專利名稱：一種碲基硫系紅外玻璃及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紅外玻璃材料，具體涉及一種碲基硫系紅外玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
紅外玻璃材料，其光譜區(qū)為6 25 μ m，應(yīng)用于紅外頻譜技術(shù)和生物傳感技術(shù)等。 紅外頻譜技術(shù)是有機(jī)、無機(jī)化合物分子和結(jié)構(gòu)鑒別的主要技術(shù)之一，如H2O在6 μ m、O3在 9 μ m以及CO2在16 μ m處引起光譜吸收峰，所以歐洲宇航局的達(dá)爾文計(jì)劃的零位干涉儀就 應(yīng)用了紅外玻璃材料(6 18 μ m光譜區(qū))。生物傳感技術(shù)是通過與紅外光譜的標(biāo)準(zhǔn)譜圖比 較來鑒定化合物和檢測生物組織。紅外玻璃材料按光譜區(qū)可分為中紅外玻璃(6 13 μ m) 和遠(yuǎn)紅外玻璃(14 25 μ m)，美國太空總署預(yù)計(jì)2011年升空的類地行星發(fā)現(xiàn)者號(hào)，將裝備 新世界成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)也會(huì)應(yīng)用遠(yuǎn)紅外探測技術(shù)。遠(yuǎn)紅外頻譜探測的核心是能工作于6 25 μ m波段的紅外光學(xué)材料，以完成遠(yuǎn)紅 外光信號(hào)的傳感。目前滿足遠(yuǎn)紅外譜探測的光學(xué)材料有兩種一是多晶鹵化銀，二是玻璃材 料。多晶鹵化銀是一種傳輸中遠(yuǎn)紅外光譜和激光能量性能良好的光纖，但是材料成型困難， 成本高，且擠壓形成光纖時(shí)宏觀和微觀區(qū)域受到的應(yīng)力狀態(tài)和變形情況不完全一致，易出 現(xiàn)材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，因此晶體缺陷多、晶相畸變消除難等原因讓鹵化銀應(yīng)用難度大。 目前的紅外玻璃材料主要是硫系玻璃，如公開號(hào)為CN11505580，名稱為一種硫氮玻璃及其 制備方法的發(fā)明專利，就公開了基于As，Ge, Se, Te, Si3N4/BN體系的硫系紅外玻璃，該玻璃 雖具有碲基Te，其玻璃轉(zhuǎn)變溫度也可以達(dá)到200°C左右，但是透紅外波段的截止邊仍只是 接近20 μ m。而公開號(hào)為CN101215092，名稱為具有倍頻功能的透紅外硫系鹵化物玻璃陶瓷 及其制備方法，則公開了基于GeS2、Ge2S3和AgX體系的硫系紅外玻璃，該硫系玻璃透紅外波 段的截止邊不大于12 μ m。所以目前的紅外玻璃材料透紅外波長較短，透紅外波段的截止邊 還不能達(dá)到25 μ m,使遠(yuǎn)紅外頻譜探測和生物傳感等技術(shù)的可用光譜范圍較窄，多聲子吸收 影響較大的問題，難以滿足日新月異的紅外傳感、生命探測、軍事遙感和遠(yuǎn)紅外太空等領(lǐng)域 的技術(shù)要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種玻璃轉(zhuǎn)變溫度較適宜，熱穩(wěn)定性較好，多 聲子吸收影響較少，透紅外波段的截止邊可達(dá)到25 μ m的碲基硫系紅外玻璃。本發(fā)明還提供了一種工藝簡單，成玻能力強(qiáng)，無腐蝕，易于操作，加工周期短、效率 高的該玻璃制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種碲基硫系紅外玻璃，該玻璃 由下述組分組成10-20mol% In2Te6,45-80mol% GeTe4和5_40mol% AgX，各組分的摩爾百 分比之和為IOOmol %，其中X為Cl或Br或I，該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為170_200°C，熱穩(wěn)定溫度 為100-120°C，該玻璃的厚度不厚于1. 4mm，透紅外波段的截止邊達(dá)到25 μ m。該玻璃由下述組分組成20mol%In2Te6,60mo 1 % GeTe4 和 20mol% AgX。
