制温度，同时保持了良好的化学稳定性和机械性能；由于YF₃的存在，稀土离子可以进行高浓度掺杂；微晶YF₃和YOF的声子能量较低而具有较高的上转换发光效率。

具体实施方式

本发明的稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃，由摩尔百分比为40-60％的SiO₂、5-30％的B₂O₃、5-25％的Na₂O、2-20％的YF₃、0.05-5％的ReF₃组成。

其中Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或一种以上。

本发明的稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)按微晶玻璃摩尔百分组成SiO₂：40-60，B₂O₃：5-30，Na₂O：5-25，YF₃：2-20，ReF₃：0.05-5准确称量各种原料，其中Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或一种以上，并进行充分混合，倒入刚玉坩锅或铂金坩锅中，，熔化温度在1100-1350℃，保温0.5-2小时后将玻璃熔体倒入预热的模具中，置入马弗炉中退火至室温，得到玻璃样品；

(2)对玻璃样品进行差热分析得到玻璃的第一析晶温度，并在其附近进行热处理0.5-12小时，自然降温至室温，得到透明的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃。

实施例1：

按摩尔百分比组成60SiO₂-15B₂O₃-14.5Na₂O-6YF₃-0.5ErF₃准确称取分析纯的SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃和YF₃以及光谱纯(99.99％)的ErF₃，充分混合均匀后倒入铂金坩锅或刚玉坩锅中，在1300℃的电炉中保温40分钟，将熔融的玻璃液迅速倒入预热的模具上，等玻璃成型后转移到退火炉，在500℃退火2小时后随炉降温。将退火后的玻璃样品在620℃热处理2小时，得到透明微晶玻璃。经X-射线粉末衍射测试并对照PDF卡片，晶相为YOF。在980nm激光泵浦下可观察到明显的绿色和红色上转换发光，与未热处理前绿光的强度提高了100倍。

实施例2

按摩尔百分比组成58SiO₂-15B₂O₃-14.5Na₂O-6YF₃-0.5ErF₃-2YbF₃准确称取分析纯的SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃和YF₃以及光谱纯(99.99％)的ErF₃和YbF₃，充分混合均匀后倒入铂金坩锅或刚玉坩锅中，在1300℃的电炉中保温40分钟，将熔融的玻璃液迅速倒入预热的模具上，等玻璃成型后转移到退火炉在500℃退火2小时后随炉降温。将退火后的玻璃样品在620℃热处理2小时，得到透明微晶玻璃。经X-射线粉末衍射测试并对照PDF卡片，晶相为YOF。在980nm激光泵浦下可观察到很强的绿色和红色上转换发光，与未热处理前绿光的强度提高了200倍以上，这是由于Yb³⁺离子对980nm很强的吸收并与Er³⁺之间存在着能量传递。

实施例3：

按摩尔百分比组成73SiO₂-15B₂O₃-5.5Na₂O-6YF₃-0.5ErF₃准确称取分析纯的SiO₂、H₃BO₃、Na₂CO₃和YF₃以及光谱纯(99.99％)的ErF₃，充分混合均匀后倒入铂金坩锅或刚玉坩锅中，在1300℃的电炉中保温40分钟，将熔融的玻璃液迅速倒入预热的模具上，等玻璃成型后转移到退火炉在500℃退火2小时后随炉降温。将退火后的玻璃样品在635℃热处理2小时，得到透明微晶玻璃。经X-射线粉末衍射测试并对照PDF卡片，晶相为YF₃。在980nm激光泵浦下可观察到明显的绿色和红色上转换发光，与未热处理前绿光的强度提高了150倍。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃，其特征在于，它主要由摩尔百分比组成为40-60％的SiO₂、5-30％的B₂O₃、5-25％的Na₂O、2-20％的YF₃和0.05-5％的ReF₃的组成。其中，Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或几种的组合。

2.一种权利要求书1所述的稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按玻璃摩尔百分比组成为40-60％的SiO₂、5-30％的B₂O₃、5-25％的Na₂O、2-20％的YF₃和0.05-5％的ReF₃称量各种原料，其中Re为三价稀土离子Er³⁺，Yb³⁺，Nd³⁺，Eu³⁺，Tb³⁺，Ho³⁺，Tm³⁺中的一种或几种的组合，并进行充分混合，倒入刚玉坩锅或铂金坩锅中熔化，熔化温度为1200-1350℃，保温0.5-2小时后将玻璃熔体倒入预热的模具中，置入马弗炉中退火至室温，得到玻璃样品。

(2)对玻璃样品进行差热分析得到玻璃的第一析晶温度，并在该第一析晶温度附近进行热处理0.5-12小时，自然降温至室温，得到氧氟硼硅酸盐微晶玻璃。