一种防光晕台阶玻璃及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种防光晕台阶玻璃及其制备方法和应用，所述防光晕台阶玻璃的制备方法，包括：在防光晕台阶玻璃毛坯的衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃；将得到的金属离子掺杂的玻璃的表面进行热还原，得到表层黑化的玻璃毛坯；将得到的玻璃毛坯上下表面的黑玻璃层研磨除去，露出内部的透明玻璃，同时保留台阶面的黑玻璃层，即得到防光晕输入窗玻璃。本发明专利技术在玻璃配方不变的情况下，黑玻璃层的厚度取决于高温黑化的时间，一定范围内高温黑化的时间越长，黑玻璃层的厚度越厚。采用离子注入工艺，玻璃表面形成纳米孔道，增加了还原气体在玻璃中的扩散，减少黑化的高温时间，缩短了黑化所需的时间，进而加快防光晕台阶玻璃的黑化周期。

【技术实现步骤摘要】
一种防光晕台阶玻璃及其制备方法和应用
本专利技术涉及光学材料领域，特别涉及一种防光晕台阶玻璃及其制备方法和应用。
技术介绍
防光晕台阶玻璃是一种表面具有黑玻璃层的透光玻璃，主要应用在微光夜视仪像增强器中，作为单级像增强器的输入窗，用来消除杂散光和沉积多碱光阴极。由于黑玻璃层可以吸收入射和反射到它表面的光线，可以消除条纹、气泡及其它缺陷产生的散射光及光路系统的反射光，大幅度提高微光夜视仪的图像分辨率和灵敏度。防光晕台阶玻璃主要由以下几种方法制备：玻璃中掺杂着色离子法，玻璃配方中掺杂着色离子或变价离子(Pb、Bi、Co、Fe、Mn、Cr、V等)，经高温H2还原使表面变黑。采用这种方式需要修改玻璃配方，无法对现有的玻璃进行发黑处理。离子交换氢还原法，玻璃配方中组份中含有一定量的一价阳离子(Li+、Na+、K+)，在一定条件下与熔融硝酸银中Ag+交换，再通过H2高温还原为Ag单质，使玻璃表面变黑。采用这种方式只能针对玻璃配方中含有碱金属的玻璃，无法对其它的玻璃进行发黑处理。表面涂敷法，选用与防光晕台阶玻璃毛坯膨胀系数相匹配的低熔点玻璃粉，按照一定比例掺杂着色离子氧化物，用水调和均匀后涂敷在台阶玻璃毛坯表面，阴干后烧结得到表面为黑色的台阶玻璃半成品。采用这种方式需要选用防光晕台阶玻璃毛坯膨胀系数相匹配的低熔点玻璃粉，无法满足玻璃应用的要求。溶胶凝胶法，将防光晕台阶玻璃毛坯浸入含有着色离子(Fe、Mn、Cr、V等)溶胶中，取出后高温烧结，也可得到表面为黑玻璃层的台阶玻璃半成品。由于采用浸入法，得到的黑玻璃层厚度不均匀，与预期存在巨大的差距。因此，开发一种发黑处理效果良好的防光晕台阶玻璃具有重要的市场前景。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种防光晕台阶玻璃及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是使防光晕台阶玻璃具有良好的发黑处理效果，更加适于实际应用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种防光晕台阶玻璃的制备方法，包括以下步骤：1)在防光晕台阶玻璃毛坯的衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃；2)将步骤1)得到的金属离子掺杂的玻璃的表面进行热还原，得到表层黑化的玻璃毛坯；3)将步骤2)得到的玻璃毛坯上下表面的黑玻璃层研磨除去，露出内部的透明玻璃，同时保留台阶面的黑玻璃层，即得到所述防光晕输入窗玻璃。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤1)中，所述防光晕台阶玻璃毛坯选自硼硅酸盐玻璃或石英玻璃。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中所述防光晕台阶玻璃毛坯选自硼硅酸盐玻璃；所述硼硅酸盐玻璃按重量百分比计包括氧化硅70-80％；氧化硼6-20％；氧化钠0-1％；氧化铝0-5％；氧化钡0-2％；氧化钙0～2％。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤1)中，注入的所述金属离子选自Cu离子、Ni离子、Fe离子、Mn离子、Cr离子、V离子、Ag离子和Au离子中的至少一种。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤1)中，所述金属离子掺杂的玻璃中金属离子的注入剂量为1×1017～5×1018ions·cm-2。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤1)中，所述金属离子注入的参数设置如下：加速电压为5-100kV、系统真空度为(1.0-8.0)×10-4Pa，束流强度为1.0-10.0mA，离子注入时间为2-20小时。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤1)中，所述金属离子注入在离子注入机中完成。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤2)中，所述热还原包括：将还原炉从室温升温至预热温度，对防光晕台阶玻璃毛坯进行除杂处理，再升温至黑化温度进行黑化处理。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤2)中，所述热还原的气体选自氢气、一氧化碳和甲烷中的一种。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤2)中，所述热还原的气体的流量为0.1L/min～2L/min。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤2)中，所述预热温度为200℃～300℃，除杂处理的时间1h～5h。优选的，前述的防光晕台阶玻璃的制备方法中，其中步骤2)中，所述黑化温度为500℃～700℃，黑化处理的时间为50h～2000h。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种防光晕台阶玻璃，所述防光晕台阶玻璃的透明玻璃区域在380nm～900nm波长范围内的平均光透过率大于90％，其黑玻璃层在380nm～900nm波长范围内的光透过率均小于1％，其表面压应力为720-800MPa。优选的，前述的防光晕台阶玻璃中，所述防光晕台阶玻璃是通过上述的方法制备得到。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种单级像增强器，其特征在于，所述单级像增强器包括输入窗，所述输入窗由上述的防光晕台阶玻璃构成。本专利技术使用离子注入技术，将金属离子注入到玻璃表面，热还原过程中注入的金属离子可被还原，达到玻璃表面黑化的效果。在玻璃成分不变的情况下，黑玻璃层的厚度取决于高温黑化的时间，一定范围内离子注入高温黑化的时间越长，黑玻璃层的厚度越厚实。相比于现有技术，本专利技术的有益效果是：本专利技术的防光晕台阶玻璃的制备方法，其处理时间短，效率高，得到的黑玻璃层强度高。本专利技术在玻璃配方不变的情况下，黑玻璃层的厚度取决于高温黑化的时间，一定范围内高温黑化的时间越长，黑玻璃层的厚度越厚。采用离子注入工艺，玻璃表面形成纳米孔道，增加了还原气体在玻璃中的扩散，减少黑化的高温时间，缩短了黑化所需的时间，进而加快防光晕台阶玻璃的黑化周期。本专利技术将离子注入到玻璃的晶格结构，创建了增强稳定性的压缩应力层，提高玻璃的表面压应力。本专利技术可以面向复杂形状工件实施离子注人，具有可适应低温处理，可开展节能处理，可实现大面积、大批量生产，并且价格便宜等许多优势。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。附图说明图1为本专利技术实施例1黑化后的防光晕台阶玻璃成品示意图；图2为本专利技术实施例1防光晕台阶玻璃的透明玻璃区域在380nm～900nm波长范围内的光透过率图；图3为本专利技术实施例1防光晕台阶玻璃的黑玻璃层在380nm～900nm波长范围内的光透过率图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种防光晕台阶玻璃及其制备方法和应用的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。以下原料如无特殊说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防光晕台阶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)在防光晕台阶玻璃毛坯的衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃；/n2)将步骤1)得到的金属离子掺杂的玻璃的表面进行热还原，得到表层黑化的玻璃毛坯；/n3)将步骤2)得到的玻璃毛坯上下表面的黑玻璃层研磨除去，露出内部的透明玻璃，同时保留台阶面的黑玻璃层，即得到所述防光晕输入窗玻璃。/n

