專利名稱：一種寬光譜光學(xué)玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃，尤其是涉及一種寬光譜光學(xué)玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
大氣對光透過率最大(反射和吸收最小)的三個波段可見波段、3 5微米和8 12微米，習(xí)慣上稱為大氣的三個窗口。遠(yuǎn)距離探測或傳輸?shù)募t外器件都必須工作在大氣 窗口波段。然而，絕大多數(shù)在紅外窗口，特別是在8 14Mm波段具有透光性能的材料往 往在可見波段不透過。這使得常用的可見光檢測手段很難適用，且大部分工作在紅外波 段的光學(xué)儀器和工作在可見光波段的光學(xué)設(shè)備是分立的，即它們各有一套完整獨(dú)立的工 作系統(tǒng)，從而使紅外系統(tǒng)和圖像處理、控制的結(jié)合相當(dāng)復(fù)雜。如果一種材料在大氣的三 個通訊窗口和可見光波段均具有較好的透過性能(即寬光譜透過材料)，它就可能使獨(dú) 立的紅外系統(tǒng)和可見光系統(tǒng)聯(lián)合，大大簡化系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得紅外系統(tǒng)和圖像處理、 控制的結(jié)合比較容易。
現(xiàn)有的可同時用于可見及紅外的寬光譜材料主要包括透明Al203陶瓷、ZnS多晶、 ZnSe晶體三種。其中透明A1A陶瓷由于加工性差，僅用于高壓鈉燈燈管、紅外檢測窗 口材料的場合。ZnS多晶(Cleartran)雖然在可見及紅外具有很大的透過范圍(0.4 13網(wǎng))，也是目前寬光譜應(yīng)用中的主要材料，但普遍存在加工處理工藝復(fù)雜，沉積周期 長(長達(dá)數(shù)月)以及色散高的缺點(diǎn)，并且受工藝限制，因而很難獲得尺寸較大的樣品。 ZnSe晶體雖然也具有較寬的光譜覆蓋范圍(0.6 20 ^n)，常用來制造用于高能量紅外 激光器的各種光學(xué)元件(窗片、反射鏡、透鏡、C02激光窗)，但耐酸和堿性差、價格昂 貴以及沉積速度缺陷阻礙了其在寬光譜應(yīng)用中的發(fā)展。在這種情況下亟需開發(fā)一種性價 比高，易于集成技術(shù)發(fā)展的寬光譜透過新材料。光學(xué)玻璃材料具有易制備、易成型、成 分可調(diào)、易消除色散和色差、透光性好和成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而，目前寬光譜光學(xué)玻 璃材料的專利和文獻(xiàn)較少，其中國內(nèi)專利CN200610024707發(fā)明是一種基于Ga, Ge, Se，Csl體系的全光窗硫系玻璃材料，雖然其紅外波段透過可達(dá)14pm，但其在可見波段截止 波長大于0.55Mm，無法真正實(shí)現(xiàn)在可見波段的全波段高透，從而會引起成像中短波信息 的大量缺失造成對成像質(zhì)量的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種易制備、易成型、成分可調(diào)、易消除色散和 色差、透光性好和成本低，并可以真正實(shí)現(xiàn)在可見波段的全波段高透的寬光譜光學(xué)玻璃 及其制備方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種寬光譜光學(xué)玻璃，它由以下材 料組成
材料摩爾百分比(mol%) Ga2S3 20-33 GeS2 5-40 CsX 38-67
YS2 2-5
其中X為CI或I或Br ; Y為Ti,或Zr，或Hf。 上述的寬光譜光學(xué)玻璃的制備方法，特征在于包括如下步驟；
① 按摩爾百分比(咖1%) Ga2S3 : 20-33、 GeS2: 5-40、 CsX: 38-67、 YS2 : 2-5選 用單質(zhì)Ga、 Ge、 S和化合物CsX、 YS2混合配置成混合料，其中X為CI或I或Br ; Y為Ti,或Zr，或Hf ，另按照混合料總的質(zhì)量附加放入0.01wt^的鎂條；
② 將由步驟①所得的混合料裝入經(jīng)過脫羥基預(yù)處理的H形雙管石英安瓿中的一個 石英管中，抽真空，當(dāng)石英安瓿內(nèi)的真空度達(dá)到^1X10—Spa時，用氫氣火焰封接石英安 瓿；
③ 將由步驟②所得封接好的裝有混合料的石英安瓿放入特定的雙管蒸餾爐子中進(jìn) 行蒸餾提純操作，在H形雙管石英安瓿中的另一個石英管中得到Ge、Ga和S的提純物；
