耐高温玻璃及其制备方法、玻璃预制件和光学元件技术

本发明专利技术公开了一种耐高温玻璃及其制备方法、玻璃预制件和光学元件。本发明专利技术中，以阳离子摩尔百分比计，所述耐高温玻璃的阳离子含有22.50mol％～23.25mol％的Si

【技术实现步骤摘要】
耐高温玻璃及其制备方法、玻璃预制件和光学元件


[0001]本专利技术涉及玻璃新材料领域，特别涉及一种耐高温玻璃及其制备方法、玻璃预制件和光学元件。

技术介绍

[0002]在陶瓷和粉末冶金等工业，通常需要在高温炉的炉门上设置观看炉膛内烧结情况的观察窗口，并在其附近安装摄影设备以实时记录高温炉内材料的反应进度。这要求摄影设备的镜头玻璃同时具有优异的可见光透过性和耐热性能。
[0003]众所周知，玻璃是一种透明的无机非金属材料，制备大尺寸块体或平板玻璃的方式主要是“熔融
‑
冷却”法，即：首先将玻璃配合料在高温完全熔化、澄清并均化后，经成型和退火等工艺步骤制得。在已知的玻璃系统中，石英玻璃因其独特的玻璃结构赋予其良好的抗热震性，经常使用温度为1100℃至1200℃。但是，石英玻璃是由各种纯净的天然石英(如水晶、石英砂等)经高温熔化制成，石英玻璃的制造通常需要极高的温度，可达2000℃以上，这使得其生产成本较高。此外，石英玻璃也可以通过合成法制备，但是这类方法的生产效率较低，导致生产成本进一步升高。
[0004]设计这类耐高温的镜头玻璃的难点在于两个方面：一方面，在1000℃左右的高温不可以变形，这要求玻璃的粘度需要足够大，即膨胀软化点温度应高于1000℃；另一方面，长时间保持在高温状态时不能因析晶而失透，即强的玻璃稳定性。
[0005]此外，采用CCD或CMOS图像传感器的设备进行彩色景物的拍摄时，具有从可见光区域到大约1100nm范围的光谱敏感性。由于CCD或CMOS图像传感器对颜色的“感知”跟人眼不同，必须将它们能检测到而人眼无法检测的红外线部分除去，使影像呈现的色彩符合人眼的感觉。因此，一般需要对近红外光进行“截止”，即：降低近红外线的透过率，达到高清的效果。
[0006]到目前为止，还未见能够克服上述缺陷的耐高温玻璃的报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了弥补现有技术的不足，提供了一种耐高温玻璃及其制备方法、玻璃预制件和光学元件。
[0008]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0009]一种耐高温玻璃，以阳离子摩尔百分比计，所述耐高温玻璃的阳离子含有22.50mol％～23.25mol％的Si
4+
、7.39mol％～8.02mol％的Al
3+
、7.18mol％～7.71mol％的Na
+
、0～0.55mol％的K
+
、0.05mol％～0.07mol％的Sn
4+
、0.06mol％～0.12mol％的Cu
2+
；以阴离子摩尔百分比计，所述耐高温玻璃的阴离子含有61.23mol％～61.60mol％的O2‑
。该上述设置中，Si
4+
是形成玻璃的主要成分，即：网络形成体离子，如果Si
4+
低于22.50mol％，则玻璃粘度较低，温度达到1000℃时有析晶倾向，如果超过23.25mol％，则玻璃熔化和澄清困难；Al
3+
是玻璃中间体离子，Al
3+
在玻璃存在4、5和6等配位，适量的Al
3+
含量有利于其主要以
4配位的形式存在，如果Al
3+
低于7.39mol％，则玻璃粘度较低，超过8.02mol％，则玻璃熔化困难，而且高温时有析晶倾向；Na
+
用于降低玻璃熔化温度，同时充当电价平衡离子促使玻璃中的Al
3+
以[AlO4]四配位的形式存在，如果Na
+
低于7.18mol％，则玻璃粘度过大，Na
+
高于7.71mol％，则高温时玻璃有析晶倾向；K
+
用于降低玻璃熔化温度，同时充当电价平衡离子促使玻璃中的Al
3+
以[AlO4]四配位的形式存在，但是如果K
