[发明专利]一种8～14μm透射硫卤微晶玻璃、制作方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种一种8～14μm透射硫卤微晶玻璃、制作方法及应用，更确切地说涉及一种硫系-卤化物微晶玻璃、制作及在8-14μm大气窗口中的应用，属于微晶玻璃和红外传输材料领域。

背景技术

8～14μm波段是大气的一个重要红外窗口，不同温度下的物体在此波段均具有较强的辐射，相关的应用涉及夜视、工业控制、临床医学等领域。单晶锗是市场上主要应用的8～14μm透射材料，但它稀缺、昂贵，红外系统中使用的非球面棱镜一直采用传统的单点金刚石车削工艺加工，成本高且效率低。最近，GeSe₂基硫系玻璃作为8～14μm透射材料得到了应用，它的原料成本较低，可采用精密模压工艺成型，该工艺的成本比用于晶体加工的单点金刚石车削工艺低得多。然而，硫系玻璃的机械性能较差，断裂韧性指标K_1c一般小于0.3MPa·m^1/2，限制了它的应用。

与玻璃相比，微晶玻璃具有相对较好的机械性能，如果微晶的尺寸和分布控制得当，可获得机械性能较好的8～14μm透射微晶玻璃。然而，目前仍没有8～14μm透射微晶玻璃产品出现，也未见相关的文献报道和专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种8～14μm透射硫卤微晶玻璃、制作方法及应用。

最近的研究表明，部分卤化物引入硫化物玻璃后，所获得的硫基硫卤玻璃的微晶化过程可得到较好控制，并且无需另外引入晶核剂，虽微晶化机理尚不明确；卤化物的引入对玻璃长波截止边无显著影响。但硫基硫卤微晶玻璃的长波截止边不可能超过12μm。硒化物玻璃在8～14μm具有优良的透光性，如果向硒化物玻璃中引入卤化物后，获得的硒基硫卤玻璃也可发生类似情况，即微晶化过程可得到较好控制，那么8～14μm透射微晶玻璃就会成为可能。

为实现上述发明构思，本发明首先通过对硒基硫卤玻璃采取合适的热处理工艺而获得的一类新型的硫卤微晶玻璃；所指硒基硫卤玻璃的化学组成为：(100-x-y-z)Ge-xGa-ySe-zCsI，其中，5≤x≤30，45≤y≤65，1≤z≤20；玻璃的制备方法采用制备硫系和硫卤玻璃常用的熔融-淬冷法。

玻璃制备方法可描述如下：

(1)将纯度≥99.999％的Ge、Ga、Se元素和纯度≥99.9％的CsI装入经脱羟基预处理的石英安瓿中；

(2)抽真空至安瓿内的真空度≤10^-2pa，用氧气-煤气火焰封接；

(3)将封接后的盛有混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，缓慢升温(约0.5～2℃/min)至850～900℃，保温10～15h后取出；

(4)置于室温水中淬冷，然后在280～340℃保温2h进行退火处理，即得本发明所述之硒基硫卤玻璃。

热处理工艺参数的确定方法可简述如下：

(1)析晶机理：最近的研究表明，Ge-Ga-Se-CsI硫卤玻璃在T_g温度以上几十度(设此温度为T₁)进行热处理时普遍有分相现象，这种现象可由扫描电子显微镜(SEM)图片识别。在T₁保温更长的时间(大于120min)或另一较高的温度T₂(通常比T₁高几十度)保温较短的时间(小于180min)，有亚微米或纳米尺寸的微晶析出，这种现象可由透射电子显微镜(TEM)图片和SEM图片识别。此玻璃系统中未引入晶核剂，根据上述实验现象我们推测，玻璃的分相使某一相内存在成分相同但尚未排列整齐的结构单元，由于成核单元迁移到成核位置所需扩散焓取消了，临界核生成焓大大减小，使成核进行得容易且迅速，从而诱导或引起了玻璃相中析出了细小的晶体。分相颗粒在玻璃内均匀分布，这使得玻璃的微晶化较易控制。

(2)核化温度T₁的确定：对玻璃进行热分析可获得玻璃的转变温度T_g，析晶起始温度T_x和析晶峰值温度T_p，根据这些特征温度可预先估计核化温度范围；将上述所制备的硒基硫卤玻璃样品(根据需要，先切割、研磨至一定尺寸)放入室温晶化炉中，缓慢升温(约1～2℃/min)至T_g以上约几十度(以一定的温度间隔选几个点)并保温一段时间，然后缓慢冷却至室温，借助SEM观察玻璃的分相情况以确定较合适的核化温度T₁。