【技术特征摘要】
1.一种防光晕台阶玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在防光晕台阶玻璃毛坯的衬底上进行金属离子注入，得到金属离子掺杂的玻璃；
2)将步骤1)得到的金属离子掺杂的玻璃的表面进行热还原，得到表层黑化的玻璃毛坯；
3)将步骤2)得到的玻璃毛坯上下表面的黑玻璃层研磨除去，露出内部的透明玻璃，同时保留台阶面的黑玻璃层，即得到所述防光晕输入窗玻璃。


2.如权利要求1所述的防光晕台阶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述防光晕台阶玻璃毛坯选自硼硅酸盐玻璃或石英玻璃；注入的所述金属离子选自Cu离子、Ni离子、Fe离子、Mn离子、Cr离子、V离子、Ag离子和Au离子中的至少一种。


3.如权利要求2所述的防光晕台阶玻璃的制备方法，其特征在于，所述防光晕台阶玻璃毛坯选自硼硅酸盐玻璃；所述硼硅酸盐玻璃按重量百分比计包括氧化硅70-80％；氧化硼6-20％；氧化钠0-1％；氧化铝0-5％；氧化钡0-2％；氧化钙0～2％；所述金属离子掺杂的玻璃中金属离子的注入剂量为1×1017～5×1018ions·cm-2。


4.如权利要求3所述的防光晕台阶玻璃的制备方法，其特征在于，所述金属离子注入的参数设置如下：加速电压为5-100kV、系统真空度为(1.0-8.0)×10-4Pa，束流强度为1.0-10.0mA，离...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔壮，贾金升，郑京明，孙勇，曹振博，李自金，吕学良，李开宇，洪升，那天一，
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