CN108911502A - 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用。该玻璃的配方按摩尔百分比（mol%）为：KPO3：60~100 mol%、AlF3：5~40 mol%、K2SO4：5~25 mol%。使用熔融淬火法制备得到高度透明、无析晶的氟硫磷酸盐激光玻璃.该玻璃在熔制过程中有较好的工艺性能，在空气中冷却即可形成均匀透明的玻璃，具有成玻区大、组分可调范围大、热稳定性优异的优点，在稀土掺杂激光玻璃光纤方面具有广阔的应用前景。

Description

一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于激光玻璃领域，具体涉及一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用。
技术背景
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后人类的又一重大发明，具有单色性好、相干性好、功率密度高等特点，因而在光通信、生物医疗、材料加工、传感、核聚变研究、国防军工等领域具有广阔的应用前景。激光器件是激光科学与技术的核心，以稀土掺杂激光玻璃或者光纤为增益介质的固体激光器因具有结构紧凑、使用寿命长、便于维护、功率高、成本较低等优点而引起广泛关注。
磷酸盐玻璃对大部分稀土离子的可掺杂浓度较高，已成为重要的稀土(RE)掺杂基质材料，在激光增益介质方面广泛应用。此外，与硅酸盐玻璃相比，磷酸盐玻璃具有更宽的红外透过范围等优点。通过在磷酸盐玻璃中添加金属阳离子如碱金属氧化物和碱土金属氧化物，从而可以优化磷酸盐玻璃的性能，但是除水效果不够理想。通过阴离子取代的方式也能对磷酸盐玻璃进行改性，例如在磷酸盐基质中引入适量氟离子(F-)可获得氟磷酸盐玻璃，具有更低的羟基含量、低的线性和非线性折射率、高透过率等优点，主要用于被动激光和激光器领域。在磷酸锌玻璃或其他磷酸盐玻璃中掺入适量的硫酸根(SO4 2-)，能够显著改善玻璃的形成能力和热稳定性。因此，可以在磷酸盐基质中同时引入SO4 2-和F-得到具有多种配体结构的氟硫磷酸盐玻璃，对于承载激活剂(稀土离子)具有较大的潜力，有望成为新型激光增益基质材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用，玻璃在熔制过程中有较好的工艺性能，在空气中冷却即可形成均匀透明的玻璃，具有成玻区大、组分可调范围大、热稳定性优异的优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种氟硫磷酸盐激光玻璃，该氟硫磷酸盐激光玻璃的组成为：KPO3 60～100mol％、AlF3 5～40mol％和K2SO4 5～25mol％。
以上所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按权利要求1中氟硫磷酸盐玻璃的组成准确称量各原料；
(2)初步熔制：将步骤(1)所得原料混合均匀后转入刚玉坩埚中，加氧化铝坩埚盖，放入硅碳棒电炉中充分熔制；
(3)二次熔制：将步骤(2)熔制的玻璃液倒入铂金坩埚中，并加铂金坩埚盖，放入硅碳棒电炉中进行二次熔制，并进行澄清、均化处理；
(4)浇注：将步骤(3)所得玻璃液降温后直接浇注在退火炉中经预热的石墨模具内；
(5)退火：退火保温后冷却至室温，得氟硫磷酸盐激光玻璃。
优选的，步骤(2)所述熔制的温度为1000～1150℃。
优选的，步骤(3)所述二次熔制的温度为1050～1200℃。
优选的，步骤(4)所述降温是将玻璃液的温度降至950～1100℃。
优选的，步骤(5)所述退火的温度即为石墨模具预热温度，为350～380℃。
优选的，步骤(5)所述保温的时间为2小时。
优选的，步骤(5)所述冷却的速率为5～7℃/小时。
以上所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光元件。
以上所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光仪器
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
本发明的氟硫磷酸盐激光玻璃的热稳定性优异(稳定性参数△T大于100℃)，不需要淬冷即可形成透明、无析晶或分相的大块玻璃，组分可调范围大，声子能量适中，性质优良，成本低廉。
