镧火石LaF3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及一种主要用于航天空间星载星敏感器光学系统的镧火石LaF3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。

背景技术：

航天空间星载光学星敏感器在空间航天飞行器的精确姿态信息获取与姿态控制方面发挥着关键作用。光学星敏感器通过光学系统凝视将星空成像在探测器上，光学系统成像质量需要满足空间航天飞行器长期在轨、姿态测量高精度需求。

对于中高轨道卫星，需要有一种能够适合中高轨道10年以上甚至满足25年寿命需求的星敏感器光学系统。由于太空空间环境中，高能量射线与粒子的空间辐射效应长期累积将导致普通牌号光学玻璃设计构成的星敏感器等类似的透射式光学系统透过率快速衰减至不透光，系统成像质量降低甚至无法使用。国内因缺少空间星敏感器光学系统的抗辐照性能革新设计与加固所需的高品质耐辐照光学玻璃材料，之前尚无此类长寿命(空间中高轨道、15至25年使用寿命)光学系统。

国内耐辐照光学玻璃材料品种单一，使得中高轨道、长寿命航天空间载荷透射式光学系统的抗辐照能力设计与星载星敏感器关键性能提升受制于光学系统可选用的光学玻璃材料，因而航天空间星载星敏感器光学系统的设计难度大大增加，制约了我国在中高轨道、长寿命空间光学系统及载荷技术方面的发展。

对火石类光学玻璃，玻璃体系中PbO含量大增加了光学玻璃的熔制技术难度。从玻璃组成考虑，含铅使光学玻璃的短波透过率出现下降，铅含量越高下降越明显；需要通过玻璃组分调整优化及原料纯度、杂质含量和熔炼气氛控制降低材料的紫外吸收，提高短波透过率。在熔制技术方面，为了减少直接熔炼火石类含铅玻璃对贵金属坩埚的侵蚀，含铅玻璃之前大多采用粘土坩埚直接熔制，较难获得高光学等级的光学玻璃产品，特别是光学玻璃中气泡较难彻底消除，气泡度等级较低，成品率低。而且含铅光学玻璃在坩埚中高温熔炼时特别容易挥发和分层，因此采用现有的制备方法难以获得高光学品质的含铅光学玻璃。

技术实现要素：

为了解决目前国内耐辐照光学玻璃材料品种单一及含铅光学玻璃制备困难的技术问题，本发明提供一种镧火石LaF3系列空间耐辐照光学玻璃及其制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种镧火石LaF3系列空间耐辐照光学玻璃，其特征在于：原料成分及质量配比为：13-16％的SiO₂、14-16％的B₂O₃、8-13％的Al₂O₃、39-42％的La₂O₃、11-16％的PbO、1-3％的ZnO、0-2％的CaO、0.5-2.5％的ZrO₂、1-2％的Y₂O₃、0.2-1.5％的CeO₂。

较佳的，SiO₂的质量分数为13.6-15.1％；B₂O₃的质量分数为14.2-15.7％；Al₂O₃的质量分数为9.2-9.9％；La₂O₃的质量分数为39.8-41.2％；PbO的质量分数为13.5-15.2％；ZnO、CaO、Y₂O₃和ZrO₂的质量分数之和为4.3-6.7％。

本发明还提供一种镧火石LaF3系列空间耐辐照光学玻璃的制备方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】按照权利要求1中的原料成分及质量配比准确称量原料并混合均匀；

2】将混合均匀后的原料进行高温熔融、搅拌澄清与均化后得到无气泡和条纹的高温玻璃液；

3】采用漏注法成型大尺寸玻璃毛坯；

4】对玻璃毛坯进行退火后得到镧火石LaF3系列耐辐照光学玻璃。

上述步骤2】包括以下步骤：

2.1】将混合均匀后的原料加热至1250℃预熔化；

2.2】保温2h后，缓慢升温至1380℃并用搅拌器进行恒速提升和高速搅拌；

2.3】澄清均化5～7h后得到无气泡和条纹的玻璃液。

上述步骤2】中还包括折射率调整的步骤：

2.4】取样后加工折射率测试样品；

2.5】测定样品在587.6nm波长处的折射率n_d；

2.6】判断n_d是否在1.7369±0.0003范围内；若是，则继续搅拌提升5h后，执行步骤3】；若否，则执行步骤2.7】；

2.7】若n_d低于1.7366，则按0.53g/kg玻璃液的比例向玻璃液中加入硅酸铅；若n_d高于1.7372，则按0.44g/kg玻璃液的比例向玻璃液中加入硼酸进行折射率调整；

