CN101618946B - Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法 - Google Patents

Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101618946B
CN101618946B CN2009100438388A CN200910043838A CN101618946B CN 101618946 B CN101618946 B CN 101618946B CN 2009100438388 A CN2009100438388 A CN 2009100438388A CN 200910043838 A CN200910043838 A CN 200910043838A CN 101618946 B CN101618946 B CN 101618946B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
percent
transparent
preparation
microcrystal glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009100438388A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101618946A (zh
Inventor
卢安贤
罗志伟
陈媛媛
朱立刚
李婧
韩立国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN2009100438388A priority Critical patent/CN101618946B/zh
Publication of CN101618946A publication Critical patent/CN101618946A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101618946B publication Critical patent/CN101618946B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

一种Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法，本发明基础玻璃的摩尔百分比组成范围为：SiO2：42.0～52.0％、Al2O3：18.0～27.0％、CaF2：14.0～21.0％、NaF：9.0～11.0％、Na2O：4.5～5.5％、Yb2O3：0.5～7.0％。其制备方法是：将原料进行球磨、混合均匀后制得配合料；置于坩埚内，加热到1390～1450℃保温熔化1～3h，浇注成型，在520～540℃温度下退火1～2h，将基础玻璃在其第一析晶峰温度点(Tx)附近进行热处理，得到微晶玻璃。该微晶玻璃材料晶相包括CaF2和由部分Yb3+离子进入CaF2晶格而形成的Ca0.8Yb0.2F2.2晶相，是一种光谱性能优良的激光介质材料，其综合性能如下：吸收截面为2.68pm2，受激发射截面为5.51pm2，荧光寿命为1.32ms，饱和泵浦强度(Isat)5.77、最小泵浦强度(Imin)0.60。

