摻鈰、鈦的紫外截止高鋁硅酸鹽微晶玻璃及其制備方法
【專利摘要】一種摻鈰、鈦的紫外截止高鋁硅酸鹽微晶玻璃，該濾光管玻璃摩爾百分比組成范圍為SiO2：40～50mol％，Al2O3：25～35mol％，MgO：5～10mol％，ZnO：0～5mol％；Li2O：0?5mol％，TiO2：5～10mol％，ZrO2：0～5mol％，CeO2：3～8mol％。所制的玻璃熱導(dǎo)率在1.0?1.2W/MK之間，熱膨脹在50?60×10?7/K之間。所制備的玻璃通過研磨、拋光、微晶熱處理后，即可實(shí)現(xiàn)對氙燈光譜200?600nm范圍的可調(diào)諧截止，本發(fā)明可降低氙燈轉(zhuǎn)換熱效率達(dá)到50％以上，減少釹玻璃在氙燈泵浦情況下的熱畸變60％以上，進(jìn)而提高釹玻璃激光器的重復(fù)工作頻率，有望用于今后的百瓦重頻高能量釹玻璃激光系統(tǒng)中。
【專利說明】
慘柿、鐵的紫外截止高錯括酸鹽微晶玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬類光電信息與功能材料領(lǐng)域，設(shè)及一種適用于重頻高能量 欽玻璃激光系統(tǒng)，且具有可調(diào)節(jié)氣燈光譜200-600nm范圍內(nèi)截止波段，滲姉、鐵的高侶娃酸 鹽微晶玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 重頻高能量欽玻璃激光器在激光沖擊強(qiáng)化、鐵寶石累浦源領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用 需求。但欽玻璃較差的熱機(jī)械性能，一方面使其無法承受很高的熱積累，另一方面會導(dǎo)致嚴(yán) 重的光學(xué)熱崎變。因而，需要研究合適的累浦技術(shù)來降低欽玻璃中的熱量積累，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)欽 玻璃激光器的重頻工作。
[0003] 目前，氣燈是最廣泛應(yīng)用于欽玻璃激光器中的累浦光源。分析氣燈發(fā)射光譜和欽 玻璃的吸收光譜得知，氣燈的主要輸出光譜范圍為400-1000nm，而欽玻璃的主要吸收峰為 350nm，530nm，580nm，750nm，800nm和870nm左右。由于欽玻璃的激光輸出波長為105：3皿，不 同吸收帶將產(chǎn)生的量子虧損不同，進(jìn)而對欽玻璃激光效率和熱積累效率的貢獻(xiàn)也不一樣。 在350nm，530nm，580nm的吸收帶，將有50% W上的累浦能量轉(zhuǎn)化為熱量。
[0004] 為滿足重頻高光束質(zhì)量激光需求，可選擇不同的濾光玻璃材料實(shí)現(xiàn)對氣燈光譜的 調(diào)節(jié)。目前應(yīng)用于高功率欽玻璃激光系統(tǒng)中的濾光材料主要為滲姉的石英管，只能截止 200-380nm紫外光（CN 103466942 B，黃色濾紫外線石英玻璃板及其制備方法；CN 104609729 A，深藍(lán)色濾紫外線石英管及其制備方法）；而其他紫外截止濾光玻璃也僅限于 200-400皿波段(CN 87105349 A，濾紫外濾紅外巧光玻璃）；不能滿足重頻高光束質(zhì)量欽玻 璃激光器的氣燈光譜調(diào)節(jié)需求。除此之外，氣燈在400-600nm范圍可產(chǎn)生千焦耳量級的能 量，因此濾光玻璃不僅具有光譜調(diào)制功能，還需具有足夠高的耐熱沖擊性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種滲姉、鐵的高侶娃酸鹽微 晶玻璃及其制備方法，一方面實(shí)現(xiàn)在200-600nm范圍的可調(diào)諧吸收，另一方面大幅度提高玻 璃的表面強(qiáng)度，最終獲得可滿足重頻高能量欽玻璃激光系統(tǒng)中使用的濾光微晶玻璃管或微 晶玻璃片，實(shí)現(xiàn)大幅度降低欽玻璃在氣燈累浦下的熱崎變。
[0006] 本發(fā)明的目的，是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種滲姉、鐵的紫外截止高侶娃酸鹽微晶玻璃，特征在于該玻璃的摩爾百分比組 成為：
