[发明专利]一种掺铥碲锗酸盐中红外玻璃及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺铥碲锗酸盐中红外玻璃，其组分包括:TeO₂,GeO₂,ZnO,脱硝催化剂废料,Na₂O,Tm₂O₃。通过熔融法制得的玻璃，中红外发光强度强，具有良好的热稳定性能，是一种非常有前景的高光学质量玻璃；利用废弃的脱硝催化剂废料增强玻璃的硬度和改善玻璃热稳定性性能，制备方法简便，制备周期短，有望应用于国防工业、军事及民用领域。

技术领域

本发明涉及一种掺铥碲锗酸盐中红外玻璃及其制备方法。

背景技术

中红外2μm波段铥掺杂激光玻璃及光纤在国家安全与国防建设、天体物理探测与光谱学研究等领域都将具有广泛的应用前景。已有报道的2μm掺铥发光玻璃基本上都是基于Tm³⁺:³F₄→³H₆跃迁，获得中心波长在1.8μm的发光。目前，仅在氟化物玻璃、硅酸盐玻璃中获得2μm激光输出，氟化物玻璃因其固有的缺陷，化学稳定性和机械强度较差、制备条件苛刻、易被水分侵蚀、抗析晶性能差(ΔT≤85℃)等限制了其激光功率的提高。硅酸盐玻璃声子能量高(～1100cm^～1)，稀土无辐射跃迁几率高，不利于获得高效发光。亟需发展一种声子能量低，热稳定性能优良的新型2μm波段掺铥玻璃体系。碲酸盐玻璃的声子能量较低(700～750cm^～1)，有利于提高稀土辐射跃迁几率，发光效率较高。但是碲酸盐玻璃也存在热稳定性能、机械性能较差的问题，可通过在碲酸盐玻璃中添加适量GeO₂替代一部分氧化碲作为玻璃形成体，形成碲锗酸盐玻璃，改善玻璃的热稳定性能和机械性能。但是二氧化锗引入后，玻璃折射率降低，不利于激光玻璃的增益性能。

结合我国现有资源，充分利用及促进固体废弃物资源化再利用，本发明选择脱硝催化剂固体废弃物来合成碲锗酸盐玻璃。随着国家对火电厂氨氮大气污染物排放量的要求逐渐提高，脱硝催化剂的使用量逐渐加大，脱硝催化剂的主要成分为二氧化钛、三氧化钨、五氧化二钒等，占到总量的95％以上。大量使用后的脱硝催化剂成为废弃物，不仅占用大量空间，其内部钒等元素对机体及环境有害。

本发明所采用的脱硝催化剂废料可直接由电厂提供，是指生产过程中产生的催化效力降低的不合格的脱硝催化剂产品或中间产品，利用脱硝催化剂废料中残存的二氧化钛、三氧化钨、五氧化二钒等，结合使用在含铥碲锗酸盐玻璃制备中，不仅充分利用了现有资源，同时也减少了固体废弃物带来的污染，并有效提高了玻璃的2μm中红外波段发光性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺铥碲锗酸盐中红外玻璃及其制备方法。与以往的玻璃基质材料相比，该种材料克服了碲酸盐玻璃(较差的热稳定性)、锗酸盐玻璃(较高的熔制温度)、碲锗酸盐玻璃(折射率降低)所固有的缺点，在提高玻璃热稳定性和机械强度的基础上，在800nm波长的激光二极管泵浦下同时获得很强的2μm荧光，为中红外波段激光器提供一种合适的基质材料。

本发明具体的技术解决方案如下：

一种掺铥碲锗酸盐中红外玻璃：以TeO₂、GeO₂为主要组分，质量百分比组成包括:TeO₂:55～75％,GeO₂:3～15％,ZnO:3～10％,脱硝催化剂废料:10～30％,Na₂O:2～10％,Tm₂O₃:0.1～5％。

所述的掺铥碲锗酸盐中红外玻璃，包括下列步骤：

(1)原料预备：将脱硝催化剂废料在120～200℃进行煅烧55～65分钟，研磨后在325目过筛，筛余量小于5％；