[发明专利]一种新型高膨胀光学玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高膨胀光学玻璃及其制备领域，主要涉及一种新型高膨胀光学玻璃及其制备方法。

背景技术

随着电子元器件的不断发展，微型化智能化已经成为一种趋势。在许多光学电子元器件的组装上，经常将光学玻璃与金属外壳封接或粘结在一起。为了保证使用过程中光学玻璃和金属间的良好接触和器件内部真空度，希望在一定的温度变化范围内，金属与玻璃的热膨胀系数有较好匹配性。这种玻璃材料一般具有较好的光学性能（对可见光波段透过率较高），良好的耐热性和化学稳定性，较高的机械强度，而被广泛应用于电真空和微电子技术、激光和红外技术、高能物理、能源、宇航、汽车等众多领域。实现了玻璃、陶瓷、金属、半导体间的相互连接。应用的产品有阴极射线管显示器、真空荧光显示器、等离子体显示器、真空玻璃、激光器、高档汽车车灯以及LCOS、CCD、CDROM读取头等。

高硼硅玻璃（硬玻璃）是目前研究和生产应用较多的一类光学玻璃，它具有耐高温、高强度、高硬度、高透光率和高化学稳定性的优异性能，能够广泛地应用于太阳能、电光源等行业，其良好性能已经得到世界各界的广泛认可。然而作为光学玻璃，它的热膨胀系数较低（3.3±0.1）×10^﹣6/K，为了将其应用在光学器件中，目前国内通常采用柯伐合金（KOVAR，也称可伐合金、科瓦合金、铁镍钴合金）与其进行封接。由于柯伐合金在25-400℃范围内具有与高硼硅玻璃相近的线膨胀系数，能够实现与这类光学玻璃的有效匹配封接，故可广泛的应用与制作电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电器外壳。由于柯伐合金中含有一定量的钴（以4J29柯伐合金为例，其中钴含量为17%），产品比较耐磨，是加工过程中的一个难题，同时柯伐合金价格较高，在很大程度上增加了生产成本，直接影响了企业的经济效益。

冷轧带钢是一种以热压带钢或钢板为原料，在常温下经冷轧机轧制成材，其厚度能在0.1～3mm范围内调整。冷轧带钢具有表面光洁、平整、尺寸精度高和机械性能好等优点，生产效率高，使用方便，有利于后续加工，生产加工成本低，因而应用广泛。然而这种冷轧带钢热膨胀系数较大（12～13×10^﹣6/K），普通的光学玻璃大多热膨胀系数较小，很难与其匹配，容易在接触部位产生应力从而影响二者的封接效果和光学器件的准确性。利用这种普通的冷轧带钢材料作为管壳材料时，就对与其匹配的光学玻璃提出了更高的要求。因此，针对以普通冷轧带钢材料作为管壳材料，替代当前使用较多的柯伐合金的需要，要求开发出性能优异的新型光学玻璃材料。这种新的光学玻璃须具有以下特点：与冷轧带钢相匹配的热膨胀系数（＞11×10^﹣6/K），合适的软化温度和玻璃化转变温度，以保证封接过程中能够保持良好的玻璃态，能够重复进行加热；同时还要有良好的光学性能即较高的折射率和对可见光波段较高的透过率，以满足产品技术发展的要求。

目前，国内外对光学玻璃的研究大多要求其膨胀系数较小，以满足使用过程中温度变化时玻璃光性能的稳定性，美国专利20130331255公开的一种光学玻璃配方: La₂O₃: 40.0-60.0%, SiO₂: 5.0-18.0%, B₂O₃: 4.0-10.0%, TiO₂: 0.1-10.0%, ZrO₂: 0-15.0%, Nb₂O₅: 0-15%, Y₂O₃: 0.1-5.0%, Gd₂O₃: 0-15.0%，这种配方的光学玻璃的折射率能够达到1.92以上，但是热膨胀系数小于11×10^-6K^-1（20-300℃），难以满足与冷轧带钢的匹配封接或粘结的要求，并且其中引入较多的稀土元素，产品成本高。