[發明專利]一種長波紅外傳輸硫化物玻璃及其制備方法

有效

• 申請號: 202310241828.5
• 申請日: 2023-03-14
• 公開（公告）號: CN116282914B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 盧小送;劉含;楊志勇
• 申請（專利權）人: 杭州長波紅外科技有限公司
• 主分類號: C03C3/32
• 分類號: C03C3/32;C03C4/10;C03B5/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發明公開了一種長波紅外傳輸硫化物玻璃及其制備方法，其化學式為xGasubgt;2/subgt;Ssubgt;3/subgt;?ySnSsubgt;2/subgt;?(1?x?y)CsI，其中，0.2≤x≤0.3，0.2≤y≤0.6；其制備方法包括：(1)以單質鎵、單質錫、單質硫和化合物碘化銫為原料按化學式配制玻璃混合料；(2)將玻璃混合料置于密封真空石英安瓿中，在850～900℃/保溫12小時以上進行熔煉，在650～700℃取出淬冷形成玻璃；(3)將形成的玻璃在250～290℃/保溫4～6小時進行退火處理，然后以0.05～0.2℃/min的速率冷卻至室溫。本發明硫化物玻璃在8～12μm波段具有較高的透過率(60％)，玻璃的機械強度高、環境友好，可用于紅外熱成像技術領域。

技術領域

本發明涉及一種光學玻璃材料，特別涉及一種長波紅外傳輸硫化物玻璃及其制備方法。

背景技術

目前，紅外熱成像系統主要工作在3～5μm中波紅外波段和8～12μm長波紅外波段，這兩個波段是地球大氣的高透過窗口，波段內的光在大氣中可實現較遠距離的傳輸。其中，3～5μm窗口對應著300～700℃物體的輻射峰值波段，該溫度與普通發動機的燃燒溫度相近，是紅外搜索和跟蹤探測系統的主要工作波段；8～12μm窗口對應著室溫附近物體的輻射峰值波段，是常溫物體熱成像系統的主要工作波段。

隨著低成本非制冷型長波紅外探測器技術的發展，長波紅外熱成像產品已廣泛應用于電力電工、冶金石化、生物醫療、消防救援、安防夜視等民用領域。在長波紅外熱像儀中，紅外透鏡是其光學系統的關鍵元件，其透鏡材料主要有鍺、ZnSe等晶體和硫系玻璃(即基于硫族元素S、Se、Te形成的非晶態材料)。其中，晶體材料價格昂貴，且需要采用高成本的金剛石車削工藝進行透鏡加工；相比而言，硫系玻璃具有較低的折射率溫度系數，材料價格較低，且可采用較低成本的精密模壓技術進行透鏡加工，成為目前長波紅外熱成像系統中必不可少的光學材料。

目前，用于制造長波紅外透鏡的商業化硫系玻璃材料均為硒化物玻璃，如As-Se、Ge-As-Se、Ge-Sb-Se、等玻璃，它們在8～12μm波段具有優異的透光性能。由于構成硒化物玻璃網絡結構的化學鍵(如As-Se、Ge-Se、Sb-Se等)較弱，使得其機械性能較差。與硒化物玻璃相比，構成硫化物玻璃網絡結構的化學鍵(如As-S、Ge-S、Sb-S等)較強，因此硫化物玻璃通常表現出較高的機械性能，然而傳統硫化物玻璃的透光范圍僅能達到～10μm，無法完全覆蓋8～12μm波段。2014年，江蘇師范大學開發了一種新型長波紅外傳輸硫化物玻璃(Ga-Sb-S玻璃，專利ZL201410699174.1)，其在8～12μm波段表現出較高的透過率(55％)，且具有較高的機械性能，然而，該玻璃的抗析晶熱穩定性較差，其熱穩定性因子ΔT≤113℃，難以制備出較大口徑(40mm)的玻璃；并且Sb具有較強的毒性，是國際上最為關注的有毒金屬元素之一，它與人體內某些酶的巰基相結合會破壞組織新陳代謝，損害心、肝、腎以及神經系統。

發明內容

針對現有硫系玻璃存在的上述不足，本發明提供了一種環境友好的、在8～12μm波段具有優異透光性的長波紅外傳輸硫化物玻璃及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種長波紅外傳輸硫化物玻璃，其化學式為xGa₂S₃-ySnS₂-(1-x-y)CsI，其中，0.2≤x≤0.3，0.2≤y≤0.6。

上述長波紅外傳輸硫化物玻璃的制備方法，包括步驟：

(1)以單質鎵、單質錫、單質硫和化合物碘化銫為原料按化學式配制玻璃混合料；

(2)將玻璃混合料裝入石英安瓿中，然后對石英安瓿抽真空，再將石英安瓿用氫氧焰封接；

(3)將封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至850～900℃，保溫12小時以上；