[0008] Si〇2:40~50mol%，Al2〇3:25~35mol%，Mg0:5~10mol%，Zn0:0~5mol%;Li2〇: 0-5mol %，Ti〇2:5~lOmol %，Zr〇2:0~5mol %，Ce〇2:3~8mol %。
[0009] -種滲姉、鐵的紫外截止高侶娃酸鹽微晶玻璃的制備方法，包括下列步驟：
[0010] ①按基質(zhì)玻璃組成的摩爾百分比計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合 均勻，形成混合料；
[0011] ②將所述的混合料放入相蝸中，置于1500~160(TC的娃鋼棒電爐中進(jìn)行烙化，烙 化時間為2~8小時；
[0012] ③退火:玻璃誘出后放入已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度的馬弗爐中，保溫3小時后，W5~ 10°C/小時的降溫速率降至200°C，再隨爐冷卻至室溫；
[001引④將退火后的基質(zhì)玻璃升溫至750~850°C，保溫8~16小時，然后繼續(xù)升溫至900 ~1050°C，保溫2~8小時，獲得納米微晶玻璃。
[0014] 該微晶玻璃具有對氣燈光譜200-600皿范圍的可調(diào)諧截止，適用于重頻高能量欽 玻璃激光系統(tǒng)中的濾光元器件。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0016] 本發(fā)明通過在高侶娃酸鹽玻璃中加入大量的氧化姉和氧化鐵，將玻璃的紫外吸收 波段延伸到500nm;通過氧化鐵和氧化錯的同時引入，增加玻璃的整體析晶性能，一方面將 微晶玻璃的紫外吸收波段延伸到600nm，另一方面顯著提升玻璃的抗熱沖擊性能。
[0017] 本發(fā)明制備的用于具有對氣燈光譜進(jìn)行紫外截止的微晶玻璃濾光材料，可實(shí)現(xiàn)對 氣燈光譜400-600nm范圍的可調(diào)諧截止；
[0018] 本發(fā)明制備玻璃可通過離子交換、微晶化處理，大幅度提高玻璃的抗熱沖擊性能， 大幅度延長微晶玻璃濾光器件的使用壽命及使用工作頻率。
【附圖說明】
[0019] 圖1為該系統(tǒng)實(shí)施例1玻璃及微晶化處理后在可見光范圍的透過曲線；
[0020] 圖2為實(shí)施例1玻璃制成的濾光管與普通滲姉石英管在重頻高能量欽玻璃激光器 中對熱效率的影響對比。
[0021 ]具體實(shí)施方法
[0022] 實(shí)施例1
[0023] -種對氣燈光譜進(jìn)行紫外截止的微晶玻璃濾光材料，該玻璃具有對氣燈光譜400- 600nm范圍的可調(diào)諧截止。
[0024] 一.制備工藝：
[0025] 第一步:配方為(按摩爾百分比計(jì)）： 組成 mol:%. SiO: 40 AhO：, 35
[0026] MgO W Li：0 2 Zr〇2 5 TiO： 5 CcO： 3
[0027] 第二步：
[0028] 按第一步所給配方配料，將原料充分混合均勻；，
[0029] 第Ξ步:在1500°C下，將混合料分4~6次加入到石英相鍋/剛玉相蝸、銷金相
[0030] 蝸中，用烙融法烙制4小時；
[0031 ]第四步:在1550°C下對玻璃液澄清6小時；
[0032] 第六步:進(jìn)行機(jī)械攬拌9小時；
[0033] 第屯步:將制得的玻璃液倒入到石墨或鑄鐵模具中定型；
[0034] 第八步:在馬弗爐內(nèi)750°C下保溫4小時后，進(jìn)行常規(guī)退火處理；
[0035] 第九步:對獲得的玻璃進(jìn)行切割、細(xì)磨，拋光后，進(jìn)行酸堿結(jié)合處理3.5小時；
[0036] 第十步:對玻璃樣品在800°C保溫24小時，升溫到950°C保溫10小時。
[0037] 實(shí)施例2
[0038] 測試和應(yīng)用與例1相同，只是制備工藝有所不同，如下：
[0039] 制備工藝：
[0040] 第一步:配方為(按摩爾百分比計(jì)）： 姐成 mol%. SiO： 彿 Al;0.; 25
[0041 ] MgO 5 ZnO 5： TiO: 10 Cc〇2 5
