CN104402195B - 大块红外玻璃的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大块红外玻璃的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)配料；(2)熔封；(3)熔炼；(4)淬火；(5)退火。本发明通过在原料中加入均化介质、采用降温出炉方式、合适的淬火方式、特定的淬火温度和精密退火工艺制备出内部无条纹、均匀性良好的和无裂纹的大块的硫系玻璃。本发明的制备过程简单，成本低等优点，适合大规模的生产。本发明方法制备出无条纹、均匀性良好和无裂纹的大块的硫系玻璃，可用于大尺寸的红外窗口材料。

Description

大块红外玻璃的制备方法
技术领域
本发明涉及一种大块硫系红外玻璃的制备方法，属于无机材料领域。
背景技术
红外硫系玻璃是一种在1-15μm波段具有良好透过性能的红外光学材料，一般玻璃组成为Ge-Sb-Se、As-Se等，具有良好的化学稳定性和耐酸性，良好的红外透过率、极低的折射率温度系数和色散性能，与晶体红外材料相比，具有价格低和能模压等优势，可用于红外夜视、红外制导、红外侦察、汽车车载夜视、高温测量、安防等军品和民品方面。
随着红外玻璃在军品和民品得到广泛的运用，对红外玻璃的口径大小也提出了要求，尤其用于红外整流罩、机载红外吊仓侦察窗口和激光武器窗口，红外玻璃尺寸越大越有利。
国内目前可以制备直径为Φ130mm以下的大块琉系红外玻璃，国外的肖特和umicore公司可以制备Φ150-190mm的大块琉系红外玻璃，但大尺寸的琉系红外玻璃内部容易出现条纹、均匀性不好和裂纹等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大块红外玻璃的制备方法，以解决现有技术存在的大尺寸的红外玻璃内部出现条纹、均匀性不好和裂纹等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：大块红外玻璃的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)配料：将玻璃原料按照玻璃配方进行配料并装入反应容器中；
(2)熔封：将上述装有原料的反应容器抽真空，密封；
(3)熔炼：将密封好的反应容器放入摇摆炉中，开始缓慢升温，在230-250℃保温2-5小时保证Se熔化，或/和升温到600-650℃保温2-10小时保证Sb熔化，然后再升温到850-960℃保温6-12小时，当温度升到850-950℃处于保温阶段时，摇摆炉开始以5-30Hz的频率摇摆，使里面物质充分反应，降温出炉；
(4)淬火：将降温出炉的大块红外玻璃淬火；
(5)退火：将淬火后的大块红外玻璃在退火温度下进行精退。
进一步的，步骤(1)所述的玻璃原料采用纯度均为99.999％的Ge、Se、Sb和As。
进一步的，步骤(1)所述的反应容器采用内径为150-200mm的石英安瓿瓶。
进一步的，在步骤(1)所述的放入玻璃原料的反应容器中加入均匀介质。
进一步的，所述均匀介质采用直径为2-6mm的不同大小的耐高温的玻璃球或陶瓷球。
进一步的，所述均匀介质与玻璃原料的体积比为1:10-20。
进一步的，步骤(2)所述的抽真空后反应容器的真空度达到1.3×10-3Pa以下。
进一步的，步骤(2)所述的密封是采用氢氧焰熔化反应容器端部逐渐密封。
进一步的，步骤(3)所述的降温出炉是指出炉温度在500-800℃。
进一步的，步骤(4)所述的淬火是指在空气中自然冷却、水中淬火、吹风冷却淬火或水雾冷却淬火。
进一步的，在步骤(5)所述的淬火后的温度为200-400℃；退火温度是指玻璃的Tg温度-10℃到Tg温度+50℃的范围之间。
本发明的有益效果是：通过在原料中加入均化介质、采用降温出炉方式、合适的淬火方式、特定的淬火温度和精密退火工艺制备出内部无条纹、均匀性良好的和无裂纹的大块的硫系玻璃。本发明的制备过程简单，成本低等优点，适合大规模的生产。该方法制备出无条纹、均匀性良好和无裂纹的大块的硫系玻璃，可用于大尺寸的红外窗口材料。
附图说明
图1为本发明实施例1红外玻璃的透过率曲线图。
图2为本发明实施例3红外玻璃的透过率曲线图。
图3为本发明实施例5红外玻璃的透过率曲线图。
具体实施方式
本发明通过将玻璃原料经氢氧焰封装在石英瓶中，经高温熔炼、出炉、淬火和精密退火，制备出无条纹、均匀性良好和无裂纹的150-200mm的大块硫系玻璃。
本发明的制备方法包括以下步骤：
(1)配料
将玻璃原料按照玻璃配方进行配料并装入反应容器中；
