一種硫化物紅外玻璃及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硫化物紅外玻璃及制備方法，其化學(xué)式為GaxSbyS1-x-y，其中，0.04≤x≤0.10，0.28≤y≤0.36；其制備方法包括：(1)以單質(zhì)鎵、單質(zhì)銻和單質(zhì)硫?yàn)樵吓渲撇ＡЩ旌狭希?2)將玻璃混合料置于密封真空容器中，在850～950℃保溫24～48小時(shí)進(jìn)行熔煉，然后取出淬冷形成玻璃；(3)將形成的玻璃在220～250℃保溫3～5小時(shí)進(jìn)行退火處理，最后以0.1～0.5℃/min的速率冷卻至室溫。本發(fā)明硫化物玻璃在8～12μm波段具有較高的透過率(>55％)，玻璃的機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、成本低，且環(huán)境友好，可用于紅外熱成像【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說明】一種硫化物紅外玻璃及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外光學(xué)玻璃材料，特別涉及一種硫化物紅外玻璃及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著夜視、工業(yè)控制、醫(yī)藥檢測(cè)等領(lǐng)域?qū)岢上裨O(shè)備需求的快速增長(zhǎng)，熱成像系統(tǒng)所需紅外光學(xué)材料備受關(guān)注。戶外使用的熱成像設(shè)備主要基于8?12μπι大氣窗口設(shè)計(jì)，因?yàn)??12 μ m波段的紅外光在大氣中傳輸時(shí)損耗極小，并且物體在戶外溫度下輻射的紅外線強(qiáng)度峰值在此波段內(nèi)。目前市場(chǎng)上用于紅外熱成像系統(tǒng)的光學(xué)材料主要有鍺單晶、硒化鋅晶體和硫系玻璃，其中硫系玻璃具有優(yōu)異的紅外透射性能、較低的折射率溫度系數(shù)、良好的折射率色散特性、原料和加工成本較低等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代部分昂貴的紅外晶體材料成為應(yīng)用于熱成像儀系統(tǒng)的理想光學(xué)材料。
[0003]硫系玻璃是指以硫族元素硫(S)、硒(Se)、碲(Te)為主引入一定量其它金屬或非金屬元素形成的非晶態(tài)材料，包括硫化物玻璃、硒化物玻璃和碲化物玻璃，他們的典型透光范圍分別為0.6?10 μ m、I?14μ m和2?20 μ m,目前市場(chǎng)上用于熱成像系統(tǒng)的硫系玻璃主要是硒化物玻璃。然而，由于化學(xué)鍵較弱，硒化物玻璃的硬度和機(jī)械強(qiáng)度較低，相應(yīng)紅外光學(xué)元件的抗機(jī)械振動(dòng)和沖擊的能力差。相比而言，硫化物玻璃的硬度和機(jī)械強(qiáng)度較高，但現(xiàn)有硫化物玻璃透光范圍只能達(dá)到10 μ m，無法完全覆蓋8?12 μ m波段。若能研制開發(fā)出可覆蓋8?12 μ m波段的硫化物玻璃，將使用于熱成像系統(tǒng)的硫系玻璃機(jī)械性能顯著提高，從而鞏固和拓展硫系玻璃在熱成像領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的硫化物玻璃透光范圍不能完全覆蓋8?12 μ m大氣窗口的問題的，本發(fā)明提供了一種透光范圍可覆蓋8?12 μ m波段的硫化物紅外玻璃及制備方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種硫化物紅外玻璃，其化學(xué)式為GaxSbySh_y，其中，0.04 < x < 0.10，0.28 彡 y 彡 0.36。
[0007]上述硫化物紅外玻璃采用真空熔煉法合成，包括步驟:
[0008](I)以單質(zhì)鎵、單質(zhì)銻和單質(zhì)硫?yàn)樵习椿瘜W(xué)式配制玻璃混合料；
[0009](2)將玻璃混合料裝入石英安瓿中，抽真空，用氫氧焰封接石英安瓿；
[0010](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?950°C，保溫24?48小時(shí)后取出淬冷，然后在220?250°C保溫3?5小時(shí)進(jìn)行退火處理，最后以0.1?0.5°C /min的速率冷卻至室溫，即得本發(fā)明所述硫化物紅外玻璃。
[0011]作為優(yōu)選，采用的單質(zhì)鎵、單質(zhì)銻和單質(zhì)硫的純度均大于99.999%。
