CN110204192A - 一种透深紫外磷酸盐玻璃及其制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透深紫外磷酸盐玻璃及其制备方法、应用,该透紫外玻璃由以下重量百分含量的组分:50.0‑79.5%P2O5,3.0‑20.0%SiO2,2.0‑9.0%Al2O3,0‑5.0%Na2O,5.0‑9.0%CaO,5.0‑10.0%BaO,0‑5.0%ZnO,0.5‑9.0%ZrO2,所述的透紫外玻璃厚度1.0mm时其在254nm处的透过率在80%以上,在30‑300℃范围内热膨胀系数为(53±3)×10‑7/℃,具有较高的转变温度,转变温度大于600℃,具有良好的化学稳定性,耐化性Ⅱ级;本发明透深紫外玻璃的制备方法简单,环保无污染,不引入对环境有害的重金属离子,熔制温度较低。
Description
技术领域
本发明涉及特种玻璃材料及其制备技术领域,特别涉及一种透深紫外磷酸盐玻璃及其制备方法、应用。
背景技术
紫外线是自然界中普遍存在的一种电磁波,太阳光谱中波长小于380nm的光线称为紫外线(Ultraviolet Radiation),其在紫外杀菌、紫外验伪、紫外照明等方面有着重要作用,同时强紫外线对人体皮肤、眼睛等也会产生一定的危害。紫外线依照其波长范围又分为UV-A(315-380nm)、UV-B(280-315nm)、UV-C(100-280nm)三种,太阳光中所含的紫外线经大气层后,小于290nm的UV-C大多被大气层中的臭氧层所吸收,这部分紫外线光谱区域被称为“日盲区”,若在大气层内探测到了“日盲区”紫外信号,基本可以断定是由人造飞行器如导弹、火箭等发射产生的。因为这些飞行器推进器羽焰所发出的光含有强烈的220-280nm波段深紫外光,从而使得220-280nm紫外光成为飞行器发出的特征光。紫外探测器就是通过探测来袭飞行器推进器羽焰的特征紫外光,以判断威胁方向与程度,实时发出警报信息以便选择合适时机,实施有效干扰,采取规避等措施,对抗敌方导弹的攻击。而紫外探测是目前国际上的研究热点,其探测的波长范围是185-280nm,对280nm以上的波长不产生响应,真正实现日盲紫外特性。因此,对深紫外线特别是185nm~280nm范围的深紫外区信号的探测具有重要意义。但是由于185-280nm处在深紫外线的远端,部分已属于真空紫外区域,射线的能力特别高,按照电磁波在介质中传递损耗的理论,波长越短,损耗越大。因此,当今世界范围内能够商品化的透紫外玻璃品种很少,且在185-280nm处透过率都很低。
国内外对透紫外材料已有较多的研究,这些透紫外材料主要集中在氟化物单晶、卤化物玻璃和石英玻璃材料方面。其中氟化物晶体(如CaF2、MgF2晶体),因为单晶生长困难,加工制备困难,价格昂贵,而且晶体因为各项异性,存在固有缺陷,化学稳定性差,几何几寸小,所以应用有限;而卤化物玻璃因为含有氟化物和氯化物,在玻璃的高温熔制过程中,这些卤化物对铂金坩埚造成一定程度的侵蚀作用,增大了成本和生产安全隐患,使得制备条件要求苛刻,价格昂贵;高纯石英玻璃虽然在254nm透过率达91%,但是石英玻璃熔制温度高、制备条件要求苛刻,价格昂贵,热膨胀系数与可伐合金的热膨胀系数相差较大,不能与可伐合金直接封接,限制了使用范围,使得其应用也同样受到限制。
