專利名稱：一種應用于內部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及玻璃，特別是一種應用于內部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃。
背景技術：
激光內雕玻璃內雕工藝品，圖像精美、逼真、反差明顯、立體感強、經久耐磨、具有很高的工藝價值。而激光三維著色內雕更使激光內雕玻璃工藝品邁上了一個新的臺階。本發(fā)明者在以往申報的發(fā)明專利中提到，將激光經光學透鏡聚焦后照射玻璃、特別是摻雜了一些特種成分的玻璃，當激光功率密度超過某個閾值時，玻璃中激光聚焦的焦點附近會因激光與玻璃的特殊的多光子反應而產生局域的著色效應。一般而言，納秒級的長脈沖激光產生白色炸裂點，而飛秒激光的短脈沖激光產生由于基體形成色心而產生著色，再進一步在高溫下處理后，Ag、Au、Cu離子摻雜的玻璃會在激光照射的區(qū)域形成基于Ag、Au、Cu納米粒子表面等離子體吸收的紅、黃、橙、藍、紫等著色。由于這種著色微點的形成具有空間選擇性，可將著色的立體圖形雕入玻璃中。這種著色在室溫下是永久不變的。由于在黑白立體成像領域廣泛的應用，迫切需要開發(fā)一種能應用于激光著色并形成三維灰黑色圖案的玻璃。而Ag、Au、Cu摻雜玻璃由于原理上的限制，不可能實現(xiàn)黑色著色。

發(fā)明內容
本發(fā)明者經過銳意探索發(fā)現(xiàn)當激光的脈沖寬度為短于50μS(微秒，10-6秒)時，將激光經光學透鏡聚焦后照射到摻雜了Pd離子的玻璃，隨后在玻璃轉變溫度附近進行熱處理，可以在激光照射過的區(qū)域析出可控制空間和尺寸分布的Pd金屬納米顆粒并產生黑色著色效應。
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種應用于內部激光著色并形成黑色三維圖案的玻璃，以便通過激光與本發(fā)明玻璃中摻雜的Pd2+離子相互作用，首先活性離子Pd2+通過捕獲電子變成原子，然后原子在后續(xù)的熱處理下產生遷移并團聚形成納米顆粒，利用納米顆粒在可見光區(qū)存在表面等離子體吸收產生的著色，可以采用廉價的如調Q納秒激光系統(tǒng)在無色透明玻璃內部實現(xiàn)三維黑色內雕。
本發(fā)明的應用于內部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃，其組成及其重量百分比如下原料重量百分比SiO245-85R2O 5-40RO 5-30R2O+RO 10-50R2O30-20TiO20-8Pd0.001-1其中，所說的R2O是Li2O、Na2O和K2O中的一種或幾種，RO是CaO、MgO、BaO、PbO、SrO、ZnO和SnO中的一種或幾種，R2O3是Al2O3、B2O3、Y2O3、La2O3和Sb2O3中的一種或幾種，上述組分的和為100％。
本發(fā)明中，Pd以金屬或相應的化合物引入。
本發(fā)明玻璃的工作原理在于采用聚焦的激光照射到摻雜了Pd金屬離子的玻璃，使激光焦點附近由于激光與玻璃的非線性相互作用導致Pd金屬離子的還原。如。提供電子的源可為共摻的離子或玻璃基體本身中活性側位如氧的2p軌道電子。然后在較高溫度下進行熱處理。這時由于Pd原子的移動產生團聚，形成Pd的膠粒乃至納米顆粒。通過調節(jié)激光照射和熱處理條件，可控制金屬納米顆粒的尺寸分布。由于金屬納米顆粒在從紫外延伸至600nm很寬的可見光區(qū)域存在基于納米粒子的表面等離子體吸收，因此可以在一塊玻璃內部形成黑色，實現(xiàn)黑色著色內雕。在形成基于Pd金屬納米離子析出的黑色三維圖案后再利用激光照射誘導的微裂紋形成的白色，在一塊透明玻璃中實現(xiàn)黑白相間的三維內雕。具有很高的工藝價值。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明，實施例1將重量百分比為75 SiO2·15Na2O·9.9CaO·0.1PdO組成的原料在1550℃熔融一小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在600℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例2
將重量百分比為85 SiO2·14.89Na2O·0.1ZnO·0.01Pd組成的原料在1500℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的1ps的Nd:YAG激光的基頻(1064nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在650℃處理1小時后，圖案呈灰黑色。
實施例3將重量百分比45 SiO2·5B2O3·35CaO·15Na2O·1PdO組成的原料在1450℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的50μS的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。再在560℃熱處理1小時，圖案呈黑色。
實施例4將重量百分比為49.98 SiO2·20B2O3·10Li2O·10Na2O·10K2O·0.02PdO組成的原料在1450℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的100ps的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在540℃處理1小時后，圖案呈灰黑色。