[0012]作為優(yōu)選，石英安瓿的羥基含量小于lOppm。
[0013]作為優(yōu)選，石英安瓿內(nèi)真空度小于10_2Pa。
[0014]本發(fā)明硫化物紅外玻璃是一種可應(yīng)用于熱成像領(lǐng)域的機(jī)械性能較好的紅外材料，在8?12 μ m波段具有較高的透過率(>55% )，密度為3.9?4.2g/cm3,玻璃轉(zhuǎn)變溫度為220?250°C，顯微硬度為136?160kg/mm2，在1ym波長(zhǎng)的折射率為2.60?2.72。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能產(chǎn)生如下有益效果:
[0016](I)與傳統(tǒng)硫化物玻璃相比，擴(kuò)大了透光波段范圍，使本發(fā)明硫化物紅外玻璃可用于8-12 μ m熱成像領(lǐng)域；
[0017](2)與夜視儀所用的傳統(tǒng)硒化物玻璃相比，本發(fā)明硫化物紅外玻璃機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、成本低。
[0018](3)本發(fā)明硫化物紅外玻璃不含有毒元素，環(huán)境友好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是采用工作波長(zhǎng)為7.5?13 μ m的紅外相機(jī)拍攝的實(shí)施例1所制備玻璃的照片;
[0020]圖2是實(shí)施例1所制備玻璃的紅外透射光譜。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，但本發(fā)明并非僅限于所舉之例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]Ga8Sb32S60硫化物紅外玻璃制備
[0024]將純度> 99.999%的Ga、Sb和S按比例混合獲得玻璃混合料，將玻璃混合料裝入羥基含量小于1ppm的干凈石英安瓿中，抽真空至真空度小于10_2Pa，用氫氧焰封接石英安瓿。將裝有玻璃混合料的密封石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至900°C并保溫24小時(shí)，取出在水中淬冷；然后于240°C保溫3小時(shí)進(jìn)行退火處理；最后，以0.2V /min的速率冷卻至室溫，即得到Ga8Sb32S6tl硫化物紅外玻璃。圖1是采用工作波長(zhǎng)為7.5?13 μ m的紅外相機(jī)拍攝的本實(shí)施例玻璃照片，透過本實(shí)施例玻璃可清楚看到置于玻璃后方的網(wǎng)絡(luò)狀物體。
[0025]采用Bruker Tensor27傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)試3mm厚玻璃片的紅外透射光譜；采用阿基米德法測(cè)試玻璃密度；采用TAQ2000差式掃描量熱儀測(cè)試玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，升溫速率為10°C /min ;采用INSTRON ffilson-ffolpert Tukon2100B硬度儀測(cè)試雙面拋光玻璃片的顯微硬度，荷載和時(shí)間分別為10g和5s ;采用J.A.Woollam紅外橢偏儀測(cè)量單面拋光玻璃片的折射率；
[0026]本實(shí)施例玻璃的檢測(cè)結(jié)果:玻璃在8?12 μ m波段的透過率大于58% (見圖2)，密度為4.03g/cm3，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為239°C，顯微硬度為145kg/mm2，在1ym波長(zhǎng)的折射率為 2.6273。
[0027]實(shí)施例2
[0028]Ga4Sb36S60硫化物紅外玻璃制備
[0029]將純度> 99.999%的Ga、Sb和S按比例混合獲得玻璃混合料，將玻璃混合料裝入羥基含量小于1ppm的干凈石英安瓿中，抽真空至真空度小于10_2Pa，用氫氧焰封接石英安瓿。將裝有玻璃混合料的密封石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至850°C并保溫36小時(shí)，取出在水中淬冷；然后于230°C保溫4小時(shí)進(jìn)行退火處理；最后，以0.5°C /min的速率冷卻至室溫，即得到Ga4Sb36S6tl硫化物紅外玻璃。
