專利名稱：鉍酸鹽玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉍酸鹽玻璃，尤其是一種鉍酸鹽玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
Bi2O3，PbO等含量超過摩爾分?jǐn)?shù)50％的重金屬玻璃，由于有著高折射率、高介電常數(shù)和寬的透紅外范圍等性能，多年來一直受到人們的注意。通過系統(tǒng)的研究表明，這種玻璃結(jié)構(gòu)中的聲子能量低，適合于做稀土發(fā)光的母體材料，因此這種玻璃被認(rèn)為是提高稀土上轉(zhuǎn)換效率的候選光子學(xué)功能材料之一(參見在先技術(shù)Daniel J.Coleman，Stuart D.Jackson，Paul Golding，Terence A.King.Measurements of the spectroscopicand energy transfer parameters for Er3+-doped and Er3+，Pr3+-codopedPbO-Bi2O3-Ga2O3glasses，J.Opt.Soc.Am.B 19(2002)2927-2929)。同時(shí)由于這種玻璃良好的透紅外性能，有可能取代某些晶體而成為新型的透紅外材料(參見在先技術(shù)A.Pan，A.Ghosh.A new family oflead-bismuthate glass with a large transmitting window，J.Non-Cryst.Solids 271(2000)157-161)。但是該體系玻璃的穩(wěn)定性較差，加工困難。因而，為了滿足當(dāng)前的需要，探索穩(wěn)定性良好的新型重金屬鉍酸鹽玻璃是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對PbO-Bi2O3二元體系難以形成玻璃的弱點(diǎn)，本發(fā)明提供一種鉍酸鹽玻璃及其制備方法。該玻璃具有高轉(zhuǎn)變溫度、高穩(wěn)定性和良好的透紅外能力。該玻璃可以作為一種上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料和透紅外材料。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種鉍酸鹽玻璃，其組成如下
玻璃組分 摩爾百分比(mol％)Bi2O320-80PbO 10-70SrO+M2O 10-20其中M為Li或者Na本發(fā)明鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，包括如下步驟2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，包括如下步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900～1000℃的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至850～950℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900～1000℃進(jìn)行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明透紅外鉍酸鹽玻璃具有高的轉(zhuǎn)變溫度、高的穩(wěn)定性和良好的透紅外能力。該玻璃可以作為一種上轉(zhuǎn)換基質(zhì)材料和透紅外材料。


圖1為本發(fā)明鉍酸鹽玻璃的紅外透過圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明鉍酸鹽玻璃的7個(gè)具體實(shí)施例如表1所示表1組分 1#2#3#4#5#6#7#(mol％)Bi2O380 70 60 50 30 40 20PbO 10 10 30 30 50 50 70SrO+M2O 10 20 10 20 20 10 10Tg(℃) 395 400 398456 375 382 380Tx(℃) 475 490 499565 480 482 575ΔT(℃) 80 90 101109 105 100 195紅外截至 8.1 8.3 8.28.5 8.4 8.5 8.5波長(μm)注M為Li或者Na實(shí)施例1#組成如表1中1#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1000℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至395℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為395℃，Tx為475℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為80℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.1微米。
實(shí)施例2#組成如表1中2#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1000℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至395℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為400℃，Tx為490℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為90℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.3微米。
實(shí)施例3#組成如表1中3#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到1000℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至398℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為398℃，Tx為499℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為80℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.2微米。
實(shí)施例4#組成如表1中4#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于1000℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至950℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至456℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為456℃，Tx為565℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為109℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.5微米。
實(shí)施例5#組成如表1中5#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至850℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至375℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為375℃，Tx為480℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為105℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.4微米。
實(shí)施例6#組成如表1中6#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至850℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至382℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為382℃，Tx為482℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為100℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.5微米。
實(shí)施例7#組成如表1中7#所示，具體制備方法包括下列步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900℃的硅炭棒電爐中熔融，根據(jù)原料的多少?zèng)Q定熔制時(shí)間的長短；③玻璃熔融后，降溫至850℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900℃進(jìn)行澄清和均化，其時(shí)間亦取決于原料的多少，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至380℃的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫；對該玻璃的測試結(jié)果如下取退火后的10毫克的樣品，用瑪瑙研缽研成很細(xì)的粉末，進(jìn)行差熱分析。測得的Tg為380℃，Tx為575℃。根據(jù)以上兩個(gè)特征溫度可以計(jì)算出ΔT為195℃。
把退火后的樣品加工成六面拋光的3毫米厚的玻璃片，測試透紅外性能。測得紅外截止波長為8.5微米。
在熔制過程中，熔制工藝控制不當(dāng)會(huì)造成玻璃邊緣微小失透。實(shí)驗(yàn)中我們獲得的玻璃穩(wěn)定性參數(shù)ΔT≥80℃、ΔTmax＝195℃，紅外截止波長大于8.1μm，最高可達(dá)8.5μm，說明該新型玻璃適合于作上轉(zhuǎn)換的基質(zhì)材料和透紅外材料。
權(quán)利要求
1.一種鉍酸鹽玻璃，其特征在于該玻璃的組成如下玻璃組分摩爾百分比(mol％)Bi2O320-80PbO 10-70SrO+M2O 10-20其中M為Li或者Na
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉍酸鹽玻璃的具體制備方法，包括如下步驟①按玻璃組成的摩爾百分比(mol％)計(jì)算出玻璃的重量百分比，然后稱取原料，混合均勻；②將混合料放入鉑金坩堝中，置于900～1000℃的硅炭棒電爐中熔融，熔制時(shí)間控制在20～30min；③玻璃熔融后，降溫至850～950℃，通入高純氧氣除水，通氣時(shí)間決定于原料的多少；④停止通氧氣，將玻璃液升溫到900～1000℃進(jìn)行澄清和均化，然后將玻璃液倒入預(yù)熱的模具中；⑤快速將玻璃放入已升溫至轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的馬弗爐中，保溫2小時(shí)后，以15℃/小時(shí)的速度退火至150℃左右，然后再以20℃/小時(shí)的速度退火至80℃后，關(guān)閉馬弗爐，降溫至室溫。
全文摘要
一種鉍酸鹽玻璃及其制備方法，該玻璃的摩爾百分比組成為Bi
文檔編號(hào)C03C4/00GK1583626SQ20041002499
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月8日
發(fā)明者孫洪濤, 胡麗麗 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所