一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐基质玻璃及其制备方法，基质玻璃组成为TeO2、Na2O、ZnO、B2O3、GeO2。其制备方法是：将与上述各氧化物相对应的原料进行球磨、过80目筛、混合均匀后制得配合料；将配合料置于刚玉坩埚内，用CCl4浸泡处理后，置于电阻炉中熔化，将熔化好的玻璃液浇注到不锈钢等金属或石墨等非金属模具中成型，经退火得到透明、均匀、无气泡的块状玻璃。本发明专利技术的碲酸盐基质玻璃中还可以掺杂Er3+离子；由本发明专利技术制得的掺Er3+离子碲酸盐玻璃材料的热膨胀系数为8.67～14.99×10-6/℃、玻璃转变温度为330～414℃、析晶峰温度为≥552℃、软化温度≥371℃、ΔT≥152℃、荧光半宽高为57～63、受激发射截面为6.829～10.864×10-21cm2，综合性能优良。同时，本发明专利技术制备方法简单，熔制温度低，生产成本低，可替代光通讯领域中目前使用的光纤材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于玻璃材料及其制备
技术介绍
信息化的高速发展要求通讯网络具有更高的传输容量，而提高传输能量的一个有效方法就是利用光纤放大器。光纤放大器具有实时、高增益、宽带、在线、低噪声、低损耗的全光放大功能，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件。其中，由于掺铒光纤放大器 (EDFA)可对多路WDM光信号同时进行放大，无需进行光电转换相应的后续工作，从而使WDM 长距离传输成为可能，为实现长距离大容量DWDM系统铺平了道路。目前，EDFA已经在光传输系统中得到了广泛应用。近年来，被用来研究光纤放大器的基质材料包括碲酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、锗酸盐玻璃、氟化物玻璃和含铋基质玻璃。有研究表明，与掺铒碲酸盐玻璃相比，掺铒硅酸盐玻璃和磷酸盐玻璃带宽较窄，从能级4113/2到能级4115/2跃迁的吸收和受激发射面积较小，从而影响了玻璃带宽特性和增益性能。碲酸盐玻璃因具有受激发射截面大、增益带宽、较宽的红外透光范围、在氧化物玻璃中具有较低的声子能量、高折射率、稀土离子溶解性好、化学稳定性较氟化物玻璃好等特性，因此，用其作为宽带掺铒光纤放大器的基质材料方面的开发研究已引起国内外的广泛关注。然而，现有碲酸盐玻璃的热膨胀系数高、热稳定性较差，导致光纤的内部损耗较大、热-机械性能较差。在拉制光纤过程中，由于析晶温度距玻璃转化温度较近，会缩短拉制光纤的操作温度范围，容易发生析晶现象，使得材料内部产生微观缺陷，导致玻璃光纤脆性变大、强度降低以及损耗增加等一系列问题，从而影响碲酸盐玻璃的实际应用。因此，为了使碲酸盐玻璃在光纤激光器或放大器用基质材料领域得到广泛实用，就需要对玻璃的化学组成和制备工艺进行科学设计和调控，以获得具有低热膨胀系数、高热稳定性、热-机械强度优良和光学性质优异的碲酸盐玻璃材料和制备技术。国内已有关于提高碲酸盐玻璃热稳定性的专利，如中国专利(申请号 200510048996. 4) “低膨胀系数的碲硅酸盐玻璃及其制作方法”，中国专利(申请号 200510016529. 3) “一种具有高软化温度的碲酸盐玻璃和制备方法”等，在这2项专利中， 热膨胀系数较低的碲酸盐玻璃材料所含TeA量都较低。对TeA含量较高的碲酸盐玻璃的热稳定性的研究则相对比较少。国外文献“Spectroscopic investigation and optical characterization of novel highlythulium doped tellurite Glasses，，(对比例 1)中提到75Te0-20ai0-5Na20的Δ T (玻璃析晶温度与玻璃转变温度的差值)只有114°C。有关碲酸盐玻璃热膨胀系数的文献中，中国专利(申请号20041005090.幻“一种碲酸盐玻璃及其应用”(对比例2)中所制备的TeO2-ZnO-Nb2O5-K2O玻璃最低的热膨胀系数为12. 2X 10_6/°C; 国夕卜文献"Effect of alkali metal oxides R2O(R = Li, Na, K, Rb and Cs)and network intermediate MO(M = Zn, Mg, Ba and Pb) in tellurite glasses，，(对比例 3)中 艮导的 TeO2-ZnO-Na2O玻璃的热膨胀系数为18. 7Χ 10_6/°C。4归纳起来，现有掺铒碲酸盐玻璃主要存在如下问题1)热膨胀系数较高，不利于制作光纤芯料及光纤包层材料或其它光学元件，材料质脆，强度低，光纤拉制困难；在使用过程中，光纤容易受温度变化的影响。2)热稳定性较差，由于析晶温度与玻璃转变温度范围较窄，光纤拉制工艺难以控制，在光纤拉制过程中，玻璃容易出现析晶现象，不利于实际应用和实现产业化。