一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃及其制備方法，該玻璃以Bi2O3為主要成分已Ga2O3、GeO2和BiCl3為必要成分，該玻璃不含鉛、鎘等毒害成分，化學(xué)穩(wěn)定性好，機械強度較高，折射率大于2.0，透過范圍0.4～6.5μm，制備工藝簡單，非常適合2～5μm中波紅外領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利說明】一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃及其制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]紅外材料，特別是在2~5μπι中波紅外波段高透明的光學(xué)材料，在民用和軍用領(lǐng)域，例如在環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)生物遙感、紅外對抗(IRCM)、紅外制導(dǎo)、紅外偵查、高能激光武器、火焰氣體探測器、空間通信等多個領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用。具有高折射率的紅外光學(xué)玻璃，對簡化光學(xué)系統(tǒng)、提高成像質(zhì)量等方面更具有獨特的意義。
[0004]目前已經(jīng)有很多高折射玻璃相關(guān)的專利以及銷售產(chǎn)品，但是其應(yīng)用波長主要在可見光范圍，主要用于眼鏡、定向反光、光通信、數(shù)碼相機等方面，不適合于紅外波段范圍的應(yīng)用。例如，專利0附24485認公開了一種以高折射率玻璃，其折射率大于1.88，但是由于其組份中含有SiO2和B2O3，其紅外透過玻璃低于3Mm，不適合用于中紅外領(lǐng)域。美國專利USP-3293051公開了一種高折射率玻璃，其折射率高于2.1，但是玻璃組份中含有鉛，在制備過程中容易引起鉛污染和鉛中毒，不利于環(huán)保。專利CN86106629A公開了一種高折射率玻璃，其主要組份為TiO2，玻璃折射率介于2.1~2.5，但由于組份中含有氧化硼和氧化硅，也不適用于紅外波段的應(yīng)用。專利CN101323502公開了一種無鉛低熔點高折射率玻璃，其主要組份為Bi2O3，折射率大于2.0，但其組份中B2O3含量為10~50mol%，SiO2含量O~15mol%,同樣不適合用于中紅外波段。
[0005]現(xiàn)有的在紅外波段高折射率玻璃主要采用硫系玻璃如As-S系列、As-Se系列等。但是硫系玻璃制備條件比較復(fù)`雜，玻璃的熔點和使用溫度低，機械強度差，而且在可見光范圍透過率低，制備成本高，不能完全滿足實際使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃及其制備方法。該玻璃不含鉛、鎘等毒害成分，化學(xué)穩(wěn)定性好，機械強度較高，折射率大于
2.0,透過范圍0.4~6.5Mm,制備工藝簡單,非常適合2~5 μ m中波紅外領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃，其組成及摩爾份數(shù)如下:
組成mo 1份數(shù)
Bi2O340^70
Ga2O35 ~20
La2O3O ~15
GeO25 ~20
Nb205+Ta205(Tl OSb2O30-5
Ba0+Ti02+Zr020-20
BiCl30.5~5
CeO20 ~I
上述高折射率中紅外光學(xué)玻璃的制備方法，包括如下步驟:
(1)、選定玻璃的配方，按化學(xué)計量比稱量各原料；充分研磨后混合均勻，得混合料；
(2)、將步驟(1)研磨好的混合料放入剛玉或者鉬金坩堝中，置于溫度為100(Tl30(rC的硅碳棒電爐中進行熔融；
(3)、當混合料熔融后，降溫至900~1200°C，通入高純氧氣并攪拌15~30min；
(4)、停止攪拌，并停止通氣，在950~1250°C溫度下進行澄清和均化60~120min；
(5)、均化后的玻璃液降溫至800~1000°C，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中進行成`型；
(6)、待模具中的玻璃液變硬后迅速將其送入到事先已升至該玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近的馬弗爐中退火，保溫2小時后，以10~20°C /小時的速率降溫至室溫，即得高折射率中紅外光學(xué)玻璃。
