CN106587603A - 一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置及制备方法，该制备装置包括石英管组、由第一电加热炉及固液分离容器和连接于固液分离容器的下部的漏料管组成的用于镓分离提纯的固液分离提纯装置、由第二电加热炉和真空泵组成的水分去除提纯装置、由第三电加热炉和循环水冷机构组成的蒸馏提纯装置；优点是利用固液分离提纯装置来对高沸点原料镓进行提纯，可有效去除原料镓表面的氧化物杂质；利用水分去除提纯装置，再配以有机除水剂，能有效去除游离水和结晶水，且能避免引入新的杂质；利用蒸馏提纯装置实现针对含卤化物硫系玻璃的蒸馏提纯，循环水冷机构可有效防止蒸馏过程中卤化物的分解挥发出卤素单质使除氧剂失效，避免达不到提纯效果。

Description

一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃的制备技术，尤其是涉及一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置及制备方法。

背景技术

随着红外夜视、可见成像技术的普及和新发展，越来越多的场合需要结合可见成像的高分辨率、低成本，同时需要具备红外成像的宽频谱和特种夜视应用，这就需要开发既能够透过可见光，同时也能够透过大气红外窗口的新型玻璃材料。

众所周知，硫系玻璃是一种红外透过范围宽、成本低、易于精密模压镜片的红外光学材料，其已广泛应用于红外探测、热成像、红外制导等领域。硫系玻璃是主要以硫族元素为主，引入一定量其它金属或非金属元素形成的玻璃系统，其可分为硫基玻璃、硒基玻璃和碲基玻璃，硫基玻璃的红外透过范围一般为0.6～10μm，硒基玻璃的红外透过范围一般为1～14μm，碲基玻璃的红外透过范围一般为2～20μm，硫基玻璃、硒基玻璃和碲基玻璃均可覆盖1～3μm、3～5μm、8～12μm三个波段的大气红外窗口(这三个波段的大气红外窗口为红外光学材料最常用的三个大气红外窗口)。其中，仅有硫基玻璃能够部分透过可见光，但是不能完全覆盖8～12μm波段这个极为重要的大气红外窗口；硒基玻璃和碲基玻璃能够完全覆盖8～12μm波段的大气红外窗口，但是缺少可见光波段的光谱覆盖。由于硫系玻璃不能同时完全覆盖可见光和8～12μm波段的大气红外窗口(硫基玻璃只是部分透过可见光，且不能完全覆盖8～12μm波段的大气红外窗口)，因此导致硫系玻璃在多光谱成像应用中受到了制约。

有报道，通过在硒基玻璃中引入一定量的卤化物，既可以使玻璃短波截止蓝移，又能保持8～12μm光谱透过，形成一种可见、近红外、中远红外多波段透过、多光学频谱应用的多光谱硫卤玻璃材料。虽然多光谱硫卤玻璃可多波段透过，相比常规的硫系玻璃具有更宽的红外透过范围，但是加入的卤化物原料具有较强的吸湿性和潮解性，易引入更多的游离水和结晶水，会加大3～5μm波段的杂质吸收；另一方面，卤化物易分解挥发出卤素单质，卤素单质会与除氧剂反应使除氧剂失效，从而会增加玻璃提纯难度，利用传统的硫系玻璃提纯技术根本无法达到提纯效果；此外，会使玻璃内部容易包含有源自玻璃原料表面的氧或Fe、Cr等多种微量过渡金属杂质，会产生8～12μm光谱范围内的氧化物杂质红外吸收带，造成吸收损耗和散射损耗，从而会使玻璃透过率降低。

