一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃及其制备方法，该低折射率皮层玻璃由以下摩尔百分含量的组分组成：SiO

【技术实现步骤摘要】
一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤传像元件和玻璃材料制造领域，特别涉及一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃及其制备方法。

技术介绍

[0002]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，是一种性能优异的光电成像元器件，具有数值孔径大，传光效率高，分辨率高，传像真实清晰，在光学上具有零厚度，结构简单，体积小，重量轻，气密性好，畸变小，斑点少，级间耦合损失小，耦合效率高能改善边缘像质等特点。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、输出窗口，对提高成像器件的品质起着重要的作用，广泛地应用于军事、刑侦、航天、医疗、探测等领域的各种阴极射线管、摄像管、Charge Coupled Device电荷耦合器CCD、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。
[0003]光纤传像元件是利用光学纤维的全反射原理实现的，构成光纤传像元件的光学纤维是由低折射率的皮层玻璃、高折射率的芯料玻璃和光吸收料玻璃利用棒管结合拉制工艺和真空控制生产的，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毛坯板段，再经后期滚圆、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。由于光学纤维完全是由皮层玻璃紧密地熔合在一起，各相邻之间的光学纤维靠的非常近，而皮层厚度不均会导致入射光进入到光学纤维芯的光线在相邻纤维间的皮层发生串光的现象，从而导致输入光线会在全反射过程中穿透皮层发生光渗透现象而造成漏光；而如果皮层玻璃的抗析晶性能差会使得光学纤维在拉制的过程中发生界面析晶现象，直接影响光学纤维的传光和传像性能，这些都与皮层玻璃管有直接的关系。为了满足光纤传像元件的特殊制作工艺要求，实现皮层玻璃在经过单丝、一次复丝、二次复丝、热熔压成型等多次高温拉丝、高温熔压后依旧保持玻璃本身特性不发生变化，必须具有良好的抗析晶性能，抗析晶能力强，化学稳定性好等特点。
[0004]光纤传像元件是微光夜视仪的关键光学器件，生产光纤传像元件所用的皮料玻璃管成分特殊，规格多样，性能质量要求高。随着近几年微光夜视的迅猛发展，光纤传像元件的生产规模不断扩大，应用数量和性能需求逐渐提高，所需要的皮层玻璃管的数量、性能和质量也逐渐提高，随着对光纤传像元件生产过程的强化，对产品质量的严格要求以及各公司间的激烈竞争，尤其是对玻璃管的抗析晶性能和尺寸精度具有较高要求的皮层玻璃材料的需求日益紧迫。

技术实现思路

[0005]为了解决上述难题和矛盾，本专利技术提供了一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃，该低折射率皮层玻璃具有化学性能优良，玻璃成分稳定，折射率低，抗析晶性能优良，适合于光纤传像元件。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
[0007]一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的组合物，由以下摩尔百分含量的组分组成：
[0008][0009]本专利技术还提供了一种优选的技术方案，一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的组合物，由以下摩尔百分含量的组分组成：
[0010][0011][0012]本专利技术还提供了一种更优选的技术方案，一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的组合物，由以下摩尔百分含量的组分组成：
[0013][0014]本专利技术又提供使用所述的组合物制备低折射率皮层玻璃的方法，包括以下步骤：
[0015]将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O、MgO、SrO、ZnO、F2的氧化物原料按玻璃组份混合均匀，得到混合料；将混合料放入铂金坩埚中，再将铂金坩埚在预定温度下熔融，待熔融均匀后，将熔融玻璃液拉制成玻璃管，然后进行退火，得到用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃管。
[0016]所述预定温度为1450～1550℃，所述熔融的时间为6～10小时。
[0017]本专利技术再提供一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃，按照所述的方法制备得到。
[0018]所述用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的折射率为1.48～1.51；在30～300℃范围的平均线热膨胀系数为(85
±
3)
×
10
‑7/℃，所述低折射率皮层玻璃的析晶温度大于900℃。
[0019]本专利技术又提供一种所述的低折射率皮层玻璃在光纤传像元件上的应用。
[0020]本专利技术的玻璃组分和物化性能如折射率、热膨胀系数、抗析晶性能等均能满足光纤传像元件皮层玻璃使用要求，可用作上述光纤传像元件的皮料玻璃管。
[0021]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的摩尔百分比为73.0
‑
78.0mol.％。SiO2含量低于73.0mol.％，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78.0mol.％时，玻璃的高温黏度会增加，造成玻璃熔制温度过高，玻璃的制备成本过高，不利于玻璃管的拉制成型。
[0022]Al2O3属于玻璃的中间体氧化物，同时能降低玻璃的分相倾向。Al
3+
在玻璃中有两种配位状态，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[AIO4]，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[AIO6]，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SiO2一样成为玻璃网络形成主体。Al2O3的摩尔百分比为1.0
‑
5.0mol.％。当Al2O3的含量低于1.0mol.％，玻璃的耐化性不足，同时会增加玻璃的料性，使得玻璃不易硬化；当Al2O3的含量大于5.0mol.％会显著增加玻璃的高温粘度，同时使得玻璃的熔制温度升高。
[0023]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在，但在低温时，在一定条件下B
3+
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，由此决定了其含量范围较小。B2O3的摩尔百分比为1.0
‑
5.0mol.％，B2O3的含量低于1.0mol.％，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5.0mol.％，会降低玻璃的热膨胀系数以及延长玻璃料性，同时使玻璃的分相倾向增加，不利于玻璃的固化成型和不易与高折射率玻璃匹配拉制光学纤维。
[0024]Na2O是碱金属氧化物，是玻璃结构网络外体氧化物，Na2O的摩尔百分比为0.1
‑
2.9mol.％，Na2O的含量大于2.9mol.％，会增加玻璃的折射率和热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的组合物，其特征在于，由以下摩尔百分含量的组分组成：2.根据权利要求1所述的一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的组合物，其特征在于，由以下摩尔百分含量的组分组成：3.根据权利要求2所述的一种用于光纤传像元件的低折射率皮层玻璃的组合物，其特征在于，由以下摩尔百分含量的组分组成：
4.使用权利要求1
‑
3任一项所述的组合物制备低折射率皮层玻璃的方法，其特征在于，包括以下步骤：将SiO2、Al2O3、B2O3、Na2O、K2O、MgO、SrO、ZnO、F2的氧化物原料按玻璃组份混合均匀，得到混合料；将混合料放入铂金坩埚中，再将铂金坩埚在预定温度下熔融，待熔融均匀后，将熔融玻璃液拉制成玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，贾金升，赵越，许慧超，于浩洋，张敬，樊志恒，王久旺，王云，付杨，独雅婕，黄永刚，
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：