CN109369023A - 一种析出Ba2LaF7纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种析出Ba₂LaF₇纳米晶的微晶玻璃及其制备方法。该微晶玻璃组分的摩尔百分比为：30~45%的GeO₂、20~25%的SiO₂、5~10%的Al₂O₃、0~2%的AlF₃、10~12%的Na₂CO₃、5~6%的La₂O₃和15~20%的BaF₂。制备方法包括如下步骤：按以上摩尔百分比称取一定质量的原料后混合均匀，于1450~1550 ^oC下熔化并保温30~60分钟。将玻璃熔体倒入模具内，在玻璃转变温度以下温度进行退火保温1~3小时，再自然降温至室温，取出得到基础玻璃。把制得的基础玻璃在其析晶温度范围内热处理1~10小时，然后自然降温至室温，得到析出Ba₂LaF₇纳米晶的微晶玻璃。

Description

一种析出Ba2LaF7纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及稀土掺杂微晶玻璃领域，具体涉及一种含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

随着光电信息技术的飞速发展，以稀土离子掺杂的发光玻璃为代表的透明光学材料得到了广泛的应用。为了获得具有优异发光性能和良好环境适应性的发光材料，不仅要求用于掺杂发光的基质材料有较低的声子能量，而且要求其拥有良好的热、化学稳定性和机械性能。

在稀土掺杂氟氧微晶玻璃中，低声子能量的氟化物纳米晶均匀地分布于氧化物玻璃网络，稀土离子则优先选择富集到氟化物晶相中，这决定了氟氧化物微晶玻璃兼具氧化物玻璃和氟化物晶体的优点，化学稳定性好，机械强度高以及声子能量低和发光效率高。由于析出的氟化物纳米晶尺寸一般为几十纳米，远小于可见光波长，因此对可见光有较高的透过率。因此，近年来氟氧化物微晶玻璃逐渐引起了关注和研究兴趣，在光通信、三维显示和固态照明等领域有着潜在的应用前景。

相较于含碱土氟化物（MF₂，M=Ba，Sr，Ca）纳米晶的微晶玻璃，由于三价稀土离子所带的电荷相同，且半径相差不大，所以在热处理的过程中稀土离子更加容易取代La³⁺而进入Ba₂LaF₇晶相，从而能够提高稀土离子的发光效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、稀土离子溶解度高、含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。具体技术方案如下：

一种含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃，各原料的摩尔百分比为：GeO₂: 30~45%，SiO₂: 20~25%，Al₂O₃: 5~10%，AlF₃: 0~2%、Na₂O: 10~12%，La₂O₃: 5~6%，BaF₂: 15~20%。

本发明的另一目的是在于提供一种含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃的制备方法，具体包括如下步骤：

1）配料：以GeO₂，SiO₂，Al₂O₃，AlF₃，Na₂CO₃，La₂O₃和BaF₂为玻璃组成原料，按选定上述的玻璃组成的摩尔百分比，称取相应质量的原料，并在研钵中研磨混合均匀；

2）熔融：将研磨混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，放入硅碳棒电炉中熔化，熔化温度为1450~1550 ^oC，熔化时间为30~60分钟；

3）成型：将玻璃熔体倒入预热450~550 ^oC的模具中；

4）退火：将成型的玻璃放入马弗炉中退火，退火温度为450~550 ^oC，退火时间为2~4小时，随后关闭马弗炉电源随炉冷却至室温；

5）热处理：在析晶温度范围内（590~700 ^oC）进行热处理若干小时；

6）抛光：将退火后的玻璃进行切割，研磨，抛光，制成10mm*10mm*1.5mm的微晶玻璃。

附图说明

图1 是本发明提供的实施例1制备的微晶玻璃的XRD图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

按照组成：30GeO₂-25SiO₂-6Al₂O₃-2AlF₃-12Na₂CO₃-6La₂O₃-19BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、SiO₂、Al₂O₃、AlF₃、Na₂CO₃、La₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1450 ^oC的硅碳棒电炉中熔制45分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热450 ^oC的模具中，待玻璃成型后转入550^oC的马弗炉中退火2小时，自然降温到室温后得到基础玻璃。将获得的基础玻璃在马弗炉中以10 ^oC/min的升温速率升到620 ^oC并保温2h得到含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃。将得到的微晶玻璃进行切割、研磨、抛光，制成10mm*10mm*1.5mm的微晶玻璃。