目前，虽然已有相关硫卤玻璃的组分设计或简单制备技术，但是未见硫卤玻璃的纯化装置及工艺技术的相关报道。现有的硫系玻璃提纯技术中，都是针对不掺卤化物的常规的硫系玻璃的蒸馏提纯，该类硫系玻璃提纯技术无法适用于硫卤玻璃，这是因为硫卤玻璃制备常用的卤化物容易分解挥发出卤素单质，卤素单质会与除氧剂反应使除氧剂失效，从而达不到玻璃提纯效果。而且，该类硫系玻璃提纯技术中的大部分硫系玻璃提纯技术受限于石英安瓿自身耐温特性，仅针对低沸点高蒸汽压玻璃进行提纯，如中国公告的发明专利“一种高纯度硫系玻璃的制备装置及制备方法”(授权公告号CN 101492235B)，其针对可互熔的低沸点原料，采用高温熔融的方法，形成低沸点共熔组分，从而在1050℃的温度下气化和冷凝来提纯硫系玻璃原料，该方法工艺设备复杂，容易引入不易挥发的不共熔组分，(Si，MgSe等)，一般针对可共熔高蒸汽压组分玻璃的提纯，不适用于含低蒸汽压组分镓及易分解挥发组分卤化物玻璃的提纯。目前，也有针对高沸点组分玻璃的提纯技术，如中国公告的“一种含镓的高熔沸点硫系玻璃的制备装置及制备方法”(授权公告号CN 102786222 B)，其针对高熔沸点硫系玻璃，采用快速升温炉对玻璃原料管和连接管同时进行加热，在10秒内加热到1400℃，使玻璃原料管内的原料通过连接管完全蒸馏至提纯管中达到提纯的目的，该方法对设备要求高，在1400℃的高温下容易引入石英玻璃管中的碳、硅等杂质，且不适用于掺有卤化物玻璃的蒸馏提纯。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置及制备方法，其通过镓分离提纯分离出高沸点镓表面氧化物杂质、去除水分提纯和蒸馏提纯可制备得到高纯度多光谱硫卤玻璃，该硫卤玻璃具有高透过率，基本消除了红外透过区域的杂质红外吸收带。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置，其特征在于包括石英管组、由第一电加热炉及固液分离容器和连接于所述的固液分离容器的下部的漏料管组成的用于镓分离提纯的固液分离提纯装置、由第二电加热炉和真空泵组成的水分去除提纯装置、由第三电加热炉和循环水冷机构组成的蒸馏提纯装置；所述的石英管组由石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和第二石英连接管组成，所述的石英提纯管内一体设置有倒勾石英毛细管，所述的倒勾石英毛细管的直管部分的自由端口位于所述的石英提纯管的底端面上，所述的倒勾石英毛细管的弯管部分的自由端口位于所述的石英提纯管内以连通所述的倒勾石英毛细管的内腔与所述的石英提纯管的内腔，所述的石英原料管的入口与所述的第一石英连接管的第一端口连通，所述的第一石英连接管的第二端口与所述的倒勾石英毛细管的直管部分的自由端口连通，所述的石英提纯管的入口与所述的第二石英连接管的第一端口连通；镓分离提纯时所述的固液分离容器放置于所述的第一电加热炉中；镓分离提纯后所述的漏料管输出镓给所述的石英原料管；水分去除提纯时所述的石英原料管、所述的第一石英连接管和所述的石英提纯管放置于所述的第二电加热炉中，所述的真空泵与所述的第二石英连接管的第二端口连通；蒸馏提纯时所述的第一石英连接管和所述的石英提纯管放置于所述的第三电加热炉中，所述的石英原料管放置于所述的循环水冷机构中。

所述的漏料管上安装有漏料阀。在此，漏料阀可采用流量控制阀，用于精确控制液化的镓加入石英原料管的量。

所述的循环水冷机构包括水冷壳体，所述的水冷壳体靠近其一端上设置有进水口，所述的水冷壳体靠近其另一端上设置有出水口，蒸馏提纯时所述的石英原料管放置于所述的水冷壳体内，且所述的石英原料管靠近其入口的部分管体外露于所述的水冷壳体外。在此，循环水冷机构的结构简单，使用方便。

所述的倒勾石英毛细管的弯管部分的自由端口朝向所述的石英提纯管的底端面。在此，使倒勾石英毛细管的弯管部分的自由端口朝向石英提纯管的底端面，能够更好地使蒸馏物进入倒勾石英毛细管的弯管部分中。

一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①清洗并烘干石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管、倒勾石英毛细管和第二石英连接管以完成脱羟基预处理；

在此，脱羟基预处理是为了去除石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管、倒勾石英毛细管和第二石英连接管中的杂质，并去除清洗后残留的水分；