[0042] 第二步：
[0043] 按第一步所給配方配料，將原料充分混合均勻；，
[0044] 第Ξ步:在1550°C下，將混合料分4~6次加入到石英相鍋/剛玉相蝸、銷金相
[0045] 蝸中，用烙融法烙制4小時；
[0046] 第四步:在1580°C下對玻璃液澄清6小時；
[0047] 第六步:進(jìn)行機(jī)械攬拌9小時；
[004引第屯步:將制得的玻璃液倒入到石墨或鑄鐵模具中定型；
[0049] 第八步:在馬弗爐內(nèi)800°C下保溫4小時后，進(jìn)行常規(guī)退火處理；
[0050] 第九步:對獲得的玻璃進(jìn)行切割、細(xì)磨，拋光后，進(jìn)行酸堿結(jié)合處理3.5小時；；
[0化1 ] 第十步:對玻璃樣品在850 Γ保溫24小時，升溫到1050 Γ保溫10小時。
[0052] 其他實(shí)施方法均與實(shí)施例1、2相同，只是制備工藝中的配方不同。下面列出了一些 組分。
[0化3]
[0化4]
[0055] 上述實(shí)施例制備的玻璃具有在200-600nm光譜范圍可調(diào)諧截止，可抑制氣燈在 200-600nm范圍對欽玻璃棒的低效率累浦，進(jìn)而降低增益介質(zhì)中的熱崎變。如附圖2所示，在 滲欽激光玻璃激光器中增加實(shí)施例1所制備的微晶玻璃濾光管，降低氣燈的熱效率50% W 上;另外通過氧化鐵和氧化錯的同時引入，增加玻璃的整體析晶性能，進(jìn)而顯著提升玻璃的 抗熱沖擊性能，在1700焦耳能量累浦下，濾光管未發(fā)生炸裂。
[0056] 本發(fā)明制備的用于具有在200-600nm光譜范圍可調(diào)諧截止的微晶濾光玻璃，可大 幅度降低增益介質(zhì)中的熱崎變；
[0057] 本發(fā)明制備玻璃可通過微晶化處理，大幅度提高玻璃的抗熱沖擊性能，延長微晶 玻璃濾光器件的使用壽命及使用工作頻率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種摻鈰、鈦的紫外截止高鋁硅酸鹽微晶玻璃，特征在于該玻璃的摩爾百分比組成 為：Si〇2:40~50mol%，Al2〇3:25~35mol%，MgO:5~lOmol%，Ζη0:0~5mol% ;Li2〇:〇-5mol%，Ti〇2:5~lOmol%，Zr〇2:0~5mol%，Ce〇2:3~8mol%。2. 權(quán)利要求1所述的摻鈰、鈦的紫外截止高鋁硅酸鹽微晶玻璃的制備方法，其特征在于 包括下列步驟： ① 按基質(zhì)玻璃組成的摩爾百分比計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻， 形成混合料； ② 將所述的混合料放入坩堝中，置于1500~1600°C的硅鉬棒電爐中進(jìn)行熔化，熔化時 間為2~8小時； ③ 退火：玻璃澆出后放入已升溫至玻璃轉(zhuǎn)變溫度的馬弗爐中，保溫3小時后，以5~10 °C/小時的降溫速率降至200°C，再隨爐冷卻至室溫； ④ 將退火后的基質(zhì)玻璃升溫至750~850°C，保溫8~16小時，然后繼續(xù)升溫至900~ 1050°C，保溫2~8小時，獲得納米微晶玻璃。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻鈰、鈦的紫外截止高鋁硅酸鹽微晶玻璃，其特征在于具有對 氙燈光譜200-600nm范圍的可調(diào)諧截止，適用于重頻高能量釹玻璃激光系統(tǒng)中的濾光元器 件。
【文檔編號】C03C3/095GK106082677SQ201610394546
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610394546.9, CN 106082677 A, CN 106082677A, CN 201610394546, CN-A-106082677, CN106082677 A, CN106082677A, CN201610394546, CN201610394546.9
【發(fā)明人】何冬兵, 李順光, 孫時宇, 胡麗麗
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所