CN104402220B - 一种硫系光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硫系光学玻璃，其不含有砷、硒、锑等有害物质。本发明的硫系光学玻璃以摩尔百分比计含有以下组分：Ge：10～30％；Te：60～78％；S：0～20％；Ga:0～5％。本发明的硫系光学玻璃具有折射率n10μm为2.7～3.6，透过波段从1μm～12μm都具有优良的透过性能。

Description

一种硫系光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种硫系光学玻璃，其不含有砷、硒、锑等有害物质。属于红外光学玻璃技术领域。
背景技术
传统的硫系光学玻璃中，一般含有砷、硒、锑等元素。随着人们环保意识的逐渐增强，含有害物质的传统硫系光学玻璃已不能满足人们的需求。随着红外光学系统向无热化、小型化、低成本的方向发展，民用红外产品要求硫系玻璃适于大批量、低成本生产，并对环保无污染提出了严格的要求。
专利申请CN201010223360.X公开了一种碲基硫系红外玻璃，其含有In和卤化银，卤化银的添加降低了玻璃的化稳性，同时也降低了12μm波段的透过率。
专利申请CN201410169895.1公开了一种金掺杂的硫系玻璃，其为Ga-Ge-S硫系玻璃，不含Te，透过波段达不到12μm。
专利申请CN201410116022.4公开了一种红外光纤用硫系玻璃，其为Ga-Ge-S硫系玻璃，不含Te，透过波段达不到12μm。
专利申请CN200810203052.3公开了一种氟硫玻璃，其为Ga-Ge-S硫系玻璃，由于不含Te，并且添加了NaF，进一步降低了长波透过性，透过波段达不到12μm。
专利申请CN200610018763.4公开了一种红外倍频硫系玻璃陶瓷，其为Ga-Ge-S硫系玻璃，含有Cd，对人体有害。
发明内容
发明要解决的问题
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含砷、硒、锑等的硫系光学玻璃，该硫系光学玻璃适合精密模压，该硫系光学玻璃对应10μm测试波长的折射率n10μm为2.7～3.6。
用于解决问题的方案
为了制备不含砷、硒、锑的硫系光学玻璃，本发明采用Te和S来替代砷、硒、锑，添加少量的Ga改善玻璃的析晶性能，为了克服GeS玻璃在12μm波长处透过率很低的问题，本发明中大幅度降低S的含量，提高Te的含量，使透过波段往长波推移，有效的提高了12μm处的透过率。
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计含有：
Ge：10～30％；
Te：60～78％；
S：0～20％；
Ga:0～5％；
所述硫系光学玻璃中不含有As、Se或Sb。
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计Ge的含量为17～23％。
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计Te的含量为65～75％。
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计S的含量为8～13％。
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计Ga的含量为0～2％。
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计S和Ga组分的总含量为0～15％。
本发明的硫系光学玻璃对应10μm测试波长的折射率n10μm为2.7～3.6，透过波段从1μm～12μm都具有50％以上的透过率。
发明的效果
本发明的硫系光学玻璃不含砷、硒、锑等对环境和人体有害的物质，合适的Ge含量有效的降低了配方成本，保证了玻璃的强度不会因Ge含量过低而降低，高含量的Te保证了玻璃在8～12μm使用波段具有理想的透过性能，适量的S含量改善了玻璃析晶性能和使用温度，同时提高了玻璃强度，适当的Ga含量有效的改善了玻璃的析晶性能。本发明的硫系光学玻璃对应10μm测试波长的折射率n10μm为2.7～3.6，透过波段从1μm～12μm都具有60％以上的透过率。