實施例5將重量百分比為69.46SiO2·10B2O3·9Na2O·8.5K2O·3BaO·0.04PdO組成的原料在1550℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用鎖模100fs的Ti:Al2O3激光(800nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微由于色心形成的淡灰色。在580℃處理30分鐘后，圖案黑色。
實施例6將重量百分比為72.3SiO2·6SrO·5MgO·1PbO·15.4Na2O·0.2TiO2·0.1PdO組成的原料在1550℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在570℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例7將重量百分比為72.9SiO2·14.4 Na2O·5CaO·5PbO·0.5SnO·2.1Al2O3·0.1PdO組成的原料在1550℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在560℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例8
將重量百分比為58.3SiO2·2.8Na2O·11.4K2O·0.45CaO·0.68B2O3·26.3PbO·0.07PdO組成的原料在1000℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在500℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例9將重量百分比為77.99SiO2·5Na2O·5Al2O3·12B2O3·0.01PdO組成的原料在1600℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在530℃處理1小時后，圖案呈灰黑色。
實施例10將重量百分比為61.995SiO2·7Al2O3·5Y2O3·5Sb2O3·5B2O3·1Li2O·7MgO·8ZnO·0.001PdO組成的原料在1600℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在600℃處理1小時后，圖案呈灰色。
實施例11將重量百分比為68.8SiO2·8B2O3·2La2O3·10Na2O·8.7K2O·2BaO·0.5PdO組成的原料在1550℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在625℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例12將重量百分比為75SiO2·8B2O3·3Al2O3·4Ti2O·9Na2O·1PdO組成的原料在1600℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在620℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例13將重量百分比為75SiO2·11B2O3·4Al2O3·9K2O·1PdO組成的原料在1600℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的10ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在610℃處理1小時后，圖案呈黑色。
實施例14將重量百分比為69.45SiO2·10B2O3·9Na2O·8.5K2O·3BaO·0.05PdO組成的原料在1550℃熔融1小時，澆鑄形成塊狀玻璃，然后切割拋光。再用調Q的1ns的Nd:YAG激光的倍頻(532nm)聚焦照射到玻璃中形成圖案。這時肉眼可輕微看到由于炸裂所形成的微小裂紋。在580℃處理30分鐘后，圖案呈黑色。
以上實施例及其實驗證明，應用本發(fā)明的內部形成三維黑色圖案的玻璃，通過激光與玻璃中摻雜的活性離子相互作用，首先活性離子Pd2+通過捕獲電子變成原子，然后原子在后續(xù)的較高溫度熱處理，產生遷移并團聚形成納米顆粒，利用納米顆粒在可見光區(qū)存在的表面等離子體吸收產生著色，形成黑色的三維內雕。進一步在形成黑色內雕的基礎上，再通過激光照射形成產生對光散射的白色的炸裂點，可以形成黑白相間或分離、對比度明顯的多色三維內雕。
權利要求
1.一種應用于內部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃，其特征是組成及其重量百分比如下原料 重量百分比SiO245-85R2O 5-40RO5-30R2O+RO 10-50R2O30-20TiO20-8Pd0.001-1其中，所說的R2O是Li2O、Na2O和K2O中的一種或幾種，RO是CaO、MgO、BaO、PbO、SrO、ZnO和SnO中的一種或幾種，R2O3是Al2O3、B2O3、Y2O3、La2O3和Sb2O3中的一種或幾種，上述組分的和為100％。
全文摘要
本發(fā)明公開的應用于內部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃，其組成及其重量百分比為SiO
文檔編號C03C3/076GK1807309SQ20061004958
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權日2006年2月24日
發(fā)明者邱建榮, 劉寅, 周時鳳, 錢國棟 申請人:浙江大學