透紫外玻璃材料由于均匀性好,透过率高,几何形状可控,价格低,是用于国防科技、高技术等领域的首选材料。中国早在上世纪70年代就已经研制出了透紫外玻璃材料,且被广泛应用在电网安全监测、森林火情告警、大规模集成电路光刻、农作物虫害防治、紫外光学透镜、紫外光谱仪等特种光学仪器等方面,缺乏用于深紫外探测、飞行器发射、紫外巡天、深空探测等高技术领域高端透深紫外玻璃材料。国外透紫外玻璃材料产品主要有德国肖特的8337B和美国康宁9471透紫外玻璃材料,但二者在185-280nm的透过率均不能满足透深紫外的探测要求。
发明内容
本发明的目的在于克服目前现有技术的不足,提供一种具有热膨胀系数可以与可伐合金封接匹配、玻璃转变温度高、化学稳定性优良的透深紫外磷酸盐玻璃,
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案是:
一种透深紫外磷酸盐玻璃,由以下重量百分含量的组分组成:
所述碱金属氧化物选自Na2O、Li2O或K2O。
本发明提供一种透深紫外磷酸盐玻璃,由以下重量百分含量的组分组成:
所述P2O5、SiO2和Al2O3的总含量为76.0-85.0%。
所述的透深紫外磷酸盐玻璃的厚度为1.0mm时,在254nm处的透过率在80%以上,在30-300℃范围内热膨胀系数为(53±3)×10-7/℃,转变温度大于600℃。
所述的透深紫外玻璃中含有的过渡金属氧化物Fe2O3和TiO2的总量小于1PPm。
本发明还提供一种上述的透深紫外磷酸盐玻璃的制备方法,包括以下步骤:
(1)除铁及换算:将原料进行除铁处理,然后将高纯原料按设计的组份进行配比,根据各组分的重量百分比,换算得到相应的原料重量,然后称取各原料,混合,得到混合粉料;
(2)球磨混合及熔化:将混合均匀的混合粉料一次性加入到熔制装置的坩埚中,放入700-850℃的玻璃熔化炉中预熔化50-80分钟;然后再升温进行高温熔化操作,以5-10℃/分钟的升温速率继续升温至1200-1350℃,熔化4-8小时;得到玻璃熔融液,熔化过程中通过所述熔制装置的筐式搅拌器对玻璃熔融液进行搅拌;所述混合粉料熔化时采用还原气氛保护熔制;
(3)浇注成型:待混合粉料熔融均匀后,然后将得到的玻璃熔融液从玻璃熔化炉中取出,倒入已经预热到450-550℃的耐热钢模具中浇注成规定的规格,得到预定成型玻璃;
(4)退火处理:将预定成型玻璃放入退火炉中退火处理,冷却即得到无色、透明、均匀、无气泡、无条纹的块状透深紫外磷酸盐玻璃。
所述还原气氛中的气体为一氧化碳,所述一氧化碳气体还原气氛的获得过程是将装有碳粉或石墨粉的小坩埚置于熔化炉中保温1.5-2.5小时。
所述熔制装置包括坩埚,所述坩埚内设有筐式搅拌器,所述筐式搅拌器上连接有搅拌器旋转杆;
进一步地,还包括设置在所述坩埚上方设置有坩埚盖,所述坩埚盖上设有排气孔;所述搅拌器旋转杆一端穿过所述坩埚盖。
本发明再提供一种上述的透深紫外磷酸盐玻璃,在作为紫外探测器窗口材料、作为光学纤维的纤芯材料、制造紫外灯、光学窗口、紫外光谱仪以及要求紫外-可见光透过率都很高的光学仪器、摄像镜头上的应用。
本发明制备方法简单,熔制温度较低,所制备的透紫外光玻璃材料性能优良,适合与可伐合金进行封接,具有广阔的市场应用前景。
与现有技术相比,本发明的透深紫外的磷酸盐玻璃具有以下特性:
(1)具有优异的透深紫外性能,1mm厚玻璃在254nm处透过率大于80%;
(2)具有合适的热膨胀系数,热膨胀系数为(53±3)×10-7/℃;
(3)具有高的转变温度,转变温度大于600℃;
(4)且具有良好的化学稳定性,耐化性Ⅱ级。
本发明中,P2O5是玻璃形成骨架结构的主体,是玻璃骨架中起主要作用的成分,也是提高紫外透过率的主要成分。磷酸盐玻璃系统紫外吸收截止波长短,具有研制高透过紫外玻璃基础系统,在玻璃的网络结构中一般以双键的[PO4]四面体为单元,相互顶角相连,P2O5的重量百分比为50.0-79.5%,P2O5含量低于50%时,不易获得高透过率的紫外玻璃,P2O5含量高于79.5%时,玻璃的折射率会降低,膨胀系数升高,同时会降低玻璃的耐化学稳定性,抗析晶性能变差。