②将固体镓装入固液分离容器内；然后利用第一电加热炉加热固液分离容器，使固液分离容器升温至40～50℃对固液分离容器内的固体镓进行加热液化处理以分离出氧化物杂质实现镓提纯；在固体镓完全液化后关闭第一电加热炉；

③在无氧干燥气氛下，按照硫卤玻璃原料中镓组分的配比重量，通过漏料管将液化后的镓滴入石英原料管中；然后按照硫卤玻璃原料中卤化物组分的配比重量，将卤化物加入石英原料管中；同时，将有机除水剂加入石英原料管中；

并按照硫卤玻璃原料中其余组分各自的配比重量，将硫卤玻璃原料中其余组分加入到石英提纯管中；同时，将除氧剂加入到石英提纯管中；

④连接石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和第二石英连接管；然后连接第二石英连接管和真空泵；接着利用真空泵进行抽真空，同时利用第二电加热炉将石英原料管、第一石英连接管和石英提纯管加热至100～150℃，以去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和倒勾石英毛细管中的水分，并蒸发掉吸水后的有机除水剂；当石英原料管和石英提纯管内的真空度达到1×10^-4Pa以下时完成水分去除提纯，关闭真空泵和第二电加热炉；再在第二石英连接管靠近石英提纯管的位置处进行熔封；

在此，硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和倒勾石英毛细管中的水分包括游离水和结晶水；

⑤利用循环水冷机构将石英原料管冷却至室温；然后利用第三电加热炉将第一石英连接管和石英提纯管加热至850～950℃，使石英提纯管内的硫卤玻璃原料中其余组分通过倒勾石英毛细管和第一石英连接管完全蒸馏至石英原料管内；当蒸馏提纯结束后，关闭第三电加热炉；再在第一石英连接管靠近石英原料管的位置处进行熔封；

⑥将石英原料管放入摇摆炉中；然后在摇摆炉中使石英原料管缓慢升温至850～1000℃；接着在摇摆熔制10～24小时后取出石英原料管，并用压缩空气对石英原料管进行淬冷；再将石英原料管放入退火炉中进行退火处理；最后在退火处理结束后取出石英原料管，并切开石英原料管取出制备得到的高纯度多光谱硫卤玻璃。

所述的步骤③中的有机除水剂为乙酸酐。在此，也可采用其它有机除水剂。

所述的步骤③中的有机除水剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的10～15wt％。如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入2～3g的有机除水剂，换算成体积为1.9～2.8ml，如可取2ml，在实际处理时有机除水剂的加入量稍过量也影响不大，这是因为在水分去除提纯过程中有机除水剂加热后会挥发掉。

所述的步骤③中的除氧剂为镁条或铝条。

所述的步骤③中的除氧剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的0.05～0.1wt％。如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入0.01～0.02g的除氧剂。

所述的步骤④中对第二石英连接管的熔封采用氢氧焰或乙炔焰；所述的步骤⑤中对第一石英连接管的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明的制备装置利用由第一电加热炉及固液分离容器和连接于固液分离容器的下部的漏料管组成的固液分离提纯装置来对难以用传统蒸馏方法提纯的高沸点原料镓进行提纯，可以有效去除原料镓表面的氧化物杂质；利用第二电加热炉和真空泵，再配以有机除水剂，不仅能够有效去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和倒勾石英毛细管中的游离水和结晶水，而且又能够避免引入新的杂质；利用循环水冷机构和第三电加热炉实现针对含卤化物硫系玻璃的蒸馏提纯，去除其它组分中的氧、Fe、Cr等多种微量过渡金属杂质，循环水冷机构的设置可有效防止蒸馏过程中卤化物的分解挥发出卤素单质使除氧剂失效，避免达不到提纯效果。

2)本发明的制备方法利用第一电加热炉对固液分离容器中的固体镓进行加热液化实现镓分离提纯，可以有效分离出原料镓表面的氧化物杂质；通过加入有机除水剂，不仅能够有效去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和倒勾石英毛细管中的游离水和结晶水，而且又能够避免引入新的杂质，因为有机除水剂具有吸湿性强且沸点低的特性(沸点为139℃)，能有效吸收水分子，而有机除水剂本身易挥发除去；利用循环水冷机构和第三电加热炉实现针对含卤化物硫系玻璃的蒸馏提纯，去除其它组分中的氧、Fe、Cr等多种微量过渡金属杂质，循环水冷机构的设置可有效防止蒸馏过程中卤化物的分解挥发出卤素单质使除氧剂失效，避免达不到提纯效果。