2.8】搅拌均匀并澄清后，返回步骤2.4】。

上述步骤3】包括以下步骤：

3.1】将高温玻璃液在1℃/min的降温速率下冷却至1210℃；

3.2】将冷却后的高温玻璃液缓慢注入至预热到440℃的模具中，进行大尺寸玻璃毛坯成型。

上述步骤4】包括以下步骤：

4.1】将成型的玻璃毛坯脱模后转入已升温至650℃的马弗炉中进行粗退火，保温12～24h后以2℃/h的降温速率降温100℃，再以5℃/h的降温速率冷却至100℃，关闭马弗炉使玻璃样品随炉自然降温至室温后获得粗退火玻璃毛坯；

4.2】将粗退火玻璃毛坯用细粒度高纯石英砂埋置于不锈钢材质的马弗箱体中，然后将马弗箱体置于退火炉中升温至650℃；保温48h后，以0.1～1.0℃/h的降温速率降温100℃，再以2℃/h的降温速率冷却至300℃，然后以4℃/h的降温速率冷却至100℃；关闭退火炉使玻璃样品随炉自然降温至室温后得到镧火石LaF3系列耐辐照光学玻璃。

上述步骤1】中所使用的原料均为粒径在80-100目的特定纯干燥粉料。

上述步骤3.2】中的模具上方设置有盖板。

本发明的有益效果在于：

1、材料的高耐辐照性能。本发明提出的系列耐辐照光学玻璃材料中，如LaF503经受总剂量为1×10⁵rad(Si)γ射线辐照后每厘米厚度上的光密度增量ΔD≤0.11，能够满足空间光学星敏感器光学系统在太空环境中长期耐受高剂量累积辐照，可满足其在空间高轨道、10～25年使用寿命的要求。

2、材料光学性能优异。本发明中的混合粉料经陶瓷坩埚预熔化为熟料、铂金坩埚高温熔融制备系列LaF3耐辐照光学玻璃的方法较易获得无铂金颗粒杂质、光学性能优异的耐辐照光学玻璃材料，其气泡度可达到A0级、条纹度可达A级、光学均匀性可达1类、应力双折射可达1类，同一批次材料的折射率和色散系数的一致性为A级，耐酸性、耐潮性分别为2、1级。

3、通过本发明中特殊的精密退火热处理工艺，能够实现耐辐照光学玻璃材料的折射率n_d精确增值到1.7440±0.0002，并充分消除玻璃材料内的应力，可有效控制耐辐照光学玻璃与LaF3普通牌号光学玻璃具有同等光学常数，两者的折射率差(±2×10^-4)和色散系数差值(±0.3％)可同时控制在0类，应力双折射低可达1类(<2nm/cm)。

4、材料系列化。通过优化调整耐辐照光学玻璃组成和辐照稳定剂含量，实现可见光短波透过率与耐高能射线辐照能力的平衡，兼顾空间光学系统设计对材料耐受不同空间辐射总剂量和短波透过率高低的不同侧重要求，可制备获得具有相近色散性质的LaF303、LaF403、LaF503、LaF603、LaF703等系列耐辐照光学玻璃材料，用以满足高、低轨道等不同耐辐照能力、不同设计寿命的空间投射/折射式光学系统设计和强核辐射环境下防护观测光学窗口的使用要求。

