用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物及其制备方法，该组合物包括以下重量百分含量的组份：SiO2 5‑10、Al2O3 0‑5、B2O316‑20、CaO 0.5‑5、SrO 0.5‑5、BaO 41‑50、La2O3 10‑15、Nb2O5 0.1‑4.9、Ta2O50.5‑5、Y2O3 5.1‑10、ZnO 1‑5、TiO2 5.1‑10、ZrO2 0‑5。本发明专利技术还提供一种中膨胀高折射率玻璃的制备方法，包括以下步骤：(1)将石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡、氧化镧、氧化铌、氧化钽、氧化钇、氧化锌、二氧化钛和氧化锆按照配料要求放入铂金坩埚中熔制并澄清；再将澄清后的玻璃熔体漏棒浇铸成玻璃棒后在退火炉中退火，最后随炉冷却至室温。本发明专利技术的中膨胀高折射率玻璃可用于中膨胀光纤传像元件的芯料玻璃，该玻璃具有折射率高透过率高，化学稳定性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物及其制备方法
本专利技术涉及光纤传像元件原料技术及玻璃材料领域，特别是涉及一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃组合物及其制备方法。
技术介绍
光纤传像元件(包括光学纤维面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束等)是一种性能优异的光电成像器件，其采用独特的皮料、芯料和吸收料配方，利用真空控制和棒管结合拉制工艺生产，使产品气密性好、畸变小、斑点少，具有结构简单，体积小，重量轻，数值孔径大，传光效率高，级间耦合损失小，耦合效率高，分辨率高，传像清晰、真实，在光学上具有零厚度，能改善边缘像质等特点。光纤传像元件是由数千万根平行排列的光学纤维，经热熔压形成的高分辨力图像传像元件，是像增强器、高清晰显示用的关键材料，广泛地应用于军事、刑侦、航天、医疗等领域的各种阴极射线管、摄像管、CCD(Charge-coupledDevice,电荷耦合元件)耦合、微光夜视、医疗器械显示屏以及高清晰度电视成像和其他需要传送图像的仪器和设备中，是当今世纪光电子行业的高科技尖端产品。光纤传像元件最典型的应用是作为微光像增强器的光学输入与输出窗口，对提高成像器件的品质起着重要的作用，其在应用中需要与Kovar(可伐合金)封接，因此需要与可伐合金具有相近的线膨胀系数(50×10-7/℃)进行有效的封接匹配，以提高微光像管的稳定性和延长使用寿命。国内目前使用的光纤传像元件普遍采用高热膨胀系数，其膨胀系数范围为(87±2)×10-7/℃，其与可伐合金的封接匹配度相差甚远，为了获得与可伐合金封接匹配度和良好的热稳定性，采用膨胀系数为(65±3)×10-7/℃的中膨胀光纤传像元件更能适应更广泛的温度环境变化，提高微光像管的使用性能。
技术实现思路
为了解决现有的技术问题，本专利技术提供了一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物及其制备方法，该高折射率玻璃能与可伐合金进行封接匹配，并具有良好的热稳定性，提高微光像管的使用性能。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物，包括以下重量百分含量的组分：本专利技术还提供了一种优选的技术方案，一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物，包括以下重量百分含量的组分：本专利技术提供的更优选的技术方案：一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物，包括以下重量百分含量的组分：本专利技术还提供了一种使用上述的组合物制备中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的方法，包括以下步骤：(1)将原料石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡、氧化镧、氧化铌、氧化钽、氧化钇、氧化锌、二氧化钛和氧化锆按照配料要求放入铂金坩埚中；(2)在铂金坩埚中熔融后澄清；(3)将澄清后的玻璃熔体漏棒浇铸成规定规格的玻璃棒；(4)成型后的玻璃棒在退火炉中退火；(5)随炉冷却至室温。进一步地，所述步骤(2)包括：在1550-1600℃温度下熔融6-10小时，玻璃熔制过程中进行2-3次的搅拌，再降温至1400-1500℃澄清1-3小时。所述退火的工艺为580-620℃保温2小时后，用24小时降温至100℃。本专利技术又提供一种中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃，按照上述的方法制备得到。所述中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的折射率为1.79～1.82；在30～300℃范围的平均线热膨胀系数为(65±3)×10-7/℃。本专利技术再提供一种光纤传像元件，包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥以及光纤传像束，由上述的高折射率玻璃制成。