3)利用本发明的制备方法制备得到的硫卤玻璃具有高透过率，基本消除了红外透过区域的O-H、Ge-O、Ga-O等杂质红外吸收带，可以满足可见、近红外、中远红外多光谱应用的需求。

附图说明

图1为实施例一的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置中的固液分离提纯装置的结构示意图；

图2为实施例一的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置中的水分去除提纯装置的结构示意图；

图3为实施例一的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置中的蒸馏提纯装置的结构示意图；

图4为实施例二的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法制备得到的高纯度Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品的红外透过光谱与现有技术制备得到的Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品的红外透过光谱的比较。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

本实施例提出了一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置，如图1、图2和图3所示，其包括石英管组、由第一电加热炉11及固液分离容器12和连接于固液分离容器12的右侧下部的漏料管13组成的用于镓分离提纯的固液分离提纯装置1、由第二电加热炉21和真空泵22组成的水分去除提纯装置2、由第三电加热炉31和循环水冷机构32组成的蒸馏提纯装置3；石英管组由石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和第二石英连接管44组成，石英提纯管43内一体设置有倒勾石英毛细管45，倒勾石英毛细管45的直管部分的自由端口位于石英提纯管43的底端面上，倒勾石英毛细管45的弯管部分的自由端口位于石英提纯管43内以连通倒勾石英毛细管45的内腔与石英提纯管43的内腔，石英原料管41的入口与第一石英连接管42的第一端口连通，第一石英连接管42的第二端口与倒勾石英毛细管45的直管部分的自由端口连通，石英提纯管43的入口与第二石英连接管44的第一端口连通；镓分离提纯时固液分离容器12放置于第一电加热炉11中；镓分离提纯后漏料管13输出镓给石英原料管41；水分去除提纯时石英原料管41、第一石英连接管42和石英提纯管43放置于第二电加热炉21中，真空泵22与第二石英连接管44的第二端口连通；蒸馏提纯时第一石英连接管42和石英提纯管43放置于第三电加热炉31中，石英原料管41放置于循环水冷机构32中。

在此具体实施例中，在漏料管13的中间位置上安装有漏料阀14，漏料阀14可采用流量控制阀，用于精确控制液化的镓加入石英原料管41的量。

在此具体实施例中，循环水冷机构32包括水冷壳体321，水冷壳体321靠近其一端上设置有进水口322，水冷壳体321靠近其另一端上设置有出水口323，蒸馏提纯时石英原料管41放置于水冷壳体321内，且石英原料管41靠近其入口的部分管体外露于水冷壳体321外；该循环水冷机构32的结构简单，使用方便；利用循环水冷机构32将石英原料管41降温至室温，是为了防止石英原料管41中的卤化物受热分解挥发而导致除氧剂失效。

在此具体实施例中，倒勾石英毛细管45的弯管部分的自由端口朝向石英提纯管43的底端面，使倒勾石英毛细管45的弯管部分的自由端口朝向石英提纯管43的底端面，能够更好地使蒸馏物进入倒勾石英毛细管45的弯管部分中。

在本实施例中，第一电加热炉11、第二电加热炉21和第三电加热炉31均采用现有的电加热炉；固液分离容器12仅为一容器；真空泵22采用现有技术；石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和第二石英连接管44及石英提纯管43内的倒勾石英毛细管45均由石英管加工而成。

实施例二：

本实施例提出了一种利用实施例一的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置制备高纯度多光谱的Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃的制备方法，其包括以下步骤：

①清洗并烘干石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43、倒勾石英毛细管45和第二石英连接管44以完成脱羟基预处理。

在此，脱羟基预处理是为了去除石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43、倒勾石英毛细管45和第二石英连接管44中的杂质，并去除清洗后残留的水分。

