本发明专利技术涉及一种低成本全波段光窗玻璃材料及其制备方法，属于玻璃和光窗材料领域。本发明专利技术玻璃的组成为：（１００－ｘ－ｙ－ｚ）Ｇｅ－ｘＧａ－ｙＳｅ－ｚＭＸ（Ｍ＝Ｋ，Ｎａ；Ｘ＝Ｉ，Ｂｒ，Ｃｌ），其中，５≤ｘ≤３０，４５≤ｙ≤６５，５≤ｚ≤２０；采用传统玻璃制备工艺合成。本发明专利技术合成的硫卤玻璃的透光范围为０．６－１４μｍ，涵盖了可见光及大气的三个红外窗口，转变温度Ｔ↓［ｇ］介于２９０～３５０℃之间；显微硬度Ｈ↓［ｖ］为１００～１６０ｋｇ／ｍｍ↑［２］；１．０μｍ波长处的折射率为２．００～２．３５；２．５ｍｍ厚双面抛光的样品在０．６－１４μｍ全波段范围内具有较高的透过率；廉价的ＭＸ降低了玻璃的成本。这种材料可应用于可见光到中远红外１４μｍ全波段光传输领域。
Low cost full waveband light window glass material and preparation method thereof
The invention relates to a low cost full waveband light window glass material and a preparation method thereof, belonging to the field of glass and light window materials. The invention is composed of glass: (100xyz) GexGaySezMX (M = K, Na; X = I, Br, Cl), among them, 5 = x = 30, 45 = y = 65, z = 5 ~ 20; the traditional glass preparation process synthesis. The transmission range of the invention chalcohalide glass synthesis of 0.6 to 14 m, covering three infrared window visible light and atmosphere, between the transition temperature T decreases with g between 290 and 350 DEG C; the microhardness of H: V is 100 ~ 160kg / mm = 2; 1 m the strengths of the refraction rate is 2 ~ 2.35; 2.5mm thick double-sided polished samples with high 0.614 m in the full range of transmittance; cheap MX reduces the cost of the glass. This material can be applied to visible light to mid infrared 14 mu m full band optical transmission.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于玻璃和光窗材料领域。
技术介绍
除可见光窗口以外，大气还有1～3μm，3～5μm和8～14μm三个重要红外窗口，它们在红外探测、红外制导、红外瞄准和热成像等方面具有极其重要的应用背景。绝大多数在红外窗口(特别是8～14μm窗口)具有优异透光性能的材料不透可见光，这使得目前大部分工作在红外波段的光学仪器和工作在可见光波段的光学设备难以结合，即它们各有一套完整独立的工作系统。如果一种材料在大气的三个红外窗口和可见光区域均有较好的透过性能(即全波段光窗材料)，它就可能使独立的红外系统和可见光系统联合，大大简化系统的复杂性，同时改善红外系统的图像质量控制。目前，商用的全波段光窗材料极少，主要是CVD ZnSe多晶，它的透光范围为0.5～22μm。然而，CVD ZnSe质地软、成型难，并且价格昂贵。这些缺点限制了其许多方面的应用。玻璃具有易制备、易成型、成分可调、易消除色散、透光性好等优点，一直都是比较理想的光窗材料。我们最近研制的新型全波段光窗玻璃材料GeSe2-Ga2Se3-CsI(Br)玻璃(中国专利申请号200610024707.1)在0.6-14μm波段内均具有优异的透光性，有望满足使用要求，然而，合成这种玻璃需要价格昂贵的CsI或CsBr。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种较低成本的全波段光窗玻璃材料。硒化物硫系玻璃在大气的三个红外窗口均具有较佳的透光性，最近，法国RENNES1大学和Umicore公司制造的Ge-As-Te-Se等硫系玻璃(牌号GASIR1和GASIR2)红外夜视仪镜头已经得到实际应用。然而，硒化物硫系玻璃的短波吸收限波长大于0.8μm，不透可见光。卤化物的引入有利于硫系玻璃的短波吸收限波长向可见光方向位移，并且卤化物在硫系玻璃中具有较大的溶解度。如果选择合适的硒化物玻璃系统，引入较大量的卤化物后(即硫系卤化物玻璃)可能使玻璃的短波吸收限波长移至可见光。我们最近合成的GeSe2-Ga2Se3-CsI(Br)玻璃证实了这一点，但CsI和CsBr的价格昂贵，使这种全波段光窗材料成本较高。其它碱金属卤化物KI、KBr、KCl、NaI、NaBr和NaCl的价格要便宜得多。尽管它们的化学键的离子性较强，也有可能通过引入适量这些便宜的碱金属卤化物到Ge-Ga-Se玻璃中使其短波吸收限波长移至可见光。本专利技术是向Ge-Ga-Se硫系玻璃系统中引入了适量的MX(M＝K，Na；X＝I，Br，Cl) 而形成的一类新型硫系卤化物玻璃。