④ 將經(jīng)過步驟③提純后的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至S00 950。C，搖擺 熔制4 12h后取出冷卻，在150 330°C保溫6h，然后進(jìn)行相關(guān)的退火處理即得到寬 光譜光學(xué)玻璃產(chǎn)品。
所述的石英安瓿采用氫氟酸或鹽酸進(jìn)行脫羥基預(yù)處理。抽真空時所述的石英安瓿內(nèi)真空度為7X 104Pa以上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)品向Ga-S硫系玻璃中引入大量的CsCl (或 CsBr, Csl)和Ge， Zr等而形成的一類新型硫系鹵化物玻璃，兼顧了玻璃的形成能力、透 光性、機(jī)械加工性能以及物理熱力學(xué)性能，易制備、易成型、成分可調(diào)、易消除色散和 色差、透光性好和成本低，合成的硫系鹵化物玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg介于200 350。C之間； 顯微硬度Hv介于50~150kg/mm之間，在0.35-llpm全波段范圍內(nèi)具有較高的透過率 (268%)，涵蓋了全部可見以及大氣的三個紅外窗口 (1-3， 3-5， 8-lljam)。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一制備的30Ga2S3-10GeS2-58CsCl-2ZrS2產(chǎn)品的可見-近紅外透 過光譜(玻璃厚度為2.1mm)，短波吸收截止波長為380nm。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一制備的30Ga2S3-10GeS2-58CsCl-2ZrS2產(chǎn)品的紅外透過光譜 (玻璃厚度為2.1mm)，長波吸收截止波長為11.5pm。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 實(shí)施例1
玻璃組分為玻璃組成為30Ga2S3-10GeS2-58CsCl-2ZrS2
以^99.99°/0的高純單質(zhì)Ga、 Ge、 S和化合物CsCl 、 ZrS2 (299.9%)為原料按照上 述摩爾百分比混合配制成混合料20克；將混合料裝入經(jīng)脫羥基處理的石英安瓿瓶中抽 真空(預(yù)先放入0.002克的鎂條)，同時采用100。C預(yù)熱，當(dāng)真空度為6X10^Pa時用氫 氧焰進(jìn)行封接；將封接好的裝有玻璃混合料的H形雙管石英安瓿放入雙管蒸餾爐中進(jìn)行 蒸餾提純操作(冷端100。C，熱段300。C)和還原部分氧化物。經(jīng)提純后的Ge、 Ga、 S 的純度可達(dá)^99.999%。然后用氫氧焰封斷雙管，取出包含完整玻璃原料的獨(dú)立安瓿瓶。 將經(jīng)過提純后的獨(dú)立石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至950。C，搖擺熔制5h后降溫 至600。C取出，立即放入冷水中冷卻，然后在220。C保溫6h后緩慢降溫至室溫。將樣 品從石英安瓿中取出，切割，研磨和雙面拋光后進(jìn)行性能測試。測試結(jié)果顯示玻璃的 轉(zhuǎn)變溫度Tg為250。C，玻璃的析晶起始溫度Tx為385°C;顯微硬度為60kg/mm2;短波
5吸收截止波長為380nm,長波截止波長為11.5nm，透光性能可參考圖1和2。 實(shí)施例2
玻璃組分為玻璃組成為26Ga2S3-20GeS2-52CsCl-2ZrS2
玻璃的制備方法同實(shí)施例1,以299.99%的高純單質(zhì)Ga、 Ge、 S和化合物CsCl、 Zr S2 (299.9%)為原料按照上述摩爾百分比混合配制成玻璃混合料20克，將配合料裝入經(jīng) 脫羥基處理的石英安瓿瓶中抽真空(預(yù)先放入0.002克鎂條)，同時采用100°C預(yù)熱， 當(dāng)真空度為7X 10^Pa時用氫氧焰封接，將裝有玻璃混合料的H形雙管石英安瓿放入雙 管蒸餾爐中進(jìn)行蒸餾提純操作(冷端100°C，熱段300°C)和還原部分氧化物。經(jīng)提純 后的Ge、 Ga、 S的純度可達(dá)299.999%。然后用氫氧焰封斷雙管，取出包含完整玻璃原 料的獨(dú)立安瓿瓶。將經(jīng)過提純后的獨(dú)立石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至950。C，搖 擺熔制5h后降溫至600。C取出，立即放入冷水中冷卻，然后在280。C保溫6h后緩慢降 溫至室溫。將樣品從石英安瓿中取出，切割，研磨和雙面拋光后進(jìn)行性能測試。測試結(jié) 果顯示玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg為250°C，玻璃的析晶起始溫度Tx為410。C;顯微硬度為 lOOkg/mm2;短波吸收截止波長為420nm，長波截止波長為11.8pm。
