[發明專利]一種低羥基高純硫系玻璃的動態全蒸餾提純方法

有效

• 申請號: 201110425504.4
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102531335A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 許銀生;戴世勛;林常規;王訓四;沈祥;聶秋華;徐鐵峰;張培晴;宋寶安;陳飛飛
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C03B8/00
• 分類號: C03B8/00;C03C1/02
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 邱積權

技術領域

本發明涉及一種低羥基高純硫系玻璃的制備方法，尤其是涉及一種低羥基高純硫系玻璃的動態全蒸餾提純方法。

背景技術

硫系玻璃是以硫、硒、碲元素為陰離子，引入Ge、Sb、Ga、In等金屬元素形成的一類玻璃，與氧化物玻璃相比，硫系玻璃具有優良的中遠紅外透過性能（依據組成不同，其透過范圍可從0.5-1?μm～12-25?μm），折射率高（2.0-3.5），極高的非線性折射率n₂(n₂=2～20×10^-18?m²/W，是石英材料的100～1000倍)，因此在紅外激光傳輸、非線性光子學器件中有著廣闊的應用前景。假設硫系玻璃中沒有雜質且結構均勻，基于玻璃中傳輸光時的瑞利散射、電子吸收和晶格振動吸收計算得到的理論最小損耗極低，如硫化砷和硒化砷玻璃這兩種玻璃理論最小損耗位于4～6?μm波段，大小為0.1～0.01?dB/km。然而，由于硫系玻璃中存在雜質，其實際損耗水平較高，處于100-200?dB/km，最低為23?dB/km(2.3um)[?J.?S.?Sanghera,?et?al.?Fiber?Integr.?Opt.,?2000,?19?(3):?251-274.]。硫系玻璃中的雜質主要取決于合成工藝、原材料的純度、石英安瓿及真空封接過程。這些雜質包括碳、氫、氧所組成的化合物或者它們和玻璃中的元素所組成的化合物等，通過進入玻璃網格或者溶解在玻璃中對光的選擇性吸收。除此之外，不溶解于硫系玻璃熔融體中的雜質形成異相包括體會產生散射，根據Devyatykh等人研究報道，要求這種散射顆粒的濃度小于10³～10^4?cm^-3才能獲得具有理論光損耗的硫系玻璃。

目前，制備硫系玻璃最常用的方法是由元素單質在熔封石英玻璃管中直接合成。在合成前，往往對初始組分(如易揮發的砷和具強揮發性的硫族元素)進行提純。國內寧波大學主要針對8-12?μm間氧雜質吸收發明了一種雙坩堝蒸餾法（高純度硫系玻璃的制備裝置及制備方法，授權專利號：ZL200910095927.7），對3-5μm間雜質吸收也有一定的改進，但遠未達到理論最小光學損耗。俄羅斯高純材料研究所Churbanov等人最近提到了一種揮發化合物(volatile?compounds)方法制備了Ge₂₅Sb₁₀S₆₅玻璃?[J.?Non-Cryst.?Solids,?2011,?357?(11-13):?2352-2357.]，明顯抑制玻璃的S-H鍵，但未見詳細工藝參數及光學損耗值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種低氧雜質的低羥基高純硫系玻璃的動態全蒸餾提純方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種低羥基高純硫系玻璃的動態全蒸餾提純方法，其特征在于包括如下具體步驟：

第一步驟：選用羥基含量低于3ppm的石英安瓿瓶2個，用于連接石英安瓿瓶的石英玻璃管2段和毛細過濾嘴1個，用氫氟酸清洗所有石英安瓿瓶和石英玻璃管的內壁并用氫氟酸浸泡30秒，然后用去離子水清洗5～7次后烘干；

第二步驟：選取純度99.999%以上的單質原料，按所需配比放入第一石英安瓿瓶內，分別加入180ppm～220ppm的除氧劑和除氫劑，對第一石英安瓿瓶迅速抽真空并用第一馬弗爐加熱至200度進行原料表面除水；加熱2小時后，用乙炔火焰在第一石英安瓿瓶瓶頸封斷；

第三步驟：將封斷后的第一石英安瓿瓶放入搖擺爐中，以1～3?^oC/min的升溫速度緩慢升溫至玻璃的熔制溫度750～950度，熔制8～12小時后，在空氣中自然冷卻，冷卻到脫膜為止；