[发明专利]一种除羟基和无析晶多光谱传输钡镓锗玻璃

说明书

技术领域

本发明属于玻璃制造领域，涉及一种钡镓锗玻璃，具体地是高透过率的透可见光、1.06μm激光和3-5μm中红外光的多光谱传输大尺寸钡镓锗玻璃及其制备方法。

背景技术

红外玻璃作为视窗、透镜、整流(头)罩等在红外探测和红外成像技术中应用广泛。随着现代光电技术的快速发展，民用领域对透红外玻璃的需求越来越大。作为光电产业用关键材料，透红外玻璃的研发水平成为一个国家特种光学材料发展水平的重要标志之一。

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。其中仅有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，为该类材料的大量应用奠定了良好的基础。

钡镓锗玻璃是以BaO-Ga₂O₃-GeO₂为主要成分的红外玻璃，具有1.06μm及3-5μm波段透过率高、理化性能稳定、软化温度高、硬度大、光学损耗低等突出特点。但从BaO-Ga₂O₃-GeO₂三元相图可知，玻璃形成范围比较窄，容易析晶。钡镓锗玻璃的析晶将极大地影响其光学和机械性能，给制备和应用带来了难题。同时，和其它红外玻璃一样，钡镓锗玻璃在2.90μm附近表现出羟基引起的强烈吸收，降低玻璃的红外透过率。在本领域的现有技术中，减少钡镓锗玻璃中的水分的方法还未见报道。目前报道(曹国喜等，BaF₂替代BaO对钡镓锗酸盐玻璃光学性质的影响，光学学报，2005，25(1)：72-76)的钡镓锗玻璃在2.90μm(水分造成羟基的强烈吸收带)处都有明显吸收，透过率一般在75％以下，并相应地影响整个红外区域的透过率。

发明内容

综上所述，本领域需要一种稳定性好、不易析晶、由羟基引起的红外透过率下降小、从可见区至红外区具有良好透过性能的钡镓锗玻璃，满足大尺寸红外光学器件对多光谱透红外材料的要求。

为了解决现有技术上述问题，本发明人在大量试验和数据分析基础上，通过在原料配比、煅烧处理和熔制工艺等方面的改进，解决了钡镓锗玻璃的除羟基和析晶难题，成功制备出高透可见光、1.06μm激光和3-5μm中红外的多光谱传输大尺寸钡镓锗玻璃。

因此，本发明的目的在于提供一种透可见光、1.06μm激光和3-5μm中红外的除羟基和无析晶多光谱传输寸钡镓锗玻璃及其制备方法。

在第一个方面，本发明提供了一种除羟基和无析晶多光谱传输钡镓锗玻璃，该玻璃由包括以下氧化物组分的原料制成：

(1)20-50重量份的氧化钡；

(2)15-40重量份的氧化镓；

(3)15-40重量份的氧化锗；

(4)6-20重量份的氧化钙；

(5)5-20重量份的氧化铝；

(6)0.1-3重量份的氧化锶；和

(7)0.05-2重量份的氧化钇。

在优选方案中，该多光谱传输大尺寸钡镓锗玻璃由包括以下氧化物组分的原料制成：

(1)26-32重量份的氧化钡；

(2)28-32重量份的氧化镓；

(3)18-22重量份的氧化锗；

(4)8-10.5重量份的氧化钙；

(5)6-9.4重量份的氧化铝；

(6)0.2-0.5重量份的氧化锶；和

(7)0.1-0.2重量份的氧化钇。

性能方面，本发明的钡镓锗玻璃在可见光区域(400-800nm)透过率≥80％，波长1.06μm处透过率≥86％；波长2.90μm处透过率≥86％，波长4.00μm处透过率≥85％，波长5.00μm处透过率≥56％；硬度≥560MPa；软化温度≥785℃。

在第二个方面，本发明涉及一种除羟基和无析晶钡镓锗玻璃的制备方法，该方法包括以下的步骤：

(1)按第一个方面所述的原料配比称量和混合含各氧化物组分的原料形成混合料；

(2)对混合料在500-1200℃进行煅烧处理24～48小时，消除原料中的水分；

(3)将(2)中获得的混合料加入铂金坩埚中于1400-1550℃熔化形成玻璃液，在熔化过程中向炉腔和玻璃液内通入干燥的N₂；

(4)将(3)中获得的玻璃液浇注成形。