在低温下制造光学玻璃和有色玻璃的方法技术

本发明专利技术涉及一种藉助于液相烧结法，使至少含有ＳｉＯ＃－［２］粉末和使烧结法和／或熔融法降低温度的添加剂的原料制成光学玻璃和有色玻璃，其中的步骤有：原料为可溶解的溶解在液体介质中，而非溶性的分散在液体介质中，得到一种悬浮体；由溶解的和分散的原材料制成生坯；干燥生坯；使干燥的生坯在低于１２００℃的温度下，特别是在６００℃～１２００℃的温度范围内进行液相烧结。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用烧结法或熔融法而制造光学玻璃和/或有色玻璃的方法。所谓烧结法是指具有粘度值η＞1·108dPa的方法。而所谓熔融法是指具有粘度值η＜1·102dPa的方法。特别是，用这种方法能够制造多组分的玻璃，特别是有色玻璃。有色玻璃是通过半导体掺杂MX而着色的，其中M代表单独的Cd或Cd+Zn，而X则代表S、Se或者Te。
技术介绍
从现有技术中，已知用烧结法制造玻璃主要有两种方法-溶胶法，-粉末技术法。按照溶胶法制造玻璃的方法在US 4,432,956中已有描述。但其中只讨论了温度在1300～1500℃时处理石英玻璃的制造法。为了考虑到玻璃合成时除SiO2以外还有其他成分，人们还可以应用专利文献DE 4129409 A1、EP 0233732 A1和US 5,091,115中所提到的方法。这些方法都是从硅醇化合物如四乙氧基硅烷(TEOS)及其他可溶的化合物制备，通常以醇类溶剂进行处理。作为SiO2的原料使用四乙氧基硅烷，并作为原料添加另外的玻璃成分如B2O3、Al2O3、Na2O、ZnO或P2O5的原材料是使用硼酸三甲基酯、三异丙酸铝、甲酸钠、2-4戊二酮锌(Zink2-4pentandionat)、三丁基磷酸酯、还有一些其他醇化物。这些原料部分有毒，所以基于所用的原料特别是基于从环保的观点看是有缺点的原料的溶胶法，至今，也只能用于涂层玻璃。溶胶法的另一个缺点，是该法基于昂贵原料，时间需求长，并且基于高的干燥收缩以及形成裂缝，从而不能用在大型构件中。通过溶胶法能制造含CdSSe-掺杂的有色玻璃，这种制造方法描述于JP02221130 A中。然而，这种方法同样是利用硅醇化合物作为SiO2的原料如US 4,432,956中所述，因此它和所有的溶胶法一样，具有同样缺点，特别是从环保观点方面考虑。借助于烧结法而制造玻璃的另一种方法，就是粉末工艺法。粉末工艺法在EP 0196140 B1中已有描述。EP 0196140 B1中的已知方法，是使用毫微级的SiO2的粉末例如DEGUSSA公司的气溶胶OX-50作为原材料。和溶胶法相比，这种方法优点在于不必应用任何醇类原料和溶剂，而用水作为分散介质。这样减少了许多环境方面的负担，避免了有臭味的蒸发，同时也消除了火灾隐患，以及生产成本低。按照EP 0196140 B1的玻璃制造，是由制造一种玻璃粉末的悬浮体，并使悬浮体进一步加工为生坯(Grunkorper)而进行的。这生坯在干燥后压缩成形状稳定的透明玻璃。其所具有的优点，就是能在室温下制造玻璃的中间制品，同时在烧制中能保持其形状和构形。在EP 0196140 B1中，只是谈到了石英玻璃的制备，该玻璃在约1300～1500℃的温度下烧结而成。这个温度对于加入MX作为掺杂材料而言是过高，因为在这种温度下大部分的掺杂剂都会升华或氧化。另一个缺点是由于高温，方法的能源消耗大。其中使用毫微级的SiO2的粉末，并且在SiO2中添加其他成分的其他方法，在专利文献如JP 62167233 A、JP 60171228 A、JP 62100428 A和JP03159924 A中都有描述。可是在JP 62167233 A、JP 60171228 A、JP 62100428 A和JP03159924 A中将毫微级的SiO2完全只作为溶胶技术中所用的硅醇化合物例如TEOS的补充成分使用。这些原料和醇类溶剂的应用又会导致在制造这种玻璃时对环境带来负担。另外，按照JP 62167233 A、JP 60171228 A、JP62100428 A和JP 03159924 A制造玻璃，还使用1200～2000℃之间的温度。从US 5,122,178和JP 60016830 A中已知以CdS-、CdSe-和CdTe-掺杂的玻璃的制造方法。但这两专利文献的方法，都是以玻璃的熔融出发。