專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全波段光窗玻璃材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型全波段光窗材料及其制備方法，屬于光窗玻璃材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
除可見(jiàn)光窗口以外，大氣還有三個(gè)重要的紅外窗口，即1～3μm，3～5μm和8～14μm窗口，他們?cè)诩t外探測(cè)、紅外制導(dǎo)、紅外瞄準(zhǔn)和熱成像等方面具有極其重要的應(yīng)用背景。然而，絕大多數(shù)在紅外窗口，特別是在8～14μm波段具有優(yōu)異透光性能的材料往往不透可見(jiàn)光。這使得目前大部分工作在紅外波段的光學(xué)儀器和工作在可見(jiàn)光波段的光學(xué)設(shè)備是分立的，即它們各有一套完整獨(dú)立的工作系統(tǒng)，從而使紅外系統(tǒng)和圖像質(zhì)量控制的結(jié)合相當(dāng)復(fù)雜。如果一種材料在大氣的三個(gè)紅外窗口和可見(jiàn)光均有較好的透過(guò)性能(即全波段光窗材料)，它就可能使獨(dú)立的紅外系統(tǒng)和可見(jiàn)光系統(tǒng)聯(lián)合，大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得紅外系統(tǒng)和圖像質(zhì)量控制的結(jié)合比較容易。
目前，商用的全波段光窗材料主要是CVD ZnSe多晶，它的透光范圍為0.5～22μm。然而，CVD ZnSe比較軟，并且價(jià)格昂貴。這些缺點(diǎn)限制了其許多方面的應(yīng)用。
玻璃一直都是比較理想的光窗材料，因?yàn)樗鼈兙哂幸字苽?、易成型、成分可調(diào)、易消除色散、透光性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。然而，目前仍沒(méi)有全波段光窗玻璃材料的專(zhuān)利和文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種全波段光窗玻璃材料，克服上述光窗材料存在得缺陷。
本發(fā)明是向Ge-Ga-Se硫系玻璃系統(tǒng)中引入了大量的CsI(Br)而形成的一類(lèi)新型硫系鹵化物玻璃。此系統(tǒng)玻璃的組成設(shè)計(jì)兼顧了玻璃的形成能力、透光性及熱力學(xué)性能。
本發(fā)明所指的硫系鹵化物玻璃的化學(xué)組成為(100-x-y)GeSe2-xGa2Se3-yCsI(Br)，其中，5≤x≤30，15≤y≤45。
上述玻璃的顏色為淺紅色～深紅色，具有較好的透可見(jiàn)光性質(zhì)。短波吸收限波長(zhǎng)為550nm～700nm，長(zhǎng)波截至波長(zhǎng)為～15.8μm；玻璃轉(zhuǎn)變溫度為290～340℃；顯微硬度為100～160kg/mm2。是一種有希望滿(mǎn)足應(yīng)用要求的全波段光窗材料。
制備本發(fā)明所指硫系鹵化物玻璃的方法包括如下步驟(1)玻璃混合料的配制選用單質(zhì)Ge、Ga、Se和化合物CsI或CsBr為原料按上述配比混合配制玻璃混合料。其中，Ge、Ga和Se的純度為≥99.99％，CsI或CsBr的純度為≥99.9％。
(2)抽真空封接將由步驟(1)所得玻璃混合料裝入石英安瓿中，抽真空，用火焰封接石英安瓿。其中，石英安瓿為含羥基較少的電熔安瓿，并且采用氫氟酸進(jìn)行脫羥基預(yù)處理；封接時(shí)安瓿內(nèi)真空度≤10-2Pa。
(3)玻璃熔制將由步驟(2)所得封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至850～900℃，保溫10～15h后取出冷卻，然后在280～340℃保溫1～5h進(jìn)行退火處理，即得本發(fā)明所述硫系鹵化物玻璃。
本發(fā)明合成的硫系鹵化物玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg介于290～340℃之間；顯微硬度Hv介于100～160kg/mm之間，2.5mm厚經(jīng)雙面拋光的樣品在0.6-14μm全波段范圍內(nèi)具有較高的透過(guò)率(≥50％)。可應(yīng)用于可見(jiàn)光到遠(yuǎn)紅外14μm全波段光傳輸領(lǐng)域。