SiO2也是玻璃形成骨架结构的主体,是玻璃骨架中起主要作用的成分。SiO2在少量引入时,[SiO4]四面体与[PO4]四面体顶角相连,增强网络结构,紫外吸收极限向短波方向移动;引入量较多时,[PO4]四面体基本上以网状结构存在,[SiO4]四面体过剩相互自我相连,SiO2的紫外截止波长为160nm,B2O3的紫外截止波长为170nm,P2O5的紫外截止波长为145nm,由于P2O5比SiO2的透紫外性能好,所以产生紫外吸收极限向长波方向移动的现象。SiO2的重量百分比为3.0-20.0%,SiO2含量低于3.0%,不易获得高透透过率的紫外玻璃,同时会降低玻璃的耐化学稳定性;SiO2含量高于20.0%时,玻璃的高温黏度会增加,造成玻璃紫外透过率降低。
Al2O3为玻璃中间体氧化物,在磷酸盐玻璃中加入Al2O3后,Al3+吸取磷氧四面体中的双键氧,与[PO4]四面体形成了新的[AlPO4]结构,该结构与[SiO4]四面体结构非常相似,因此,[AlPO4]四面体之间是以桥氧相连,并由[PO4]、[AlO4]交迭组成,使网络结构得到加强,不但化学稳定性大幅度提高,还可降低膨胀系数,更加可贵的是这种结构没有减少桥氧数量,紫外吸收极限和紫外透过率可以得到保障。Al2O3的重量百分比为2.0-9.0%,Al2O3的含量低于2.0%,玻璃耐化性降低,转变温度降低,Al2O3的含量大于9.0%,紫外透过率会降低,析晶性能变差。
其中,P2O5+SiO2+Al2O3的总重量百分含量控制在76.0%~85.0%;总量低于76.0%,玻璃的紫外透过率会降低,总量大于85.0%,玻璃的耐化性会降低。
Na2O是碱金属氧化物,是玻璃网络外体氧化物,在磷酸盐玻璃系统中主要起到网络断键作用,产生非桥氧,玻璃的透紫外性能与玻璃中桥氧数量有关,桥氧数量多则紫外透过极限向短波方向移动,透过率升高,反之,透过率降低。但因为在磷酸盐系统中因为加入了SiO2和Al2O3,加入的Na2O却首先修补了[PO4]、[SiO4]和[AlO4]之间的断裂点,使得网络连接加强,桥氧数量增加,非桥氧含量减少,使得紫外本征吸收向短波方向移动。Na2O的重量百分比含量为0-5.0%,Na2O的引入能可提高玻璃成玻范围,降低玻璃分相和析晶倾向,但重量百分比含量大于5.0%时会大幅降低紫外透过率,实质上含有碱金属氧化物中的Li2O、K2O任一种均可。
ZnO的少量引入可提高化学稳定性,可少量引入改善玻璃的化学性能,但是引入量过多会降低了玻璃紫外透过率,使紫外截止波长向长波方向移动,ZnO的重量百分比为0-5.0%,ZnO的含量大于5.0%时,玻璃的紫外透过率会下降,少量引入可提高化学稳定性,可少量引入改善玻璃的化学性能。
CaO是玻璃结构网络外体氧化物,能增加玻璃的折射率,CaO的引入对于降低紫外透过率比ZnO强烈,这是由于CaO在玻璃中提供较多的非桥氧所致,但引入该组份可大幅提高玻璃形成范围和分相倾向。CaO的重量百分比(wt.%)为5.0-9.0%,CaO的含量小于5.0wt.%,会降低玻璃的转变温度,CaO的含量大于10.0wt.%,会降低玻璃的形成范围,增大玻璃的析晶倾向。
