專利名稱：一種應(yīng)用于內(nèi)部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃，特別是一種應(yīng)用于內(nèi)部激光著色并形成三維黑色圖案的玻璃。
背景技術(shù)：
激光內(nèi)雕玻璃內(nèi)雕工藝品，圖像精美、逼真、反差明顯、立體感強(qiáng)、經(jīng)久耐磨、具有很高的工藝價值。而激光三維著色內(nèi)雕更使激光內(nèi)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(jīng)光學(xué)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(dāng)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(yīng)而產(chǎn)生局域的著色效應(yīng)。一般而言，納秒級的長脈沖激光產(chǎn)生白色炸裂點，而飛秒激光的短脈沖激光產(chǎn)生由于基體形成色心而產(chǎn)生著色，再進(jìn)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(lán)、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(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，迫切需要開發(fā)一種能應(yīng)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(nèi)容
本發(fā)明者經(jīng)過銳意探索發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光的脈沖寬度為短于50μS(微秒，10-6秒)時，將激光經(jīng)光學(xué)透鏡聚焦后照射到摻雜了Pd離子的玻璃，隨后在玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近進(jìn)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(chǎn)生黑色著色效應(yīng)。
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于內(nèi)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(chǎn)生遷移并團(tuán)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(chǎn)生的著色，可以采用廉價的如調(diào)Q納秒激光系統(tǒng)在無色透明玻璃內(nèi)部實現(xiàn)三維黑色內(nèi)雕。
本發(fā)明的應(yīng)用于內(nèi)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(yīng)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(dǎo)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(cè)位如氧的2p軌道電子。然后在較高溫度下進(jìn)行熱處理。這時由于Pd原子的移動產(chǎn)生團(tuán)聚，形成Pd的膠粒乃至納米顆粒。通過調(diào)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(nèi)部形成黑色，實現(xiàn)黑色著色內(nèi)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(dǎo)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(nèi)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(jìn)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)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(yīng)用本發(fā)明的內(nèi)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(chǎn)生遷移并團(tuán)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(chǎn)生著色，形成黑色的三維內(nèi)雕。進(jìn)一步在形成黑色內(nèi)雕的基礎(chǔ)上，再通過激光照射形成產(chǎn)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(nèi)雕。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于內(nèi)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(yīng)用于內(nèi)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(quán)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(xué)