5、本发明的空间耐辐照光学玻璃材料化学性能稳定、适合批量化生产。

附图说明

图1为本发明未辐照样品(LaF303,LaF403,LaF503,LaF603,LaF703,10mm)的内透过率曲线。

图2为不同总剂量(1×10³rad(Si)、1×10⁴rad(Si)、1×10⁵rad(Si)、1×10⁶rad(Si))γ射线分别辐照后LaF503未镀膜样品(Ф20mm×2mm)的透过率光谱曲线。

具体实施方式

研制生产高轨道、长寿命空间光学载荷用LaF3系列耐辐照光学玻璃材料，丰富我国空间耐辐照光学玻璃材料库的玻璃牌号种类，可从根本上解决空间光学系统抗辐射性能加强设计的材料支撑问题，助力我国的深空探测与高轨道卫星导航事业的发展。另外，耐受高辐照剂量的耐辐照光学玻璃材料，也可作为强核辐射环境下的观测光学窗口防护材料或作为系统关重件构成成像光学系统，应用于原子能工业、高能物理与核放射性等重要领域。

为了满足高、低轨道等不同耐辐照性能、不同使用寿命的空间星敏感器光学系统抗辐射性能加强设计和强核辐射环境下防护与成像光学系统对耐辐照光学玻璃材料系列化的使用要求，本发明公开了一类镧火石LaF3系列耐辐照光学玻璃材料及其关键制备工艺方法，通过结合玻璃组分调整、炉前折射率调制和精密退火工艺等关键控制点，可实现精确控制LaF3系列耐辐照光学玻璃材料精退火后587.6nm折射率(n_d)在1.7440±0.0002范围内，阿贝数(υ_d)在44.9±0.13范围内。

镧火石LaF3系列耐辐照光学玻璃材料具体制备方法如下：

(1)按照表1中的成分及配比称取原料并混合均匀。

表1 原料成分及配比(质量百分数)：

各氧化物成份配比之和为100％，根据各氧化物组分的重量百分数称取对应原料混合均匀。

SiO₂、B₂O₃主要作为玻璃网络生成体。其中，SiO₂总含量为13～16％，最优为14～15％(wt)，它可降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、软化温度、耐热性、硬度和机械强度等。B₂O₃总含量为14～16％，最优为14.2-15.7％(wt)，可降低玻璃熔制温度，同时改善玻璃上述性能，但当其含量超过16％时，会增加该种玻璃的析晶倾向，降低玻璃的化学稳定性。

加入ZrO₂、ZnO、CaO和Al₂O₃、Y₂O₃用于调整玻璃的折射率及热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性和机械加工性能。同时，ZrO₂、Al₂O₃、Y₂O₃的加入可改善玻璃的析晶性能，提高玻璃、成玻稳定性、热稳定性和化学稳定性，可有效延长玻璃的料性，防止大尺寸漏注成型的玻璃毛坯在模具中冷却过程中炸裂；又能对玻璃的折射率进行有效调节。但ZrO₂、ZnO和Y₂O₃总含量不宜超过15％，否则会使该种玻璃易于失透，缩小成玻范围，同时会增加玻璃的粘度，使玻璃熔制和成型温度提高，制备更加困难；ZrO₂、CaO、ZnO和Y₂O₃的总和最优为4.3～6.7％(wt)。网络中间体氧化物Al₂O₃最优为9.2～9.9％(wt)。

引入PbO可显著提高玻璃折射率，但色散增加不大；但PbO含量过高时玻璃液高温粘度较小、玻璃容易分层，玻璃中微小气泡较多，不利于玻璃光性参数控制，同时PbO含量过高对刚玉莫来石陶瓷坩埚和铂金坩埚的高温侵蚀性均会增大。兼顾镧火石玻璃的折射率与色散参数的设计调制，该种玻璃中PbO含量不宜超过16％，最优为13.5～15.2％(wt)。