Description

Yb<sup>3+</sup>掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及微晶玻璃材料及其制备方法，特别是一种性能优良的新型激光介质用Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料。
背景技术
新型功能晶体材料和透明陶瓷材料被认为是对国家安全和国民经济可持续发展具有重大意义的新一代材料，它不仅可促进包括航空、航天、核能、信息、强激光武器、军事装备等一系列关键高新技术的发展，而且可在传统透明材料产业中得到广泛应用，是当前材料领域研究和应用的重要前沿方向。然而，晶体材料存在制备条件苛刻、难于获得大尺寸制品、组成范围窄、受杂质影响大以及难于通过组成和工艺控制对材料性能进行“剪裁”和优化等问题，其发展受到一定程度的限制；透明陶瓷材料则存在原料纯度要求高、制备设备要求高、气孔难于排除、杂质影响大等问题，采用将基础玻璃进行微晶化处理的方法来制备透明微晶玻璃材料可望克服晶体材料和透明陶瓷材料开发研究中存在的上述主要问题。
由于激光介质材料在点火工程、强激光武器、高功率固体激光器和核爆模拟试验等重大科技工程中的不可替代的作用，其开发研究已引起各发达国家广泛的关注和重视。特别是随着高功率激光二极管性能的完善和成本的降低，用二极管激光泵浦代替闪光灯和离子激光泵浦已成为固体激光器的主要发展趋势，与此相应，新型激光材料方面的开发工作进行得极为活跃。其中，由于Yb3+离子的吸收峰位于970nm附近，能与InGaAs二极管泵浦波长(900～1100nm)有效的耦合，也由于这种离子中的电子能级结构简单，只有2F7/2基态和2F5/2激发态，没有激发态和多声子吸收，吸收带较宽，脉冲功率高，适合多种抽运机制及能实现高浓度激光离子掺杂等特点，使得掺Yb3+离子激光材料受到世界各国材料科学家和工程物理科学家的广泛关注，成为当前激光材料研究中的热点和重要发展方向。其中，掺Yb3+离子的透明氟氧化物微晶玻璃因兼具氟化物玻璃的优异光学性能以及氧化物玻璃优良的化学稳定性和热稳定性而引起材料科学工作者的广泛关注，是一种具有发展潜力的新型激光基质材料，在激光器与发光显示等领域有着重要的应用。
发明内容
本发明的目的是通过组成设计与优化、制备工艺设计与优化而制备出Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法，该氟氧化物透明微晶玻璃材料既要具备优良的化学性稳定性好和机械性能优异，又要具备优良的综合光谱性能。
本发明涉及的氟氧化物透明微晶玻璃，其基础玻璃由SiO2、Al2O3、CaF2、NaF、Na2O、Yb2O3等氧化物组成。其基础玻璃的摩尔百分比组成范围为：SiO2：42.0～52.0％、Al2O3：18.0～27.0％、CaF2：14.0～21.0％、NaF：9.0～11.0％、Na2O：4.5～5.5％、Yb2O3：0.5～7.0％。
本发明涉及的Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料的制备步骤如下：
1)根据上述化学组成，将其换算成相应原料的重量。准确称取各组成相应原料的重量，并经球磨、混合均匀而制成配合料。
2)将配合料放入石英坩埚或铂金坩埚中，在硅钼棒电阻炉中以5～10℃/min的升温速率升温至1390～1450℃保温1～3h，制得均匀的玻璃溶液。
3)将玻璃溶体迅速倒入已在560℃预热过的不锈钢模具中，并迅速移至已加热到预热温度的马弗炉中，在520～540℃温度下退火1～2h，然后关闭马弗炉炉随炉冷却至室温，得到无色、透明、均匀、无气泡的块状基础玻璃。
4)根据基础玻璃的DSC测试得到的特征温度值，将基础玻璃在电阻炉中进行热处理，即在其第一析晶峰温度点(Tx)附近于马弗炉中进行热处理，样品经热处理后随炉冷却到室温，最后制得透明微晶玻璃材料。
本发明所涉及的Yb3+掺杂氟氧化物微晶玻璃材料含CaF2晶相和由部分Yb3+离子进入CaF2晶格而形成的Ca0.8Yb0.2F2.2晶相。本发明所涉及的微晶玻璃具有优良的物理性能和化学稳定性，并且微晶玻璃完全透明；且这种微晶玻璃的制备方法简单，对环境友好，生产成本较低；同时，本发明所制备的Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料，经测试证明：所研制微晶玻璃的光谱性能均达到或超过国内外同类产品的性能指标。
附图说明
图1为本发明材料的吸收光谱和荧光光谱；
图2为本发明材料的荧光衰减曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式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。
实施例1、2、3：
表1给出了7个具体实施例的玻璃化学组成。
实施例1、2、3按表1中的化学成分称取
具体步骤如下：
步骤1：玻璃的熔制，根据表1中的化学组成，将其换算成相应原料的重量。准确称取各组成相应原料的重量，并经球磨、混合均匀而制成配合料。将配合料放入石英坩埚或铂金坩埚中，在硅钼棒电阻炉中以5～10℃/min的速率升温至1400℃，保温1.5h，制得均匀的玻璃溶液。将玻璃溶体迅速倒入已在560℃预热过的不锈钢模具中，并迅速移至已加热到预热温度的马弗炉中，在530℃温度下退火1.5h，然后关闭马弗炉炉随炉冷却至室温，得到无色、透明、均匀、无气泡的块状基础玻璃。
步骤2：根据基础玻璃的DSC测试得到的特征温度值，将基础玻璃在电阻炉中进行热处理，其中，热处理制度为850℃晶化2h；具体实施例2的热处理制度为800℃晶化2h；具体实施例3的热处理制度为650℃晶化2h。样品经热处理后随炉冷却到室温，最后制得透明微晶玻璃材料。
实施例4、5、6、7：
步骤1：玻璃的熔制，根据表1中的化学组成，将其换算成相应原料的重量。准确称取各组成相应原料的重量，并经球磨、混合均匀而制成配合料。将配合料放入石英坩埚或铂金坩埚中，在硅钼棒电阻炉中以5～10℃/min的升温速率升温至1420℃，保温1.5h，制得均匀的玻璃溶液。将玻璃溶体迅速倒入已在560℃预热过的不锈钢模具中，并迅速移至已加热到预热温度的马弗炉中，在530℃温度下退火1.5h，然后关闭马弗炉炉随炉冷却至室温，得到无色、透明、均匀、无气泡的块状基础玻璃。
步骤2：根据基础玻璃的DSC测试得到的特征温度值，将基础玻璃在电阻炉中进行热处理，其中，具体实施例4的热处理制度为690℃晶化2h；具体实施例5的热处理制度为650℃晶化2h；具体实施例6的热处理制度为670℃晶化2h；具体实施例7的热处理制度为680℃晶化2h；基础玻璃经热处理后随炉冷却到室温，最后制得透明微晶玻璃材料。
由上述制备过程得到的Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料物理化学性能良好。其中，对实施例4制得的微晶玻璃材料进行吸收光谱和荧光光谱性能测试，其结果见附图1所示。实施例4～7的的光谱性质参数列于附表2中，荧光曲线见附图2中。实施例4的吸收截面为2.68pm2，受激发射截面为5.51pm2，荧光寿命为1.32ms，饱和泵浦强度(Isat)5.77、最小泵浦强度(Imin)0.60，光谱性能优良，优于一般的硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、硼酸盐等玻璃的光谱和激光性能。
表1具体实施例1～7的化学组成及形成的玻璃的特征温度
  化学组成(mol％) SiO2 Al2O3 CaF2 NaF Na2O CaO Yb2O3   玻璃转变温度(℃)   第一析晶峰温度(℃)
  实施例1   43.3   24.0   14.4   9.6   4.8   -   3.8   609℃   850℃
  实施例2   44.1   24.5   14.7   9.8   4.9   -   2.0   597℃   875℃
  实施例3   43.3   24.0   14.4   9.6   -   4.8   3.8   638℃   854℃
  实施例4   49.5   19.8   19.8   9.9   -   -   1.0   603℃   693℃
  实施例5   49.0   19.6   19.6   9.8   -   -   2.0   600℃   645℃
  实施例6   48.5   19.4   19.4   9.7   -   -   2.9   614℃   664℃
  实施例7   48.1   19.2   19.2   9.6   -   -   3.8   618℃   678℃
表2不同Yb3+含量微晶玻璃的光谱性质参数
  ion density(×1020cm-3)  σabs(peak)(pm2)   σemi(1013nm)(pm2) τ(ms) IλS/Iλp   Isat(Kw/cm2)   Imin(Kw/cm2)
  实施例4 2.224 2.68 5.51 1.32 0.87 5.77 0.60
  实施例5 4.448 1.72 2.07 1.45 1.46 8.18 0.86
  实施例6 6.712 1.37 1.35 1.3 1.90 11.45 1.20
  实施例7 8.662 0.70 1.30 1.1 2.14 26.49 2.77