BaO是玻璃结构网络外体氧化物,能增加玻璃的折射率,BaO在玻璃中使得氧化硼由四面体变成三角体,BaO的引入对于降低紫外透过率比ZnO强烈,这是由于BaO在玻璃中提供较多的非桥氧所致,但引入该组份可大幅提高玻璃形成范围和分相倾向。BaO的重量百分比(wt.%)为5.0-10.0%,BaO的含量小于5.0wt.%,会降低玻璃的转变温度,BaO的含量大于10.0wt.%,会降低玻璃的形成范围,增大玻璃的析晶倾向。
ZrO2是用来调节玻璃的耐化学稳定性的,ZrO2的重量百分比(wt.%)为0.5-9.0%,ZrO2的含量小于0.5wt.%时,起不到提高玻璃化学稳定性的作用,ZrO2的含量大于9.0wt.%,会增加玻璃的析晶倾向。
附图说明
图1为本发明实施例提供的熔制装置的结构示意图。
图中:1-筐式搅拌器;2-玻璃液;3-坩埚;4-坩埚盖;5-搅拌器旋转杆;6-排气孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种透深紫外磷酸盐玻璃,由以下重量百分含量的组分组成:
本发明的透深紫外磷酸盐玻璃实质上不含有Cl-、SO3 2-,玻璃熔制过程中不引入澄清剂;传统玻璃的熔炼需要加入澄清剂以达到消除玻璃中气泡的目的,但是无论是使用As2O3、Sb2O3等变价元素还是使用降低玻璃液粘度的F、Cl元素,均会严重吸收远紫外线或降低玻璃的化学稳定性,Cl-、SO3 2-不能作为澄清剂引入玻璃中,因此需要采用没有澄清剂的玻璃熔制工艺。
本发明实质上也不含有变价元素的氧化物和对环境有害的金属氧化物以及具有玻璃着色功能的氧化物如As2O3、Sb2O5、PbO、CdO、Cr2O3、CuO、CoO、NiO、BeO、CeO2、V2O5、WO3、MoO3、MnO2、SnO2、Ag2O、Nd2O3等中的任一种,它们的电子跃迁能较低,在高能射线照射下电子吸收能量发生跃迁,因此在紫外区域,尤其是在远紫外区域对紫外线有明显吸收,因此,有害杂质的总量决定了窗口玻璃材料的紫外线透过率和截止波长。对185-200nm的远紫外区有使用要求的玻璃而言,其内部杂质Cr、Mn等的含量要小于1ppm。
本发明实质上不含有特定的成分是指不有意地添加的含义,并不排除从原料杂质等不可避免地混入极其微量的杂质,不会对所期望的特性造成影响的程度的含有,即使含有极其微少的量也是由于其它玻璃原料所带入,但是对玻璃原材料的引入时这些变价元素的含量要严格控制在1ppm以下。
优选地,所述P2O5、SiO2和Al2O3的总含量为76.0-85.0%。
优选地,所述的透深紫外磷酸盐玻璃的厚度为1.0mm时,在254nm处的透过率在80%以上,在30-300℃范围内热膨胀系数为(53±3)×10-7/℃,具有较高的转变温度,转变温度大于600℃,化学稳定性Ⅱ级。
本发明通过玻璃组分设计优化,成功研制出1mm厚度在254nm波长处透过率大于80%的透深紫外的玻璃,不引入重金属离子,熔制温度较低,在185nm~280nm范围内的深紫外区具有紫外透过率高、热膨胀系数合适、转变温度高、化学稳定性优良等特点,适合与可伐合金进行封接,可用于紫外探测窗口材料,也可用于制造紫外灯、紫外光学窗口、紫外光谱仪以及要求紫外-可见光透过率都很高的光学仪器、摄像镜头等方面。
优选地,所述的透深紫外玻璃中含有的过渡金属氧化物Fe2O3和TiO2的总量小于1PPm。
本发明实质上不含有过渡金属氧化物Fe2O3和TiO2,即使含有也是由于原料中杂质带入的,总量小于1PPm;影响透深紫外玻璃紫外透过率的因素有很多,除了玻璃的成分外,含有害杂质如Fe,Ti等是一个重要因素,即使极微量杂质也严重影响玻璃的紫外透过,因此在玻璃的整个生产过程中要防止有害杂质的污染。
本发明还提供一种上述的透深紫外磷酸盐玻璃的制备方法,包括以下步骤:
(1)除铁及换算:将原料进行除铁处理,然后将高纯原料按设计的组份进行配比,根据各组分的重量百分比,换算得到相应的原料重量,然后称取各原料,混合,得到混合粉料;
本发明将主要原料进行除铁处理以提高玻璃原料的纯度,严格控制配料用器具,避免在此过程中引入新的杂质,配料操作中采用的量具、容器等材质要用铝质,混料机容器及存放配合料均采用无色透明塑料容器;P2O5以高纯磷酸引入,在配料过程中先将其他原料配好混合均匀,然后将称量好的P2O5分批缓慢加入到配合料中,轻轻搅拌均匀;配合料制备是在净化环境进行,玻璃熔制在洁净房间进行,以减小环境杂质进入玻璃中。
(2)球磨混合及熔化:将混合均匀的混合粉料一次性加入到熔制装置的坩埚中,放入700-850℃的玻璃熔化炉中预熔化50-80分钟;然后再升温进行高温熔化操作,以5-10℃/分钟的升温速率继续升温至1200-1350℃,熔化4-8小时;得到玻璃熔融液,熔化过程中通过所述熔制装置的筐式搅拌器对玻璃熔融液进行搅拌;所述混合粉料熔化时采用还原气氛保护熔制;
由于P2O5的遇热挥发量大,导致玻璃成分不易控制,因此采用一次性加料,为了确保制备出的玻璃与设计成分基本一致,采用低温预熔手段将磷酸盐等易挥发的配合料熔制成玻璃熟料,预熔时采用闭口坩埚,以减少玻璃组份挥发。采用还原气氛比氧化气氛更有利得到稳定的高透过率透远紫外玻璃。本发明采用图1所示的筐式搅拌器进行搅拌,使高温玻璃液澄清消除气泡,去除气泡后的进一步搅拌均化消除条纹。
(3)浇注成型:待混合粉料熔融均匀后,然后将得到的玻璃熔融液从玻璃熔化炉中取出,倒入已经预热到450-550℃的耐热钢模具中浇注成规定的规格,得到预定成型玻璃;
(4)退火处理:将预定成型玻璃放入退火炉中退火处理,冷却即得到无色、透明、均匀、无气泡、无条纹的块状透深紫外磷酸盐玻璃。
优选地,所述还原气氛中的气体为一氧化碳,所述一氧化碳气体还原气氛的获得过程是将装有碳粉或石墨粉的小坩埚置于熔化炉中保温1.5-2.5小时。
本发明的玻璃制备方法简单,环保无污染。
参见图1,本发明的熔制装置包括坩埚3,坩埚3内设有筐式搅拌器1,筐式搅拌器1上连接有搅拌器旋转杆5。
本发明的熔化过程中通过筐式搅拌器对玻璃熔融液进行搅拌,使得玻璃熔融液均匀;该透紫外玻璃高温粘度相对较小,气泡相对容易消除,但是由于成分中绝大多数是玻璃形成体,玻璃液的均化和条纹是影响玻璃质量的主要因素;该筐式搅拌器装置结构简单,能有效实现透紫外玻璃液的熔制均匀性,有效去除玻璃液中的气泡和条纹。
优选地,还包括设置在坩埚3上方的坩埚盖4,坩埚盖4上设有排气孔6;搅拌器旋转杆5一端穿过坩埚盖4。
由于在玻璃二次熔制过程中还有一些气体放出,故在闭口坩埚设计时在坩埚盖留有几处排气孔,避免反应气体存留在玻璃液表面附近,造成气压饱和返回玻璃液内,形成饱和压气泡。
优选地,筐式搅拌器1能够搅动坩埚3边角的玻璃熔化液2。
磷酸盐玻璃高温粘度相对较小,气泡相对容易消除,但是由于成分中绝大多数是玻璃形成体,玻璃液的均化和条纹是影响玻璃质量的主要因素;熔制装置的搅拌器设计成筐式结构,并且尺寸大,几乎充满整个玻璃液,将坩埚边角的玻璃液都能被搅动,使玻璃液得到充分均化,同时消除熔制条纹,通过筐式搅拌器,实现了透深紫外玻璃的工程化制备,其气泡及结石尺寸小于0.5mm2/cm2,条纹度II级。
本发明再提供一种上述的透深紫外磷酸盐玻璃,在作为紫外探测器窗口材料、作为光学纤维的纤芯材料、制造紫外灯、光学窗口、紫外光谱仪以及要求紫外-可见光透过率都很高的光学仪器、摄像镜头上的应用。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明:
在表1中详细列出了实施例的玻璃化学组成(wt.%)和玻璃性能。
(1)紫外光透过率T[λ=254nm时玻璃的透过率];
(2)热膨胀系数α30/300为30-300℃的平均热膨胀系数α30/300[10-7/℃]。
其中,样品根据测试要求经过表面研磨、抛光处理后进行各种物化性能测试;玻璃在254nm处的紫外光透过率T采用分光光度计来测试;30-300℃的线膨胀系数采用卧式膨胀仪测量,以平均线膨胀系数表示,采用ISO 7991规定的方法测量。
表1实施例的化学组成(wt.%)和玻璃性能
实施例1
首先,按表1实施例1玻璃成份选择玻璃原料,并且将玻璃原料中主要原料进行除铁处理以提高玻璃原料的纯度,对变价元素的氧化物如Fe2O3等进行严格控制,成品玻璃Fe2O3含量小于1PPm,将高纯石英砂(Fe2O3含量小于1PPm)、高纯磷酸、醋酸铝(分析纯)混合均匀后,再加入碱金属引入原料碳酸钠(分析纯)等混合,以避免混料时发生化学反应,制备好的配合料不要放置过长时间,尽快进行加料操作,以避免磷酸与原料发生反应产生团聚。磷酸的挥发很大,为了确保制备出的玻璃与设计成分基本一致,采用低温预熔手段将磷酸盐等易挥发的配合料熔制成玻璃熟料,预熔时采用闭口坩埚,以减少玻璃组份挥发,预熔温度为800℃的玻璃熔化炉中加热1小时,然后以8℃/分钟的升温速率继续升温至1300℃熔化6小时,玻璃混合料熔化时采用还原气氛保护熔制,还原气氛中的气体为一氧化碳,所述一氧化碳气体还原气氛的获得过程是将装有碳粉或石墨粉的小坩埚置于熔化炉中保温2小时。由于各种原料的密度相差较大,容易产生浓度不均匀现象而使得玻璃透过率降低,因此熔化过程中通过筐式搅拌器对玻璃熔融液进行搅拌,使玻璃熔制均匀,待玻璃熔融后,然后将玻璃熔融液从炉中取出迅速倒入已经预热到500℃的耐热钢模具中浇注成规定的测试制品要求,然后放入退火炉中退火处理,冷却即得到透深紫外磷酸盐玻璃,其测试性能如表1所示,(1)波长254nm时紫外光透过率达到82.5%;(2)30-300℃的平均线膨胀系数53.8×10-7/℃。
实施例2
玻璃实际组成参照表1实施例2,使用与实施例1相同的原料及原料要求,并且采取预熔温度为700℃的玻璃熔化炉中加热80分钟,然后以5℃/分钟的升温速率继续升温至1350℃,熔融4小时的熔化工艺制度,并选用预热到550℃的耐热钢模具中浇注成规定的测试制品和与实施例1相同的测试条件,在表1显示了试样的基本性能。(1)波长254nm时紫外光透过率达到81.4%;(2)30-300℃的平均线膨胀系数52.1×10-7/℃。
实施例3
玻璃实际组成参照表1实施例3,使用与实施例1相同的原料及原料要求,并且采取预熔温度为850℃的玻璃熔化炉中加热50分钟,然后以10℃/分钟的升温速率继续升温至1200℃下熔融8小时的熔化工艺制度,并选用预热到450℃的耐热钢模具中浇注成规定的测试制品和与实施例1相同的测试条件,在表1显示了试样的基本性能。(1)波长254nm时紫外光透过率达到81.0%;(2)30-300℃的平均线膨胀系数51.3×10-7/℃。
实施例4
玻璃实际组成参照表1实施例4,使用与实施例1相同的原料及原料要求,并且采取相同熔化工艺制度和测试条件,在表1显示了试样的基本性能。(1)波长254nm时紫外光透过率达到82.5%;(2)30-300℃的平均线膨胀系数54.6×10-7/℃。
实施例5
玻璃实际组成参照表1实施例5,使用与实施例1相同的原料及原料要求,并且采取相同熔化工艺制度和测试条件,在表1显示了试样的基本性能。(1)波长254nm时紫外光透过率达到81.7%;(2)30-300℃的平均线膨胀系数55.0×10-7/℃。