具体实施方式
本发明的硫系光学玻璃，按摩尔百分比计含有：
Ge：10～30％；
Te：60～78％；
S：0～20％；
Ga:0～5％；
所述光学玻璃中不含有As、Se或Sb。
Ge是玻璃网络生成体，在玻璃中具有提高玻璃强度和软化温度的效果，在本发明的玻璃中，如果Ge含量过低则玻璃易析晶，且软化温度和强度过低，如果含量过高玻璃也易析晶，所以Ge含量(以摩尔百分比计)控制在10～30％较理想，优选含量为17～23％。
Te是玻璃网络生成体，其主要作用是降低玻璃粘度和助熔，改善玻璃的析晶性能，如果含量过高，则玻璃容易析晶，且玻璃软化温度过低，如果含量过低，同样会导致玻璃容易析晶，因此Te的理想含量(以摩尔百分比计)为60～78％，优选含量为65～75％。
S同样也是玻璃网络生成体，S有利于提高玻璃的软化温度和提高析晶性能，如果S含量过高，反而会降低玻璃的析晶性能，同时使玻璃的透过波段往短波移动，降低长波段10μm～12μm的透过率。所以S的含量(以摩尔百分比计)为0～20％，优选含量为8～13％。
Ga在玻璃中主要是中间体，适当的添加Ga能够改善玻璃的析晶性能，过量的添加将导致玻璃析晶性能的急剧恶化，所以Ga的含量(以摩尔百分比计)为0～5％，优选含量为0～2％。
砷、硒被氧化后生成氧化砷、二氧化硒，都属于剧毒物质，锑的氧化物三氧化二锑也属于欧美等国家明令管控的物质，所以考虑到环保问题，在本发明的配方中不添加。
实施例
实施例1-12以及对比例1-4的制备方法：
1、将安瓿瓶使用自来水冲、氢氟酸、酒精、蒸馏水清洗后烘干待用。
2、将高纯的单质Ge、Te、S、Ga原料粉碎成颗粒。
3、将高纯的单质Ge、Te、S、Ga按配方的配比称量后装入安瓿瓶中。
4、使用高真空对安瓿瓶抽真空，真空度达到10-5pa后，使用氢氧焰将安瓿瓶瓶颈熔融封接上。
5、将封接上的安瓿瓶放入摇摆炉中，按工艺以+300℃每小时的速率升温到950℃并保温10小时，在950℃保温时摇摆炉不停的摇摆，使玻璃均化。
6、以-200℃每小时的速率降温到600℃并保温2小时，在降温和600℃保温过程中摇摆炉不停的摇摆，使玻璃均化。
7、停止摇摆炉摇摆，然后将安瓿瓶从摇摆炉中取出，并空冷至200℃退火。
8、退火完成后，将安瓿瓶取出敲碎，取出安瓿瓶中的硫系玻璃，然后加工成2mm厚的透过率样品测试透过率，和加工成折射率样品测试折射率。
表1：实施例1-12及对比例1-4玻璃组成、性能参数测试结果
n10μm：采用最小偏向角法测量玻璃各波段的折射率值，其中对应测试波长为10μm时，玻璃的折射率值即为n10μm。
截止波长：采用红外分光光度计测量样品的透过率，当透过率低于5％时的波长定义为截止波长。
从表1中的实施例和对比例可以看出，随着硫含量的降低，玻璃的透过波段往长波移动，且折射率逐渐提高，但从对比例3和对比例4中可以看出，如果完全不添加S，或者添加过量的S，则无法形成玻璃。
如对比例1所示，虽然可以形成玻璃，但是由于S的过量添加和Te的减少，玻璃的透过波段往短波移动，10μm后的透过率急剧下降，降低了8～12μm使用波段的透过性能。
从实施例与对比例3可以看出适量的Ga的添加可以改善玻璃的析晶系能，过量的Ga的添加将会导致玻璃析晶，从对比例3-4可以看出，过多或过少的Te的添加也将会导致玻璃析晶。

Claims (6)

1.一种硫系光学玻璃，其特征在于，按摩尔百分比计含有：
Ge：15～30％；
Te：60～75％；
S：5～20％；
Ga:2～5％；
所述硫系光学玻璃中不含有As、Se或Sb；所述硫系光学玻璃透过波段从1μm～12μm都具有50％以上的透过率。
2.根据权利要求1所述的硫系光学玻璃，其特征在于按摩尔百分比计Ge的含量为17～23％。
3.根据权利要求1所述的硫系光学玻璃，其特征在于按摩尔百分比计S的含量为8～13％。
4.根据权利要求1所述的硫系光学玻璃，其特征在于按摩尔百分比计Ga的含量为2％。
5.根据权利要求1所述的硫系光学玻璃，其特征在于以摩尔百分比计S和Ga组分的总含量为7～15％。
6.根据权利要求1或2所述的硫系光学玻璃，其特征在于：所述的硫系光学玻璃对应10μm测试波长的折射率n10μm为2.7～3.6。
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