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該玻璃由下述組分組成15mol%In2Te6,70mol % GeTe4 和 15mol% AgX。所述AgX 為 AgI。所述的一種碲基硫系紅外玻璃的制備方法，包括下述步驟1)按所述玻璃摩爾百分比組分，計(jì)算出需要鹵化銀(AgX)和單質(zhì)銦(In)、鍺(Ge) 和碲(Te)原料的重量百分比，各原料的重量百分比之和為100%，按重量比例稱取純度不 低于99. 9%的鹵化銀，純度不低于99. 99%的銦、鍺和碲，混合各原料配置成玻璃混合料， 再在玻璃混合料中添加0. Iwt %的鎂條；原料在蒸餾時(shí)，鎂條可以與原料中的氧化物發(fā)生 反應(yīng)，除去原料的氧雜質(zhì)，起到提純?cè)献饔茫瑫r(shí)鎂不摻與玻璃的熔制。2)將上述玻璃混合料裝入H形雙管石英安瓿的其中一個(gè)石英管中，抽真空使H形 雙管石英安瓿內(nèi)真空度< 3X10_3Pa，用炔氧火焰封接石英安瓿；3)將上述H形雙管石英安瓿放入雙管蒸餾爐中蒸餾提純，蒸餾提純的冷端溫度為 20 100°C，熱段溫度為650°C，蒸餾提純的保溫時(shí)間為1小時(shí)，在石英安瓿內(nèi)得到提純后的 鹵化銀和單質(zhì)銦、鍺、碲；4)將蒸餾提純后的H形雙管石英安瓿用炔氧焰封斷雙管后，放入搖擺爐中，緩慢 升溫至800 850°C，搖擺熔制25 30h，取出冷卻至100 150°C保溫4h，保溫后再緩慢 降溫至室溫，得到玻璃樣品；5)將上述玻璃樣品切割至厚度不大于1. 4mm，再經(jīng)研磨和雙面拋光加工，得到所 述的碲基硫系紅外玻璃。在步驟3中，提純后，所述單質(zhì)銦、鍺、碲的純度不低于99. 999%。所述H形雙管石英安瓿為用王水進(jìn)行脫羥基預(yù)處理后的H形雙管石英安瓿。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于一種碲基硫系紅外玻璃，該玻璃組分組成 10-20mol % In2Te6,45-80mol % GeTe4 和 5_40mol % AgX，各組分的摩爾百分比之和為 IOOmol %，其中X為Cl或Br或I，該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為170-200°C，熱穩(wěn)定溫度(Δ Τ) 為100-120°C，該玻璃的厚度不厚于1.4mm，透紅外波段的截止邊達(dá)到25 μ m;該玻璃轉(zhuǎn)變 溫度較適宜，熱穩(wěn)定性較好，同時(shí)采用硫族中最重元素碲，使玻璃的基頻分子振動(dòng)減少，降 低了玻璃的聲子能量，同時(shí)將玻璃厚度也控制在不厚于1. 4mm，這樣降低了多聲子吸收的影 響，提高了碲基硫系紅外玻璃透紅外波段的截止邊，可以達(dá)到25 μ m，可以吸收較長遠(yuǎn)紅外 波長的物質(zhì)，使遠(yuǎn)紅外頻譜探測和生物傳感等技術(shù)的可用光譜范圍得到較大提高，探測空 間得到了擴(kuò)大，為滿足日新月異的紅外傳感、生命探測、軍事遙感和遠(yuǎn)紅外太空等領(lǐng)域的技 術(shù)要求打下了基礎(chǔ)。該玻璃制備方法具有工藝簡單，成玻能力強(qiáng)，無腐蝕，易于操作，加工周 期短、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為實(shí)施例1和對(duì)比例的紅外玻璃的紅外透過光譜圖；圖2為實(shí)施例1的紅外玻璃的為DTA圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1