+
高于0.55mol％，则高温时玻璃有析晶倾向；Sn
4+
在玻璃熔化过程中起到澄清的作用，有利于玻璃熔体中气泡的排出，如果Sn
4+
低于0.05mol％，则澄清时间较长，Sn
4+
高于0.07mol％，则高温时玻璃有析晶倾向；Cu
2+
在玻璃中起到吸收近红外线的作用，如果Cu
2+
低于0.06mol％，则近吸收红外线的效果较差，Cu
2+
高于0.12mol％，则玻璃在高温时有析晶倾向；O2‑
在氧化物玻璃中主要存在于[SiO4]四面体和[AlO4]四面体中，即：主要以“桥氧”的形式存在，在该系统玻璃中当O2‑
低于61.23mol％，则玻璃熔体粘度较大，熔化困难；反之O2‑
高于61.60mol％，则“非桥氧”含量增大，高温时玻璃有析晶倾向。
[0010]优选地，Si
4+
的含量为22.60mol％～23.10mol％。
[0011]优选地，Al
3+
的含量为7.52mol％～8.00mol％。
[0012]优选地，Na
+
的含量为7.45mol％～7.70mol％。
[0013]优选地，K
+
的含量为0.00mol％～0.32mol％。
[0014]优选地，Sn
4+
的含量为0.06mol％～0.07mol％。
[0015]优选地，Cu
2+
的含量为0.08mol％～0.10mol％。
[0016]优选地，O2‑
的含量为61.30mol％～61.52mol％。
[0017]一种耐高温玻璃的制备方法，包括以下步骤：(1)根据上述化学组成，准确称取各组成相应原料的重量并混合均匀而制成配合料，将配合料在高温炉中于1700
‑
1745℃熔融并均化；(2)由步骤(1)得到的玻璃熔体浇铸在预热温度为800
‑
830℃的铸铁模具中，迅速转移到马弗炉中退火1
‑
2.5小时，然后冷却至室温。
[0018]优选地，所用原料为二氧化硅、氧化铝、碳酸钠、碳酸钾、二氧化锡和氧化铜。
[0019]一种玻璃预制件，所述玻璃预制件采用上述耐高温玻璃制成。
[0020]一种光学元件，采用上述耐高温玻璃或者上述玻璃预制件制成。
[0021]一种光学仪器，具有上述的光学元件。
[0022]本专利技术涉及的一种耐高温玻璃材料，该耐高温玻璃材料熔化温度远远低于石英玻璃，同时具有较高的膨胀软化点温度和较强的玻璃稳定性，因此本专利技术具有能耗低的优点。此外，本专利技术涉及的一种耐高温玻璃材料，通过玻璃组成调节各阳离子的相对含量，诱导Al
3+
在玻璃中主要以[AlO4]配位的形式存在，赋予玻璃较高的粘度，进而从热力学和动力学两个方面抑制晶核的形成，即：通过抑制玻璃的晶核的形成来防止其析晶，因此，在100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温玻璃，其特征在于：以阳离子摩尔百分比计，所述耐高温玻璃的阳离子含有22.50mol％～23.25mol％的Si
4+
、7.39mol％～8.02mol％的Al
3+
、7.18mol％～7.71mol％的Na
+
、0～0.55mol％的K
+
、0.05mol％～0.07mol％的Sn
4+
、0.06mol％～0.12mol％的Cu
2+
；以阴离子摩尔百分比计，所述耐高温玻璃的阴离子含有61.23mol％～61.60mol％的O2‑
。2.根据权利要求1所述的耐高温玻璃，其特征在于：Si
4+
的含量为22.60mol％～23.10mol％。3.根据权利要求1所述的耐高温玻璃，其特征在于：Al
3+
的含量为7.52mol％～8.00mol％。4.根据权利要求1所述的耐高温玻璃，其特征在于：K
+
的含量为0.00mol％～0.32mol％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树江，李昊福，王文增，张加艳，单志涛，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：