实施例6
玻璃实际组成参照表1实施例5,使用与实施例1相同的原料及原料要求,并且采取相同熔化工艺制度和测试条件,在表1显示了试样的基本性能。(1)波长254nm时紫外光透过率达到83.6%;(2)30-300℃的平均线膨胀系数53.2×10-7/℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种透深紫外磷酸盐玻璃,其特征在于,由以下重量百分含量的组分组成:
所述碱金属氧化物选自Na2O、Li2O或K2O。
2.一种透深紫外磷酸盐玻璃,其特征在于,由以下重量百分含量的组分组成:
3.根据权利要求1所述的一种透深紫外磷酸盐玻璃,其特征在于,所述P2O5、SiO2和Al2O3的总含量为76.0-85.0%。
4.根据权利要求1所述的一种透深紫外磷酸盐玻璃,其特征在于,所述的透深紫外磷酸盐玻璃的厚度为1.0mm时,在254nm处的透过率在80%以上,在30-300℃范围内热膨胀系数为(53±3)×10-7/℃,转变温度大于600℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种透深紫外磷酸盐玻璃,其特征在于,所述的透深紫外玻璃中含有的过渡金属氧化物Fe2O3和TiO2的总量小于1PPm。
6.一种权利要求1至5任一项所述的透深紫外磷酸盐玻璃的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)除铁及换算:将原料进行除铁处理,然后将高纯原料按设计的组份进行配比,根据各组分的重量百分比,换算得到相应的原料重量,然后称取各原料,混合,得到混合粉料;
(2)球磨混合及熔化:将混合均匀的混合粉料一次性加入到熔制装置的坩埚中,放入700-850℃的玻璃熔化炉中预熔化50-80分钟;然后再升温进行高温熔化操作,以5-10℃/分钟的升温速率继续升温至1200-1350℃,熔化4-8小时;得到玻璃熔融液,熔化过程中通过所述熔制装置的筐式搅拌器对玻璃熔融液进行搅拌;所述混合粉料熔化时采用还原气氛保护熔制;
(3)浇注成型:待混合粉料熔融均匀后,然后将得到的玻璃熔融液从玻璃熔化炉中取出,倒入已经预热到450-550℃的耐热钢模具中浇注成规定的规格,得到预定成型玻璃;
(4)退火处理:将预定成型玻璃放入退火炉中退火处理,冷却即得到无色、透明、均匀、无气泡、无条纹的块状透深紫外磷酸盐玻璃。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述还原气氛中的气体为一氧化碳,所述一氧化碳气体还原气氛的获得过程是将装有碳粉或石墨粉的小坩埚置于熔化炉中保温1.5-2.5小时。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述熔制装置包括坩埚,所述坩埚内设有筐式搅拌器,所述筐式搅拌器上连接有搅拌器旋转杆。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,还包括设置在所述坩埚上方设置有坩埚盖,所述坩埚盖上设有排气孔;所述搅拌器旋转杆一端穿过所述坩埚盖。
10.一种权利要求1-5任一项所述的透深紫外磷酸盐玻璃,在作为紫外探测器窗口材料、作为光学纤维的纤芯材料、制造紫外灯、光学窗口、紫外光谱仪以及要求紫外-可见光透过率都很高的光学仪器、摄像镜头上的应用。
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