Claims (2)

1.一种Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料的制备方法，基础玻璃由SiO2、Al2O3、CaF2、NaF、Na2O、Yb2O3氧化物和氟化物组成，其基础玻璃的摩尔百分比组成范围为：SiO2：42.0～52.0％，Al2O3：18.0～27.0％，CaF2：14.0～21.0％，NaF：9.0～11.0％，Na2O：4.5～5.5％，Yb2O3：0.5～7.0％，其特征在于制备工艺由下列步骤完成：
1)玻璃的熔制：将所述的摩尔比化学组成，换算成相应原料的重量，称取各组成相应原料的重量，并经球磨、混合均匀而制成配合料；
2)将配合料放入坩埚中，在硅钼棒电炉中以5～10℃/min的升温速率升温至1390～1450℃保温1～3h，制得均匀的玻璃溶液；
3)将玻璃熔体迅速倒入已在560℃预热过的不锈钢模具中，并迅速移至已加热到预热温度的马弗炉中，在520～540℃温度下退火1～2h，然后关闭马弗炉，试样随炉冷却至室温，得到无色、透明、均匀、无气泡的块状基础玻璃；
4)根据基础玻璃的DSC曲线，将基础玻璃在电阻炉中进行热处理，即在其第一析晶峰温度点Tx附近于马弗炉中进行热处理，经热处理后随炉冷却到室温，制得Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料。
2.如权利要求1所述的Yb3+掺杂的氟氧化物微晶玻璃材料的制备方法，其特征在于：所述坩埚为石英坩埚或刚玉坩埚或铂金坩埚。 
CN2009100438388A 2009-07-03 2009-07-03 Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN101618946B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100438388A CN101618946B (zh) 2009-07-03 2009-07-03 Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100438388A CN101618946B (zh) 2009-07-03 2009-07-03 Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101618946A CN101618946A (zh) 2010-01-06
CN101618946B true CN101618946B (zh) 2011-12-07

