[發明專利]一種鋁酸鹽玻璃及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201210054267.X
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102584011A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 祖成奎;趙慧峰;王衍行;陳江;韓濱
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院
• 主分類號: C03C3/17
• 分類號: C03C3/17
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 魯兵

技術領域

本發明屬于玻璃及其制備方法，特別是涉及一種鋁酸鹽玻璃及其制備方法與應用。

背景技術

目前應用的紅外透過材料，按物質形態、性能及制備方法主要分為晶體類材料(如人造藍寶石Al₂O₃)、多晶類材料(多晶MgF₂、ZnS等)和紅外玻璃材料這三大類。其中紅外玻璃不但具有較好的紅外透過性能、優良的光學均勻性、較高的機械強度，而且制造成本低廉、光學加工工藝簡單、可加工成復雜形狀制品。紅外玻璃材料這些性能和制備成本的優勢使其成為紅外材料的研究重點，并為該類材料的大量應用奠定了良好的基礎。

鋁酸鹽玻璃是一種綜合性能優異的中紅外材料，具有良好的光學性質，表現在它具有類似于藍寶石的紅外透過性能，能透過從近紫外到中紅外光譜，理論上長波截止約6μm。同時，該系統玻璃的軟化溫度高于740℃，耐溫度急變性能好，機械性能高，是制造耐高溫整流罩的候選材料。然而現有的鋁酸鹽玻璃在中紅外波段(3-5μm)透過率偏低，用于紅外探測、測距窗口時圖像不清晰，限制了其應用。

另一方面，由于不含傳統網絡形成體(如SiO₂、B₂O₃、P₂O₅等)，鋁酸鹽玻璃形成區域窄，成玻性較差，難以制備出大尺寸試樣。為提高鋁酸鹽玻璃的成玻性，已有研究者對其組分進行了優化：(1)加入少量網絡形成體SiO₂能顯著提高鋁酸鹽玻璃的形成能力，但由于Si-O的聲子能量高，玻璃的紅外截至波長發生紫移；(2)加入GeO₂玻璃形成體既可提高玻璃的形成能力又不影響鋁酸鹽玻璃的紅外性能，但降低了玻璃的硬度；(3)加入少量堿土金屬可提高鋁酸鹽玻璃的形成能力，其中BaO的效果最佳，但加入量過高會加劇析晶。總之，現有的鋁酸鹽玻璃的熱穩定性較差，容易析晶。鋁酸鹽玻璃的析晶極大地限制了其制備，尤其是大尺寸玻璃的制備，一旦產生析晶，玻璃的光學和機械性質都會遭到破壞。

發明內容

為解決鋁酸鹽玻璃的析晶難題以及提高其紅外透過率，以成功制備出大尺寸、多光譜透過的光學器件，本發明目的在于提供一種具有良好的多光譜(可見光至中紅外光)透過性能的鋁酸鹽玻璃。

本發明所提供的透可見光至中紅外光的鋁酸鹽玻璃，包含以下重量份數比的組分：

(1)15-40重量份的氧化鋁(Al₂O₃)；

(2)20-40重量份的氧化鈣(CaO)；

(3)0.5-20重量份的氧化鎵(Ga₂O₃)；

(4)5-15重量份的氧化鍶(SrO)；

(5)1-7重量份的氧化鋇(BaO)；

(6)1-6重量份的氧化釔(Y₂O₃)；

(7)0.5-6重量份的氧化鋅(ZnO)；

(8)0.1-1重量份的氧化銻(Sb₂O₃)。

所述鋁酸鹽玻璃(7mm厚)具有以下特性：在可見光區域(400-800nm)透過率≥80％；波長1.06μm處，透過率≥83％；波長2.0μm處，透過率≥84％；波長為3.0μm處，透過率≥78％；波長為4.0μm處，透過率≥80％；波長為5.0μm處，透過率≥40％；硬度≥6200MPa；軟化溫度≥740℃，耐水穩定性IV級。

本發明還提供了一種制備上述鋁酸鹽玻璃的方法。包括以下步驟：

1)按所述玻璃組分計算稱取各對應原料，混勻；

2)將步驟1)中的原料混合物在1450-1550℃下熔制2.5-4h，成形后在600-640℃下退火3-5h后得到無析晶、結石和氣泡的鋁酸鹽玻璃。

其中：所述步驟2)各原料混合物在1450-1550℃下熔煉1h后，向形成的玻璃液中通入干燥O₂和CCl₄的混合氣體30-60min，再在干燥N₂或O₂保護下澄清1-2h。

本發明的鋁酸鹽玻璃經切割、研磨和拋光可制成具有良好的多光譜(可見光至中紅外光)透過性能的異形光學器件。