摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紅外光學(xué)材料，特別是涉及一種Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外光學(xué)玻璃是具有紅外透過性能的特種玻璃材料，不僅具有優(yōu)良的紅外透過性能，同時具有光學(xué)均勻性好、制造成本低廉、易于加工成大尺寸或復(fù)雜形狀制品，一直以來都是紅外材料研究應(yīng)用的重點(diǎn)之一。目前實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的紅外玻璃材料包括鋁酸鹽、鍺鎵酸鹽、重金屬氟化物以及硫?qū)倩锊ＡУ?。鋁酸鹽玻璃是以A1203和CaO為主要成分的紅外玻璃，具有優(yōu)良的多光譜透過性能，從可見到中紅外(0.4?6μπι)具有很好的透過率，同時制作成本低廉，是制造近中紅外透過窗口、頭罩的理想材料。
[0003]玻璃材料普遍存在脆性大、硬度低、機(jī)械性能差等缺點(diǎn)，作為直接接觸外界環(huán)境的光學(xué)窗口材料，應(yīng)用受到很大限制。國內(nèi)外研究表明，對玻璃材料進(jìn)行微晶化處理可制得玻璃陶瓷材料(又名微晶玻璃)，可以顯著提高材料的機(jī)械性能和熱力學(xué)性能，從而改善材料對高溫、高壓、沖蝕等環(huán)境的適應(yīng)性。
[0004]目前，國內(nèi)外已報道了硫鹵系玻璃陶瓷、重金屬氟(氧)化物玻璃陶瓷和鍺鎵酸鹽玻璃陶瓷等紅外玻璃陶瓷及其制備方法，上述材料多采用價格昂貴的鍺、鎵等原料，同時還涉及重金屬以及F、C1等有毒成分，除此之外，受到制備技術(shù)所限，制作成本較高、硬度低、化學(xué)穩(wěn)定性差，不宜用作窗口材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于，提供一種Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是使其在0.4?5 μπι具有良好透過性能，同時具有較高的軟化溫度和表面硬度，以滿足制作大尺寸紅外透過窗口的需求，從而更加適于實(shí)用。
[0006]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的打02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷各組份的重量百分比為:A1 203:35% -50%, CaO:30% -40%, R:10% -20%, Μ:7% -15%, Ti02:3% -6% ;其中，R 為 BaO、SrO、MgO 中的一種或多種；M為Na20和/或K20。
[0007]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0008]優(yōu)選的，前述的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷，其中所述的各組分重量百分比為:A1203:35% -40%, CaO:30% -40%, R:10% -15%,M:9% -10%, Ti02:3% -6% ;其中，R為BaO、SrO、MgO中的一種或多種，Μ為Na20和/或K20。
[0009]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的打02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷的制備方法包括:
[0010](1)稱取原料，將原料進(jìn)行熔化，熔化溫度1450?1550 °C，熔化時間8?16小時，冷卻，得到玻璃熟料；所述的原料的組成為:A1203:35% -50%, CaO:30% -40%, R:10% -20%, Μ:7% -15%, Ti02:3% _6%，其中，R 為 BaO、SrO、MgO 中的一種或多種；M 為Na20 和 / 或 K20 ；
[0011](2)將上述玻璃熟料粉碎，將粉碎后的熟料進(jìn)行真空熔化，熔化溫度1500?1600°C，真空度1.0X10 3?1.0X10 2Pa，玻璃熔化后，經(jīng)澄清、成型、退火、冷卻，得到Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃；
[0012](3)將上述玻璃在轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上50°C溫度下保溫，進(jìn)行核化處理，然后升溫至玻璃的析晶開始溫度(Τχ)0.5?3小時，晶化處理后降溫至玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，保溫退火2?3小時后自然冷卻，得到1102摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷。
[0013]本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
[0014]優(yōu)選的，前述的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷的制備方法，其中所述的步驟(2)中所述的玻璃熟料粉碎顆粒的大小為5?10mm ;步驟(3)所述的玻璃在轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上50°C溫度下保溫4?16小時；步驟(3)所述上述玻璃在在轉(zhuǎn)變溫度(Tg)以上50°C溫度下保溫后的升溫速率為0.5?1°C /分鐘；步驟(3)所述的上述晶化處理后降溫速率為0.8?1°C /分鐘。