②将固体镓装入固液分离容器12内；然后利用第一电加热炉11加热固液分离容器12，使固液分离容器12升温至45℃对固液分离容器12内的固体镓进行加热液化处理以分离出氧化物杂质实现镓提纯；在固体镓完全液化后关闭第一电加热炉11。

③在无氧干燥气氛下，按照硫卤玻璃原料中镓组分的配比重量，通过漏料管13将液化后的镓滴入石英原料管41中；然后按照硫卤玻璃原料中卤化物组分的配比重量，将卤化物加入石英原料管41中；同时，将有机除水剂加入石英原料管41中。

在此，Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃的组分锗、镓、硒、碘化铯(作为卤化物)分别按硫卤玻璃原料的总重量20g的15mol％、15mol％、50mol％、20mol％的配比确定重量；有机除水剂为乙酸酐，也可采用其它有机除水剂；有机除水剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的15wt％，如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入3g的有机除水剂，换算成体积为2.8ml，在实际处理时有机除水剂的加入量稍过量也影响不大，这是因为在水分去除提纯过程中有机除水剂加热后会挥发掉。

并按照硫卤玻璃原料中其余组分各自的配比重量，将硫卤玻璃原料中其余组分加入到石英提纯管43中；同时，将除氧剂加入到石英提纯管43中。

在此，除氧剂为镁条；除氧剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的0.05wt％，如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入0.01g的除氧剂。

④连接石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和第二石英连接管44；然后连接第二石英连接管44和真空泵22；接着利用真空泵22进行抽真空，同时利用第二电加热炉21将石英原料管41、第一石英连接管42和石英提纯管43加热至150℃，以去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和倒勾石英毛细管45中的水分，并蒸发掉吸水后的有机除水剂；当石英原料管41和石英提纯管43内的真空度达到1×10^-4Pa以下时完成水分去除提纯，关闭真空泵22和第二电加热炉21；再在第二石英连接管44靠近石英提纯管43的位置处(参见图2中A处)进行熔封。

在此，硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和倒勾石英毛细管45中的水分包括游离水和结晶水；对第二石英连接管44的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

⑤利用循环水冷机构32将石英原料管41冷却至室温，可有效防止石英原料管41中的卤化物受热分解挥发而导致除氧剂失效；然后利用第三电加热炉31将第一石英连接管42和石英提纯管43加热至900℃，使石英提纯管43内的硫卤玻璃原料中其余组分通过倒勾石英毛细管45和第一石英连接管42完全蒸馏至石英原料管41内；当蒸馏提纯结束后，关闭第三电加热炉31；再在第一石英连接管42靠近石英原料管41的位置处(参见图3中B处)进行熔封。

在此，对第一石英连接管42的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

⑥将石英原料管41放入摇摆炉中；然后在摇摆炉中使石英原料管41缓慢升温至900℃；接着在摇摆熔制20小时后取出石英原料管41，并用压缩空气对石英原料管41进行淬冷；再将石英原料管41放入退火炉中进行退火处理，退火温度为300℃；最后在退火处理结束后取出石英原料管41，并切开石英原料管41取出制备得到的高纯度多光谱硫卤玻璃。

从步骤⑥得到的高纯度多光谱硫卤玻璃中切割出一片厚度为2mm的玻璃样片，经研磨和双面抛光后得到高纯度Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品，对该高纯度Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品进行红外光谱性能测试，图4给出了本实施例制备得到的高纯度Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品的红外透过光谱(提纯后所示)与现有技术制备得到的Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品的红外透过光谱(提纯前所示)的比较。从图4中可以看出，Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品的最高透过率由提纯前的70％左右提高到提纯后的75％左右，红外透过区域2～6μm波段范围内的O-H、Se-H杂质吸收峰得到降低，红外透过区域8～14μm波段范围内的Ge-O、Ga-O杂质吸收峰消除干净，这足以说明本实施例制备得到的Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃样品具有高纯度。

实施例三：

本实施例提出了一种利用实施例一的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置制备高纯度多光谱的Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃的制备方法，其包括以下步骤：

①清洗并烘干石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43、倒勾石英毛细管45和第二石英连接管44以完成脱羟基预处理。

在此，脱羟基预处理是为了去除石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43、倒勾石英毛细管45和第二石英连接管44中的杂质，并去除清洗后残留的水分。

