[發明專利]一種高純低損耗硫系玻璃的制備方法

有效

• 申請號: 201310219609.3
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103332851A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 張斌;楊志勇;任和;張鳴杰;章健;唐定遠
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: C03B5/16
• 分類號: C03B5/16;C03C6/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本發明涉及一種硫系玻璃的制備方法，特別是一種高純低損耗硫系玻璃的制備方法。

背景技術

硫系玻璃是指以周期表VIA?族元素S、Se、Te為主引入一定量其它金屬或非金屬元素形成的非晶態材料。由于較高的原子質量和較弱的化學鍵強，硫系玻璃具有較低的振動聲子能量，從而使它們在紅外波段具有優異的透射性能。在硫系玻璃中，硫化物、硒化物和碲化物玻璃的典型透射范圍分別是0.5-10μm,0.8-14μm,?1.5-20μm。由硫系玻璃制作的紅外光學元件和拉制的光纖在熱成像、紅外激光傳輸、化學和生物傳感、外太空探測等領域具有極其重要的應用背景和潛力。

盡管硫系玻璃通常采用高純原料在真空環境下熔制，原料的表面、石英安瓿的內壁、實驗環境等往往會引入一定量的碳、氫、氧等雜質，這些雜質在1-15μm具有強烈的吸收，并容易使玻璃中形成微小氣泡或微米級的異質包裹體，對玻璃的紅外透光性能產生嚴重的負面影響，甚至導致硫系玻璃光學元件或光纖無法使用。因此，獲得高純度低損耗的硫系玻璃是制備相關光學元件和拉制低損耗光纖的基礎和關鍵。

高純硫系玻璃通常采用在純化反應氣氛環境下制備或者通過加入純化劑后進行玻璃蒸餾獲得。前者操作復雜，安全保護措施要求較高，玻璃成分不易準確控制；后者操作相對簡單，玻璃蒸餾前后成分變化較小，提純過程較容易控制。目前，硫系玻璃中的氧雜質通常采用加入鋁、鎂或鋯金屬除氧劑后蒸餾玻璃有效去除，除氧劑與玻璃中氧雜質的反應生成物在蒸餾溫度具有極低的蒸汽壓，這種反應生成物會在蒸餾玻璃的過程中殘留在蒸餾管中。對于玻璃中的C和H雜質，通常采用加入超干AlCl₃或者TeCl₄純化劑后蒸餾玻璃有效去除。純化劑與C和H雜質的反應生成物CCl₄和HCl在蒸餾溫度具有很高的蒸汽壓，在玻璃開口式的動態蒸餾過程中會被抽走，而具有適中蒸汽壓的硫系玻璃會在蒸餾過程中液化并凝固在蒸餾管的冷端。然而，當以AlCl₃為純化劑時，反應生成的含鋁化合物或/和未參與反應的AlCl₃易部分進入蒸餾后的玻璃中，傾向于在最終獲得的玻璃中形成異質包裹體，導致Mie散射，影響玻璃的紅外透光性能。TeCl₄不存在上述問題，因為Te本身就是硫族元素，易溶于硫系玻璃，但超干的TeCl₄很難獲得。因此，尋找容易獲得的高效的玻璃純化劑對制備具有高均勻性的高純低損耗硫系玻璃至關重要。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種制備高純低損耗硫系玻璃的方法，解決傳統制備方法易在玻璃中引入微米級異質包裹體的問題。

本發明的目的是這樣實現的：制備方法是向硫系玻璃系統中引入200-2000ppm摩爾比的超干氯化鎵作為除氫和碳雜質的純化劑，引入100-500ppm摩爾比的鋁、鎂或鋯作為除氧劑，通過動態蒸餾的方法進行提純，獲得均勻的高純硫系玻璃；具體步驟如下：

1、玻璃混合料的配制

以純度≥99.999%的單質元素按對應玻璃形成區中的配比配制玻璃混合料，加入200-2000ppm的玻璃純化劑和100-500ppm除氧劑；配料過程在干燥的惰性環境中進行，將混合料裝入羥基含量低于1ppm的干凈石英安瓿中；

2、抽真空封接

將由步驟1所得盛有混合料的石英安瓿抽真空，當安瓿內真空度≤10^–3Pa時，將安瓿放在100-150^oC的管式爐中烘烤1-4個小時，然后用氫氧焰封接安瓿；

3、玻璃熔制

將由步驟2所得封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至800~950?^oC，保溫10~20小時后取出冷卻，然后在對應的玻璃轉變溫度附近退火2-5個小時；

4、玻璃的蒸餾