块体功能玻璃的制备方法技术

本发明专利技术涉及块体功能玻璃的制备工艺，属于块体功能玻璃材料制备技术领域。本发明专利技术的块体功能玻璃的制备方法，该方法包含步骤：（１）采用化学方法合成分子筛、介孔或者大孔材料，或者是含有稀土离子掺杂、半导体化合物或者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大孔材料为原料（２）采用放电等离子体快速烧结粉体制备块体功能玻璃。通过上述过程制备的块体功能玻璃，可以在发光材料、信息处理、集成、通讯等方面起着重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及块体功能玻璃的制备工艺，属于块体功能玻璃材料制备

技术介绍
玻璃在日常生活中随处可见，例如建筑玻璃、玻璃器皿、镜子等等，从上 述日常使用的玻璃到目前很多领域应用的功能玻璃，例如发光玻璃、快离子导 体玻璃、高力学性能的防弹玻璃、生物玻璃等等。所谓功能玻璃是指通过设计化学组成、制备工艺以及后续加工过程等方法， 获得具有特殊的物理、化学或者生物性能的玻璃，区别日常使用的普通玻璃。 功能玻璃根据所具有的功能可以大致分为七类光功能玻璃、磁功能玻璃、机 械功能玻璃、化学功能玻璃、电功能玻璃、生物功能玻璃、热功能玻璃。玻璃制造技术有着5000多年的发展历史，直到近代为了适应军用光学仪器 的发展，SCH0TT公司的创始人0tto Schott于1884年发展了现代光学玻璃 熔炼技术，制造出了的世界上第一块高质量的光学玻璃以来，玻璃制备技术有 了很大的发展，主要有传统的高温熔炼技术、溶胶一凝胶技术、离子注入法、 射频溅射法、CVD法和PCVD法等。高温熔炼即熔融法是最常用的方法，通常采用将原料通过高温熔融和热处 理制备玻璃。但是熔融法存在熔融温度高和熔炼时间长的问题，导致掺入的半 导体化合物等容易分解或挥发以及微晶尺寸分布不均匀等问题。目前一般通过 选择原料、严格控制熔融和热处理工艺、添加抑制剂等抑制半导体化合物的分 解等来缓解高温熔融技术存在的问题。溶胶一凝胶技术是制备纳米材料的一个 常用方法，由于可以避免高温操作，所以避免了半导体化合物的挥发、分解和 氧化，所以采用该技术可以制备半导体掺杂微晶玻璃。但是溶胶—凝胶法制备 半导体掺杂微晶玻璃存在的主要问题是如何扩大半导体纳米化合物的范围，以 便选择半导体微晶。离子注入法是利用具有千电子伏特到兆电子伏特能量范围 的离子轰击玻璃，其中一部分离子由于玻璃的反射而离开玻璃，另一部分离子射入玻璃的表层，即所谓的注入离子。射频溅射法是以氩离子为溅射源轰击靶 材，靶材原子被溅射出来附着在基本表面。所以高温熔炼技术是目前制备块体 功能玻璃的一个主要方法，但是其存在的问题也是显而易见的，例如温度高、 能耗大、时间长，导致添加的功能组分容易挥发、分解、偏析等问题。分子筛、介孔或者大孔材料是近年来出现的一类新型多孔材料，其孔径小于2nm为微孔(micropores)或者分子筛(zeolite),大于50nm为大孔材料 (macropores)，孔径介于2nm和50nm之间的通称为介孔材料 (mesopores)。利用化学合成的方法可以进行合成组装制备含有稀土离子掺 杂、半导体化合物或者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大孔材料，从而实 现光电等新功能。放电等离子体烧结(Spark Plasma Sintering—SPS)是近十 年出现的一种新的烧结技术，具有升温速度快、烧结温度低、烧结时间短等特 点，现在已经成为一种重要的烧结手段，成功应用于制备功能梯度材料、生物 材料、纳米材料、硬质合金、电磁材料等。本专利技术提出利用放电等离子体快速 烧结技术(SPS)烧结分子筛、介孔或者大孔材料，或者是含有稀土离子掺杂、 半导体化合物或者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大孔材料，可以实现低 温、快速，抑制添加的功能组分挥发、分解等情况的发生，制备出具有优良性 能的功能块体玻璃，建立一种或者说是新工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备块体功能玻璃的工，其特征在于化学方法 合成的分子筛、介孔或者大孔材料，或者是含有稀土离子掺杂、半导体化合物 或者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大孔材料为原料，然后采用放电等离 子体快速烧结技术(SPS)，制备出具有优良性能的功能块体玻璃，这种方法解 决了上述目前制备方法中存在的问题。