②将固体镓装入固液分离容器12内；然后利用第一电加热炉11加热固液分离容器12，使固液分离容器12升温至50℃对固液分离容器12内的固体镓进行加热液化处理以分离出氧化物杂质实现镓提纯；在固体镓完全液化后关闭第一电加热炉11。

③在无氧干燥气氛下，按照硫卤玻璃原料中镓组分的配比重量，通过漏料管13将液化后的镓滴入石英原料管41中；然后按照硫卤玻璃原料中卤化物组分的配比重量，将卤化物加入石英原料管41中；同时，将有机除水剂加入石英原料管41中。

在此，Ge₁₅Ga₁₅Se₅₀(CsI)₂₀硫卤玻璃的组分锗、镓、硒、碘化铯(作为卤化物)分别按硫卤玻璃原料的总重量20g的15mol％、15mol％、50mol％、20mol％的配比确定重量；有机除水剂为乙酸酐，也可采用其它有机除水剂；有机除水剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的10wt％，如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入2g的有机除水剂，换算成体积为1.9ml，在实际处理时有机除水剂的加入量稍过量也影响不大，这是因为在水分去除提纯过程中有机除水剂加热后会挥发掉。

并按照硫卤玻璃原料中其余组分各自的配比重量，将硫卤玻璃原料中其余组分加入到石英提纯管43中；同时，将除氧剂加入到石英提纯管43中。

在此，除氧剂为铝条；除氧剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的0.1wt％，如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入0.02g的除氧剂。

④连接石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和第二石英连接管44；然后连接第二石英连接管44和真空泵22；接着利用真空泵22进行抽真空，同时利用第二电加热炉21将石英原料管41、第一石英连接管42和石英提纯管43加热至110℃，以去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和倒勾石英毛细管45中的水分，并蒸发掉吸水后的有机除水剂；当石英原料管41和石英提纯管43内的真空度达到1×10^-4Pa以下时完成水分去除提纯，关闭真空泵22和第二电加热炉21；再在第二石英连接管44靠近石英提纯管43的位置处(参见图2中A处)进行熔封。

在此，硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和倒勾石英毛细管45中的水分包括游离水和结晶水；对第二石英连接管44的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

⑤利用循环水冷机构32将石英原料管41冷却至室温，可有效防止石英原料管41中的卤化物受热分解挥发而导致除氧剂失效；然后利用第三电加热炉31将第一石英连接管42和石英提纯管43加热至950℃，使石英提纯管43内的硫卤玻璃原料中其余组分通过倒勾石英毛细管45和第一石英连接管42完全蒸馏至石英原料管41内；当蒸馏提纯结束后，关闭第三电加热炉31；再在第一石英连接管42靠近石英原料管41的位置处(参见图3中B处)进行熔封。

在此，对第一石英连接管42的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

⑥将石英原料管41放入摇摆炉中；然后在摇摆炉中使石英原料管41缓慢升温至950℃；接着在摇摆熔制15小时后取出石英原料管41，并用压缩空气对石英原料管41进行淬冷；再将石英原料管41放入退火炉中进行退火处理，退火温度为350℃；最后在退火处理结束后取出石英原料管41，并切开石英原料管41取出制备得到的高纯度多光谱硫卤玻璃。

实施例四：

本实施例提出了一种利用实施例一的高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置制备高纯度多光谱的Ge₁₂Ga₁₅Se₄₈(KI)₂₅硫卤玻璃的制备方法，其包括以下步骤：

①清洗并烘干石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43、倒勾石英毛细管45和第二石英连接管44以完成脱羟基预处理。

在此，脱羟基预处理是为了去除石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43、倒勾石英毛细管45和第二石英连接管44中的杂质，并去除清洗后残留的水分。

②将固体镓装入固液分离容器12内；然后利用第一电加热炉11加热固液分离容器12，使固液分离容器12升温至40℃对固液分离容器12内的固体镓进行加热液化处理以分离出氧化物杂质实现镓提纯；在固体镓完全液化后关闭第一电加热炉11。

