[發明專利]硫系玻璃及其制備方法和裝置

有效

• 申請號: 201710375991.5
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN107056016B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 王琪;趙慧峰;祖成奎;劉永華;趙華;曹亞帥
• 申請（專利權）人: 中國建筑材料科學研究總院
• 主分類號: C03B5/02
• 分類號: C03B5/02;C03C3/32;C03B5/185;C03B19/00;C03B25/00
• 代理公司: 北京鼎佳達知識產權代理事務所(普通合伙) 11348
• 代理人: 王偉鋒;劉鐵生

本發明提供了一種硫系玻璃及其制備方法和制備裝置，其中，裝置包括，熔化模塊、升降模塊、均化模塊、冷卻模塊、傳送模塊和坩堝，其中，所述的熔化模塊包括爐蓋、爐體、中頻感應線圈和感應發熱體，所述的爐蓋和爐體構成熔化腔體，所述的熔化腔體底部開口，所述的中頻感應線圈位于所述的熔化腔體內所述的升降模塊用于帶動所述的坩堝做第一運動；所述的均化模塊包括保溫爐和溫度控制系統。本發明有效解決了硫系玻璃現有技術熔煉效率低、組成性能一致性控制難度大等問題，可很好地實現高質量硫系玻璃的高效熔煉和批量制備，進一步提高紅外玻璃的實用化水平。

技術領域

本發明涉及紅外玻璃制備技術領域，特別是涉及一種高質量硫系玻璃的高效熔煉、批量生產裝置、制備方法以及制備得到的硫系玻璃。

背景技術

硫系玻璃是一種性能優良的紅外透過材料，其組成以第VIA族元素(S、Se等)為主，通過引入Ge、Sb、As等元素而形成。硫系玻璃具有類似于單晶鍺的中遠紅外透過性能，紅外透過范圍覆蓋1～14μm波段三個紅外大氣窗口；同時具有較好的光-熱穩定特性，折射率溫度系數低，(單晶鍺的10％～30％)且可調，有利于提高紅外熱成像光學系統的溫度自適應能力，滿足無熱化紅外光學設計要求。硫系紅外玻璃可有效降低對鍺等資源的消耗，實現紅外透鏡的低成本制造，另外，硫系玻璃還可采用精密模壓技術成形，進一步降低加工成本。基于以上特點，硫系玻璃已被視為新一代無熱化紅外成像光學系統核心透鏡材料，在紅外成像制導、夜視槍瞄、汽車夜視輔助駕駛、安防監控等國防、民用紅外技術領域應用前景廣闊。

硫系玻璃是一種非氧化物玻璃材料，其熔煉工藝具有很強的特殊性，必須在真空或氣氛保護環境下進行，以防止氧化及氫、碳環境雜質的污染對紅外透過性能的影響。目前采用的方法主要是安瓿瓶搖擺法。

安瓿瓶搖擺法可以追溯至上世紀60年代，即是將硫系玻璃原料真空密封在石英安瓿瓶中，然后將石英安瓿瓶在搖擺爐內升溫熔化，期間通過爐體的搖擺來對安瓿瓶內的玻璃液進行均化，熔煉完成后對安瓿瓶進行淬冷降溫，得到硫系玻璃毛坯。該方法過程簡單，玻璃光譜性能好，但是受到石英安瓿瓶及搖擺熔化方式的限制，存在生產周期長、光學均勻性差、產能小、制品尺寸小等缺點。隨著硫系玻璃需求量及對性能要求的不斷提高，該方法逐漸無法滿足應用需求。

針對上述情況，國內外相繼開發了其他硫系玻璃的熔煉方法，以期改善生產效率、提高產品性能。美國AMI(Amorphous Materials)公司、比利時Umicore公司等發明了硫系玻璃氣氛保護熔制方法，通過在反應熔體上方設定適宜的正壓等措施控制Se等原料的揮發，利用機械攪拌進行玻璃的熔化澄清，最后通過漏料得到硫系玻璃?，F有技術中，利用安瓿瓶法獲得硫系玻璃熟料，然后在氣氛保護熔制爐內對硫系玻璃熟料進行二次均化，最后由坩堝底部漏料成形硫系玻璃產品。

以上方法打破了搖擺法對玻璃制品尺寸、形狀、性能和產量等方面的限制，顯著改善了硫系玻璃的生產能力和產品規格尺寸。但上述制備方法裝置結構復雜，對反應溫度、壓力等監測要求較高，工藝難度大。并且一旦原料揮發控制不好或雜質引入，會引起硫系玻璃制品組成和性能的波動，熔煉批次穩定性差，影響熱成像等紅外光電系統的性能和應用。

發明內容

本發明的主要目的在于，提供一種硫系紅外玻璃的感應熔煉設備、熔煉方法以及其制備得到的硫系紅外玻璃，通過特殊設計的爐體結構和工藝，有效解決了硫系玻璃現有技術熔煉效率低、組成性能一致性控制難度大等問題，可很好地實現高質量硫系玻璃的高效熔煉和批量制備，進一步提高紅外玻璃的實用化水平，從而更加適于實用。

本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。