上述實(shí)施例中，CsCl也可以用CsBr或Csl替代，而Zr S2也可以用Ti S2或JMS2 替代。
權(quán)利要求
1、一種寬光譜光學(xué)玻璃，其特征在于它由以下材料組成材料 摩爾百分比(mol％)Ga2S320-33GeS2 5-40CsX 38-67YS2 2-5其中X為Cl或I或Br；Y為Ti，或Zr，或Hf。
2、 一種權(quán)利要求1所述的寬光譜光學(xué)玻璃的制備方法，特征在于包括如下步驟；① :按摩爾百分比(mol%) Ga2S3 : 20-33、 GeS2: 5-40、 CsX: 38-67、 YS2 : 2-5選 用單質(zhì)Ga、 Ge、 S和化合物CsX、 YS2混合配置成混合料，其中X為CI或I或Br; Y為Ti,或Zr,或Hf ，另按照混合料總的質(zhì)量預(yù)先附加放入0.01wt^的鎂條作為除氧 劑；② 將由步驟①所得的混合料裝入經(jīng)過脫羥基預(yù)處理的H形雙管石英安瓿中的一個 石英管中，抽真空，當(dāng)石英安瓿內(nèi)的真空度達(dá)到《1X10—^a時，用氫氣火焰封接石英安 瓿；③ 將由步驟②所得封接好的裝有混合料的石英安瓿放入雙管蒸餾爐中進(jìn)行蒸餾提 純操作，在H形雙管石英安瓿中的另一個石英管中得到Ge、 Ga和S的提純物；④ 將經(jīng)過步驟③提純后的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至800 950°C，搖擺 熔制4 12h后取出冷卻，在150 330°C保溫6h，然后進(jìn)行相關(guān)的退火處理即得到寬 光譜光學(xué)玻璃產(chǎn)品。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種寬光譜光學(xué)玻璃的制備方法，其特征在于所述的H形雙管 石英安瓿采用氫氟酸或鹽酸進(jìn)行脫羥基預(yù)處理。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種寬光譜光學(xué)玻璃的制備方法，其特征在于抽真空時所述的 石英安瓿內(nèi)真空度為7X10'4Pa以上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬光譜光學(xué)玻璃及其制備方法，特點(diǎn)是①按摩爾百分比(mol％)Ga<sub>2</sub>S<sub>3</sub>20-33、GeS<sub>2</sub>5-40、CsX38-67、YS<sub>2</sub>2-5選用單質(zhì)Ga、Ge、S和化合物CsX、YS<sub>2</sub>混合配置成混合料，其中X為Cl或I或Br；Y為Ti，或Zr，或Hf，放入0.01wt％的鎂條作為除氧劑；②將混合料裝入經(jīng)過脫羥基預(yù)處理的H形雙管石英安瓿中的一個石英管中，抽真空達(dá)到≤1×10<sup>-3</sup>Pa時，用氫氣火焰封接石英安瓿；③將封接好的裝有混合料的石英安瓿放入雙管蒸餾爐中進(jìn)行蒸餾提純操作，在H形雙管石英安瓿中的另一個石英管中得到Ge、Ga和S的提純物；④將提純后的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至800～950℃，搖擺熔制8～12h后取出冷卻，在150～330℃保溫6h，然后進(jìn)行相關(guān)的退火處理即得到寬光譜光學(xué)玻璃產(chǎn)品。
文檔編號C03C3/32GK101492249SQ200910095928
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日
發(fā)明者徐鐵峰, 戴世勛, 燕 楊, 祥 沈, 王訓(xùn)四, 聶秋華, 黃國松 申請人:寧波大學(xué)