专利名称：一种稀土掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种稀土离子掺杂的微晶玻璃，特别地，涉及一种稀土掺杂的 氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。
背景技术：
玻璃陶瓷是一类在微结构和相组成上与传统的玻璃和陶瓷不同的一类新型 复相材料，调整其玻璃基质和晶相组成就可以改变材料的机械、热学、电学或 光学性能。特别地，氧氟玻璃陶瓷不仅有效地结合了玻璃和陶瓷的优点，且在 组成、结构与性能上具有更强的可设计性，同时还兼有氧化物在结构上的稳定 性和氟化物低的声子能量及稀土离子可溶性，在光纤通信、固体激光器和三维 立体显示等领域已被证明有着广阔的应用前景，引起人们对稀土掺杂氧氟玻璃陶瓷极大兴趣。自从1993年Wang和Ohwaki(参见Y Wang, J. Ohwaki. Appl. Phys. Lett.， 63(1993)3268)首次制得稀土掺杂透明氧氟微晶玻璃以来，该类材料的制 备和发光特性研究已成为国际上稀土发光领域的研究热点之一。但目前主要集 中在铝硅酸盐玻璃体系，其熔制温度相对较高，均在1450。C左右，而其他硅酸盐玻璃体系研究较少。发明内容本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种稀土离子掺杂的氧氟硼 硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。该氧氟硼硅酸盐微晶玻璃不仅具有良好的化学 稳定性和机械性能，而且具有良好的上转换发光性能。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃，它主要由摩尔百分比组成为 40"60X的SiO2、 5—30%的8203、 5-25^的Na20、 2—20%的YF3和0.05-5%的 ReF3的组成；其中，Re为三价稀土离子Ef3+,Yb3+， Nd3+， Eu3+， Tb3+， Ho3+，Tm^中的一种或几种的组合。该稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤(1 )按玻璃摩尔百分比组成为40-60%的Si02、 5-30%的B203、 5-25%的Na20、 2-20%的YF3和0.05-5%的ReF3准确称量各种原料，其中Re为三价稀土离子 Er3+,Yb3+， Nd3+， Eu3+， Tb3+， Ho3+， Trn^中的一种或几种的组合，并进行充分 混合，倒入刚玉坩锅或铂金坩锅中熔化，熔:f七温度为1200-1350°C，保温0.5-2 小时后将玻璃熔体倒入预热的模具中，置入马弗炉中退火至室温，得到玻璃样1=1叩o -(2)对玻璃样品进行差热分析得到玻璃的第一析晶温度，并在该第一析晶温度 附近进行热处理0.5-12小时，自然降温至室温，得到透明的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃。本发明有益的效果是本发明的稀土掺杂透明氧氟硼硅酸盐玻璃陶瓷有效 地降低了玻璃熔制温度，同时保持了良好的化学稳定性和机械性能；由于YF3 的存在，稀土离子可以进行高浓度掺杂；微晶YF3和YOF的声子能量较低而具有较高的上转换发光效率。
具体实施方式
本发明的稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃，由摩尔百分比为40~60 %的Si02、 5-30%的B203、 5—25%的Na20、 2—20%的YF3、 0.05—5%的ReF3组成。其中Re为三价稀土离子E,，Yb3、 Nd3+， Eu3+， Tb3+， Ho3+， Tm"中的一种或一种以上。本发明的稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃的制备方法，具体包括以 下步骤(1) 按微晶玻璃摩尔百分组成Si02: 40~60， B203: 5-30， Na20: 5-25， YF3: 2-20， ReF3: 0.05-5准确称量各种原料，其中Re为三价稀土离子Er3+, Yb3+， Nd3+， Eu3+， Tb3+， Ho3+， Tm"中的一种或一种以上，并进行充分混合，倒入刚 玉坩锅或铂金坩锅中，，熔化温度在1100-1350°C，保温0.5-2小时后将玻璃熔 体倒入预热的模具中，置入马弗炉中退火至室温，得到玻璃样品；(2) 对玻璃样品进行差热分析得到玻璃的第一析晶温度，并在其附近进行热处 理0.5-12小时，自然降温至室温，得到透明的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃。实施例1:按摩尔百分比组成60Si02-15B203-14. 