專利名稱：無鉛鍺鉍酸鹽玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃，尤其是一種無鉛鍺鉍酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
Bi2O3，PbO，GeO2等含量超過50mol％的重金屬玻璃，由于有著高折射率、高介電常數(shù)和寬的透紅外范圍等性能，多年來一直受到人們的注意。通過系統(tǒng)的研究表明，這種玻璃結(jié)構(gòu)中的聲子能量低，適合于做稀土發(fā)光的母體材料，因此這種玻璃被認(rèn)為是提高稀土上轉(zhuǎn)換效率的候選光子學(xué)功能材料之一，參見在先技術(shù)Daniel J.Coleman，Stuart D.Jackson，Paul Golding，Terence A.King.Measurements of thespectroscopic and energy transfer parameters for Er3+-doped andEr3+，Pr3+-codoped PbO-Bi2O3-Ga2O3glasses，J.Opt.Soc.Am.B 19(2002)2927-2929。同時(shí)由于這種玻璃良好的透紅外性能，有可能取代某些晶體而成為新型的透紅外材料，參見在先技術(shù)A.Pan，A.Ghosh.A newfamily of lead-bismuthate glass with a large transmitting window，J.Non-Cryst.Solids 271(2000)157-161。但是從環(huán)境保護(hù)和制備安全的角度考慮，無鉛重金屬玻璃有著更為廣泛的應(yīng)用。因而，為了滿足當(dāng)前的需要，探索穩(wěn)定性良好的新型無鉛重金屬玻璃是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)重金屬玻璃中多含有有毒物質(zhì)鉛的弱點(diǎn)，本發(fā)明提供一種無鉛鍺鉍酸鹽玻璃及其制備方法，該玻璃應(yīng)具有高轉(zhuǎn)變溫度、高穩(wěn)定性和良好的透紅外能力。該玻璃可以作為一種上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料和透紅外材料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種無鉛鍺鉍酸鹽玻璃，其組成如下玻璃組分 摩爾百分比(mol％)GeO262Bi2O330～38La2O30～8其中M為Li或者Na。
本發(fā)明無鉛鍺鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，包括如下步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1200～1250℃的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至1150～1200℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1200～1250℃進(jìn)行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫，即可獲得無鉛鍺鉍酸鹽玻璃。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明無鉛鍺鉍酸鹽玻璃具有高的轉(zhuǎn)變溫度、高的穩(wěn)定性和良好的透紅外能力。該玻璃可以作為一種上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料和透紅外材料。


圖1為本發(fā)明無鉛鍺鉍酸鹽玻璃的紅外透過圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
無鉛鍺鉍酸鹽玻璃的4個(gè)具體實(shí)施的組成如表1所示表1組分(mol％) 1#2#3#4#GeO262 62 62 62Bi2O338 36 33 30La2O30 2 5 8Tg(℃) 470 480 488 496Tx(℃) 550 570 599 641ΔT(℃) 80 90 111 145紅外截至波長6 6.1 6.2 6.5(μm)注表中Tg為玻璃轉(zhuǎn)變溫度，Tx為析晶起始溫度，ΔT＝Tx-Tg實(shí)施例1#組成如表1中1#所示，具體制備方法包括下列步驟①按選定的玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取各原料，混合均勻；②將混合料放入剛玉坩堝中，置于1200℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至1150℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1200℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；
⑤快速將玻璃放入已升溫至470℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫，即可獲得無鉛鍺鉍酸鹽玻璃。
對(duì)該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為470℃，Tx為550℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為80℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。圖1為本發(fā)明玻璃的紅外透過圖。測得紅外截止波長為6微米。
實(shí)施例2#組成如表1中2#所示，具體制備方法包括下列步驟①按選定的玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取各原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1200℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至1150℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1200℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至480℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫，既可獲得無鉛鍺鉍酸鹽玻璃。
對(duì)該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為480℃，Tx為570℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為90℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為6.1微米。
實(shí)施例3#組成如表1中3#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1250℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至1200℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1250℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至488℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對(duì)該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為488℃，Tx為599℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為111℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為6.2微米。
實(shí)施例4#組成如表1中4#所示，具體制備方法包括下列步驟①按選定的玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1250℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至1200℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1250℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至496℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對(duì)該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為496℃，Tx為641℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為145℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為6.5微米。
在熔制過程中，熔制工藝控制不當(dāng)會(huì)造成玻璃邊緣微小失透。實(shí)驗(yàn)中我們獲得的該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度在470～496℃，玻璃穩(wěn)定性參數(shù)ΔT≥80℃、ΔTmax＝145℃，紅外截止波長大于6μm，最高可達(dá)6.5μm，說明該玻璃適合作上轉(zhuǎn)換的基質(zhì)材料和透紅外材料。
權(quán)利要求
1.一種無鉛鍺鉍酸鹽玻璃，其特征是該玻璃的組成如下玻璃組分 摩爾百分比(mol％)GeO262Bi2O330～38La2O30～8其中M為Li或者Na。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛鍺鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，其特征在于包括如下步驟①按選定的玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取各原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1200～1250℃的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至1150～1200℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1200～1250℃進(jìn)行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫，即可獲得無鉛鍺鉍酸鹽玻璃。
全文摘要
一種無鉛鍺鉍酸鹽玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成為GeO
文檔編號(hào)C03C3/12GK1613804SQ200410067698
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月2日
發(fā)明者孫洪濤, 胡麗麗, 張麗艷, 戴世勛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所