一种高折射率中红外光学玻璃及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高折射率中红外光学玻璃及其制备方法，该玻璃以Bi2O3为主要成分已Ga2O3、GeO2和BiCl3为必要成分，该玻璃不含铅、镉等毒害成分，化学稳定性好，机械强度较高，折射率大于2.0，透过范围0.4～6.5μm，制备工艺简单，非常适合2～5μm中波红外领域的应用。
【专利说明】一种高折射率中红外光学玻璃及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学材料【技术领域】，具体说是一种高折射率中红外光学玻璃及其制备方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]红外材料，特别是在2~5μπι中波红外波段高透明的光学材料，在民用和军用领域，例如在环境监测、化学生物遥感、红外对抗(IRCM)、红外制导、红外侦查、高能激光武器、火焰气体探测器、空间通信等多个领域有十分重要的应用。具有高折射率的红外光学玻璃，对简化光学系统、提高成像质量等方面更具有独特的意义。
[0004]目前已经有很多高折射玻璃相关的专利以及销售产品，但是其应用波长主要在可见光范围，主要用于眼镜、定向反光、光通信、数码相机等方面，不适合于红外波段范围的应用。例如，专利0附24485认公开了一种以高折射率玻璃，其折射率大于1.88，但是由于其组份中含有SiO2和B2O3，其红外透过玻璃低于3Mm，不适合用于中红外领域。美国专利USP-3293051公开了一种高折射率玻璃，其折射率高于2.1，但是玻璃组份中含有铅，在制备过程中容易引起铅污染和铅中毒，不利于环保。专利CN86106629A公开了一种高折射率玻璃，其主要组份为TiO2，玻璃折射率介于2.1~2.5，但由于组份中含有氧化硼和氧化硅，也不适用于红外波段的应用。专利CN101323502公开了一种无铅低熔点高折射率玻璃，其主要组份为Bi2O3，折射率大于2.0，但其组份中B2O3含量为10~50mol%，SiO2含量O~15mol%,同样不适合用于中红外波段。
[0005]现有的在红外波段高折射率玻璃主要采用硫系玻璃如As-S系列、As-Se系列等。但是硫系玻璃制备条件比较复`杂，玻璃的熔点和使用温度低，机械强度差，而且在可见光范围透过率低，制备成本高，不能完全满足实际使用的要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种高折射率中红外光学玻璃及其制备方法。该玻璃不含铅、镉等毒害成分，化学稳定性好，机械强度较高，折射率大于
2.0,透过范围0.4~6.5Mm,制备工艺简单,非常适合2~5 μ m中波红外领域的应用。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种高折射率中红外光学玻璃，其组成及摩尔份数如下:
组成mo 1份数
Bi2O340^70
Ga2O35 ~20
La2O3O ~15
GeO25 ~20
Nb205+Ta205(Tl OSb2O30-5
Ba0+Ti02+Zr020-20
BiCl30.5~5
CeO20 ~I
上述高折射率中红外光学玻璃的制备方法，包括如下步骤:
(1)、选定玻璃的配方，按化学计量比称量各原料；充分研磨后混合均匀，得混合料；
(2)、将步骤(1)研磨好的混合料放入刚玉或者钼金坩埚中，置于温度为100(Tl30(rC的硅碳棒电炉中进行熔融；
(3)、当混合料熔融后，降温至900~1200°C，通入高纯氧气并搅拌15~30min；
(4)、停止搅拌，并停止通气，在950~1250°C温度下进行澄清和均化60~120min；
(5)、均化后的玻璃液降温至800~1000°C，然后将玻璃液倒入预热的模具中进行成`型；
(6)、待模具中的玻璃液变硬后迅速将其送入到事先已升至该玻璃转变温度附近的马弗炉中退火，保温2小时后，以10~20°C /小时的速率降温至室温，即得高折射率中红外光学玻璃。
[0008]该玻璃Bi203、Ga203、Ge02和BiCl3为必要成分，其中，Bi2O3是本发明玻璃的主要成分，Bi2O3本身是玻璃形成体，`其声子能量较低，具有良好的中波红外透过能力，而且折射率较高；通过添加Ga2O3和GeO2,可以进一步改善玻璃的形成能力，但是过多的Ga2O3和GeO2 —方面降低玻璃的折射率，同时由于这两种成分的价格均比较昂贵，过多的含量会导致玻璃成本的增加。BiCl3S的引入是为了降低玻璃中的OF离子，在玻璃熔制过程中通过CF离子与0H_离子化学反应，生成可挥发的HCl，从而有效避免0H_离子在2.8~3.2微米红外波长的吸收，提高玻璃中红外透过性能，本发明玻璃中，BiCl3的mol含量为0.5%时即可起到一定的效果，当BiCl3含量过多时，过多的卤素含量会降低玻璃的化学稳定性，本发明中BiCl3 的 mol 含量选定为 0.5 ~5%。La2O3' Nb2O5' Ta2O5' Sb2O3> BaO、Ti02、ZrO2, CeO2 均为玻璃的调节组份，这些大原子量组份的引入，一方面提高玻璃的折射率，同时调节玻璃的形成能力，改善玻璃的抗失透性；此外，CeO2还作为氧化剂引入，提供氧化气氛，防止Bi2O3被还原。
[0009]本发明具有以下突出的有益效果:
1、玻璃的热特征温度差(Tx-Tg)介于120~168°C，抗析晶能力强，在光纤拉制过程中不易析晶；
2、玻璃红外透过范围0.4~6.5Mm，透过率约为78%，红外波段透过曲线平坦；
3、折射率大于2.0 ；
4、化学稳定性好；
5、不含铅、镉等对环境和人体毒害元素。
[0010]鉴于上述优点，本发明高折射率中红外光学玻璃适合于中波红外光学元器件如光纤、透镜、棱镜、传输窗口等方面的应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明高折射率中红外光学玻璃的红外透过曲线图；图2为本发明高折射率中红外光学玻璃的DTA图；
图3为本发明高折射率中红外光学玻璃的折射率曲线图。
[0012]
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:
本发明高折射率中红外光学玻璃的7个具体实施例的组份及性能如表1所示:
【权利要求】
1.一种高折射率中红外光学玻璃，其特征在于该光学玻璃组成及摩尔份数如下: 组成mo 1份数 Bi2O340^70 Ga2O35 ~20 La2O3O ~15 GeO25 ~20 Nb205+Ta205(Tl O Sb2O30-5 Ba0+Ti02+Zr020-20 BiCl30.5~5 CeO2O ~I ο
2.权利要求1所述的高折射率中红外光学玻璃的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)、按上述光学玻璃的配方称量各原料；充分研磨后混合均匀，得混合料；· (2)、将步骤(1)研磨好的混合料放入刚玉或者钼金坩埚中，置于温度为100(Tl30(rC的硅碳棒电炉中进行熔融； (3)、当混合料熔融后，降温至900~1200°C，通入高纯氧气并搅拌15~30min； (4)、停止搅拌，并停止通气，在950~1250°C温度下进行澄清和均化60~120min； (5)、均化后的玻璃液降温至800~1000°C，然后将玻璃液倒入预热的模具中进行成型； (6)、待模具中的玻璃液变硬后迅速将其送入到事先已升至该玻璃转变温度附近的马弗炉中退火，保温2小时后，以10~20°C /小时的速率降温至室温，即得高折射率中红外光学玻璃。
【文档编号】C03C3/253GK103848570SQ201410115978
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】汪国年, 季平 申请人:南京信息工程大学