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一種碲基硫系紅外玻璃，該玻璃的組分為:20mol % In2Te6、60mo 1 % GeTe4和 20mol% AgI，按該組分要求，計(jì)算出需要AgI原料的重量百分比為7. 88%，單質(zhì)原料In的 重量百分比為7. 71%、Ge的重量百分比為7. 31%、Te的重量百分比為77. 10%，按重量比 例稱取純度> 99. 9%的鹵化銀，純度> 99. 99%的銦、鍺和碲，混合各原料配置成玻璃混 合料，再在玻璃混合料中添加0. 的鎂條0. 即為玻璃混合料中鎂條的重量百分 濃度，鎂條可以與原料中的氧化物發(fā)生反應(yīng)，除去原料中的氧雜質(zhì)，起到提純?cè)献饔?，?時(shí)鎂不摻與玻璃的熔制；將玻璃混合料裝入H形雙管石英安瓿的其中一個(gè)石英管中，H形 雙管石英安瓿預(yù)先已經(jīng)王水脫羥基處理過，對(duì)H形雙管石英安瓿抽真空，當(dāng)安瓿內(nèi)真空度 ^ 5 X IO-4Pa時(shí)用炔氧火焰封接石英安瓿；將裝有玻璃混合料的石英安瓿放入雙管加熱爐 中進(jìn)行原料提純，蒸餾提純的冷端溫度為100°c，熱段溫度為650°C，蒸餾提純的保溫時(shí)間 為1小時(shí)，經(jīng)提純后可以將原料中的氧化物雜質(zhì)除去；使Ge、IruTe的純度> 99. 999% ；取 出包含完整玻璃原料的石英安瓿，用炔氧焰封斷雙管，將經(jīng)過提純后的石英安瓿放入搖擺 爐中，緩慢升溫至800 850°C，搖擺熔制25 30h，降溫至600°C取出，立即放入冷水中冷 卻至100 150°C，保溫4h，再緩慢降溫至室溫得到玻璃樣品；將玻璃樣品從石英安瓿中取 出，切割至厚度不大于1.4mm，再經(jīng)研磨和雙面拋光后得到本發(fā)明的碲基硫系紅外玻璃。對(duì) 該碲基硫系紅外玻璃進(jìn)行性能測試，測試結(jié)果如圖1和圖2所示。從圖2中可以看出該玻 璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg為183°C，玻璃的析晶起始溫度Tx為299°C ； Δ T為113°C。對(duì)比例與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是玻璃混合料中未加鎂條，也不經(jīng)過雙管加熱 爐蒸餾提純，混合料直接在搖擺爐中熔制得到紅外玻璃，將得到玻璃進(jìn)行性能測試，測試結(jié) 果如圖1所示；圖1中上面一條為實(shí)施例1得到的紅外玻璃光譜圖，下面一條為對(duì)比例得到 的紅外玻璃光譜圖；從圖1中可以看出實(shí)施例1制得的玻璃相對(duì)具有更好的透光性，多聲子 吸收的影響較少，其長波吸收截至波長達(dá)到25 μ m。實(shí)施例2一種碲基硫系紅外玻璃，與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是該玻璃的組分為 15mol% In2Te6,70mol% GeTe4 和 15mol % AgBr，所以 AgBr 原料的重量百分比為 4. 82%, 單質(zhì)原料In的重量百分比為5.88%、Ge的重量百分比為8.68%、Te的重量百分比為 80. 62%，另外安瓿內(nèi)的真空度可以為符合要求彡3X10_3Pa，蒸餾提純的冷端溫度為20°C。實(shí)施例3一種碲基硫系紅外玻璃，與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是該玻璃的組分為 IOmol % In2Te6,45mol% GeTe4和45mol % AgBr，具體原料的重量百分比計(jì)算是常規(guī)換算方 法，在此不作敘述。實(shí)施例4一種碲基硫系紅外玻璃，與實(shí)施例1基本相同，所不同的只是該玻璃的組分 In2Te6為15mol%、GeTe4為80mol%和AgBr為5mol %等，具體原料的重量百分比計(jì)算是常 規(guī)換算方法，在此不作敘述，在此不一一列舉。上述實(shí)施例中AgI或AgBr也可以用AgCl替代，具體原料的重量百分比計(jì)算是常 規(guī)換算方法，在此不作敘述。
權(quán)利要求
