CN109485256A - 一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造方法 - Google Patents

一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造方法 Download PDF

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黄朋
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Abstract

本发明公开了一种折射率为1.5‑1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造方法。这种折射率为1.5‑1.6的光纤面板芯料玻璃是由以下的原料组成：硼酸、石英砂、氢氧化铝、碳酸钙、氧化锌、碳酸钾、碳酸钠、碳酸钡、氧化镧、三氧化二砷。同时也公开了这种折射率为1.5～1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法。本发明公开的这种玻璃配方及制造方法可用于光纤面板的芯料玻璃，该玻璃折射率在1.50～1.60范围内，膨胀系数(87±5)×10‑7/℃，玻璃透过率高。软化温度控制在630～720℃，析晶温度下限≥850℃，在850℃保温2小时不产生析晶，抗析晶性能好，化学稳定性好。

Description

一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造方法。
背景技术
光纤面板是由成千上万根光学纤维规则排列，加热、加压融合制成的光学纤维板。其中每一根纤维均由芯玻璃和包皮玻璃构成，并依据光学全反射原理进行光纤单向传递。要求芯玻璃折射率大于包皮玻璃折射率。光纤面板具有分辨率高，传输清晰，体积小，重量轻等特点。目前，光纤面板主要用于微光夜视仪中的输入窗口，随着人们对光纤面板认识的加深，目前也被逐渐应用于图像显示，图像采集等领域。
由于在图像采集领域，需要控制在图像采集过程中有效图像信息清楚真实无畸变的传输，并且无效信息尽可能的被屏蔽消除或者不进入接收采集信号区域。考虑到光纤面板在图像传递过程中图像信号和光信号传递的一致性，加上光纤面板具有数值孔径角内的光线进入后全反射向前传播，而孔径角之外的光线不能进入光纤，即便是进入光纤也不能够发生全反射向前传播起到传光传像作用这一特性。而光纤面板的数值孔径角又与芯料玻璃和皮料玻璃的折射率有关系，sinθ＝(n2 2-n1 2)1/2，利用控制数值孔径大小，进而控制进入光纤面板内的光纤入射角度，达到控制并采集数值孔径角度范围内有效光信号，屏蔽大于数值孔径角外光信号的特点。从而实现有效角度范围内光线信号的传播，实现光信号和图像信号的传递。
光纤面板的膨胀系数为(87±5)×10-7/℃，具有很好的热稳定性，能适应更广的温度环境变化。
光纤面板每一根纤维均由不同折射率的芯料玻璃和包皮玻璃构成，要求芯料玻璃折射率n2大于包皮玻璃折射率n1，并依据光学全反射原理进行光纤单向传递。因此，一种折射率为1.5～1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造技术，需要满足以下要求：
芯料玻璃膨胀系数为(87±5)×10-7/℃；
为了实现光纤纤维的最佳传光能力，理论设计要求芯料玻璃折射率n2为1.5≤n2≤1.6。
此外为了满足光纤面板的特殊制作工艺要求，实现玻璃在经过单丝、一次复丝、二次复丝多次高温拉丝、高温熔压后依旧保持玻璃本身特性不发生变化，要求芯料玻璃软化温度范围630～720℃，析晶下限温度≥830℃，抗析晶能力强，化学稳定性好。目前，国内尚无相近类似实现方案。
经检索现有的技术文献，折射率在1.5～1.6范围内的QK冕玻璃，成都光明光电股份有限公司在CN101062835A公布了一种环保冕火石光学玻璃，其满足折射率Nd为1.50～1.54。但是，该专利范围内的光学玻璃，其膨胀系数为(70±2)×10-7/℃，抗析晶能力不能满足光纤面板特殊制作工艺要求，析晶下限温度≤800℃，在光纤面板拉丝、熔压的过程中，该玻璃作为芯料玻璃发生失透，使得光学纤维倒像器不具备传光能力。且CN101062835A的技术方案中采用了K2SiO4、TiO2等氧化物。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种折射率为1.50-1.60的光纤面板芯料玻璃，本发明的目的之二在于提供这种光纤面板芯料玻璃的制造方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃，是由以下质量份的原料组成：硼酸20～90份、石英砂60～155份、氢氧化铝2～15份、碳酸钙0～15份、氧化锌2～7份、碳酸钾10～25份、碳酸钠30～50份、碳酸钡2～125份、氧化镧0～120份、三氧化二砷0～2份。
优选的，一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃，是由以下质量份的原料组成：硼酸25～85份、石英砂70～130份、氢氧化铝4～15份、碳酸钙3～15份、氧化锌2～6份、碳酸钾13～22份、碳酸钠31～45份、碳酸钡3～90份、氧化镧2～80份、三氧化二砷0.2～1.5份。
进一步优选的，一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃，是由以下质量份的原料组成：硼酸35～71份、石英砂102～119份、氢氧化铝7～15份、碳酸钙6～12份、氧化锌3～5份、碳酸钾18～22份、碳酸钠31～38份、碳酸钡3～55份、氧化镧3～50份、三氧化二砷0.5～1.2份。