同时，在US 5,122,178中，这种玻璃以常规制备法进行，在熔融时添加掺杂剂。对已有方法的一些差别在于改变作业温度和作业步骤。然而，玻璃熔融需达到1300℃作业的相对高温在这里没有放弃。专利文献中的JP 60016830 A是由两步法出发。首先将无色的基质玻璃熔融，经过研磨过程，再添加粉末状CdS掺杂，最后进行烧结。按照JP 60016830 A的方法，其缺点在于，一方面是使用了多步作业，另一方面按照JP 60016830 A的制备方法是不可能在生坯制造时已达到最终产品的成形。这样按照JP 60016830 A的产品成形是通过粉末压制品烧结而进行的。但在烧结过程中，如果要制造复杂形状的物体，就特别困难。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供一种制造光学玻璃的方法，这种方法可以克服现有技术中的缺点，特别是制造用MX掺杂的有色玻璃的制法。该方法对环境无害、造价低、能效高，而且无火灾隐患。本专利技术的任务是根据权利要求1的方法解决的。专利技术人认为按照本专利技术方法，其粘度范围既不是传统的烧结法的粘度η＞1·108dPa，也不是传统的熔融法的粘度η＜1·102dPa，而是介于其间。因此，本专利技术的方法可以是液相烧结或高粘度熔融。和烧结法相比，本专利技术的优点是在本专利技术中成分之间的粒界及因而产生的浓度梯度不仅因扩散过程，而且还因塑性流动过程而降低。这就使本专利技术方法比传统的烧结法明显有效。为了获得外形的完整性，添加了一种陶瓷助剂以稳定化。和纯熔融法相比，其优点是明显地降低温度。本专利技术方法，按粉末工艺法，首先制造含粉末状的SiO2的生坯，它能够烧结。为了与现有技术相比，使烧结法的温度下降，并为了调节玻璃性质，除了应用粉末状的SiO2之外，还在掺杂材料中使用另外添加剂，但其中没有使用醇类溶剂。作为原料使用原始颗粒的大小在8nm～800nm之间，优选的是20nm～200nm之间的SiO2粉末。作为添加剂原料用硼酸、氧化锌、碳酸钾、苛性钾及其他具有晶格转变性质的化合物。然而添加剂也可用任何一种碳酸盐、苛性钾或碱的其他种类，如苛性钠或氢氟化钾。至于是否要将各个原料加入悬浮体内或者是否将两种或两种以上这种作为预先加工的物理或化学的多成分混合相的原料加到工艺中去，这都无关紧要。其次，可加入分散助剂如氟化铵，其他碱和酸如硫酸或磷酸。因为这些化学制剂在分析纯度上按标准供给，是分析纯，又因为气溶胶OX-50的杂质是以ppb范围存在，所以用本专利技术方法可得到高纯度的光学玻璃，这时玻璃的纯度决定于所加玻璃成分的杂质。按本专利技术的玻璃制备方法，是用包括SiO2粉末以及添加剂如分散助剂的原材料制造生坯，再由这生坯进行烧结或熔融玻璃。生坯是通过以任意顺序将原材料分散并溶解在水中，必要时也可以是一种醇类溶剂中而制得。为获得有色玻璃，与原材料一起分散或溶解掺杂物质MX如CdS、CdSe、CdTe或者混合晶体如CdS/CdSe。除了使用CdS、CdS或CdTe外，也可以使用由元素掺杂物质的就地产物，如，或由其它物质如CdO、Na2SeO3及还原气体所产生的。还可能有其他着色剂，如二硒化铜铟(CuInSe2)或CoO的过渡金属。在制造生坯时，溶解并分散原材料和必要时的掺杂剂是有利的，因为这样可得到可浇铸的或可着色的悬浮体。在一个优选实施方案中，将悬浮体注入模内。悬浮体在室温下或低于100℃的温度下固化后，再将生坯在室温或至多本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用流相烧结法，由含有ＳｉＯ↓［２］粉末的原材料以及添加剂制成光学玻璃和有色玻璃的方法，同时使流相烧结法中的温度比石英玻璃的温度低并加入添加剂，以改变石英玻璃的玻璃性质，方法包括以下步骤：１．１原材料按任意顺序在液体介质中使可溶性的溶解 ，并使不溶性的分散，而得到一种悬浮体。１．２由溶解的和分散的原材料制成生坯。１．３干燥生坯。１．４使干燥的生坯在低于１２００℃的温度下，特别是在６００℃～１２００℃之间的温度范围内液相烧结。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约臣弗罗因德，莫尼卡吉尔克，尤维科尔伯格，鲁迪格亨彻尔，罗尔夫克拉森，
申请(专利权)人：肖特股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]