一種碲基硫系紅外玻璃，其特征在于該玻璃由下述組分組成10 20mol％的In2Te6、45 80mol％的GeTe4和5 40mol％的AgX，各組分的摩爾百分比之和為100mol％，其中X為Cl或Br或I，該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為170 200℃，熱穩(wěn)定溫度為100 120℃，該玻璃的厚度不厚于1.4mm，透紅外波段的截止邊達(dá)到25μm。
2.如權(quán)利要求1所述的一種碲基硫系紅外玻璃，其特征在于該玻璃由下述組分組成 20mol% In2Te6,60mol% GeTe4 和 20mol% AgX。
3.如權(quán)利要求1所述的一種碲基硫系紅外玻璃，其特征在于該玻璃由下述組分組成 15mol% In2Te6,70mol% GeTe4 和 15mol% AgX。
4.如權(quán)利要求1所述的一種碲基硫系紅外玻璃，其特征在于所述AgX為AgI。
5.權(quán)利要求1所述的一種碲基硫系紅外玻璃的制備方法，其特征在于包括下述步驟1)按所述玻璃摩爾百分比組分，計(jì)算出需要鹵化銀和單質(zhì)銦、鍺和碲原料的重量百 分比，各原料的重量百分比之和為100%，按重量比例稱取純度不低于99. 9%的鹵化銀， 純度不低于99. 99%的銦、鍺和碲，混合各原料配置成玻璃混合料，再在玻璃混合料中添加 0. Iwt %的鎂條；2)將上述玻璃混合料裝入H形雙管石英安瓿的其中一個(gè)石英管中，抽真空使H形雙管 石英安瓿內(nèi)真空度< 3X10_3Pa，用炔氧火焰封接石英安瓿；3)將上述H形雙管石英安瓿放入雙管蒸餾爐中蒸餾提純，蒸餾提純的冷端溫度為20 100°C，熱段溫度為650°C，蒸餾提純的保溫時(shí)間為1小時(shí)，在石英安瓿內(nèi)得到提純后的鹵化 銀和單質(zhì)銦、鍺、碲；4)將蒸餾提純后的H形雙管石英安瓿用炔氧焰封斷雙管后，放入搖擺爐中，緩慢升溫 至800 850°C，搖擺熔制25 30h，取出冷卻至100 150°C，保溫4h，保溫后再緩慢降溫 至室溫，得到玻璃樣品；5)將上述玻璃樣品切割至厚度不大于1.4mm，再經(jīng)研磨和雙面拋光加工，得到所述的 碲基硫系紅外玻璃。
6.如權(quán)利要求5所述的一種碲基硫系紅外玻璃的制備方法，其特征在于在步驟3中，提 純后，所述單質(zhì)銦、鍺、碲的純度不低于99. 999%。
7.如權(quán)利要求5所述的一種碲基硫系紅外玻璃的制備方法，其特征在于所述H形雙管 石英安瓿為用王水進(jìn)行脫羥基預(yù)處理后的H形雙管石英安瓿。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碲基硫系紅外玻璃，該玻璃組分組成10-20mol％In2Te6、45-80mol％GeTe4和5-40mol％AgX，各組分的摩爾百分比之和為100mol％，其中X為Cl或Br或I，該玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為170-200℃，熱穩(wěn)定溫度(ΔT)為100-120℃，該玻璃的厚度不厚于1.4mm，透紅外波段的截止邊可達(dá)到25μm；該玻璃轉(zhuǎn)變溫度較適宜，熱穩(wěn)定性較好，同時(shí)采用硫族中最重元素碲，玻璃的基頻分子振動(dòng)減少，降低了玻璃的聲子能量，同時(shí)將玻璃厚度也控制在不厚于1.4mm，這樣降低了多聲子吸收的影響，提高了碲基硫系紅外玻璃透紅外波段的截止邊，可以達(dá)到25μm，可以吸收較長遠(yuǎn)紅外波長的物質(zhì)，頻譜探測空間得到了擴(kuò)大；該玻璃制備方法具有工藝簡單，成玻能力強(qiáng)，無腐蝕，易于操作，加工周期短、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C03C4/10GK101891386SQ201010223360
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者徐鐵峰, 戴世勛, 沈祥, 王國祥, 王訓(xùn)四, 聶秋華 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)