(2)熔封
将上述装有原料的反应容器抽真空，密封；
(3)熔炼
将密封好的反应容器放入摇摆炉中，开始缓慢升温，在230-250℃保温2-5小时保证Se熔化，或/和升温到600-650℃保温2-10小时保证Sb熔化，然后再升温到850-960℃保温6-12小时，当温度升到850-950℃处于保温阶段时，摇摆炉开始以5-30Hz的频率摇摆，使里面物质充分反应，降温出炉；
(4)淬火
将降温出炉的大块红外玻璃淬火；
(5)退火
将淬火后的大块红外玻璃在退火温度下进行精退。
上述步骤(1)的玻璃原料采用纯度均为99.999％的Ge、Se、Sb和As。
为了更好地使玻璃原料均匀，本发明最好在放入玻璃原料的反应容器中再加入均匀介质，均匀介质采用直径为2-6mm的不同大小的耐高温的玻璃球或陶瓷球，比如：石英玻璃球、氧化铝陶瓷球、氧化锆陶瓷球等，均匀介质与玻璃原料的体积比为1:10-20。
反应容器和均匀介质先用自来水清洗，再用去离子水冲洗干净，然后把反应容器放入真空炉中在200℃烘3小时，拿出放在干燥皿里备用。清洗反应容器很重要，保证不带入新的杂质。
上述反应容器最好采用内径为150-200mm的高纯石英安瓿瓶。
上述步骤(2)的密封是采用氢氧焰熔化反应容器端部逐渐密封；所述抽真空后反应容器的真空度达到1.3×10-3Pa以下。
上述步骤(3)的降温出炉是指出炉温度在500-800℃。
上述步骤(4)的淬火是指在空气中自然冷却、水中淬火、吹风冷却淬火或水雾冷却淬火。
上述步骤(5)的淬火后的温度为200-400℃；退火温度是指玻璃的Tg温度-10℃到Tg温度+50℃的范围之间。
实施例1：制备分子式为Ge28Se60Sb12的大块红外玻璃
(1)配料：将玻璃原料纯度在99.999％的Ge、Se和Sb，按照分子式为Ge28Se60Sb12进行配料1kg；将1kg玻璃原料装入直径为150mm石英安瓿瓶中；
(2)熔封：把上述装有原料的石英瓶抽真空，直到真空度达到1.3×10-3Pa以下，用氢氧焰熔化石英瓶端部逐渐密封；
(3)熔炼：将密封好的石英瓶放入摇摆炉中，开始缓慢升温，在230℃保温2小时保证Se熔化，再升温到650℃保温5小时保证Sb熔化，然后再升温到960℃保温10小时，升温过程中当温度升到960℃保温阶段，摇摆炉开始摇摆10Hz，使里面物质充分反应，降温至700℃出炉；
(4)淬火：将降温出炉的大块红外玻璃在吹风冷却下淬火；
(5)退火：淬火到400℃，再在退火温度为280℃下进行精退。
本实施例获得直径为150mm的Ge28Se60Sb12的大块红外玻璃，玻璃内部品质好，无条纹、均匀性良好的和无裂纹，光学系统成像质量高。图1为实施例1的厚度为2mm的大块红外玻璃的透过率曲线图。
实施例2：制备分子式为Ge28Se60Sb12大块的红外玻璃
将玻璃原料纯度在99.999％的Ge、Se和Sb，按照分子式为Ge28Se60Sb12进行配料1kg；将玻璃原料1kg装入内径为150mm石英瓶中，加入直径2-6mm不同大小的石英玻璃球，石英玻璃球与原料体积比在1：20；
其他步骤与实施例1一样，本实施例获得直径为150mm的Ge28Se60Sb12系统红外玻璃，玻璃内部无条纹、均匀性良好的和内部无裂纹，光学系统成像质量高。
实施例3：制备分子式为Ge20Se65Sb15大块的红外玻璃
(1)配料：将玻璃原料纯度在99.999％的Ge、Se和Sb，按照分子式为Ge20Se65Sb15进行配料1.5kg，将玻璃原料1.5kg装入内径为180mm石英瓶中。
(2)熔封：把上述装有原料的石英瓶抽真空，直到真空度达到1.3×10-3Pa以下，用氢氧焰熔化石英瓶端部逐渐密封；
(3)熔炼：将密封好的石英瓶放入摇摆炉中，开始缓慢升温，在230℃保温6小时保证Se熔化，再升温到650℃保温10小时保证Sb熔化，然后再升温到960℃保温10小时，升温过程中当温度升到960℃保温阶段，摇摆炉开始摇摆20Hz，使里面物质充分反应，降温至600℃出炉；
(4)淬火：将降温出炉的大块红外玻璃在吹水冷却下淬火；
(5)退火：将吹水冷却下淬火到350℃，玻璃在退火温度为280℃下进行精退。
本实施例获得直径为180mm的Ge20Se65Sb15系统红外玻璃，玻璃内部无条纹、均匀性良好并且完整无裂纹，光学系统成像质量高，图2为实施例3的厚度为2mm的大块红外玻璃透过率曲线图。
实施例4：制备分子式为Ge20Se65Sb15大块的红外玻璃