附图说明
图1为实施例1所得氟硫磷酸盐激光玻璃的XRD谱图。
图2为实施例1所得氟硫磷酸盐激光玻璃的DTA曲线图。
图3为实施例1、2、3所得氟硫磷酸盐激光玻璃的拉曼振动光谱图。
图4为本发明AlF3-K2SO4-KPO3玻璃体系的玻璃形成区图。
具体实施方式
以下结合具体实施例与附图对本发明的实施方式进行进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
表1列出了本发明4个具体实施例中氟硫磷酸盐激光玻璃的摩尔百分比组成：
表1
实施例1的制备方法如下：
第一步，根据表1中实施例1配比称量高纯原料并进行初步熔制；
实施例1的玻璃的初步熔制过程如下：将高纯度的KPO3、AlF3、K2SO4粉末状原料研磨均匀后，置于刚玉坩埚中，加氧化铝坩埚盖，于硅碳棒电炉中1000℃条件下熔制，充分熔融；
二次熔炼，将第一步熔制的玻璃液倒入铂金坩埚中，加铂金坩埚盖，于硅碳棒电炉中1050℃条件下熔制，并进行澄清、均化处理；
浇注，降温至950℃，将玻璃液直接浇注在退火炉中预热至350℃的石墨模内；
退火，在第四步基础上在退火炉中350℃条件下保温2h后，以10℃/h的速率冷却至室温。
实施例2、3、4操作步骤与实施例1相同，但是实施例2、3、4的初步熔制温度分别为1050℃、1100℃、1150℃，二次熔制温度分别为1100℃、1150℃、1200℃，退火温度分别为360℃、370℃、380℃。
通过熔融淬火法制备了氟硫磷酸盐激光玻璃。实施例测试结果表明，所有样品都能够获得实施例1对应的图1和图2的XRD谱图和差热曲线的类似结果，无可见条纹和气泡，XRD图谱呈宽包馒头峰表明无析晶，△T＝Tx-Tg＝145℃＞100℃表明样品热稳定性优异，有利于光纤拉制。拉曼光谱测试结果(见图3)表明该玻璃具有丰富的配位环境，适合用作激光工作物质基质材料。此外，该玻璃在熔制过程中有较好的工艺性能，在空气中冷却即可形成均匀透明的玻璃，具有成玻区大(见图4)即组分可调范围大的优点，在稀土掺杂激光玻璃光纤方面具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种氟硫磷酸盐激光玻璃，其特征在于，该氟硫磷酸盐激光玻璃的组成为：KPO3 60 ~100 mol%、AlF3 5 ~ 40 mol%和K2SO4 5 ~ 25 mol%。
2.制备权利要求1所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按权利要求1中氟硫磷酸盐玻璃的组成准确称量各原料；
（2）初步熔制：将步骤（1）所得原料混合均匀后转入刚玉坩埚中，加氧化铝坩埚盖，放入硅碳棒电炉中充分熔制；
（3）二次熔制：将步骤（2）熔制的玻璃液倒入铂金坩埚中，并加铂金坩埚盖，放入硅碳棒电炉中进行二次熔制，并进行澄清、均化处理；
（4）浇注：将步骤（3）所得玻璃液降温后直接浇注在退火炉中经预热的石墨模具内；
（5）退火：退火保温后冷却至室温，得氟硫磷酸盐激光玻璃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述熔制的温度为1000 ~1150℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述二次熔制的温度为1050~ 1200℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述降温是将玻璃液的温度降至950 ~ 1100℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述退火的温度即为石墨模具预热温度，为350 ~ 380℃。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述保温的时间为2小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述冷却的速率为5 ~ 7℃ /小时。
9.权利要求1所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光元件。
10.权利要求1所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光仪器。
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