[0030]采用Bruker Tensor27傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)試3mm厚玻璃片的紅外透射光譜；采用阿基米德法測(cè)試玻璃密度；采用TAQ2000差式掃描量熱儀測(cè)試玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，升溫速率為10°C /min ;采用INSTRON ffilson-ffolpert Tukon2100B硬度儀測(cè)試雙面拋光玻璃片的顯微硬度，荷載和時(shí)間分別為10g和5s ;采用J.A.Woollam紅外橢偏儀測(cè)量單面拋光玻璃片的折射率。
[0031]本實(shí)施例玻璃的檢測(cè)結(jié)果:玻璃在8?12 μ m波段的透過率大于55% ;密度為4.15g/cm3，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為229 °C，顯微硬度為138kg/mm2，在10 μ m波長(zhǎng)的折射率為
2.7097。
[0032]實(shí)施例3
[0033]Ga10Sb28S62硫化物紅外玻璃制備
[0034]將純度> 99.999%的Ga、Sb和S按比例混合獲得玻璃混合料，將玻璃混合料裝入羥基含量小于1ppm的干凈石英安瓿中，抽真空至真空度小于10_2Pa，用氫氧焰封接石英安瓿。將裝有玻璃混合料的密封石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至950°C并保溫48小時(shí)，取出在水中淬冷；然后于245°C保溫5小時(shí)進(jìn)行退火處理；最后，以0.1°C /min的速率冷卻至室溫，即得到GaltlSb28S62硫化物紅外玻璃。
[0035]采用Bruker Tensor27傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)試3mm厚玻璃片的紅外透射光譜；采用阿基米德法測(cè)試玻璃密度；采用TAQ2000差式掃描量熱儀測(cè)試玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，升溫速率為10°C /min ;采用INSTRON ffilson-ffolpert Tukon2100B硬度儀測(cè)試雙面拋光玻璃片的顯微硬度，荷載和時(shí)間分別為10g和5s ;采用J.A.Woollam紅外橢偏儀測(cè)量單面拋光玻璃片的折射率。
[0036]本實(shí)施例玻璃的檢測(cè)結(jié)果:玻璃在8?12 μ m波段的透過率大于60%，密度為
3.92g/cm3，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為242 °C，顯微硬度為154kg/mm2，在10 μ m波長(zhǎng)的折射率為2.6012。
【權(quán)利要求】
1.一種硫化物紅外玻璃，其特征在于:
化學(xué)式為 GaxSbySh_y，其中，0.04 彡 X 彡 0.10，0.28 ^ y ^ 0.36。
2.權(quán)利要求1所述的一種硫化物紅外玻璃的制備方法，其特征在于，包括下述步驟: (1)以單質(zhì)鎵、單質(zhì)銻和單質(zhì)硫?yàn)樵习椿瘜W(xué)式配制玻璃混合料； (2)將玻璃混合料裝入石英安瓿中，抽真空，用氫氧焰封接石英安瓿；(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?950°C，保溫24?48小時(shí)后取出淬冷，然后在220?250°C保溫3?5小時(shí)進(jìn)行退火處理，最后以0.1?0.5°C /min的速率冷卻至室溫，即得本發(fā)明所述硫化物紅外玻璃。
3.如權(quán)利要求2所述的硫化物紅外玻璃的制備方法，其特征在于: 所述的單質(zhì)鎵、單質(zhì)鋪和單質(zhì)硫的純度均大于99.999%。
4.如權(quán)利要求2所述的硫化物紅外玻璃的制備方法，其特征在于: 所述的石英安瓿的羥基含量小于lOppm。
5.如權(quán)利要求2所述的硫化物紅外玻璃的制備方法，其特征在于: 所述的石英安瓿內(nèi)真空度小于10_2Pa。
【文檔編號(hào)】C03C3/32GK104355538SQ201410558086
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】楊安平, 張鳴杰, 楊志勇, 張斌, 任和, 郭威, 楊艷, 唐定遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:江蘇師范大學(xué)