5Na20-6YF3-0. 5ErF3准确称取分析纯的 SiO:,〗、Na2C(V和YF3以及光谱纯(99.99%)的ErF3，充分混合均匀后倒入 铂金坩锅或刚玉坩锅中，在1300 T的电炉中保温40分钟，将熔融的玻璃液迅 速倒入预热的模具上，等玻璃成型后转移到退火炉，在50(TC退火2小时后随炉 降温。将退火后的玻璃样品在620。C热处理2小时，得到透明微晶玻璃。经X— 射线粉末衍射测试并对照PDF卡片，晶相为YOF。在980nm激光泵浦下可观察到 明显的绿色和红色上转换发光，与未热处理前绿光的强度提高了 100倍。 实施例2按摩尔百分比组成58Si02-15B203-14. 5Na20-6YF3-0. 5ErF3-2YbF3准确称取分 析纯的Si02、 H3B03、 Na2C03和YF3以及光谱纯(99.99%)的ErF3和YbF"充分混 合均匀后倒入铂金坩锅或刚玉坩锅中，在1300 °C的电炉中保温40分钟，将熔 融的玻璃液迅速倒入预热的模具上，等玻璃成型后转移到退火炉在500°C退火2 小时后随炉降温。将退火后的玻璃样品在620。C热处理2小时，得到透明微晶玻 璃。经X—射线粉末衍射测试并对照PDF卡片，晶相为YOF。在980nm激光泵浦 下可观察到很强的绿色和红色上转换发光，与未热处理前绿光的强度提高了 200 倍以上，这是由于Yb"离子对980nm很强的吸收并与E +之间存在着能量传递。 实施例3:按摩尔百分比组成73Si02-15B203-5. 5Na20-6YF3-0. 5ErF3准确称取分析纯的 Si02、 H:iB03、 Na2C0j[] YF:,以及光谱纯(99.99%)的ErF3，充分混合均匀后倒入 铂金坩锅或刚玉坩锅中，在130(TC的电炉中保温40分钟，将熔融的玻璃液迅 速倒入预热的模具上，等玻璃成型后转移到退火炉在500°C退火2小时后随炉降 温。将退火后的玻璃样品在635T热处理2小时，得到透明微晶玻璃。经X—射 线粉末衍射测试并对照PDF卡片，晶相为YF3。在980nm激光泵浦下可观察到明 显的绿色和红色上转换发光，与未热处理前绿光的强度提高了 150倍。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发 明的保护范围。
权利要求
1.一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃，其特征在于，它主要由摩尔百分比组成为40-60％的SiO2、5-30％的B2O3、5-25％的Na2O、2-20％的YF3和0.05-5％的ReF3的组成。其中，Re为三价稀土离子Er3+，Yb3+，Nd3+，Eu3+，Tb3+，Ho3+，Tm3+中的一种或几种的组合。
2. —种权利要求书1所述的稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃的制备方 法，其特征在于，包括以下步骤(1 )按玻璃摩尔百分比组成为40-60%的Si02、 5-30%的B203、 5-25%的Na20、 2-20%的YF3和0.05-5%的ReF3称量各种原料，其中Re为三价稀土离子Er3+, Yb3+， Nd3+， Eu3+， Tb3+， Ho3+， 丁1113+中的一种或几种的组合，并进行充分混合， 倒入刚玉坩锅或铂金坩锅中熔化，熔化温度为1200-1350°C，保温0.5-2小时后 将玻璃熔体倒入预热的模具中，置入马弗炉中退火至室温，得到玻璃样品。(2)对玻璃样品进行差热分析得到玻璃的第一析晶温度，并在该第一析晶温度 附近进行热处理0.5-12小时，自然降温至室温，得到氧氟硼硅酸盐微晶玻璃。
全文摘要
本发明公开了一种稀土离子掺杂的氧氟硼硅酸盐微晶玻璃及其制备方法。其摩尔百分比组成为SiO<sub>2</sub>40-60，B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>5-30，Na<sub>2</sub>O5-25，YF<sub>3</sub>2-20，ReF<sub>3</sub>0.05-5，其中Re为三价稀土离子Er<sup>3+</sup>，Yb<sup>3+</sup>，Nd<sup>3+</sup>，Eu<sup>3+</sup>，Tb<sup>3+</sup>，Ho<sup>3+</sup>，Tm<sup>3+</sup>中的一种或几种的组合；该微晶玻璃呈透明状，物理化学性能优良，可用于激光增益介质、光放大材料和发光显示材料等。
文档编号C03C10/16GK101265029SQ200810060989
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者徐时清, 王宝玲, 王焕平, 赵士龙, 邓德刚, 飞 郑, 鞠海东 申请人:中国计量学院