一种可透红外波段的碲酸盐玻璃及其制备方法与流程

1.本发明属于光学玻璃制备领域，具体涉及一种可透红外波段的碲酸盐玻璃及其制备方法。


背景技术：

2.软玻璃光纤在光学成像、红外信号的传输、全光信号处理、医学、空气检测、光学雷达以及通信等领域具有广泛的应用。软玻璃材料包含氟化物玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃材料。氟化物玻璃成形能力差、制备困难、折射率低、抗析晶能力差；硫化物玻璃的化学稳定性较差，制备工艺复杂，加工性能差；均难以加工制成各种光学器件，这些问题都极大的限制了透红外玻璃在光学领域的应用。此外，软玻璃材料的一个显著的特点是传输波段宽，可以达到中红外波段，相比于石英玻璃材料，氟化物玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃材料的传输波段依次增加，其中碲化物玻璃材料传输波段最宽，最大传输波长可达到20μm。因此，碲化物玻璃被认为是理想的中红外窗口材料和光纤材料。
3.目前常用的碲化物玻璃组分复杂，成本较高，红外透过率较低，抗析晶能力差，硬度低，不具有良好的复杂外形的罩体加工性能。如专利cn112851114a《一种碲酸盐玻璃》，具体公开了一种碲酸盐玻璃及其制备方法，该碲酸盐玻璃各组分及质量百分比为50
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70％teo2，10
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30％zno，5
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15％na2o，2
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6％sio2，3
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6％b2o3，2
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5％al2o3，4
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6％geo2，1％er2o3，合计100％。其目的为有效去除传统玻璃制备方法中产生的羟基，形成外观综合质量较好的玻璃，并提高光学性能。但该专利存在原料种类繁多，制备过程中温度偏高，加热频繁等缺点。又如专利cn108863053《一种钼碲酸盐玻璃及其制备方法》，具体公开了一种碲酸盐玻璃及其制备方法，该专利原料为85
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15mol％teo2，5
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70mol％moo3，5
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45mol％zno，该专利虽然仅采用了三种原料，但其透过率仅能达到75％左右。
4.综上，制备一种原料少，透过率高，制备方法简单的碲酸盐玻璃尤为重要。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明提供一种可透红外波段的碲酸盐玻璃及其制备方法。该碲酸盐玻璃成分精简，成本低，制备方法简单，红外透过率高并且具有良好的抗析晶能力。
6.本发明所述的一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:55％～65％，zno:15％～35％，li2o:10％～20％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火而成。组分中的li2o亦可换成li2co3，玻璃熔融时co2会流失，具有相同的效果。
7.所述的可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1、玻璃配料：按照各组分的摩尔百分比换算得到相应原料重量，称取所有的原料，混合，充分研磨；
9.步骤2、玻璃熔融：称取研磨好的混合料放入坩埚中，加热得到淡黄色的玻璃液；
10.步骤3、玻璃退火：将得到的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。
11.所述步骤1中，各组分的摩尔百分比为teo2:55％～65％，zno:15％～35％，li2o或li2co3:10％～20％，合计100％。
12.所述步骤2中，在600℃～800℃的熔化炉中加热75min～95min。
13.所述步骤3中，退火温度为246℃～287℃，退火时长为300min～380min；玻璃液浇注到铜板上进行退火处理时需要迅速放入退火炉中，避免因温度降低过快导致的玻璃开裂问题。
14.本发明与现有技术相比具有以下优点：
15.本发明的可透红外波段的碲酸盐玻璃材料组分精简，仅包含teo2、zno、li2o或li2co3三种组分；玻璃转变温度tg为257℃～298℃，析晶温度tc为361℃～390℃，热稳定性参数δt＝tc
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tg，范围为：85℃～104℃。相较于多组分玻璃，组分越少，热稳定参数越小，越容易析晶，本发明提出的六个实施例在对应的熔融温度和熔融时长，以及对应的退火温度和退火时长下均未析晶。同时大大提高了玻璃的红外透过率(厚度1mm，1.5μm～6μm波长范围内透过率可高达93％)；红外截止波长大于6μm；说明该玻璃具有良好的抗析晶能力，高折射率、低熔点、硬度大、化学稳定性和热稳定性强等特点；并且具有良好的复杂外形的罩体加工性能，适合用于制备光纤。
附图说明
16.图1本发明实施例1制得的可透红外波段的碲酸盐玻璃的红外透过光谱图；
17.图2本发明的实施例中制得的可透红外波段的碲酸盐玻璃样品测得的dsc曲线。
具体实施方式
18.以下实施例1
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6中制得的样品厚度为1mm的可透红外波段的碲酸盐玻璃的红外透过光谱，因组分相同，红外透过光谱相似，故仅展示实施例1的红外透过光谱，具体如图1所示。
19.以下实施例1
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6中制得的可透红外波段的碲酸盐玻璃样品测得的dsc曲线如图2所示。
20.实施例1