(2)将混合均匀的粉料分次加入刚玉莫来石陶瓷坩埚中，1250℃将混合粉料预熔化，保温2h后，放入1350℃铂金坩埚中，缓慢升温控制铂金坩埚中玻璃熔制温度在1380℃左右，并用铂金叶浆搅拌器进行恒速提升和高速搅拌，使玻璃液搅拌均匀；澄清开始2h后，用取样勺进行炉前取样，冷却后加工角度为90°±1′的直角折射率测试样品，测定样品在587.6nm波长处的折射率n_d；炉前取样折射率n_d控制在1.7369±0.0003范围内，若n_d偏低，向玻璃液中加入硅酸铅(0.53g/kg玻璃液)可将折射率调高0.0001；若n_d偏高，向玻璃液中加入硼酸(0.44g/kg玻璃液)将折射率调低0.0001；n_d达到预定目标值后，继续澄清消除气泡，取样无气泡后进一步搅拌均化，消除玻璃因不均匀产生的条纹。

(3)待玻璃液澄清消除气泡并充分搅拌均匀后，将高温玻璃液缓慢降温(-1℃/min)到1210℃，经由铂金坩埚底部细长漏料嘴缓慢注入到已经预热到440℃的铜模具中，进行大尺寸玻璃毛坯成型。

(4)将成型的玻璃脱模后快速转入已升温到退火温度650℃的马弗炉中进行粗退火：650℃保温12～24h，先以-2℃/h的降温速率降温100℃，再以-5℃/h的降温速率冷却至100℃附近，关闭马弗炉电源，使玻璃样品随炉自然降温至室温，取出玻璃毛坯。

(5)将粗退火玻璃毛坯用高纯细粒度石英砂埋置于不锈钢材质马弗箱体中部，四周均用石英砂填充满，放置玻璃毛坯的马弗箱体加盖，用耐火三脚架隔开后放置于精退火炉中，进行精密退火折射率增值和消除应力处理：650℃保温48h，先以-(0.1～1.0)℃/h的降温速率降温100℃，再分别以-2℃/h、-4℃/h的降温速率冷却至300℃、100℃，关闭精退火炉电源，使玻璃样品随炉自然降温至室温。

其中第(2)、(3)、(5)步骤的实际操作较为关键，混合粉料经刚玉莫来石坩埚预熔化为玻璃态后再转入到铂金坩埚中澄清均化，可有效减少PbO组分高温下对铂金坩埚的侵蚀，避免带入铂金颗粒进入玻璃中；硅碳棒电熔炉加热高温熔融玻璃过程中，采用铂金叶浆搅拌器进行提升搅拌，在一个坩埚内先后实现对高温玻璃液的澄清、均化工序，高温玻璃液搅拌均匀后通过炉前折射率取样及外加高/低折射率组分调整坩埚中玻璃的折射率，精确控制n_d达到预定目标值1.7369±0.0003，是后续经过精密退火处理使玻璃n_d数值调制为1.7440±0.0002的前提保障。玻璃成型时高温玻璃液经由坩埚底部的细长漏料嘴缓慢注入到已经预热好的铜模具中；浇注开始后模具底部通气冷却，防止玻璃浇注过程中与铜模具粘在一起造成脱模困难；模具上方加盖不锈钢盖板，防止成型玻璃表面冷却过快周边炸裂。

按照国标《GB/T 7962.12—2010无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透射比》，使用紫外-可见光-近红外分光光度计对耐辐照光学玻璃样品的透过率进行测量，获得1cm厚样品的内透过率曲线。按照国标《GB/T 7962.1—2010无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数》测试获得样品在587.6nm、486.1nm、656.3nm波长处的折射率n_d、n_F、n_C，由计算得到阿贝数υ_d。按照GB/T 7962分别对耐辐照光学玻璃样品的光学均匀性、应力双折射、条纹度、气泡度、耐酸性、耐潮性进行测试，根据《GB 903-87无色光学玻璃》判定相关性能的等级：

