CN105347674B - 高热导率磷酸盐钕玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热导率为0.6‑1.2W/m·K的磷酸盐钕玻璃。高热导率磷酸盐钕玻璃，其重量百分比组成含有：P2O5：50‑80％；Nd2O3：1‑7％；BaO、MgO和ZnO的总含量为：1‑10％；Y2O3、La2O3和Nb2O5的总含量为：1‑10％；Al2O3：2‑10％。本发明通过合理的组分配比，得到一种高热导率的磷酸盐钕玻璃，折射率为1.4‑1.7、荧光寿命为300‑360us、受激发射截面σ(10‑20cm2)为2.5‑4.9。

Description

高热导率磷酸盐钕玻璃
技术领域
本发明涉及一种高热导率的磷酸盐钕玻璃。
背景技术
高功率激光装置的发展是新能源开发和科学技术研究的重要组成部分。为了提高装置功率和重复率，需要具有优异激光性能、热和机械性质的激光介质。为了提高重复运转频率，这类激光器还要求激光材料具有很强的抗热冲击能力。
热导率是评估激光介质的一个重要指标。大的热导率有助于介质材料在激光运行过程中热量的散出，可以有效减小激光工作中的热透镜效应和热致双折射效应,从而提高光束质量和腔的稳定性。同时还可以防止介质在激光运行过程中过热而造成损伤。因此高的热导率是高功率激光器中激光介质的必备条件。
目前，磷酸盐钕玻璃热导率大约为0.4～0.6W/m·K，该参数是限制钕玻璃更广泛应用的瓶颈因素之一。为了适应高功率激光装置发展需求，急需发展具有更大热导率的具备强抗热冲击性能的激光玻璃。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热导率为0.6-1.2W/m·K的磷酸盐钕玻璃。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高热导率磷酸盐钕玻璃，其重量百分比组成含有：P2O5：50-80％；Nd2O3：1-7％；BaO、MgO和ZnO的总含量为：1-10％；Y2O3、La2O3和Nb2O5的总含量为：1-10％；Al2O3：2-10％。
进一步的，还含有：TiO2：0-10％；Li2O、Na2O和K2O的总含量为：0-5％。
进一步的，其中：P2O5：55-80％。
进一步的，其中：BaO、MgO和ZnO的总含量为：2-10％。
进一步的，其中：Al2O3：3-10％。
进一步的，其中：Y2O3、La2O3和Nb2O5的总含量为：2-10％。
进一步的，其中：Nd2O3：1-6％。
进一步的，其中：TiO2：2-10％。
进一步的，其中：Li2O、Na2O和K2O的总含量为：2-5％。
进一步的，所述玻璃的热导率为0.6-1.2W/m·K；折射率为1.4-1.7；荧光寿命为300-360μs；受激发射截面σ(10-20cm2)为2.5-4.9。
本发明的有益效果是：通过合理的组分配比，使得本发明的磷酸盐钕玻璃的热导率为0.6-1.2W/m·K、折射率为1.4-1.7、荧光寿命为300-360μs、受激发射截面σ(10-20cm2)为2.5-4.9。
具体实施方式
本发明的玻璃配方中通过引入热导率较大的二价碱土金属氧化物MgO、ZnO、BaO中的一种或多种，同时还可以引入热导率较大的一价碱金属氧化物Li2O、Na2O、K2O，以增加磷酸盐钕玻璃的热导率；通过引入TiO2可以提高光学玻璃的化学稳定性，并且具有提高玻璃的耐化学性和抗失透性的作用；同时，在不明显影响玻璃受激发射截面的前提下，适当引入A12O3不仅可以提高玻璃的化学稳定性，还可以提高磷酸盐玻璃的热导率。
激光玻璃的基质成分集中于元素周期表中。主要可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐及氟磷酸盐四个系统。磷酸盐玻璃由于其声子能量适中、对稀土离子溶解度高、稀土离子在其中的光谱性能好、对铂金离子的溶解度高、非线性系数小，成为ICF装置中广泛使用的激光玻璃介质。
激光玻璃中必须有激活离子，激活离子的发光机构中必需有亚稳态，形成三能级或四能级机构；并要求亚稳态有较长寿命，使粒子数易于积累达到反转。目前已在玻璃中产生激光的各种激活离子，以Nd3+离子最佳，其为四能级机构，激光跃迁的终态与基态能级的间距约为1950cm。
磷酸盐激光钕玻璃的发射跃迁几率Arad大的原因是Nd3+配位场的非对称性。硅酸盐玻璃的阳离子电场愈强，网状结构的变形和Nd3+配位场的非对称性愈大；与此相反，由于磷酸盐玻璃的阳离子的作用是进行链连接的，因此阳离子电场越弱，链连接状排列愈不规则，Nd3+周围的配位场的非对称性也就愈大。因此，在不明显降低热导率的前提下，引入一定量的阳离子电场弱的Nb2O5、Y2O3、La2O3等氧化物，可以显著提高钕玻璃的发射跃迁几率Arad，从而提高钕玻璃的受激发射截面。
实施例：
本发明实施例1～15所提供的光学玻璃按照如下方法制备：
将实施例1～15中的玻璃组分所对应的原料按比例称量，充分混合后加入铂金坩埚内，在900～1400℃下熔化、澄清、均化后降温；在900～1200℃左右将熔融玻璃浇注入预热后的金属模具；将注入预热后的金属模具的熔融玻璃同金属模具一起放入退火炉内徐冷退火后得到磷酸盐钕玻璃，测试磷酸盐钕玻璃的相关性能参数如表1所示。
表1

Claims (9)

1.高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其重量百分比组成含有：P2O5：50-80％；Nd2O3：1-7％；BaO、MgO和ZnO的总含量为：1-10％；Y2O3、La2O3和Nb2O5的总含量为：1-10％；Al2O3：2-10％，不含Si02和B203，TiO2：2-10％。
2.如权利要求1所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，还含有：Li2O、Na2O和K2O的总含量为：0-5％。
3.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其中：P2O5：55-80％。
4.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其中：BaO、MgO和ZnO的总含量为：2-10％。
5.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其中：Al2O3：3-10％。
6.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其中：Y2O3、La2O3和Nb2O5的总含量为：2-10％。
7.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其中：Nd2O3：1-6％。
8.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，其中：Li2O、Na2O和K2O的总含量为：2-5％。
9.如权利要求1或2所述的高热导率磷酸盐钕玻璃，其特征在于，所述玻璃的热导率为0.6-1.2W/m·K；折射率为1.4-1.7；荧光寿命为300-360μs；受激发射截面σ(10-20cm2)为2.5-4.9。
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