3)玻璃经磨、抛光处理后条纹明显。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足而提供一种制备方法简单、熔制温度较低、生产成本较低、热膨胀系数低、热稳定性高、光学性能优良的低热膨胀高热稳定性的掺铒碲酸盐玻璃及其制备方法。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的掺铒碲酸盐基质玻璃，包括下述组分按摩尔百分比组成iTeO2 :50. 0 70. 0% ；化03:4. 0 35. 0% ；GeO2 :1. 0 5. 0% ；Na2O或SiO中的至少一种，其含量为10.0 30.0% ；各组份摩尔百分比之和为 100%。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐基质玻璃中，在所述碲酸盐基质玻璃中掺杂稀土金属离子为Er3+离子。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐基质玻璃中，所述Er3+离子的量占所述碲酸盐基质玻璃质量的0. 8 4. Owt%。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐玻璃的制备方法，包括下列步骤第一步配料按设计的组份配比，根据各组分的摩尔比，换算得到相应原料的重量；称取各原料、球磨、过80目筛后混合均勻，制成混合料；第二步炉料浸泡将第一步制得的混合料在室温下用CCl4浸泡5 IOmin ；第三步熔化将第二步所得混合料放入坩埚，炉中以5 10°C /min的升温速率升温至800 900°C，保温时间1 池，得到玻璃熔融液；第四步成型与退火将第三步所得玻璃熔融液倒入已预热到300 350°C的模具中，并移至已加热到 300 350°C的保温炉中，在300 350°C保温2 3h退火，然后以5 8°C /h的速度降至 100°C，之后随炉冷却至室温，得到低热膨胀高热稳定性的铒掺杂碲酸盐玻璃。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐玻璃的制备方法中，所述模具为金属或非金属模具。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐玻璃的制备方法中，所述模具为不锈钢或石墨模具。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐玻璃的制备方法中，所述保温炉为电阻炉。本专利技术一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐玻璃的制备方法中，在所述混合料中掺杂占所述混合料质量的0. 8 4. 0wt%的Er3+离子后，经浸泡、熔化、成型与退火，得到铒掺杂碲酸盐玻璃。本专利技术由于采用上述组成配比制备的碲酸盐基质玻璃，可获得热膨胀系数低、热稳定性高、综合理化性能优良的铒掺杂碲酸盐玻璃。通过掺杂Er3+稀土金属离子，赋予了这种碲酸盐基质玻璃在1. 5μπι处优良的特征光学性能。由上述配比和方法制得的铒掺杂的碲酸盐玻璃具有优良的发光性能，玻璃配方中含由Er2O3引入的稀土发光离子，掺杂Er2O3的质量百分比为0.8 4. Owt%0本专利技术涉及一种低热膨胀高热稳定性的可掺杂碲酸盐基质玻璃及其制备方法，特别是掺Er3+离子碲酸盐玻璃材料及其制备方法。与已有技术相比，本专利技术的特点在于1)在TeO2-ZnO-Na2O体系碲酸盐玻璃组成中加入化03、GeO2,通过增强玻璃的网络结构调节其热学、热-机械性质，使得到的碲酸盐玻璃具有低的热膨胀系数、高的热稳定性、优良的热-机械性能、更宽的玻璃拉纤操作温度，并大大降低碲酸盐玻璃的析晶倾向。2)为了赋与这种可掺杂碲酸盐基质玻璃优良的特征光学性能，在上述基质玻璃组成中掺杂，掺杂离子是Er3+离子。由上述配比和方法制得的掺杂碲酸盐玻璃具有优良的发光性能，玻璃配方中含由Er2O3引入的稀土发光离子，Er2O3质量百分比为0. 8 4. Owt%。3)本专利技术掺本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种低热膨胀高热稳定性的碲酸盐基质玻璃，包括下述组分按摩尔百分比组成：ＴｅＯ２：５０．０～７０．０％；Ｂ２Ｏ３：４．０～３５．０％；ＧｅＯ２：１．０～５．０％；Ｎａ２Ｏ或ＺｎＯ中的至少一种，其含量为１０．０～３０．０％；各组份摩尔百分比之和为１００％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卢安贤，任芳，刘学峰，陈兴军，王克强，罗志伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43
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