GB/T7962.2-2010 无色光学玻璃测试方法第2部分：光学均匀性斐索平面干涉法；

GB/T7962.5-2010 无色光学玻璃测试方法第5部分：应力双折射；

GB/T 7962.7-1987 无色光学玻璃测试方法条纹度测试方法；

GB/T7962.8-2010 无色光学玻璃测试方法第8部分：气泡度；

GB/T7962.8-2010 无色光学玻璃测试方法第14部分：耐酸稳定性；

GB/T7962.8-2010 无色光学玻璃测试方法第15部分：耐潮稳定性。

⁶⁰Coγ射线电离辐照总剂量试验过程简述如下：

1)依照《硫酸亚铁剂量计标准》(GB139-89)对辐照使用的Co-60γ射线源进行剂量场的标定；

2)对样品进行标记和辐照前检查，测试试样辐照前的透过率曲线；

3)依照标定找到给定的剂量率线，将样品的轴线放置在该剂量率线上，对样品按照给定的剂量率进行辐照试验。

4)依照辐照剂量＝辐照剂量率×辐照时间，确定试验总剂量对应辐照时间；

5)辐照剂量(或时间)进行累计，在样品辐照剂量达到试验计划总剂量或剂量点时，取出样品立即用分光光度计测试辐照后的透过率曲线。

6)辐照试验剂量率：5×10³rad(Si)/h，总剂量分别达到：1×10³rad(Si)、1×10⁴rad(Si)、1×10⁵rad(Si)、1×10⁶rad(Si)、1×10⁷rad(Si)。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案及测试结果进行详细说明：

表1 具体实施例中各成分的组成及相应样品的光学性能

实施例一：

按表2配方1^#中的玻璃组成重量百分比，称取原料在塑料混料箱中混合均匀。将所配的粉料依次加入刚玉莫来石陶瓷坩埚中1250℃进行预熔化，保温后放入1350℃的铂金坩埚中，通过碳化硅电熔炉加热熔融，玻璃熔制温度控制在1380℃左右，熔制时间为5～7h，在熔制过程中使用铂金叶浆搅拌器对玻璃液进行搅拌均化。高温玻璃液搅拌均匀后，通过炉前折射率调制，精确控制n_d达到预定目标值1.7369。继续澄清消除气泡并充分搅拌均匀后，将高温玻璃液缓慢降温至1210℃左右，通过坩埚底部漏料嘴注入到已经预热到400℃的铜模具中进行玻璃毛坯成型，并快速将成型玻璃样品脱模后放入已升温到650℃退火温度的马弗炉中进行粗退火：保温12～24h后，先以-2℃/h的降温速率降温100℃，再以-5℃/h的降温速率冷却至室温。将粗退火玻璃毛坯进行精密退火处理：用高纯石英砂埋置在不锈钢材质马弗箱体中，在精退火炉中，保温48h，先以-0.2℃/h的降温速率降温100℃，再分别以-2℃/h、-4℃/h的降温速率冷却至300℃、100℃附近，关闭电源使玻璃样品随炉自然降温至室温。

取精密退火后的样品，加工一个折射率测试直角样品，按照国标《GB/T7962.1—2010无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数测试方法》测试获得LaF303样品在587.6nm、486.1nm、656.3nm波长处的折射率n_d、n_F、n_C，其中n_d为1.7439，精密退火后折射率增值0.0070；计算得到其阿贝数υ_d为45.00。

将退火后的样品加工成厚度分别为5mm±0.05mm和15mm±0.05mm的两通光面抛光的样品，按照国标《GB/T 7962.12—2010无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透射比》，使用紫外—可见光—近红外分光光度计对样品的透过率进行测量，获得厚度为10mm样品的内透过率曲线，LaF303材料在470nm波长的内透过率τ₄₇₀为97.0％；按照GB/T 7962分别对耐辐照光学玻璃样品的光学均匀性、应力双折射、条纹度、气泡度进行测试，其等级分别为1、1、A、A₀级，耐酸性、耐潮性分别为2级、1级；经1×10³rad(Si)γ射线辐照后，每厘米厚度上对应470nm的光密度增量ΔD为0.06。

