[发明专利]一种铝酸盐玻璃及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于玻璃及其制备方法，特别是涉及一种铝酸盐玻璃及其制备方法与应用。

背景技术

目前应用的红外透过材料，按物质形态、性能及制备方法主要分为晶体类材料(如人造蓝宝石Al₂O₃)、多晶类材料(多晶MgF₂、ZnS等)和红外玻璃材料这三大类。其中红外玻璃不但具有较好的红外透过性能、优良的光学均匀性、较高的机械强度，而且制造成本低廉、光学加工工艺简单、可加工成复杂形状制品。红外玻璃材料这些性能和制备成本的优势使其成为红外材料的研究重点，并为该类材料的大量应用奠定了良好的基础。

铝酸盐玻璃是一种综合性能优异的中红外材料，具有良好的光学性质，表现在它具有类似于蓝宝石的红外透过性能，能透过从近紫外到中红外光谱，理论上长波截止约6μm。同时，该系统玻璃的软化温度高于740℃，耐温度急变性能好，机械性能高，是制造耐高温整流罩的候选材料。然而现有的铝酸盐玻璃在中红外波段(3-5μm)透过率偏低，用于红外探测、测距窗口时图像不清晰，限制了其应用。

另一方面，由于不含传统网络形成体(如SiO₂、B₂O₃、P₂O₅等)，铝酸盐玻璃形成区域窄，成玻性较差，难以制备出大尺寸试样。为提高铝酸盐玻璃的成玻性，已有研究者对其组分进行了优化：(1)加入少量网络形成体SiO₂能显著提高铝酸盐玻璃的形成能力，但由于Si-O的声子能量高，玻璃的红外截至波长发生紫移；(2)加入GeO₂玻璃形成体既可提高玻璃的形成能力又不影响铝酸盐玻璃的红外性能，但降低了玻璃的硬度；(3)加入少量碱土金属可提高铝酸盐玻璃的形成能力，其中BaO的效果最佳，但加入量过高会加剧析晶。总之，现有的铝酸盐玻璃的热稳定性较差，容易析晶。铝酸盐玻璃的析晶极大地限制了其制备，尤其是大尺寸玻璃的制备，一旦产生析晶，玻璃的光学和机械性质都会遭到破坏。

发明内容

为解决铝酸盐玻璃的析晶难题以及提高其红外透过率，以成功制备出大尺寸、多光谱透过的光学器件，本发明目的在于提供一种具有良好的多光谱(可见光至中红外光)透过性能的铝酸盐玻璃。

本发明所提供的透可见光至中红外光的铝酸盐玻璃，包含以下重量份数比的组分：

(1)15-40重量份的氧化铝(Al₂O₃)；

(2)20-40重量份的氧化钙(CaO)；

(3)0.5-20重量份的氧化镓(Ga₂O₃)；

(4)5-15重量份的氧化锶(SrO)；

(5)1-7重量份的氧化钡(BaO)；

(6)1-6重量份的氧化钇(Y₂O₃)；

(7)0.5-6重量份的氧化锌(ZnO)；

(8)0.1-1重量份的氧化锑(Sb₂O₃)。

所述铝酸盐玻璃(7mm厚)具有以下特性：在可见光区域(400-800nm)透过率≥80％；波长1.06μm处，透过率≥83％；波长2.0μm处，透过率≥84％；波长为3.0μm处，透过率≥78％；波长为4.0μm处，透过率≥80％；波长为5.0μm处，透过率≥40％；硬度≥6200MPa；软化温度≥740℃，耐水稳定性IV级。

本发明还提供了一种制备上述铝酸盐玻璃的方法。包括以下步骤：

1)按所述玻璃组分计算称取各对应原料，混匀；

2)将步骤1)中的原料混合物在1450-1550℃下熔制2.5-4h，成形后在600-640℃下退火3-5h后得到无析晶、结石和气泡的铝酸盐玻璃。

其中：所述步骤2)各原料混合物在1450-1550℃下熔炼1h后，向形成的玻璃液中通入干燥O₂和CCl₄的混合气体30-60min，再在干燥N₂或O₂保护下澄清1-2h。

本发明的铝酸盐玻璃经切割、研磨和抛光可制成具有良好的多光谱(可见光至中红外光)透过性能的异形光学器件。