本实施例中，制得的含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃的XRD如图1所示。

实施例2：

按照组成：35GeO₂-20SiO₂-8Al₂O₃-12Na₂CO₃-5La₂O₃-20BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、SiO₂、Al₂O₃、Na₂CO₃、La₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1500 ^oC的硅碳棒电炉中熔制50分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热450 ^oC的模具中，待玻璃成型后转入550 ^oC的马弗炉中退火2小时，自然降温到室温后得到基础玻璃。将获得的基础玻璃在马弗炉中以10 ^oC/min的升温速率升到600 ^oC并保温2h得到含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃。将得到的微晶玻璃进行切割、研磨、抛光，制成10mm*10mm*1.5mm的微晶玻璃。

实施例3：

按照组成：35GeO₂-22SiO₂-4Al₂O₃-3AlF₃-15Na₂CO₃-5La₂O₃-16BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、SiO₂、Al₂O₃、AlF₃、Na₂CO₃、La₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1500 ^oC的硅碳棒电炉中熔制50分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热500℃的模具中，待玻璃成型后转入550^oC的马弗炉中退火3小时，自然降温到室温后得到基础玻璃。将获得的基础玻璃在马弗炉中以10^oC/min的升温速率升到610 ^oC并保温2h得到含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃。将得到的微晶玻璃进行切割、研磨、抛光，制成10mm*10mm*1.5mm的微晶玻璃。

实施例4：

按照组成：35GeO₂-22SiO₂-5Al₂O₃-5AlF₃-10Na₂CO₃-8La₂O₃-15BaF₂（mol%）称取总质量为20克所需的GeO₂、SiO₂、Al₂O₃、AlF₃、Na₂CO₃、La₂O₃、BaF₂粉末原料，放入玛瑙研钵中充分研磨混合均匀。将混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，盖上莫来石盖子，至于1470 ^oC的硅碳棒电炉中熔制60分钟，然后将玻璃熔液快速浇注到预热500 ^oC的模具中，待玻璃成型后转入550^oC的马弗炉中退火3小时，自然降温到室温后得到基础玻璃。将获得的基础玻璃在马弗炉中以10 ^oC/min的升温速率升到630^oC并保温2h得到含Ba₂LaF₇纳米晶的锗硅酸盐微晶玻璃。将得到的微晶玻璃进行切割、研磨、抛光，制成10mm*10mm*1.5mm的微晶玻璃。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种析出Ba₂LaF₇纳米晶的微晶玻璃，其特征在于，该玻璃摩尔百分比组成为：

组分 mol%

GeO₂ 30~45%

SiO₂ 20~25%

Al₂O₃ 5~10%

AlF₃ 0~5%

Na₂CO₃ 10~15%

La₂O₃ 5~10%

BaF₂ 15~20% 。

2.一种如权利要求1所述的析出Ba₂LaF₇纳米晶的微晶玻璃的制备方法，其特征在于包括

如下步骤：

1）配料：以GeO₂，SiO₂，Al₂O₃，AlF₃，Na₂CO₃，La₂O₃和BaF₂为玻璃组成原料，且按选定上述的玻璃组成的摩尔百分比，称取相应质量的原料，并在研钵中研磨混合均匀；

2）熔融：将研磨混合均匀的玻璃原料倒入坩埚中，放入硅碳棒电炉中熔化，熔化温度为1450~1550 ^oC，熔化时间为30~60分钟；

3）成型：将玻璃熔体倒入预热450~550 ^oC的模具中；

4）退火：将成型的玻璃放入马弗炉中退火，退火温度为450~550 ^oC，退火时间为2~4小时，随后关闭马弗炉电源随炉冷却至室温；

5）热处理：在析晶温度范围内（590~700 ^oC）进行热处理若干小时；

6）抛光：将热处理后的玻璃进行切割，研磨，抛光，制成的析出Ba₂LaF₇纳米晶的微晶玻璃。