实施例二：

按表2配方2^#中的玻璃组成重量百分比，称取原料在塑料混料箱中混合均匀。将所配的粉料依次加入刚玉莫来石陶瓷坩埚中1250℃进行预熔化，保温后放入1350℃的铂金坩埚中，通过碳化硅电熔炉加热熔融，熔制温度控制在1380℃左右，熔制时间为5～7h，在熔制过程中使用铂金叶浆搅拌器对玻璃液进行搅拌。高温玻璃液搅拌均匀后，通过炉前折射率取样及加入高/低折射率组分，精确控制n_d达到预定目标值1.7371。继续澄清消除气泡并充分搅拌均匀后，将高温玻璃液缓慢降温至1210℃左右，通过坩埚底部漏料嘴注入到已经预热到400℃的铜模具中进行玻璃毛坯成型，并快速将成型玻璃样品脱模后放入已升温到650℃退火温度的马弗炉中进行粗退火：保温12～24h后，先以-2℃/h的降温速率降温100℃，再以-5℃/h的降温速率冷却至室温。将粗退火玻璃毛坯进行精密退火处理：用高纯石英砂埋置在不锈钢材质马弗箱体中，在精退火炉中，保温48h，先以-0.5℃/h的降温速率降温100℃，再分别以-2℃/h、-4℃/h的降温速率冷却至300℃、100℃附近，关闭电源使玻璃样品随炉自然降温至室温。

取精密退火后的样品，加工一个折射率测试直角样品，按照国标《GB/T7962.1—2010无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数测试方法》测试获得LaF403样品在587.6nm、486.1nm、656.3nm波长处的折射率n_d、n_F、n_C，其中n_d为1.7442，精密退火后折射率增值0.0071；计算得到其阿贝数υ_d为44.79。

将退火后的样品加工成厚度分别为5mm±0.05mm和15mm±0.05mm的两通光面抛光的样品，按照国标《GB/T 7962.12—2010无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透射比》，使用紫外—可见光—近红外分光光度计对样品的透过率进行测量，获得厚度为10mm样品的内透过率曲线，LaF403材料在470nm波长的内透过率τ₄₇₀为95.6％；按照GB/T 7962分别对耐辐照光学玻璃样品的光学均匀性、应力双折射、条纹度、气泡度进行测试，其等级分别为1、1、A、A₀级，耐酸性、耐潮性分别为2级、1级；经1×10⁴rad(Si)γ射线辐照后，每厘米厚度上对应470nm的光密度增量ΔD为0.08。

实施例三：

按表2配方3^#中的玻璃组成重量百分比，称取原料在塑料混料箱中混合均匀。将所配的粉料依次加入刚玉莫来石陶瓷坩埚中1250℃进行预熔化，保温后放入1350℃的铂金坩埚中，通过碳化硅电熔炉加热熔融，熔制温度控制在1380℃左右，熔制时间为5～7h，在熔制过程中使用铂金叶浆搅拌器对玻璃液进行搅拌。高温玻璃液搅拌均匀后，通过炉前折射率调制，精确控制n_d达到预定目标值1.7370。继续澄清消除气泡并充分搅拌均匀后，将高温玻璃液缓慢降温至1210℃左右，通过坩埚底部漏料嘴注入到已经预热到380℃的铜模具中进行玻璃毛坯成型，并快速将成型玻璃样品脱模后放入已升温到650℃退火温度的马弗炉中进行粗退火：保温12～24h后，先以-2℃/h的降温速率降温100℃，再以-5℃/h的降温速率冷却至室温。将粗退火玻璃毛坯进行精密退火处理：用高纯石英砂埋置在不锈钢材质马弗箱体中，在精退火炉中，保温48h，先以-1.0℃/h的降温速率降温100℃，再分别以-2℃/h、-4℃/h的降温速率冷却至300℃、100℃附近，关闭电源使玻璃样品随炉自然降温至室温。

取精密退火后的样品，加工一个折射率测试直角样品，按照国标《GB/T7962.1—2010无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数测试方法》测试获得LaF503样品在587.6nm、486.1nm、656.3nm波长处的折射率n_d、n_F、n_C，其中n_d为1.7440，精密退火后折射率增值0.0070；计算得到其阿贝数υ_d为44.82。