本专利技术的技术关键在于化学方法合成分子筛、介孔或者大孔材料，或者是 含有稀土离子惨杂、半导体化合物或者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大 孔材料为原料，即根据功能要求来设计选择原料组成、配比等，利用化学方法 合成分子筛、介孔或者大孔材料，或者是含有稀土离子掺杂、半导体化合物或 者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大孔材料复合粉体，然后对合成的粉体 进行热处理，最后采用放电等离子体快速烧结技术(SPS)烧结，主要通过控制 SPS烧结工艺参数，包括烧结温度、压力、升温速率、保温时间等，具体实施 可以分为两步4第一步原料复合粉体的制备以采用化学方法合成原料粉体，根据功能需要可以选择含有的稀土离子可以是Y， Gd， La， Lu， Yb， Eu， Er， Dy， Pr， Tb， Sm， Ce， Nd， Ho， Tm 等中至少一种；半导体化合物可以是CdS、 CdSeSd-x)、 ZnS、 PbS、 PbSe 、 Bi2S3、 Sb2S3、 Ce02、 ZnSe、 CdSSe、 Zn0、 Ti02等中至少一种；纳米金属粒 子可以是Au、 Ag、 Cu 、 Pt、 Pd、 Ti、 Nb、 Pb等中至少一种，利用化学方法 进行掺杂、组装或者复合，合成原料粉体。将合成的复合粉体，根据粉体的特 性采用真空、惰性气氛或者还原性气氛中的一种进行热处理或者不进行热处理， 热处理温度在300 1200°C之间，热处理时间在1 6小时。 第二步放电等离子体快速烧结(SPS)该过程在真空、惰性气氛或者还原性气氛下进行，可选用石墨模具。在烧 结过程中，需严格控制工艺参数，包括烧结温度、压力、升温速率、保温时间 等。其中，烧结温度与升温速率通过脉冲电流与电压的大小进行调节。烧结的 温度范围为500 1500。C;升温速率范围为50 20CTC/min;;压力范围为10 100Mpa;保温时间范围为1 10分钟。通过上述过程制备的块体功能玻璃，可以在发光材料、信息处理、集成、 通讯等方面起着重要作用，在光调制器、全光开关以及光学存储等方面有着极 其广阔的发展前景。在含有纳米尺寸的半导体微晶的玻璃显示了良好的光学非 线性。 一般而言，在半导体微晶惨杂玻璃中掺入的微晶尺寸越小，其光学非线 性极化率越高，快速反应时间越短。例如含有半导体(ZnSe、 CdS、 PbS等半 导体)量子点或者微晶玻璃、金属(Au、 Ag、 Ti、 Nb、 Pb等)量子点玻璃等。 稀土掺杂的长余辉发光玻璃可以在建筑、航空、国防、艺术装潢等领域有重要 的应用。掺铒玻璃激光器、上转换发光玻璃等在信息显示、高密度光存储、光 电子以及生物医疗诊断等
有着巨大的应用潜力。本专利技术提出的块体功 能玻璃制备方法可以低温(远远低于玻璃的熔点)、短时间(几十分钟甚至几分 钟)制备出块体功能玻璃，有效避免掺入半导体微晶或者量子点、金属粒子、 稀土离子等在传统制备玻璃工艺高温过程中的挥发、分解、分布不均匀等问题。 由于可以获得高性能的块体功能玻璃，并且玻璃基体的易加工性，因此采用该 专利技术建立的制备方法或者说是新工艺，很容易实现从高性能材料到器件的转变 过程，极具应用价值。附图说明图1为实施例1的X光衍射分析(XRD)图2为实施例3的荧光发射光谱(PL)图3为实施例6的断口扫描电镜(SEM )照片；具体实施方式 实施例1以ZSM-5分子筛为原料制备硅酸盐玻璃为例。先将混合均匀的NaOH、白 炭黑、A12(S04) 3*18H20和N a本文档来自技高网...

【技术保护点】
块体功能玻璃的制备方法，该方法包含步骤：　　　　（１）采用化学方法合成分子筛、介孔或者大孔材料，或者是含有稀土离子掺杂、半导体化合物或者纳米金属粒子复合分子筛、介孔或者大孔材料为原料　　　　（２）采用放电等离子体快速烧结粉体制备块体功能玻璃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王连军，江莞，陈立东，沈志坚，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]