[0015]優(yōu)選的，前述的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷的制備方法，對步驟(2)中的玻璃進(jìn)行DSC熱分析，測試玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg、析晶開始溫度Tx。
[0016]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷及其制備方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0017](1)本發(fā)明獲得的1102摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷在可見光區(qū)和近中紅外波段具有優(yōu)良的光譜透過性能。
[0018](2)本發(fā)明獲得的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷具有良好的機(jī)械性能，實(shí)驗(yàn)證明，玻璃熱處理后，玻璃硬度顯著提高。
[0019](3)本發(fā)明獲得的1102摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷的制備方法采用玻璃制品先成形，然后進(jìn)行熱處理制得玻璃陶瓷，適宜于進(jìn)行球罩等異形復(fù)雜形狀紅外窗口的制作。
[0020](4)本發(fā)明獲得的1102摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷不含稀土、鍺、鎵等貴金屬，原料成本低；制備過程中不涉及含氟、氯、硫、鉛等有毒成分，環(huán)保安全性好。
[0021]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0022]圖1是實(shí)施例1、2中玻璃的DSC曲線；
[0023]圖2是實(shí)施例1中Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷與基質(zhì)玻璃的X射線衍射圖譜；
[0024]圖3是實(shí)施例2所獲得的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷與基質(zhì)玻璃的紅外透過譜線(樣品厚度5_)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷及其制備方法其【具體實(shí)施方式】、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個實(shí)施例中的特定特征、或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
[0026]實(shí)施例1:
[0027]按下述組成配比稱量和混合制成招酸鹽玻璃配合料10kg(wt% ):40% Al203、36%CaO、7 % BaO、4% MgO、8 % Na20、5 % Ti02，配合料在硅鉬棒電爐中用鉑銠合金坩禍進(jìn)行熔化，熔化溫度1450°C，熔化時間16小時，熔化后將玻璃液澆注在預(yù)熱的鑄鐵模具中冷卻得到1102摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃熟料。
[0028]將粉碎為5?10mm大小顆粒的熟料置入鉑銠合金坩禍中，在真空感應(yīng)熔化爐中進(jìn)行熔化，熔化溫度1500°C，最高真空度1.0X10 3Pa。完全熔化后經(jīng)澄清1?2小時后，將玻璃液澆注在預(yù)熱的鑄鐵模具中，成型后迅速轉(zhuǎn)入電爐中進(jìn)行退火，冷卻后得到無色透明的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃。對玻璃進(jìn)行DSC熱分析等測試，玻璃的DSC曲線如圖1所示，玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg為736 °C、軟化溫度為796 °C、析晶開始溫度Tx為861°C、維氏硬度為7.57GPa，紅外4.0 μ m波段5mm樣品透過率大于80 %。
[0029]將上述步驟得到的Ti02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃在電爐中進(jìn)行核化和晶化處理。玻璃樣品在790°C溫度下核化處理12小時，然后以1°C /分鐘速率升溫至860°C晶化處理3小時，晶化處理后以1°C /分鐘速率降溫至736°C保溫退火3小時后關(guān)爐，自然冷卻至室溫得到打02摻雜透紅外鋁酸鹽玻璃陶瓷。圖2為玻璃的X射線衍射圖譜，可以看出玻璃經(jīng)晶化處理后出現(xiàn)明顯的晶體衍射峰，表明玻璃中發(fā)生了微晶化，形成了玻璃陶瓷材料。經(jīng)測試，玻璃陶瓷材料軟化溫度為843.4°C、維氏硬度為8.30GPa，紅外4.0 μπι波段5mm樣品透過率大于75%。
[0030]實(shí)施例2:
[0031]按下述組成配比稱量和混合制成鋁酸鹽玻璃配合料10kg(wt% ):45% Al203、30%CaO,6% BaO,6% Mg0U0% Na20、3% Ti02