航天用掺铈的二次表面镜玻璃基片的制备方法技术

本发明专利技术提供一种添加稀土元素制造特种光学玻璃的方法。其制造方法的工艺为：玻璃原料配方为：二氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化铈等。将配合料置于铂金坩埚中，放入硅钼电炉中加温，由１３００℃快速升至１４６０℃，恒温熔化，再升至１５２０℃，恒温３小时澄清，然后降温出料，将所出料块置于电阻炉内按一定温度制度退火。所得产品即为二次表面镜（ＯＳＲ）的玻璃基片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种航天用特种玻璃
，特别是航天用掺铈的 二次表面镜玻璃基片制备方法。
技术介绍
根据空间飞行器应用多年实践经验，飞行器内部温度的高低是决定空间运转是否良好的重要参数。二次表面镜(OSR)基片作为飞行 器温控系统的组成部分之一，保护飞行器不受空间高能粒子的侵害。 原来应用的是石英材料的二次表面镜(OSR)基片，虽然性能可以达 到国标要求，但是用石英材料制造的基片脆性较大，不好裁割，操作 起来很困难；另外，石英材料的密度较大，会增加飞行器总体的重量， 石英材料本身造价很高，两者都会导致飞行器预算成本的增加。由此 可见，专利技术一种新型玻璃来代替石英基片是必需的。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服石英基片在应用中存在的弊端，提供一种航 天用掺铈的二次表面镜(OSR)玻璃基片制备方法，通过在配方中添 加一种少量稀土元素氧化物的方法，达到国军标对基片的性能要求。 并且以其高强度、轻量化、低价格的优势取代石英基片。本专利技术的目的通过以下措施实现航天用掺铈的二次表面镜 (OSR)玻璃基片配方由下述重量比的成分组成二氧化硅(Si02) 54-58 ; 氧化铝(A1203)3-4 ; 三氧化二硼(B203) 5-8 ; 氧化锌(ZnO) 3-4 ; 氧化锶(SrO) 1.5-3 ; 氧化钠(Na20) 19-22 ;3氧化铈(Ce02) 4.7-5.3 ;选用矿物原料的要求由于航天用二次表面镜(OSR)玻璃基片要求较高的透明度，故对于矿物原料的纯度要求较高，试验所采用的原料质量指标如下原料纯度 %Fe203%Cr%Cu%Cl%so4%Si0299.990.0001O.00001O.00002SrC0399.950扁2<0.6<0.045Al ( OH) 399.800.0028<0.02<0.04H3B0399.980.0001<0.01<0.40ZnO99.970.0002<0.01<0.003Sr (N03) 299.870.0002<0扁3<0馬Ce0299.900.0003Na2C0399.780.0017<0扁3<0.05采用间接辐射加热，具体工艺为将按设计成分配合好的配合料置于铂金坩埚中，将其放入硅钼电炉中加温，并快速升温至146(TC， 恒温2小时熔化，再升至152CTC，恒温3小时澄清，然后降温出料， 将所出料块置于电阻炉内退火。所得产品即为二次表面镜(0SR)的 玻璃基片。上述的放入硅钼电炉中快速升温是由130(TC快速升至1460°C， 升温时间为3小时。上述的将所出的料块置于电阻炉内56(TC退火。各种玻璃组分对二次表面镜(OSR)玻璃基片的性能影响 l.对密度的影响空间发射飞行物的费用与重量成正比，要增加4一公斤将增加发射费用几十万元，故二次表面镜(OSR)玻璃原料的密度应尽可能小，我国军标规定在2. 60以下。符合二次表面镜(OSR) 玻璃基片性能要求的玻璃系统有几个，但因密度在3-4之间，所以选 用密度在2.60以下的硼硅酸盐玻璃。在此系统中通过试验氧化铝 (A1203)含量过高对玻璃密度有负影响，故最后确定组成时，适当 降低氧化铝(A1203)的含量，调整其他组分的比例以满足生成系统 的要求。2.对透过率的影响由于二次表面镜(OSR) 二次表面镜玻璃基 片长期在空间条件下使用，故仅仅从原料的纯度控制着色离子的含量 是不够的，还必须对组分中抗辐射物质的作用进行试验研究。通过试 验测试结果可以看出，虽然有一系列变价离子具有抗辐射作用，但这 些变价离子在可见光区域有一定的吸收，会导致基片的发射系数降 低，只有二氧化铈(Ce02)和三氧化二铈(Ce203 )中的四价铈离子 (Ce4+)和三价铈离子(Ce3+)在可见光区无吸收峰，只在紫外区有 吸收及其价态改变不引起可见光的吸收。