此系统玻璃的组成设计兼顾了玻璃的形成能力、透光性及热机械性能。本专利技术所指的硫系卤化物玻璃的化学组成为(100-x-y-z)Ge-xGa-ySe-zMX(M＝K，Na；X＝I，Br，Cl)，其中，5≤x≤30，45≤y≤65，5≤z≤20。上述玻璃的颜色为浅红色～深红色，具有较好的透可见光性质。短波吸收限波长为550nm～680nm，长波截至波长为～15.8μm；玻璃转变温度为290～350℃；显微硬度为100～160kg/mm2。是一种有希望满足应用要求的成本较低的全波段光窗玻璃材料。该玻璃的制备方法是以高纯(≥99.99％)单质Ge、Ga、Se和纯度≥99.9％的化合物KI(经除水处理)为原料按照上述组成进行玻璃混合料配制；将配合料装入经脱羟基处理的石英安瓿中抽真空封接；将封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温至900～1000℃，保温2～24h后取出在空气中冷却；将刚冷却后的石英安瓿移至300～500℃的退火炉中保温1～4h进行退火处理，之后使石英安瓿随炉缓慢冷却至室温。附图说明图1是玻璃组成为20.37Ge-11.11Ga-57.41Se-11.11KI样品的可见-近红外透过光谱(玻璃的厚度为2.5mm)，表明该玻璃在此波段具有较好的透光性，其短波吸收限波长为～615nm。图2是玻璃组成为20.37Ge-11.11Ga-57.41Se-11.11KI样品的红外透过光谱(玻璃的厚度为2.5mm)，表明该玻璃在此波段具有较好的透光性，其长波截至波长为～16μm。具体实施例方式下面将通过实施例进一步说明本专利技术的实质性特点和显著进步，但本专利技术并非局限于所举之例。实施例1玻璃组成为20.37Ge-11.11Ga-57.41Se-11.11KI以高纯(≥99.999％)单质Ge、Ga、Se和纯度≥99.9％的化合物KI(经除水处理)为原料按照上述组成进行玻璃混合料配制；将配合料装入经脱羟基处理的石英安瓿中抽真空(≤10-2Pa)封接；将封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温至950℃，保温12h后取出在空气中冷却；将刚冷却后的石英安瓿移至320℃的炉子中保温2h进行退火处理，之后使石英安瓿随炉缓慢冷却至室温。将样品从石英安瓿中取出，切割、研磨和双面抛光后进行性能测试。测试结果显示玻璃的转变温度Tg为298℃(升温速率为10℃/min)，玻璃的析晶起始温度Tx为401℃；显微硬度为～115kg/mm2(50g力，加载10s)；在1.0μm波长处的折射率为2.168；短波吸收限波长为～615nm，长波截至波长为～16μm，透光性能可参考附图1和2。实施例2 玻璃组成为14.29Ge-17.85Ga-55.36Se-12.5KBr玻璃的制备方法同实施例1，测试结果显示玻璃的转变温度Tg为301℃，玻璃的析晶起始温度Tx为400℃；显微硬度为～120kg/mm2；在1.0μm波长处的折射率为2.116；短波吸收限波长为～590nm，长波截至波长为～16μm。权利要求1.一种低成本全波段光窗玻璃材料，其化学式为(100-x-y-z)Ge-xGa-ySe-zMX(M＝K，Na；X＝I，Br，Cl)，其中，5≤x≤30，45≤y≤65，5≤z≤20。2.一种按权利要求1所述的一种低成本全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于以高纯单质Ge、Ga、Se和化合物KI为原料按照化学式进行玻璃混合料配制；将配合料装入经脱羟基处理的石英安瓿中抽真空封接；将封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温至900～1000℃，保温2～24h后取出在空气中冷却；将刚冷却后的石英安瓿移至退火炉进行退火处理，之后使石英安瓿随炉缓慢冷却至室温。3.按权利要求2所述的一种低成本全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于所述高纯单质Ge、Ga、Se纯度≥99.99％。4.按权利要求2所述的一种低成本全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于化合物KI的纯度≥99.9％并经除水处理。5.按权利要求2或3或4所述的一种低成本全波段光窗玻璃材料的制备方法，其特征在于退火处理条件为300～500℃的退火炉中保温1～4h。6.按权利要求1所述的一种低成本全波段光窗玻璃材料用于可见光到中远红外14μm全波段光传输领域。全文摘要本专利技术涉及，属于玻璃和光窗材料领域。本专利技术玻璃的组成为(100－x－y－z)Ge－xGa－ySe－zMX(M＝K，Na；X＝I，Br，Cl)，其中，5≤x≤30，45≤y≤65，5≤z≤20；采用传统玻璃制备工艺合成。本专利技术合成的硫卤玻璃的透光范围为0.6－14μm，涵盖了可见光及大气的三个红外窗口，转变温度T文档编号C03C3/32本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低成本全波段光窗玻璃材料，其化学式为（１００－ｘ－ｙ－ｚ）Ｇｅ－ｘＧａ－ｙＳｅ－ｚＭＸ（Ｍ＝Ｋ，Ｎａ；Ｘ＝Ｉ，Ｂｒ，Ｃｌ），其中，５≤ｘ≤３０，４５≤ｙ≤６５，５≤ｚ≤２０。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨志勇，陈玮，罗澜，唐高，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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