与现有技术相比，本专利技术的中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的具有以下特性：(1)具有与可伐合金相近的热膨胀系数，在30～300℃范围的平均线热膨胀系数为(65±3)×10-7/℃；(2)具有高折射率，折射率nD为1.79～1.82；(3)具有良好的抗析晶性能，析晶温度大于850℃；(4)具有良好的对可见光辐射透明和良好的化学稳定性。(5)不含有对环境有严重危害的重金属元素氧化物如As2O3、Sb2O3、PbO、CdO等。本专利技术的中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃适合用于制作中膨胀光纤传像元件(包括光纤面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束等)，在制作中用作光学纤维的芯料玻璃材料。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，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地详细描述，但不作为对本专利技术的限定。本专利技术提供一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物，包括以下重量百分含量的组分：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的重量百分比(wt.％)为5-10。SiO2含量低于5wt.％，不易获得高折射率的玻璃，同时会降低玻璃的耐化学稳定性；SiO2含量高于10wt.％时，玻璃的高温黏度会增加，造成玻璃熔制温度过高，同时玻璃的膨胀系数会降低。Al2O3为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]，与硅氧四面体形成连续的网络，当玻璃中氧不足时，形成铝氧八面体[AlO6]，为网络外体而处于硅氧结构网络的空穴中，所以在一定含量范围内可以和SiO2是玻璃网络形成的主体。Al2O3的重量百分比(wt.％)为0-5，Al2O3含量高于5wt.％时，会增加玻璃的高温黏度，造成玻璃熔制温度过高。B2O3为玻璃形成氧化物，也是构成玻璃骨架的成分，同时又是一种降低玻璃熔制黏度的助溶剂。硼氧三角体[BO3]和硼氧四面体[BO4]为结构组元，在不同条件下硼可能以三角体[BO3]或硼氧四面体[BO4]存在，在高温熔制条件时，一般难于形成硼氧四面体，而只能以三面体的方式存，但在低温时，在一定条件下B3+有夺取游离氧形成四面体的趋势，使结构紧密而提高玻璃的低温黏度，但由于它有高温降低玻璃黏度和低温提高玻璃黏度的特性，也是降低玻璃折射率的主要成分，由此决定了它的含量范围较小。B2O3的重量百分比(wt.％)为16-20，B2O3的含量低于16wt.％，无法起到助溶的作用，同时会降低玻璃的化学稳定性；B2O3的含量大于20wt.％，会降低玻璃的折射率，同时使玻璃的分相倾向增加。CaO是玻璃结构网络外体氧化物，CaO的重量百分比(wt.％)为0.5-5，CaO的含量大于5wt.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增加玻璃的热膨胀系数。SrO是玻璃结构网络外体氧化物，SrO的重量百分比(wt.％)为0.5-5，SrO的含量大于5wt.％，会降低玻璃耐化学稳定性，增加玻璃的热膨胀系数。BaO是玻璃结构网络外体氧化物，能有效提高玻璃的折射率，BaO的重量百分比(wt.％)为41-50，BaO的含量大于50wt.％，会增加玻璃的析晶温度，增大玻璃的析晶倾向，同时使得玻璃的密度显著提高。La2O3是镧系稀土氧化物，能提高玻璃的折射率，La2O3的重量百分比(wt.％)为10-15，但La2O3含量大于15wt.％时会造成玻璃的热膨胀系数增加。Nb2O5也是稀土氧化物，能增加玻璃的折射率，Nb2O5的重量百分比(wt.％)为0.1-4.9，但Nb2O5含量大于4.9wt.％时会造成玻璃的密度和热膨胀系数增加。Ta2O5也是稀土氧化物，能增加玻璃的折射率，Ta2O5的重量百分比(wt.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：

【技术特征摘要】
1.一种用于中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，包括以下重量百分含量的组分：4.使用权利要求1-3任一项所述的组合物制备中膨胀光纤传像元件的高折射率玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原料石英砂、氧化铝、硼酸或硼酐、碳酸钙、碳酸锶、碳酸钡、氧化镧、氧化铌、氧化钽、氧化钇、氧化锌、二氧化钛和氧化锆按照配料要求放入铂金坩埚中；(2)在铂金坩埚中熔融后澄清；(3)将澄清后的玻璃熔体漏棒浇铸成规定规格的玻璃棒；(4)成型后的玻璃棒在退火炉中退火；(5)随炉冷却至室温。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，王辰，王云，贾金升，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11