[发明专利]材料的低温连接

说明书

本申请是1999年11月1日递交的申请序列号09/430,885的部分继续申请。

发明概述

本发明具有两个方面：第一个方面涉及两个磷酸盐玻璃材料的连接，和第二个方面涉及分别独立地是玻璃、金属涂层或结晶材料的两种材料的连接，其中优选至少一种被连接的材料不是磷酸盐玻璃。磷酸盐玻璃方面

在第一个方面，本发明涉及连接磷酸盐玻璃的工艺和方法，其中使用一溶液在低温例如室温或在待连接的玻璃的玻璃化转变点以下的温度进行连接。本发明还涉及被连接的磷酸盐玻璃、用于粘合磷酸盐玻璃的溶液和在光学用途中、特别是在激光器和相关应用中使用被连接的磷酸盐玻璃(例如混合或类似的玻璃连接)的方法。

粘合的玻璃在制备各种光透射器、折射器、反射器等等中是熟知的。光学透明度，例如在粘合区域中的低损耗，为得到具有尽可能高质量连接的各种应用的各种高温方法中具有高重要性是已知的。高性能元件或器件，特别是光学器件要求高质量的粘合连接以防止光学损耗。

对于判定粘合质量，考虑了各种因素诸如粘合的精度、粘合的机械强度、粘合的光学、热学和化学性能，以及粘合工艺的简单性。

本发明的这个方面涉及由第一个磷酸盐玻璃表面和第二个磷酸盐玻璃表面形成的玻璃复合体，该复合体具有在两个表面(surface)之间并与每个表面接触的含磷溶液。在一优选的实施方案中，所述复合体是由第一和第二磷酸盐玻璃界面、在两个界面之间并与每个界面接触的固化的含磷溶液的中间层形成。在又一个实施方案中，所述中间层是缩聚的磷相(例如(P-O-P)_n层)。本发明的复合体优选是通过固化两个磷酸盐玻璃基材之间的含磷水溶液而将该两个玻璃基材连接在一起而制成的。本发明的方法包括通过固化两个磷酸盐玻璃表面之间的含磷水溶液而粘合该两个玻璃表面。本发明的混合玻璃连接可用于其中包括有磷酸盐玻璃部件的光学器件中，例如激光源、无损耗分路器等等。

在本申请中使用的磷酸盐玻璃是指其中以P₂O₅为主要玻璃形成成分存在的玻璃，但是其它玻璃形成成分SiO₂，GeO₂，P₂O₃或常规改性剂(例如Na₂O，K₂O)和媒介物(例如Al₂O₃)可以较少量存在。

在本申请中使用的含磷溶液是意欲广泛地涵盖合适的可溶磷，例如磷酸盐、亚磷酸盐和相关的含磷物质。

本发明的第一个方面的一个目的是提供一种使用基于溶液的技术在低温下连接玻璃部件的方法。

本发明的这个方面的另一个目的是提供一结构增强且没有热相关的缺陷(例如表面结晶或翘曲)的磷酸盐玻璃复合体。

本发明的这个方面的又一个目的是提供一光学透明的磷酸盐复合体。

本发明的这个方面的再一个目的是提供含磷水溶液作为在磷酸盐玻璃之间制备机械强度好和光学透明的连接的粘合剂。

本发明的这个方面的进一个目的是提供改进的混合光学器件，其中主动(激光)磷酸盐玻璃是连接至其它主动或被动(非激光)磷酸盐玻璃上。

本发明的这个方面的进一个目的是提供酸性或碱性含磷溶液作为磷酸盐玻璃连接的粘合剂。

本发明的这个方面的进一个目的是提供将含磷水溶液用于在磷酸盐玻璃之间于低温下-在被连接的两玻璃的最低玻璃化转变温度以下的温度下形成光学透明和机械强度好的连接的方法。

本发明的这个方面的进一个目的是提供一种形成混合光学器件的方法，该光学器件含有以使它们光学透明的方式连接的各种磷酸盐玻璃部件。

本发明的这个方面的又一个目的是提供一种通过溶解和缩聚反应在室温下连接磷酸盐玻璃的方法。

本发明的这个方面的又一个目的是提供一种复合玻璃，具有由于当各部件在低温连接时热膨胀系数的不同引起的最小缺陷。

本发明的这个方面的又一个目的是提供一种制备复合磷酸盐玻璃的方法，其中玻璃不必在任何温度范围内被作成斜面(ramped)或淬火以形成刚性连接。

本发明的这个方面的另一个目的是提供化学上类似于玻璃的连接胶粘剂溶液(如用于连接磷酸盐玻璃的含磷溶液)。

本发明的这个方面的又一个目的是提供一低浊度的磷酸盐玻璃-磷酸盐玻璃界面，和一透明的界面。

本发明的这个方面的另一个目的是提供在通常用于使用波长为800至2500纳米的光学系统的波长下是光学透明的复合玻璃连接。