一種Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法及設(shè)備的制作方法

專利名稱：一種Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硒基硫系玻璃制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種光學(xué)均勻、組成穩(wěn)定、大尺寸的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法以及該方法所用的設(shè)備。
背景技術(shù)：
Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃是一類性能優(yōu)良的紅外光學(xué)材料，優(yōu)點(diǎn)如下:具有類似于單晶鍺的紅外透過性能，透過波段覆蓋三個(gè)大氣窗口 ；具有較好的光-熱穩(wěn)定特性，折射率溫度系數(shù)小且可調(diào)，商用Ge-Sb-Se系統(tǒng)硫系玻璃的折射率溫度系數(shù)不到單晶鍺的25% ;對(duì)鍺資源消耗低，可采用精密模壓技術(shù)成形，加工成本低；是紅外光學(xué)元件的理想候選材料，已經(jīng)在紅外熱成像系統(tǒng)中得到實(shí)際應(yīng)用。由于玻璃原料中的Se單質(zhì)具有較高的蒸汽壓，在加熱形成玻璃之前易發(fā)生揮發(fā)，該揮發(fā)引起玻璃組成及性能的波動(dòng)，影響光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定。另外，Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃在制備過程中對(duì)環(huán)境中的氫、氧、碳等雜質(zhì)非常敏感，這些雜質(zhì)的弓I入極大的降低了玻璃的紅外透過性能。因此，如何控制Se的揮發(fā)、避免雜質(zhì)污染成為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制備的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)。針對(duì)上述情況，業(yè)內(nèi)通常采用真空安瓿瓶法來制備硫系玻璃，即在低溫下將玻璃配合料裝入安瓿瓶內(nèi)，對(duì)安瓿瓶抽真空并密封，然后將裝有配合料的安瓿瓶放入搖擺爐內(nèi)升溫熔制，利用搖擺爐的機(jī)械擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)玻璃液的均化，最后通過淬冷安瓿瓶獲得硫系玻璃錠。這種方法過程簡單，有效的解決了 Se的揮發(fā)并避免熔制過程引入雜質(zhì)，但是生產(chǎn)周期長，當(dāng)制備大尺寸制品時(shí)玻璃液很難充分均化，制品中易存在條紋、氣泡等缺陷，光學(xué)均勻性差，無法滿足紅外熱成像系統(tǒng)的應(yīng)用需求。近幾年，隨著 直徑IOOmm以上大口徑硫系玻璃在紅外熱成像系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，比利時(shí)的Umicore公司發(fā)明了一種硫系玻璃壓力控制增長的熔制方法(專利號(hào):EP1775268A1)。通過監(jiān)測硫系玻璃熔制過程中的反應(yīng)溫度，利用攪拌速率的調(diào)整，同時(shí)在反應(yīng)熔體上方設(shè)定適宜的正壓等多種措施，控制硒的揮發(fā)。該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)反應(yīng)溫度、壓力等監(jiān)測要求較高，操作難度大。并且一旦硒的揮發(fā)控制不好，會(huì)引起硫系玻璃制品組成和性能的波動(dòng)，進(jìn)而影響熱成像系統(tǒng)的成像質(zhì)量和穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種組成和性能穩(wěn)定、光學(xué)質(zhì)量均勻、工藝過程簡單的大尺寸Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法及該方法所用的設(shè)備。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:一種Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，包括以下步驟:第一步，準(zhǔn)備配合料:根據(jù)配合料總重量，將純度彡99.999%的Ge、Sb和Se玻璃原料按以下原子配比計(jì)算 重量后稱量，并裝入石英安瓿瓶內(nèi)混合形成配合料，Gel5% 35%、Sb5% 25%和Se50% 80% ;然后將所述石英安瓿瓶在300°C 350°C、KT3Pa條件下真空烘烤，優(yōu)選的所述烘烤時(shí)進(jìn)行的間為3 10小時(shí)；第二步，第一次熔化:將所述石英安瓿瓶抽真空至10_3Pa后熔封；然后將所述安瓿瓶在搖擺爐內(nèi)以5°C /min 10°C /min的速率快速升溫到560 600°C，并在此溫度保溫一段時(shí)間；以2V /min 4°C /min的速率緩慢升溫到800°C 900°C，在此溫度保溫一段時(shí)間，配合料熔化為第一玻璃液；然后使所述第一玻璃液降溫，當(dāng)溫度低于600°C時(shí)，取出所述石英安瓿瓶進(jìn)行淬冷，所述第一玻璃液形成玻璃熟料；第三步，第二次熔化:將淬冷后的所述石英安瓿瓶在厭氧、厭水的手套箱內(nèi)打破，取出其中的玻璃熟料；將所述玻璃熟料裝入石英坩堝并移入氣氛保護(hù)裝置的熔制室內(nèi)，對(duì)所述熔制室進(jìn)行“抽真空一充入惰性氣體”操作，然后對(duì)熔制室再進(jìn)行抽真空并在真空狀態(tài)下開始第一次升溫，待所述玻璃熟料軟化后向熔制室內(nèi)充入干燥惰性氣體；進(jìn)行第二次升溫，直到熔制室溫度為650°C 750°C，開始進(jìn)行攪拌使所述玻璃熟料充分均化形成第二玻璃液；然后降低攪拌速度并使第二玻璃液以2 4°C的速率降溫到500°C 600°C的成形溫度，停止攪拌使第二玻璃液靜止一段時(shí)間，靜止后的第二玻璃液即可用于漏料成型。進(jìn)一步，上述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其中，在第一步中的所述配合料中摻入純度彡99.999%的除氧劑Al，其摻入量為以Ge、Sb和Se總重量計(jì)的50ppm IOOppm0進(jìn)一步，上述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其中，第三步中抽真空操作使真空度達(dá)到0.1Pa，充入惰性氣體使壓力達(dá)到2atm。進(jìn)一步，上述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其中，第三步中對(duì)所述熔制室進(jìn)行“抽真空一充入惰性氣體”操作重復(fù)循環(huán)3 8次。進(jìn)一步，上述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其中，第三步中所述的惰性氣體選自氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或氡氣。進(jìn)一步，上述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，在第三步，第二次熔化后還包括漏料成形步驟:首先將所述石英坩堝底部的漏料管加熱，溫度設(shè)定為540°C 600°C的成形溫度，漏料管內(nèi)用于封接的第二玻璃液流出到棄料池內(nèi)，均質(zhì)的第二玻璃液漏到成形模具內(nèi)，成形模具的溫度設(shè)定為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的退火溫度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1、Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃組成和性能穩(wěn)定:由于在密閉的安f瓦瓶內(nèi)，利用一次熔化將高揮發(fā)性的Se與其它玻璃原料反應(yīng)形成玻璃熟料，以該玻璃熟料作為原料于氣氛保護(hù)裝置內(nèi)再次熔化，熔體的蒸汽壓下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，揮發(fā)控制難度降低，更易于保持硫系玻璃制品組成和性能的一致性。2、Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃內(nèi)在質(zhì)量均勻:通過在氣氛保護(hù)裝置的熔制室內(nèi)進(jìn)行二次熔化，利用攪拌的方式大幅提高了玻璃的均勻性，降低了玻璃內(nèi)在條紋、結(jié)石等缺陷，進(jìn)而提高了 Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的光學(xué)均勻性。3、制品尺寸加大:在氣氛保護(hù)裝置內(nèi)用坩堝法制備Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃，當(dāng)制備大尺寸制品時(shí)玻璃液能夠充分均化，制品尺寸不受石英坩堝直徑限制，促進(jìn)大尺寸Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制品的制備。4、生產(chǎn)效率 提高:本發(fā)明方法制備的硫系玻璃生產(chǎn)過程簡單，在較好的保證了玻璃的成品率前提下，生產(chǎn)效率顯著提高。
一種用于實(shí)現(xiàn)上述Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制備方法的氣氛保護(hù)裝置，包括爐體，所述爐體由熔制室和成形室組成，所述熔制室是氣密的且位于成形室上部；真空系統(tǒng)，其通過管道與所述熔制室氣密連接；氣氛生成和壓力控制系統(tǒng)，其通過管道與所述熔制室氣密連接；所述熔制室內(nèi)設(shè)有:用于盛放玻璃熔體的石英坩堝，所述坩堝下部設(shè)有漏料管，二者外部均設(shè)有加熱元件和保溫層，所述漏料管下方為成形室；攪拌器，所述攪拌器伸入石英坩堝內(nèi)部；測溫?zé)犭娕迹鰷y溫?zé)犭娕忌烊胧③釄鍍?nèi)部，且位于玻璃熔體上方。所述成形室內(nèi)設(shè)有:成形模具和能夠?qū)λ龀尚文＞哌M(jìn)行加熱和溫控的溫控裝置。進(jìn)一步，上述的氣氛保護(hù)裝置，其中，所述真空系統(tǒng)由一級(jí)真空泵和二級(jí)真空泵組成，所述一級(jí)真空泵和二級(jí)真空泵之間通過管路氣密連接。