这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，包括以下步骤：
1)按照前述的组成，将原料加入坩埚中熔化；
2)熔化后，升温至澄清温度进行澄清；
3)澄清后，降温至浇注温度，在模具内浇注成型为玻璃棒；
4)将成型的玻璃棒脱模，退火，保温，再降温出炉，得到光纤面板芯料玻璃。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤1)中，熔化的温度为1360℃～1400℃。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤1)中，坩埚为铂金坩埚。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤2)中，澄清温度为1440℃～1460℃，澄清时间为6h～8h。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤2)中，升温时间为60min～80min。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤3)中，浇注温度为1340℃～1360℃。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤3)中，降温时间为60min～120min。
优选的，这种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法步骤4)中，退火温度为600℃～650℃，保温时间为3h～4h。
本发明的有益效果是：
本发明的光纤面板芯料玻璃是由B2O3-SiO2-Al2O3-RO-R2O-ZnO玻璃系统组成，并且引入As2O3其来消除气泡，引入碱金属氧化物RO和R2O来改善玻璃的抗析晶性能，提高玻璃的析晶温度下限，同时引入一定量的SiO2和Al2O3来提高玻璃的粘度，有效改善析晶性能，最终使其满足折射率为1.5～1.6的光纤面板芯料玻璃性能要求及产品制作工艺要求。
本发明公开的这种玻璃配方及制造方法可用于光纤面板的芯料玻璃，该玻璃折射率在1.50～1.60范围内，膨胀系数(87±5)×10-7/℃，玻璃透过率高。软化温度控制在630～720℃，析晶温度下限≥850℃，在850℃保温2小时不产生析晶，抗析晶性能好，化学稳定性好。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
下列实施例光纤面板芯料玻璃的制造方法，包括以下步骤：
(1)将原料加入1360-1400℃铂金坩埚中；
(2)加料完成后，用60-80分钟升温至澄清温度1450℃，澄清时间为6-8小时；
(3)澄清结束后，用60-120分钟降温至浇注温度1350℃，在模具内浇注成型为玻璃棒；
(4)成型的玻璃棒，脱模后在600-650℃退火，保温3-4小时后断电降温，室温下出炉即可。
具体实施例1～3的原料组成以及制得的光纤面板芯料玻璃测试结果分别如下：
实施例1
实施例1的光纤面板芯料玻璃的原料组成(质量份)如表1所示。
表1实施例1的原料组成
原料 质量份
硼酸 35.97
石英砂 112.50
氢氧化铝 14.90
碳酸钾 19.33
碳酸钠 33.45
碳酸钙 10.15
氧化锌 3.0
碳酸钡 3.86
氧化镧 3.0
三氧化二砷 1.2
实施例2
实施例2的光纤面板芯料玻璃的原料组成(质量份)如表2所示。
表2实施例2的原料组成
原料 质量份
硼酸 70.96
石英砂 119.0
氢氧化铝 13.01
碳酸钾 21.90
碳酸钠 37.80
碳酸钙 11.50
氧化锌 4.8
碳酸钡 32.83
氧化镧 34.00
三氧化二砷 0.8
实施例3
实施例3的光纤面板芯料玻璃的原料组成(质量份)如表3所示。
表3实施例3的原料组成
原料 质量份
硼酸 60.39
石英砂 102.0
氢氧化铝 7.8
碳酸钾 18.26
碳酸钠 31.98
碳酸钙 6.07
氧化锌 4.25
碳酸钡 54.72
氧化镧 49.30
三氧化二砷 0.5
实施例1～3所制得的光纤面板芯料玻璃测试结果如表4所示。
表4实施例光纤面板芯料玻璃测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3
折射率Nd 1.5082 1.5643 1.5924
膨胀系数α(30～300℃)×10<sup>-7</sup>/℃ 85.67 85.35 89.64
析晶温度下限(℃) 860 850 850
软化温度(℃) 710±5 690±5 680±5
从实施例1～3可见，本发明提供的一种折射率为1.5～1.6的光纤面板芯料玻璃及其制造工艺，适当调整原料质量份含量，可实现折射率控制在1.50～1.60范围内，满足光纤面板制作工艺要求，膨胀系数α(30～300℃)为(87±5)×10-7/℃，玻璃透过率高。软化温度控制在630～720℃，在850℃保温2小时不产生析晶，抗析晶性能好，化学稳定性好。
本发明利用了光纤面板数值孔径角内的光线进入光纤内全反射传播达到传播光纤和传递图像的目的，通过设计了一种折射率为1.5～1.6的光纤面板芯料玻璃及其制作工艺，满足光纤面板芯料玻璃的技术要求，丰富了低折射率光纤面板小数值孔径光纤面板的产品种类。同时，同类冕牌折射率光学玻璃还不能满足本发明中提到的析晶性能要求以及光纤面板的制作工艺要求。经试验，目前该技术已经应用于广州宏晟光电科技有限公司特殊孔径角光纤面板产品制造，取得一定的经济效益。