21.一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:65％，zno:15％，li2o:20％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火处理而成。
22.所述的可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备方法，包括以下过程：
23.步骤1、玻璃配料：按照摩尔百分比teo2:65％，zno:15％，li2o:20％，合计100％，换算得到的相应原料重量来称取teo2、zno、li2o粉末，然后放入玛瑙研磨罐中，充分混合研磨90min，形成均匀的混合料。
24.步骤2、玻璃熔融：称取玻璃混合料放入刚玉坩埚中，然后放入600℃的玻璃熔化炉中加热75min得到淡黄色的玻璃液。
25.步骤3、玻璃退火：待玻璃熔融均匀后，将熔融后的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，退火温度246℃，退火时长300min，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。
26.实施例2
27.一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:65％，zno:20％，li2o:15％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火处理而成。
28.所述的一种可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备过程如下：
29.(1)按照摩尔百分比teo2:65％，zno:20％，li2o:15％，合计100％，换算得到的相应原料重量来称取teo2、zno、li2o粉末，充分混合研磨90min，形成均匀的混合料。
30.(2)玻璃熔融：称取玻璃混合料放入刚玉坩埚中，然后放入700℃的玻璃熔化炉中加热75min得到淡黄色的玻璃液。
31.(3)玻璃退火：待玻璃熔融均匀后，将熔融后的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，退火温度267℃，退火时长300min，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。
32.实施例3
33.一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:65％，zno:25％，li2o:10％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火处理而成。
34.所述的一种可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备过程如下：
35.(1)按照摩尔百分比teo2:65％，zno:25％，li2o:10％，合计100％，换算得到的相应原料重量来称取teo2、zno、li2o粉末，充分混合研磨90min，形成均匀的混合料。
36.(2)玻璃熔融：称取玻璃混合料放入刚玉坩埚中，然后放入700℃的玻璃熔化炉中加热75min得到淡黄色的玻璃液。
37.(3)玻璃退火：待玻璃熔融均匀后，将熔融后的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，退火温度276℃，退火时长300min，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。
38.实施例4
39.一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:60％，zno:20％，li2o:20％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火处理而成。
40.所述的一种可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备过程如下：
41.(1)按照摩尔百分比teo2:60％，zno:20％，li2o:20％，合计100％，换算得到的相应原料重量来称取teo2、zno、li2o粉末，充分混合研磨90min，形成均匀的混合料。
42.(2)玻璃熔融：称取玻璃混合料放入刚玉坩埚中，然后放入700℃的玻璃熔化炉中加热75min得到淡黄色的玻璃液。
43.(3)玻璃退火：待玻璃熔融均匀后，将熔融后的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，退火温度254℃，退火时长300min，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。
44.实施例5
45.一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:60％，zno:25％，li2o:15％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火处理而成。
46.所述的一种可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备过程如下：
47.(1)按照摩尔百分比teo2:60％，zno:25％，li2o:15％，合计100％，换算得到的相应原料重量来称取teo2、zno、li2o粉末，充分混合研磨90min，形成均匀的混合料。
48.(2)玻璃熔融：称取玻璃混合料放入刚玉坩埚中，然后放入700℃的玻璃熔化炉中
加热80min得到淡黄色的玻璃液。
49.(3)玻璃退火：待玻璃熔融均匀后，将熔融后的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，退火温度264℃，退火时长330min，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。
50.实施例6
51.一种可透红外波段的碲酸盐玻璃，其各组分按摩尔百分比teo2:60％，zno:30％，li2o:10％，合计100％，将以上原料按比例混合，熔化，退火处理而成。
52.所述的一种可透红外波段的碲酸盐玻璃的制备过程如下：
53.(1)按照摩尔百分比teo2:60％，zno:30％，li2o:10％，合计100％，换算得到的相应原料重量来称取teo2、zno、li2o粉末，充分混合研磨90min，形成均匀的混合料。
54.(2)玻璃熔融：称取玻璃混合料放入刚玉坩埚中，然后放入800℃的玻璃熔化炉中加热95min得到淡黄色的玻璃液。
55.(3)玻璃退火：待玻璃熔融均匀后，将熔融后的玻璃液浇注到预热好的铜板上并迅速放入退火炉中退火处理，退火温度287℃，退火时长380min，之后随炉冷却至室温，得到可透红外波段的碲酸盐玻璃。