③在无氧干燥气氛下，按照硫卤玻璃原料中镓组分的配比重量，通过漏料管13将液化后的镓滴入石英原料管41中；然后按照硫卤玻璃原料中卤化物组分的配比重量，将卤化物加入石英原料管41中；同时，将有机除水剂加入石英原料管41中。

在此，Ge₁₂Ga₁₅Se₄₈(KI)₂₅硫卤玻璃的组分锗、镓、硒、碘化钾(作为卤化物)分别按硫卤玻璃原料的总重量20g的12mol％、15mol％、48mol％、25mol％的配比确定重量；有机除水剂为乙酸酐，也可采用其它有机除水剂；有机除水剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的12.5wt％，如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入2.5g的有机除水剂，在实际处理时有机除水剂的加入量稍过量也影响不大，这是因为在水分去除提纯过程中有机除水剂加热后会挥发掉。

并按照硫卤玻璃原料中其余组分各自的配比重量，将硫卤玻璃原料中其余组分加入到石英提纯管43中；同时，将除氧剂加入到石英提纯管43中。

在此，除氧剂为铝条；除氧剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的0.1wt％，如假设硫卤玻璃原料的总重量为20g，那么需加入0.02g的除氧剂。

④连接石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和第二石英连接管44；然后连接第二石英连接管44和真空泵22；接着利用真空泵22进行抽真空，同时利用第二电加热炉21将石英原料管41、第一石英连接管42和石英提纯管43加热至130℃，以去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和倒勾石英毛细管45中的水分，并蒸发掉吸水后的有机除水剂；当石英原料管41和石英提纯管43内的真空度达到1×10^-4Pa以下时完成水分去除提纯，关闭真空泵22和第二电加热炉21；再在第二石英连接管44靠近石英提纯管43的位置处(参见图2中A处)进行熔封。

在此，硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管41、第一石英连接管42、石英提纯管43和倒勾石英毛细管45中的水分包括游离水和结晶水；对第二石英连接管44的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

⑤利用循环水冷机构32将石英原料管41冷却至室温，可有效防止石英原料管41中的卤化物受热分解挥发而导致除氧剂失效；然后利用第三电加热炉31将第一石英连接管42和石英提纯管43加热至850℃，使石英提纯管43内的硫卤玻璃原料中其余组分通过倒勾石英毛细管45和第一石英连接管42完全蒸馏至石英原料管41内；当蒸馏提纯结束后，关闭第三电加热炉31；再在第一石英连接管42靠近石英原料管41的位置处(参见图3中B处)进行熔封。

在此，对第一石英连接管42的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。

⑥将石英原料管41放入摇摆炉中；然后在摇摆炉中使石英原料管41缓慢升温至1000℃；接着在摇摆熔制10小时后取出石英原料管41，并用压缩空气对石英原料管41进行淬冷；再将石英原料管41放入退火炉中进行退火处理，退火温度为280℃；最后在退火处理结束后取出石英原料管41，并切开石英原料管41取出制备得到的高纯度多光谱硫卤玻璃。

在高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法中，硫卤玻璃原料按化学配比组成为xGe·yGa·zSe·(100-x-y-z)CsI或xGe·yGa·zSe·(100-x-y-z)KI，且不仅限于上述原料组成；卤化物可以为碘化铯或碘化钾或碘化钠或溴化铯或溴化钾等。

Claims (10)

1.一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置，其特征在于包括石英管组、由第一电加热炉及固液分离容器和连接于所述的固液分离容器的下部的漏料管组成的用于镓分离提纯的固液分离提纯装置、由第二电加热炉和真空泵组成的水分去除提纯装置、由第三电加热炉和循环水冷机构组成的蒸馏提纯装置；所述的石英管组由石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和第二石英连接管组成，所述的石英提纯管内一体设置有倒勾石英毛细管，所述的倒勾石英毛细管的直管部分的自由端口位于所述的石英提纯管的底端面上，所述的倒勾石英毛细管的弯管部分的自由端口位于所述的石英提纯管内以连通所述的倒勾石英毛细管的内腔与所述的石英提纯管的内腔，所述的石英原料管的入口与所述的第一石英连接管的第一端口连通，所述的第一石英连接管的第二端口与所述的倒勾石英毛细管的直管部分的自由端口连通，所述的石英提纯管的入口与所述的第二石英连接管的第一端口连通；镓分离提纯时所述的固液分离容器放置于所述的第一电加热炉中；镓分离提纯后所述的漏料管输出镓给所述的石英原料管；水分去除提纯时所述的石英原料管、所述的第一石英连接管和所述的石英提纯管放置于所述的第二电加热炉中，所述的真空泵与所述的第二石英连接管的第二端口连通；蒸馏提纯时所述的第一石英连接管和所述的石英提纯管放置于所述的第三电加热炉中，所述的石英原料管放置于所述的循环水冷机构中。