将退火后的样品加工成厚度分别为5mm±0.05mm和15mm±0.05mm的两通光面抛光的样品，按照国标《GB/T 7962.12—2010无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透射比》，使用紫外—可见光—近红外分光光度计对样品的透过率进行测量，获得厚度为10mm样品的内透过率曲线，LaF503材料在470nm波长的内透过率τ₄₇₀为94.2％；按照GB/T 7962分别对耐辐照光学玻璃样品的光学均匀性、应力双折射、条纹度、气泡度进行测试，其等级分别为1、1、A、A₀级，耐酸性、耐潮性分别为2级、1级；经1×10⁵rad(Si)γ射线辐照后，每厘米厚度上对应470nm的光密度增量ΔD为0.11。

实施例四：

按表2配方4^#中的玻璃组成重量百分比，称取原料在塑料混料箱中混合均匀。将所配的粉料依次加入刚玉莫来石陶瓷坩埚中1250℃进行预熔化，保温后放入1350℃的铂金坩埚中，通过碳化硅电熔炉加热熔融，熔制温度控制在1380℃左右，熔制时间为5～7h，在熔制过程中使用铂金叶浆搅拌器对玻璃液进行搅拌。高温玻璃液搅拌均匀后，通过炉前折射率调制，精确控制n_d达到预定目标值1.7368。继续澄清消除气泡并充分搅拌均匀后，将高温玻璃液缓慢降温至1210℃左右，通过坩埚底部漏料嘴注入到已经预热到390℃的铜模具中进行玻璃毛坯成型，并快速将成型玻璃样品脱模后放入已升温到650℃退火温度的马弗炉中进行粗退火：保温12～24h后，先以-2℃/h的降温速率降温100℃，再以-5℃/h的降温速率冷却至室温。将粗退火玻璃毛坯进行精密退火处理：用高纯石英砂埋置在不锈钢材质马弗箱体中，在精退火炉中，保温48h，先以-0.2℃/h的降温速率降温100℃，再分别以-2℃/h、-4℃/h的降温速率冷却至300℃、100℃附近，关闭电源使玻璃样品随炉自然降温至室温。

取精密退火后的样品，加工一个折射率测试直角样品，按照国标《GB/T7962.1—2010无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数测试方法》测试获得LaF603样品在587.6nm、486.1nm、656.3nm波长处的折射率n_d、n_F、n_C，其中n_d为1.7440，精密退火后折射率增值0.0072；计算得到其阿贝数υ_d为44.93。

将退火后的样品加工成厚度分别为5mm±0.05mm和15mm±0.05mm的两通光面抛光的样品，按照国标《GB/T 7962.12—2010无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透射比》，使用紫外—可见光—近红外分光光度计对样品的透过率进行测量，获得厚度为10mm样品的内透过率曲线，LaF603材料在470nm波长的内透过率τ₄₇₀为89.5％；按照GB/T 7962分别对耐辐照光学玻璃样品的光学均匀性、应力双折射、条纹度、气泡度进行测试，其等级分别为1、1、A、A₀级，耐酸性、耐潮性分别为2级、1级；经1×10⁶rad(Si)γ射线辐照后，每厘米厚度上对应470nm的光密度增量ΔD为0.15。

实施例五：

按表2配方5^#中的玻璃组成重量百分比，称取原料在塑料混料箱中混合均匀。将所配的粉料依次加入刚玉莫来石陶瓷坩埚中1250℃进行预熔化，保温后放入1350℃的铂金坩埚中，通过碳化硅电熔炉加热熔融，熔制温度控制在1380℃左右，熔制时间为5～7h，在熔制过程中使用铂金叶浆搅拌器对玻璃液进行搅拌。高温玻璃液搅拌均匀后，通过炉前折射率调制，精确控制n_d达到预定目标值1.7370。继续澄清消除气泡并充分搅拌均匀后，将高温玻璃液缓慢降温至1210℃左右，通过坩埚底部漏料嘴注入到已经预热到370℃的铜模具中进行玻璃毛坯成型，并快速将成型玻璃样品脱模后放入已升温到650℃退火温度的马弗炉中进行粗退火：保温12～24h后，先以-2℃/h的降温速率降温100℃，再以-5℃/h的降温速率冷却至室温。将粗退火玻璃毛坯进行精密退火处理：用高纯石英砂埋置在不锈钢材质马弗箱体中，在精退火炉中，保温48h，先以-0.5℃/h的降温速率降温100℃，再分别以-2℃/h、-4℃/h的降温速率冷却至300℃、100℃附近，关闭电源使玻璃样品随炉自然降温至室温。

