專利名稱：用于碲酸鹽玻璃包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硅酸鹽玻璃，特別是一種適用于碲酸鹽玻璃包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃。
本發(fā)明技術方案的依據是作為包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃和作為芯料的碲酸鹽玻璃在折射率、膨脹系數以及軟化溫度方面滿足如下關系(1)芯料折射率ncore與內包層玻璃折射率nclad之間關系為ncore＞nclad，并使光纖數值孔徑NA(NA＝ncore2-nclad2)介于0.2與0.45之間；(2)芯料玻璃膨脹系數與內包層玻璃的膨脹系數之間以成絲后不產生內部壓應力為準，一般情況下相差±20×10-7/℃，優(yōu)選情況為內包層玻璃的膨脹系數稍低于芯層玻璃的膨脹系數；(3)芯料和內包層玻璃的軟化溫度相差±50℃以內，優(yōu)選情況為內包層玻璃的軟化溫度稍大于芯料玻璃的軟化溫度。
本發(fā)明的技術解決方案如下一種用于碲酸鹽玻璃包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃，其特征在于它的組成如下原料 成份范圍(mol％)SiO235～65(PbO+Bi2O3)20～45BaF20～10(R2O+MO) 5～25Nb2O50～10(B2O3+Al2O30～5其中R為堿金屬，M為堿土金屬離子。
根據本發(fā)明的目的，該玻璃是以SiO2為玻璃形成體的系統，其組成范圍為35～65mol％。重金屬氧化物PbO或Bi2O3或兩者的組合體，其組成范圍為20～45mol％。玻璃成分中還含有組成范圍為5～25mol％的R2O+MO或其組合體，在成分中用以調整玻璃的穩(wěn)定性、物理性質，以實現與芯料玻璃的性能匹配。0～10mol％的BaF2或CaF2或PbF2或其組合體加入到成分中，用來調整玻璃的膨脹系數、軟化溫度等。另外，成分中還含有0～10mol％的Nb2O5或WO3或TiO2或其組合體，用于調整玻璃的折射率。0～5mol％的B2O3或Al2O3或其組合體用來提高玻璃的抗析晶性能。該玻璃系統具有較好的析晶穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，并且可以實現與芯料碲酸鹽玻璃性能的匹配。
為了盡可能減少玻璃原料中的雜質引起的損耗，玻璃制備所需原料均為高純級(＞99.9％)。玻璃熔制過程如下首先以常規(guī)方法按照一定的配比稱取一定的混合料。堿金屬和堿土金屬以碳酸鹽的形式引入，其它組份均以所述形式加入?；旌狭铣浞謹嚢杈鶆颍缓蠓湃胧⒒騽傆褊徨亙?，將坩鍋放入800～1200℃的硅碳棒電爐中進行熔制，熔制時間為30～60分鐘。然后將制成的玻璃熔融液倒入事先預熱的鐵模上，待冷卻后將玻璃在其轉變溫度附近退火至室溫。
本發(fā)明實現的鉛鉍硅酸鹽玻璃可有效克服碲酸鹽玻璃析晶性能及其制造成本高等方面的不足，這對于碲酸鹽玻璃光纖預制棒的制備以及玻璃光纖的成功拉制，具有重要的理論和實際意義。
表1組份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(mol％)SiO26055 50 55 37.5 37.5 37.5 65 3540PbO 0 0 0 40 37.5 37.5 37.5 0 3515Bi2O33535 35 0 0 0 0 20 1012.5Na2O5 5 5 5 25 10 10 0 515K2O 0 0 0 0 0 0 0 5 510CaO 0 0 0 0 0 15 0 0 5 0BaO 0 0 0 0 0 0 15 0 5 0BaF20 5 10 0 0 0 0 0 0 0Nb2O50 0 0 0 0 0 0 10 0 2.5B2O30 0 0 0 0 0 0 0 5 2.5Al2O30 0 0 0 0 0 0 0 0 2.5膨脹系數105 121130105161124130135132145(10-7/℃)軟化溫度482 411388464369435426450399413(℃)折射率nd1.972 1.971 1.968 1.868 1.809 1.864 1.818 1.782 1.956 1.911以上所述的用作芯料的碲酸鹽玻璃基本由50～75mol％的TeO2、15～25mol％的ZnO和0～15mol％的La2O3組成。稀土離子如Er3+、Tm3+、Pr3+、Nd3+等在碲酸鹽玻璃中的摻雜濃度為0～2mol％，以高純氧化物的形式引入。另外，根據實驗要求可加入0～3mol％的Yb2O3到玻璃成分中用來增加泵浦光的吸收效率。實驗測得摩爾組成為70TeO2+25ZnO+5La2O3的玻璃的熱膨脹系數、軟化溫度以及折射率分別為151×10-7/℃、392℃和2.038。根據碲酸鹽玻璃的性能參數，得到兩組實用鉛鉍硅酸鹽玻璃配方，其膨脹系數、軟化溫度以及折射率分別為150×10-7/℃、413℃及1.911和132×10-7/℃、399℃及1.956。此外，碲酸鹽玻璃的這些性能參數可以在一定范圍內變化，作為包層材料的鉛鉍硅酸鹽玻璃也可以通過玻璃成分的優(yōu)化，實現與碲酸鹽玻璃性能的匹配。為了調整碲酸鹽玻璃的化學穩(wěn)定性和物理性能，玻璃中可加入0～10mol％的堿金屬或堿土金屬化合物或它們的組合體，這些化合物包括Li2O，Na2O，K2O，LiF，NaF，KF，MgO，CaO，SrO，BaO，MgF2，CaF2，SrF2，BaF2。0～15mol％的GeO2或Nb2O5或WO3或PbO或PbF2或Al2O3或它們的組合體等加入成分中用來增加玻璃的聲子能量、提高玻璃的析晶性能、降低玻璃的折射率等。


圖1所示為芯料碲酸鹽玻璃和內包層鉛鉍硅酸鹽玻璃粘度曲線的比較。所用碲酸鹽玻璃和鉛鉍硅酸鹽玻璃的成分分別為摩爾組成的70TeO2+25ZnO+5La2O3+0.1Er2O3和40SiO2+12.5PbO+22.5Bi2O3+10Na2O+5K2O+5BaO+5Nb2O5?？梢钥闯鲞@兩種成分在105～107Poise的粘度區(qū)域內能夠很好的匹配，這一區(qū)域是碲酸鹽玻璃光纖形成的區(qū)域。另外，由表1的數據，鉛硅酸鹽玻璃的熱膨脹系數、軟化溫度以及折射率等通過成分的調整可以在一定的范圍內變化，說明本發(fā)明提供的鉛硅酸鹽玻璃可以滿足一系列碲酸鹽玻璃的包層材料。
權利要求
1.一種用于碲酸鹽玻璃包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃，其特征在于它的組成如下原料 成份范圍(mol％)SiO235～65PbO+Bi2O320～45BaF2+PbF20～10R2O+MO 5～25Nb2O5+TiO20～10B2O3+Al2O30～5其中R為堿金屬，M為堿土金屬離子。
全文摘要
一種用于碲酸鹽玻璃包層的鉛鉍硅酸鹽玻璃，由35～65mol％ SiO
文檔編號C03C3/097GK1473782SQ0314211
公開日2004年2月11日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權日2003年8月8日
發(fā)明者姜中宏, 楊建虎, 楊中民, 戴世勛 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所