Claims (10)

1.一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃，其特征在于：是由以下质量份的原料组成：硼酸20～90份、石英砂60～155份、氢氧化铝2～15份、碳酸钙0～15份、氧化锌2～7份、碳酸钾10～25份、碳酸钠30～50份、碳酸钡2～125份、氧化镧0～120份、三氧化二砷0～2份。
2.根据权利要求1所述的一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃，其特征在于：是由以下质量份的原料组成：硼酸25～85份、石英砂70～130份、氢氧化铝4～15份、碳酸钙3～15份、氧化锌2～6份、碳酸钾13～22份、碳酸钠31～45份、碳酸钡3～90份、氧化镧2～80份、三氧化二砷0.2～1.5份。
3.一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照权利要求1或2所述的组成，将原料加入坩埚中熔化；
2)熔化后，升温至澄清温度进行澄清；
3)澄清后，降温至浇注温度，在模具内浇注成型为玻璃棒；
4)将成型的玻璃棒脱模，退火，保温，再降温出炉，得到光纤面板芯料玻璃。
4.根据权利要求3所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤1)中，熔化的温度为1360℃～1400℃。
5.根据权利要求3或4所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤1)中，坩埚为铂金坩埚。
6.根据权利要求3所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤2)中，澄清温度为1440℃～1460℃，澄清时间为6h～8h。
7.根据权利要求3或6所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤2)中，升温时间为60min～80min。
8.根据权利要求3所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤3)中，浇注温度为1340℃～1360℃。
9.根据权利要求3或8所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤3)中，降温时间为60min～120min。
10.根据权利要求3所述一种折射率为1.5-1.6的光纤面板芯料玻璃的制造方法，其特征在于：步骤4)中，退火温度为600℃～650℃，保温时间为3h～4h。
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