[發明專利]一種高強高韌高折射率微型玻璃陶瓷透鏡及其制備方法

在審

• 申請號: 202010105024.9
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111217529A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 李康;石凱文;楊亦博
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C03C10/02
• 分類號: C03C10/02;C03B5/235
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明屬于玻璃材料領域，涉及了一款由稀土氧化物和氧化鋁形成的均質玻璃配合物，公開了該種玻璃組分及其制備方法，所述的玻璃原料由鉺源和鋁源組成，其中鉺源以氧化鉺粉末為原料，其純度為99.99％；鋁源以氧化鋁粉末為原料，其純度為99.99％。各組分均以摩爾百分比計，具體包含如下組成：28≤Er₂O₃≤35，65≤Al₂O₃≤72；所述玻璃透鏡的顯微維氏硬度為9.646?12.3667GPa，抗碎裂性為18.8654?23.2141N，折射率為2.13?2.42。其制備方法包括樣品原料混合、液態介質混合、固化燒結、壓片預燒、氣動懸浮法熔制玻璃五個步驟。本發明所制備的玻璃透鏡具備高硬度、耐刮擦性好以及高折射率等優異的物理性能。該方法制備的微型鉺鋁酸鹽玻璃在攝像機玻璃透鏡、光學顯示器、通信等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于玻璃材料技術領域，具體涉及一種鉺鋁酸鹽微型透鏡玻璃的制備方法及其用途。

背景技術

稀土氧化物玻璃由于其優異的光學性能和高溫熱穩定性能，故常被用作光學器件材料，在通信、透鏡光學器件以及醫用固體激光器等領域有著特殊的應用前景，且在簡化光學系統、提高成像質量和增加視距鏡頭方面也有廣泛的應用。鋁酸鹽玻璃具有優異的力學性能，是典型的玻璃網絡形成體，以氧化鑭為代表的稀土氧化物也常常被摻雜到玻璃中，用于改善玻璃的結構和性能。

目前關于稀土氧化物參雜在鋁酸鹽玻璃中制備稀土鋁酸鹽玻璃以及其性能的相關研究報道的較少，人們對鋁酸鹽玻璃熔體的力學性能、高溫熱物理性能、以及鑭系氧化物如何影響鋁酸鹽玻璃的結構和性能的認識尚有欠缺。

制備稀土鋁酸鹽玻璃的方法有多種，主要包括電靜電懸浮技術、聲懸浮技術、磁懸浮技術和氣動懸浮技術等。在這些制備方法中，氣動懸浮利用特殊設計的圓錐形噴嘴將熔融液滴吹浮起來并用激光加熱，過程中懸浮和加熱是相互獨立的，可以有效避免熔體與容器間的接觸，抑制了異相成核，并實現了快速淬冷。熔制的玻璃樣品均勻透明、消耗原料少、制備過程簡單、且適用于大規模的工業生產。

本發明選擇鉺鋁酸鹽玻璃作為研究對象，研究鉺鋁酸鹽體系玻璃的力學性能、熱膨脹系數等性質，以期找到一種應用于微型攝像機透鏡的玻璃陶瓷，同時還為鋁酸鹽玻璃組分設計和光學器件開發提供理論支持以及玻璃實際生產過程提供工藝參數。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強高韌高折射率微型玻璃陶瓷透鏡及其制備方法，該方法所制備的透鏡具有高硬度，耐刮擦性好，等優異的機械性能，同時兼顧折射率高，可見光透過性好等光學性能。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是：一種鉺鋁酸鹽微型玻璃陶瓷透鏡，其原料由鉺源、鋁源組成，鉺源以氧化鉺粉末計，鋁源以氧化鋁粉末計，各組分摩爾百分組成為：28≤Er₂O₃≤35，65≤Al₂O₃≤72，二組分摩爾百分數之和為100％；

所述鉺鋁酸鹽玻璃透鏡的顯微維氏硬度為9.646-12.3667GPa，抗碎裂性為18.8654-23.2141N，折射率為2.13-2.42。

上述方案中，按摩爾百分比計，包含以下組分：33≤Er₂O₃≤36，64≤Al₂O₃≤67。

所述的高強高韌高折射率微型玻璃陶瓷透鏡及其制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)按照權利要求1所述的摩爾比精準稱量所需氧化物粉末，向粉末中加入適量的液態分散介質，然后將混料放置在磁力攪拌器上充分攪拌約1.5h，得到混合均一的配合料；其中，所述液態分散介質分子式中僅含碳氫氧元素，且在后續步驟中能全部揮發；