将玻璃原料纯度在99.999％的Ge、Se和Sb，按照分子式为Ge20Se65Sb15进行配料1.5kg；将玻璃原料装入内径为180mm石英瓶中，加入直径2-6mm不同大小的石英玻璃球，石英玻璃球与原料体积比在1：15；
其他步骤与实施例3一样，本实施例获得直径为180mm的Ge20Se65Sb15系统红外玻璃，玻璃内部无条纹、均匀性良好并且完整无裂纹，光学系统成像质量高。
实施例5：制备分子式为Se60As40大块的红外玻璃
(1)配料：将玻璃原料纯度在99.999％的Se和As，按照分子式为Se60As40进行配料1.5kg，将玻璃原料装入内径为200mm石英安瓿瓶中；
(2)熔封：把上述装有原料的石英瓶抽真空，直到真空度达到1.3×10-3Pa以下，用氢氧焰熔化石英瓶端部逐渐密封；
(3)熔炼：将密封好的石英瓶放入摇摆炉中，开始缓慢升温，在230℃保温2小时保证Se熔化，然后再升温到850℃保温6小时，升温过程中当温度升到850℃保温阶段，摇摆炉开始摇摆30Hz，使里面物质充分反应，降温至500℃出炉；
(4)淬火：将降温出炉的大块红外玻璃在自然冷却下淬火；
(5)退火：将自然冷却下淬火到280℃，玻璃在退火温度为175℃下进行精退。
本实施例获得直径为180mm的Se60As40系统红外玻璃，玻璃内部无条纹、均匀性良好并且完整无裂纹，光学系统成像质量高。图3为实施例5的厚度为2mm的大块红外玻璃透过率曲线图。
实施例6：制备分子式为Se60As40大块的红外玻璃
将玻璃原料纯度在99.999％的Se和As，按照分子式为Se60As40进行配料1.5kg，将玻璃原料装入直径为200mm石英瓶中，加入直径2-6mm不同大小的石英玻璃球，石英玻璃球与原料体积比在1：10；
其他步骤与实施例5一样，本实施例获得直径为200mm的Se60As40系统红外玻璃，玻璃内部无条纹、均匀性良好并且完整无裂纹，光学系统成像质量高。

Claims (10)

1.大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)配料：将玻璃原料按照玻璃配方进行配料并装入反应容器中,并在所述的放入玻璃原料的反应容器中加入均匀介质；
(2)熔封：将上述装有原料的反应容器抽真空，密封；
(3)熔炼：将密封好的反应容器放入摇摆炉中，开始缓慢升温，在230-250℃保温2-5小时保证Se熔化，或/和升温到600-650℃保温2-10小时保证Sb熔化，然后再升温到850-960℃保温6-12小时，当温度升到850-950℃处于保温阶段时，摇摆炉开始以5-30Hz的频率摇摆，使里面物质充分反应，降温出炉；
(4)淬火：将降温出炉的大块红外玻璃淬火；
(5)退火：将淬火后的大块红外玻璃在退火温度下进行精退。
2.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的玻璃原料采用纯度均为99.999％的Ge、Se、Sb和As。
3.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的反应容器采用内径为150-200mm的石英安瓿瓶。
4.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：所述均匀介质采用直径为2-6mm的不同大小的耐高温的玻璃球或陶瓷球。
5.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：所述均匀介质与玻璃原料的体积比为1:10-20。
6.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的抽真空后反应容器的真空度达到1.3×10-3Pa以下。
7.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的密封是采用氢氧焰熔化反应容器端部逐渐密封。
8.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的降温出炉是指出炉温度在500-800℃。
9.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的淬火是指在空气中自然冷却、水中淬火、吹风冷却淬火或水雾冷却淬火。
10.如权利要求1所述的大块红外玻璃的制备方法，其特征在于：在步骤(5)所述的淬火后的温度为200-400℃；退火温度是指玻璃的Tg温度-10℃到Tg温度+50℃的范围之间。
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