Family

ID=41512371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100438388A Expired - Fee Related CN101618946B (zh) 2009-07-03 2009-07-03 Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101618946B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103059856B (zh) * 2012-10-31 2014-03-19 苏州大学 一种镱离子Yb3+激活的钼硼酸盐上转换发光材料及制备方法
CN103886931B (zh) * 2014-01-27 2017-06-16 无锡光富光伏材料有限公司 一种上转换太阳能电池用铝浆
CN105776871B (zh) * 2016-03-04 2019-10-18 北京科技大学 一种Nd3+/Na2Ca2Si3O9激光玻璃陶瓷发射截面调控方法
CN106835261B (zh) * 2017-01-23 2019-03-15 上海朗研光电科技有限公司 一种晶体生长方法及其用途
CN110240412A (zh) * 2019-07-10 2019-09-17 贵州省冶金化工研究所 一种高温观察窗用透明氧氟硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101618946A (zh) 2010-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101618946B (zh) Yb3+掺杂的氟氧化物透明微晶玻璃材料及其制备方法
CN1326790C (zh) 稀土离子掺杂的yag微晶玻璃及其制备方法
CN104961343B (zh) 析出NaYF4纳米晶的稀土掺杂微晶玻璃及其制备方法
CN104529166B (zh) 一种Ce：YAG微晶玻璃及其在白光LED中的应用
CN109704569B (zh) 一种zbya氟化物玻璃及其制备方法
CN101456675B (zh) 通过上转换发射明亮白光的玻璃陶瓷
CN111377609B (zh) 一种室温下具有中红外3.9 μm发光特性的透明玻璃的制备方法
CN102659313B (zh) 近红外宽带发光铒铥共掺铋酸盐激光玻璃及其制备方法
CN102765883B (zh) 一种钇铝石榴石微晶玻璃的制备方法
CN102674690A (zh) 3μm掺稀土离子的铋锗酸盐激光玻璃及其制备方法
CN104743885A (zh) 一种稀土掺杂氟氧锗酸盐微晶玻璃及其制备方法
CN101024552B (zh) 含高价阳离子氧化物的掺Yb3+离子氟磷酸盐激光玻璃材料及其制造方法
CN102951841A (zh) 一种太阳能光伏电池用高硼硅玻璃的制备方法
CN106746611A (zh) 具有较大负热光程系数和高增益的磷酸盐激光钕玻璃
CN105347674B (zh) 高热导率磷酸盐钕玻璃
CN104355545A (zh) 具有吸收和转换双频光能力的透明玻璃陶瓷及其制备方法
CN101580272B (zh) 镱碱共掺氟化铅晶体及其制备方法
CN106495470A (zh) 钕镱共掺杂石英激光玻璃及其制备方法
CN105271727A (zh) 铒掺杂中红外发光氟锆锌基玻璃及其制备方法
CN112110648B (zh) 一种钬镱共掺杂氧卤体系中红外玻璃及其制备方法
CN103043904A (zh) 一种长荧光寿命掺镱氟磷酸盐玻璃及其制备方法
Dan et al. Effects of heat treatment and Yb 3+ concentration on the downconversion emission of Er 3+/Yb 3+ co-doped transparent silicate glass-ceramics
CN107746183A (zh) 一种具有中红外发光的掺铒碲锗酸盐玻璃微球及其制备方法
CN103865540B (zh) 一种碲酸盐玻璃基质下转换材料及制备方法
CN103304142B (zh) 一种自发析晶的上转换发光透明微晶玻璃的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20111207

Termination date: 20130703