用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃及其制备方法，该低折射率玻璃由下列氧化物按照摩尔百分比制备而成：70‑85mol.％的SiO2、1‑5mol.％的Al2O3、1‑8mol.％的B2O3、0‑5mol.％的MgO、0‑5mol.％的CaO、0‑5mol.％的Li2O、3‑15mol.％的Na2O、3‑15mol.％的K2O、0‑1mol.％F2、0‑0.2mol.％SnO2。本发明专利技术的玻璃具有以下优点：折射率低，玻璃折射率nD≤1.50，不含对环境有害的重金属氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等，具有合适的熔制温度及与芯料玻璃相匹配的高温粘度，玻璃的析晶温度大于900℃，尤其适用于拉板成型制备光纤面板；此外还具有良好的对可见光辐射透明性，良好的化学稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤面板的生产制造领域，特别涉及一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃及其制备方法。
技术介绍
光纤面板(包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥等)是一种性能优异的光电成像元件，具有结构简单，体积小，重量轻，气密性好，畸变小，斑点少，数值孔径大，传光效率高，级间耦合损失小，传像清晰、真实，分辨率高，在图像传输上具有光学零厚度等特点，能改善边缘像质等特点，它是采用低折射率的皮料玻璃管、高折射率的芯料玻璃棒以及吸收料玻璃利用棒管结合拉制工艺和真空控制生产的光学纤维丝，再将成千上万根微米级的光学纤维丝平行规则排列后，经热熔形成的光学纤维板板段，光学纤维板毛坯板段是经后期滚圆、切割、端面磨抛等冷加工工序加工而成的一种高分辨率的图像传像元件。传统的光纤面板制造方法是将光学纤维丝整齐排列成规则形状装入耐热钢热压模具中，然后利用热压成型炉加热和机械加压的方式制备成光纤面板板段，然后再将光纤面板板段经过后续的滚圆、切割、铣磨、扭转、拉伸等加工工序加工制备成性能要求不同的光纤面板产品。热压成型法制备光纤面板板段的方法加工效率低，使用的辅助工具工装设备复杂繁多，原材辅料(如云母片)耗损严重，生产成本高，生产效率低，制备周期长，制备的光纤面板板段存在剪切、放大率、暗点、分辨率等各种性能指标合格率低的问题。拉板成型法制备光纤面板是利用在低折射率皮料玻璃管中匹配高折射率的芯料玻璃棒结合，在拉丝炉中真空拉制成单丝，单丝排列成一次复合棒，然后将一次复合棒在拉丝炉中真空拉制成一次复丝，一次复丝再排列成二次复合棒，然后将二次复合棒在拉丝炉中真空拉制成二次复丝，二次复丝再排列成拉板成型棒，将拉板成型棒在拉板成型炉中拉制成光纤面板板段。由于拉板成型制备的光纤面板是在真空状态下拉制二次，单元纤维之间不存在错位和杂质混入，所以其剪切性能、暗点质量、网格质量以及分辨率等性能指标都能达到近乎完美的理想状态。拉板成型法制备光纤面板较常规热压成型法具有跨越式的进步，其不需要投入大量价格昂贵设计复杂的热压模具，不需要经过热压成型炉和机械压力设备的加热加压，省去了热压成型模具、机械加压设备、热压成型炉等热压成型的工装设备，省去了价格昂贵的原材辅料(如云母片)的消耗，节约了劳动力和原材料的生产成本，缩短了生产周期，还大大提高了光纤面板剪切、放大率、暗点等性能指标，提高了光纤面板的产品质量，拉板成型法制备光纤面板能一次拉制4～5米长光纤面板，大大提高了光纤面板的生产效率。在中国，光纤面板由于大部分工艺需要依靠手工操作，被认为是劳动密集型、资金密集型的产品，而发达国家劳动力成本较高，原材料采购和加工成本昂贵，导致光纤面板的生产成本是国内同类产品的几倍，使得光纤面板产品价格高，利润低，而光纤面板制备过程中的芯料由于要使用高折射率的玻璃棒料，并随着国际上环保观念的逐渐深入，一些重金属元素氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等逐渐被禁止使用，所以芯料玻璃必须使用稀土氧化物以提高玻璃的折射率，但是近年来随着稀土氧化物的价格的逐渐上涨，使得芯料的制造成本迅速上升，而降低光纤面板皮料玻璃的折射率，不仅可以提高光纤面板的数值孔径，而且能很好的提高光纤面板的性能，同时也可以达到有效降低生产成本的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有低折射率、不含重金属氧化物以及适合用来拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃。本专利技术还提供一种低折射率玻璃的制备方法。本专利技术又提供一种光学元件。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种用于制备光纤面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩尔百分比(mol.％)制备而成：优选的，上述用于制备光纤面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩尔百分比(mol.％)制备而成：更优选的，上述用于制备光纤面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩尔百分比制备而成：其中，所述SiO2+B2O3总量为71-93mol.％，优选SiO2+B2O3为76-86mol.