[0008]該玻璃Bi203、Ga203、Ge02和BiCl3為必要成分，其中，Bi2O3是本發(fā)明玻璃的主要成分，Bi2O3本身是玻璃形成體，`其聲子能量較低，具有良好的中波紅外透過能力，而且折射率較高；通過添加Ga2O3和GeO2,可以進一步改善玻璃的形成能力，但是過多的Ga2O3和GeO2 —方面降低玻璃的折射率，同時由于這兩種成分的價格均比較昂貴，過多的含量會導(dǎo)致玻璃成本的增加。BiCl3S的引入是為了降低玻璃中的OF離子，在玻璃熔制過程中通過CF離子與0H_離子化學(xué)反應(yīng)，生成可揮發(fā)的HCl，從而有效避免0H_離子在2.8~3.2微米紅外波長的吸收，提高玻璃中紅外透過性能，本發(fā)明玻璃中，BiCl3的mol含量為0.5%時即可起到一定的效果，當BiCl3含量過多時，過多的鹵素含量會降低玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，本發(fā)明中BiCl3 的 mol 含量選定為 0.5 ~5%。La2O3' Nb2O5' Ta2O5' Sb2O3> BaO、Ti02、ZrO2, CeO2 均為玻璃的調(diào)節(jié)組份，這些大原子量組份的引入，一方面提高玻璃的折射率，同時調(diào)節(jié)玻璃的形成能力，改善玻璃的抗失透性；此外，CeO2還作為氧化劑引入，提供氧化氣氛，防止Bi2O3被還原。
[0009]本發(fā)明具有以下突出的有益效果:
1、玻璃的熱特征溫度差(Tx-Tg)介于120~168°C，抗析晶能力強，在光纖拉制過程中不易析晶；
2、玻璃紅外透過范圍0.4~6.5Mm，透過率約為78%，紅外波段透過曲線平坦；
3、折射率大于2.0 ；
4、化學(xué)穩(wěn)定性好；
5、不含鉛、鎘等對環(huán)境和人體毒害元素。
[0010]鑒于上述優(yōu)點，本發(fā)明高折射率中紅外光學(xué)玻璃適合于中波紅外光學(xué)元器件如光纖、透鏡、棱鏡、傳輸窗口等方面的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明高折射率中紅外光學(xué)玻璃的紅外透過曲線圖；圖2為本發(fā)明高折射率中紅外光學(xué)玻璃的DTA圖；
圖3為本發(fā)明高折射率中紅外光學(xué)玻璃的折射率曲線圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明:
本發(fā)明高折射率中紅外光學(xué)玻璃的7個具體實施例的組份及性能如表1所示:
【權(quán)利要求】
1.一種高折射率中紅外光學(xué)玻璃，其特征在于該光學(xué)玻璃組成及摩爾份數(shù)如下: 組成mo 1份數(shù) Bi2O340^70 Ga2O35 ~20 La2O3O ~15 GeO25 ~20 Nb205+Ta205(Tl O Sb2O30-5 Ba0+Ti02+Zr020-20 BiCl30.5~5 CeO2O ~I ο
2.權(quán)利要求1所述的高折射率中紅外光學(xué)玻璃的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)、按上述光學(xué)玻璃的配方稱量各原料；充分研磨后混合均勻，得混合料；· (2)、將步驟(1)研磨好的混合料放入剛玉或者鉬金坩堝中，置于溫度為100(Tl30(rC的硅碳棒電爐中進行熔融； (3)、當混合料熔融后，降溫至900~1200°C，通入高純氧氣并攪拌15~30min； (4)、停止攪拌，并停止通氣，在950~1250°C溫度下進行澄清和均化60~120min； (5)、均化后的玻璃液降溫至800~1000°C，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中進行成型； (6)、待模具中的玻璃液變硬后迅速將其送入到事先已升至該玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近的馬弗爐中退火，保溫2小時后，以10~20°C /小時的速率降溫至室溫，即得高折射率中紅外光學(xué)玻璃。
【文檔編號】C03C3/253GK103848570SQ201410115978
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】汪國年, 季平 申請人:南京信息工程大學(xué)