2.根据权利要求1所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置，其特征在于所述的漏料管上安装有漏料阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置，其特征在于所述的循环水冷机构包括水冷壳体，所述的水冷壳体靠近其一端上设置有进水口，所述的水冷壳体靠近其另一端上设置有出水口，蒸馏提纯时所述的石英原料管放置于所述的水冷壳体内，且所述的石英原料管靠近其入口的部分管体外露于所述的水冷壳体外。

4.根据权利要求3所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备装置，其特征在于所述的倒勾石英毛细管的弯管部分的自由端口朝向所述的石英提纯管的底端面。

5.一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①清洗并烘干石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管、倒勾石英毛细管和第二石英连接管以完成脱羟基预处理；

②将固体镓装入固液分离容器内；然后利用第一电加热炉加热固液分离容器，使固液分离容器升温至40～50℃对固液分离容器内的固体镓进行加热液化处理以分离出氧化物杂质实现镓提纯；在固体镓完全液化后关闭第一电加热炉；

③在无氧干燥气氛下，按照硫卤玻璃原料中镓组分的配比重量，通过漏料管将液化后的镓滴入石英原料管中；然后按照硫卤玻璃原料中卤化物组分的配比重量，将卤化物加入石英原料管中；同时，将有机除水剂加入石英原料管中；

并按照硫卤玻璃原料中其余组分各自的配比重量，将硫卤玻璃原料中其余组分加入到石英提纯管中；同时，将除氧剂加入到石英提纯管中；

④连接石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和第二石英连接管；然后连接第二石英连接管和真空泵；接着利用真空泵进行抽真空，同时利用第二电加热炉将石英原料管、第一石英连接管和石英提纯管加热至100～150℃，以去除硫卤玻璃原料中各组分中的水分及石英原料管、第一石英连接管、石英提纯管和倒勾石英毛细管中的水分，并蒸发掉吸水后的有机除水剂；当石英原料管和石英提纯管内的真空度达到1×10^-4Pa以下时完成水分去除提纯，关闭真空泵和第二电加热炉；再在第二石英连接管靠近石英提纯管的位置处进行熔封；

⑤利用循环水冷机构将石英原料管冷却至室温；然后利用第三电加热炉将第一石英连接管和石英提纯管加热至850～950℃，使石英提纯管内的硫卤玻璃原料中其余组分通过倒勾石英毛细管和第一石英连接管完全蒸馏至石英原料管内；当蒸馏提纯结束后，关闭第三电加热炉；再在第一石英连接管靠近石英原料管的位置处进行熔封；

⑥将石英原料管放入摇摆炉中；然后在摇摆炉中使石英原料管缓慢升温至850～1000℃；接着在摇摆熔制10～24小时后取出石英原料管，并用压缩空气对石英原料管进行淬冷；再将石英原料管放入退火炉中进行退火处理；最后在退火处理结束后取出石英原料管，并切开石英原料管取出制备得到的高纯度多光谱硫卤玻璃。

6.根据权利要求5所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤③中的有机除水剂为乙酸酐。

7.根据权利要求5或6所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤③中的有机除水剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的10～15wt％。

8.根据权利要求7所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤③中的除氧剂为镁条或铝条。

9.根据权利要求8所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤③中的除氧剂的加入量为硫卤玻璃原料的总重量的0.05～0.1wt％。

10.根据权利要求9所述的一种高纯度多光谱硫卤玻璃的制备方法，其特征在于所述的步骤④中对第二石英连接管的熔封采用氢氧焰或乙炔焰；所述的步骤⑤中对第一石英连接管的熔封采用氢氧焰或乙炔焰。