当氧化铈的Ce02含量达到1.0-2.0% (Wt)时，所有的电子和空穴被四价铈离子(Ce4+)和三价 铈离子(&3+)俘获，而不为网络缺陷所俘获。由于四价铈离子(Ce4+) 和三价铈离子(Ce3+)分别俘获空穴和电子因康普顿效应而引起玻璃 中形成空间电荷并产生电场，实验证实，与不存在铈时由网络缺陷俘 获电子和空穴所产生的空间电荷相比较，引入铈元素(Ce)的玻璃空 间电荷要多2-4倍，从而发生放电，为了中和由于过量引入二氧化铈 (Ce02)所产生的空间电荷，适当增加了氧化钠(Na20)的含量以增 加电导。为了达到光学特性，本产品采用了以硼硅为基础的多项组分； 为了提高抗辐照性能，本产品添加了适量的二氧化铈(Ce02)，过多 或者过少，都会对本产品性能有影响；为了进一步调整该产品的线膨 胀系数，高温料性等理化和熔制性能，组分中适量加入了氧化锌5(ZnO)等；为了提高产品的化学稳定性和有效阻止相变，该产品中添加了适量的氧化铝(A1203);为了提高产品的机械性能，该产品用了消除内部残余应力的办法如精密退火等。国军标要求的技术指标项目指标吸收系数(a)《0. 09±0. 01发射系数(e)》0. 80±0. 02密度(p )2. 51 2. 56g/cm3折射率(ND)1. 51 1. 53线膨胀系数(a)《90Xl(r7/°C (20 12(TC的高低温冲击实验(-180°C 平均值)iocrc)温度范围内作六次循环破损率《6°/。国军标要求的光谱特性波长(入)nm透射比(T) %《330《1400>88450>90500 1100》92本产品具有的技术参数<table>table see original document page 7</column></row><table>本产品的创新点l.理论创新从理论角度讲，a)对太阳光的吸收系数越小越好， 发射系数越高越好，因为二次表面镜(OSR)基片粘在飞行器外壳的 表面，若二次表面镜(OSR)基片的吸收系数过高，发射系数过小， 将会产生大量热量，从而使飞行器运行温度升高，影响其正常工作。 (2)在紫外光部分其透射率越小越好，因为基片必须保证其它光线的 透过率，若紫外透过率高，会导致基片变色，影响其它光线的透射，最终使基片温度升高，飞行器温度也随之升高，导致其不能正常运行。 (3)同时减小基片内部横向应力和纵向应力，达到减小产品实际应用 的效率。(4)经过某种元素一定量的掺杂，可以减小基片的线膨胀系 数，达到基片与飞行器的匹配，提高基片的使用寿命和对飞行器的保 护作用。(5)通过计算，经过某种元素一定量的掺杂，可以增强该产 品的抗辐照性能，提高基片的使用寿命，同时有效的保证了飞行器的 正常运行。2. 应用创新主体为硼硅酸盐玻璃，通过对某种元素一定量的惨杂，可以使二次表面镜(0SR)基片有效的降低飞行器的内部温度，保证飞行器的正常运行。3. 技术创新(1)抗辐照性能，该产品经累计通量lX10"e/cm2 辐照后，光的透过率基本不变。(2)紫外光透过率很小，几乎为零。 具体实施例方式实施例l:航天用掺铈的二次表面镜(OSR)玻璃基片制备方法航天用掺铈的二次表面镜(OSR) 二次表面镜玻璃基片配方由下述重量比的成分组成二本文档来自技高网...

【技术保护点】
种航天用掺铈的二次表面镜玻璃基片的制备方法：　二氧化硅（ＳｉＯ↓［２］）　５４－５８；氧化铝（Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］）　３－４；　三氧化二硼（Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］）　５－８；氧化锌（ＺｎＯ）　３－４；　氧化锶（ＳｒＯ）　１．５－３；氧化钠（Ｎａ↓［２］Ｏ）　１９－２２；　氧化铈（ＣｅＯ↓［２］）　４．７－５．３；　采用间接辐射加热，具体工艺为：将按设计成分配合好的配合料置于铂金坩埚中，将其放入硅钼电炉中加温，并快速升温至１４６０℃，恒温２小时熔化，再升至１５２０℃，恒温３小时澄清，然后降温出料，将所出的料块置于电阻炉内退火。所得产品即为二次表面镜（ＯＳＲ）的玻璃基片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢勇，
申请(专利权)人：秦皇岛星箭特种玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]