取精密退火后的样品，加工一个折射率测试直角样品，按照国标《GB/T7962.1—2010无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数测试方法》测试获得LaF703样品在587.6nm、486.1nm、656.3nm波长处的折射率n_d、n_F、n_C，其中n_d为1.7441，精密退火后折射率增值0.0071；计算得到其阿贝数υ_d为44.86。

将退火后的样品加工成厚度分别为5mm±0.05mm和15mm±0.05mm的两通光面抛光的样品，按照国标《GB/T 7962.12—2010无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透射比》，使用紫外—可见光—近红外分光光度计对样品的透过率进行测量，获得厚度为10mm样品的内透过率曲线，LaF703材料在470nm波长的内透过率τ₄₇₀为84.8％；按照GB/T 7962分别对耐辐照光学玻璃样品的光学均匀性、应力双折射、条纹度、气泡度进行测试，其等级分别为1、1、A、A₀级，耐酸性、耐潮性分别为2级、1级；经1×10⁷rad(Si)γ射线辐照后，每厘米厚度上对应470nm的光密度增量ΔD为0.18。

选取可满足空间高轨道、15至25年使用寿命要求的空间光学星敏感器光学系统设计中以采用的LaF503耐辐照光学玻璃，材料的内透过率曲线如图1所示，LaF503玻璃材料在470nm波长的内透过率τ₄₇₀为94.2％。LaF503玻璃材料经过总剂量分别为1×10³rad(Si)、1×10⁴rad(Si)、1×10⁵rad(Si)、1×10⁶rad(Si)的γ射线辐照后的透过率曲线如图2所示，与未辐照的LaF503玻璃材料相比，每厘米厚度上对应470nm的光密度增量ΔD分别为0.003、0.011、0.10和0.49。

由以上实施例可以看出，本发明镧火石LaF3系列耐辐照光学玻璃的制备方法为：以高纯石英砂、硼酸、氧化铝、氧化镧和氧化铅为主要组成，添加少量氧化锆、氧化钇和辐照稳定剂氧化铈，通过陶瓷坩埚预熔化原料混合料、铂金坩埚高温熔化澄清与均化，熔制过程中通过外加组分微调精确控制玻璃折射率，用漏料法成型大尺寸玻璃毛坯，再经过精密退火工艺最后实现对玻璃折射率增值的精确控制，获得高光学质量、镧火石LaF3系列耐辐照光学玻璃材料。该方法制备的LaF3系列耐辐照玻璃材料气泡度为A0级，条纹度A级，光学均匀性1类，应力双折射可达1类，同一批次材料的折射率和色散系数的一致性为A级，其中LaF503玻璃材料辐照前(厚度为10mm)在470nm处的内透过率≥94.2％，经受总剂量为1×10⁵rad(Si)γ射线辐照后每厘米厚度上的光密度增量ΔD≤0.11；该玻璃材料能够满足空间光学星敏感器光学系统在空间环境中长期耐受高剂量辐照，可满足空间高轨道、15至25年使用寿命要求。耐辐照光学玻璃的折射率和色散系数与的普通不耐辐照的LaF3牌号光学玻璃的标准的折射率和色散系数差值可控制在0类，两者具有同等光学常数；制备的耐辐照光学玻璃材料化学性能稳定、适用于大批量生产。通过优化调整玻璃组成和辐照稳定剂含量，可获得可见光短波透过率高低可调、具有相同色散性质的系列耐辐照光学玻璃材料，可满足高、低轨道等不同耐辐照性能要求、不同使用寿命的星敏感器设计应用需求。大大丰富我国耐辐照光学玻璃材料牌号，为空间光学系统设计增加更多选择。