％；所述碱金属氧化物Li2O+Na2O+K2O总量为6-25mol.％，优选Li2O+Na2O+K2O总量为8-23mol.％；所述的玻璃中含有0-1mol.％F2，所述的玻璃还含有0-0.2mol.％的SnO2澄清剂；本专利技术的玻璃不含有对环境有害的重金属氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等。进一步，所述的用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃nD≤1.50；在30-380℃范围的玻璃的平均线热膨胀系数为(75～88)×10-7/℃；玻璃的膨胀软化点温度Tf范围为680-700℃，在粘度107.6泊时的玻璃软化点温度Ts范围为750-780℃，玻璃的析晶温度大于900℃；该玻璃适合用于拉板成型制备光纤面板(包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥等)用的皮料玻璃。本专利技术用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃的制备方法，包括以下步骤：将SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、Li2O、Na2O、K2O、F2、SnO2氧化物原料按玻璃组份混合均匀，将混合料放入铂金坩埚中，然后将铂金坩埚在1500～1600℃温度下熔融6～9小时，待熔融均匀后，将熔融玻璃液拉制成玻璃管，然后进行退火得到用于拉板成型制备光纤面板的环保型低折射率皮料玻璃管。本专利技术还提供一种光学元件，包括光纤面板、光纤倒像器和光纤光锥，还包括按照上述的制备方法制备得到的皮料玻璃管。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1、不含有对环境有害的重金属氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等；2、具有低折射率，nD≤1.50；3、具有与芯料玻璃相匹配的拉板成型高温粘度特性，粘度在η＝107.6泊时温度T≤800℃；4、具有合适的玻璃熔制温度，玻璃的熔制温度T≤1550℃；5、所述玻璃具有良好的耐高温析晶性能，析晶温度T≥930℃；6、所述玻璃具有良好的对可见光辐射透明性，具有良好的耐热性和化学稳定性。附图说明下面结合附图和实施方式对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术实施例提供的光纤面板的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的组成光纤面板的光学纤维内部结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的光学纤维结构示意图。其中，1为光纤面板，2为组成光纤面板的光学纤维，3为皮料玻璃，4为芯料玻璃，5为杂光吸收玻璃拉制而成的杂光吸收丝。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明，但不作为对本专利技术的限定。本专利技术提供一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩尔百分比(mol.％)制备而成：本专利技术中，SiO2是玻璃形成骨架的主体，是玻璃骨架中起主要作用的成分。SiO2含量低于70mol.％，不易获得低折射率的玻璃，同时会降低玻璃的耐化学稳定性；SiO2含量高于85mol.％时，玻璃的高温黏度会增加，造成玻璃熔制温度过高。因此，SiO2的摩尔百分比(mol.％)为70-85，优选SiO275-80mol.％，更优选为76-79.3mol.％。Al2O3属于玻璃的中间体氧化物，Al3+有两种配位状态，即位于四面体或八面体中，当玻璃中氧足够多时，形成铝氧四面体[AlO4]，与硅氧四面体形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩尔百分比制备而成：

【技术特征摘要】
1.一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩尔百分比制备而成：2.根据权利要求1所述的一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩尔百分比制备而成：3.根据权利要求2所述的一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩尔百分比制备而成：4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，其特征在于：所述SiO2和B2O3的总量为71-93mol.％，所述碱金属氧化物Li2O、Na2O和K2O的总量为6-25mol.％，所述的低折射率玻璃中含有0-1mol.％F2，还含有0-0.2mol.％的SnO2澄清剂。5.根据权利要求4所述的一种用于拉板成型制备光纤面板的低折射率玻璃，其特征在于：所述SiO2和B2O3的总量为76-86mol.％；所述碱金属氧化物Li2O、Na2O和K2O的总量为8-23mol.％。6.根据权利要求4所述的一种用于拉板成型制备光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，贾金升，冯跃冲，张弦，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11