圖1是玻璃組成為40GeSe2-20Ga2Se3-40CsI樣品的可見(jiàn)—近紅外透過(guò)光譜(玻璃的厚度為2.5mm)，表明該玻璃在此波段具有較好的透光性，其短波吸收限波長(zhǎng)為570nm。
圖2是玻璃組成為40GeSe2-20Ga2Se3-40CsI樣品的紅外透過(guò)光譜(玻璃的厚度為2.5mm)，表明該玻璃在此波段具有較好的透光性，其長(zhǎng)波截至波長(zhǎng)為15.8μm。
圖3是玻璃組成為40GeSe2-20Ga2Se3-40CsI，大小為Ф10×3.8mm的樣品實(shí)物圖片，表明其具有較好的透可見(jiàn)光性質(zhì)。
圖4是玻璃組成為40GeSe2-25Ga2Se3-35CsBr，大小為Ф10×2.6mm的樣品實(shí)物圖片，表明其具有較好的透可見(jiàn)光性質(zhì)。
具體實(shí)施例方式
下面將通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，但并非僅局限于實(shí)施例。
實(shí)施例1玻璃組成為40GeSe2-20Ga2Se3-40CsI以高純(≥99.999％)單質(zhì)Ge、Ga、Se和純度≥99.9％的化合物CsI為原料按照上述組成進(jìn)行玻璃混合料配制；將配合料裝入經(jīng)脫羥基處理的石英安瓿中抽真空(≤10-2Pa)封接；將封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至850℃，保溫12h后取出在空氣中冷卻；將剛冷卻后的石英安瓿移至300℃的爐子中保溫2h進(jìn)行退火處理，之后使石英安瓿隨爐緩慢冷卻至室溫。將樣品從石英安瓿中取出，切割、研磨和雙面拋光后進(jìn)行性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg為298℃，玻璃的析晶起始溫度Tx為424℃；顯微硬度為102kg/mm2；短波吸收限波長(zhǎng)為570nm，長(zhǎng)波截至波長(zhǎng)為15.8μm，透光性能可參考圖1、2和3。
實(shí)施例2玻璃組成為40GeSe2-25Ga2Se3-35CsBr玻璃的制備方法同實(shí)施例1，測(cè)試結(jié)果顯示玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg為302℃，玻璃的析晶起始溫度Tx為404℃；顯微硬度為116kg/mm2；短波吸收限波長(zhǎng)為580nm，長(zhǎng)波截至波長(zhǎng)為15.8μm，透光性能可參考圖4。
權(quán)利要求
1.一種全波段光窗玻璃材料，其特征在于其化學(xué)組成式為(100-x-y)GeSe2-xGa2Se3-yCsI(Br)，其中，5≤x≤30，15≤y≤45。
2.一種全波段光窗玻璃材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)選用單質(zhì)Ge、Ga、Se和化合物CsI或CsBr為原料按化學(xué)組成式混合配制玻璃混合料；(2)將由步驟(1)所得玻璃混合料裝入石英安瓿中，抽真空，用火焰封接石英安瓿；(3)將由步驟(2)所得封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，緩慢升溫至850～900℃，保溫10～15h后取出冷卻，然后在280～340℃保溫1～5h進(jìn)行退火處理。
3.按權(quán)利要求2所述的一種全波段光窗玻璃材料的制備方法，其特征在于單質(zhì)Ge、Ga和Se的純度為≥99.99％，CsI或CsBr的純度為≥99.9％。
4.按權(quán)利要求2或3所述的一種全波段光窗玻璃材料的制備方法，其特征在于所述的石英安瓿為電熔安瓿，采用氫氟酸進(jìn)行脫羥基預(yù)處理。
5.按權(quán)利要求2所述的一種全波段光窗玻璃材料的制備方法，其特征在于抽真空時(shí)石英安瓿內(nèi)真空度≤10-2Pa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全波段光窗玻璃材料及制備方法，屬于光窗玻璃材料領(lǐng)域。光窗玻璃材料的組成為(100－x－y)GeSe
文檔編號(hào)C03B5/00GK1821134SQ20061002470
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者楊志勇, 陳瑋, 羅瀾 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所