圖1為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的生產(chǎn)工藝流程；圖2為Se單質(zhì)和本發(fā)明Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的蒸汽壓對(duì)比；圖3為本發(fā)明Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的紅外透視照片；圖4為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制備用氣氛保護(hù)裝置示意圖；圖5為氣氛保護(hù)裝置的坩堝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。圖1為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的生產(chǎn)工藝流程，以下實(shí)施例1_4均按所示工藝流程操作。實(shí)施例1:制備分子組成為Ge15Sb5Se8tl的硫系紅外玻璃(I)準(zhǔn)備配合料:本實(shí)施例共準(zhǔn)備2000g配合料，分四次每次制備500g配合料；使用純度為5N級(jí)(純度為99.999%)的Ge、Se、Sb和Al ;按原子配比Ge15Sb5Se8tl進(jìn)行計(jì)算和稱量，將其混合制成500g配合料，然后摻入以配合料總量計(jì)50ppm的除氧劑Al，裝入Φ50石英安瓿瓶內(nèi)；按照前述步驟，重復(fù)稱量3份配合料，裝入3支Φ50石英安瓿瓶內(nèi)；將上述4支石英安瓿瓶在300°C、KT3Pa條件下真空烘烤3小時(shí)，進(jìn)一步除去原料表面吸附的雜質(zhì)。(2)第一次熔化:將裝有配合料和除氧劑的上述石英安瓿瓶抽真空至10_3Pa后熔封。將熔封的4只石英安瓿瓶置于搖擺爐內(nèi)，以5°C /min的速度升溫到600°C，在此溫度下保溫90分鐘使Se、Sb充分反應(yīng)，然后以2°C /min的速度升溫到850°C，并保溫4小時(shí)使各原料充分反應(yīng)形成第一玻璃液；然后停止加熱使所述第一玻璃液降溫，當(dāng)溫度低于600°C時(shí)，取出所述石英安瓿瓶在水中淬冷30秒，使硫系玻璃熟料破碎，所述第一玻璃液形成玻璃熟料。(3)第二次熔化:將淬冷后的4支石英安瓿瓶放入到厭氧、厭水的手套操作箱內(nèi)，在箱內(nèi)依次打碎4支石英安瓿瓶，取出破碎的玻璃熟料一并放入石英坩堝內(nèi)；將裝有足夠量玻璃熟料的石英坩堝 加蓋后，迅速移至氣氛保護(hù)裝置的熔制室內(nèi)；對(duì)熔制室開始抽真空，待真空度達(dá)到0.1Pa時(shí)，關(guān)閉真空系統(tǒng)，向熔制室內(nèi)通入干燥的氮?dú)猓钡饺壑剖覂?nèi)的壓力達(dá)到2atm，如此反復(fù)抽真空和充入干燥的氮?dú)馊?；然后在真空度?.1Pa的條件下，開始第一次升溫，待所述玻璃熟料軟化后(溫度約300°C )，關(guān)閉真空系統(tǒng)并啟動(dòng)氣氛和壓力控制系統(tǒng)，向熔制室內(nèi)通入干燥氮?dú)馐谷壑剖覂?nèi)的壓力達(dá)到2atm ;進(jìn)行第二次升溫，使溫度升高到650°C，開始攪拌使玻璃熟料充分均化形成第二玻璃液，攪拌速度為30r/min，在此狀態(tài)下保持3小時(shí)；以2°C /min的速率使第二玻璃液降溫到500的成形溫度，同時(shí)攪拌速度降低到lOr/min ;待溫度降至成形溫度后，停止攪拌使第二玻璃液靜止保溫30分鐘，靜止后的第二玻璃液進(jìn)行漏料成型。如圖3所示本實(shí)施例獲得的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃無內(nèi)在條紋、結(jié)石等缺陷，光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量提高。實(shí)施例2:制備分子組成為Ge35SbltlSe55的硫紅外玻璃(I)準(zhǔn)備配合料:本實(shí)施例準(zhǔn)備2000g配合料，使用純度為5N級(jí)(純度為99.999%)的Ge、Se、Sb和Al ;按原子配比Ge35SbltlSe55進(jìn)行計(jì)算和稱量，將其混合制成配合料，然后摻入以配合料總量計(jì)SOppm的除氧劑Al，裝入Φ100石英安瓿瓶內(nèi)；將上述石英安瓿瓶在3200C ,10 條件下真空烘烤8小時(shí)，進(jìn)一步除去原料表面吸附的雜質(zhì)。(2)第一次熔化:將裝有配合料和除氧劑的上述石英安瓿瓶抽真空至10_3Pa后熔封。將熔封的石英安瓿瓶置于搖擺爐內(nèi)，以8°C /min的速度升溫到560°C，在此溫度下保溫3小時(shí)使Se、Sb充分反應(yīng)，然后以3°C /min的速度升溫到900°C，并保溫10小時(shí)使各原料充分反應(yīng)形成第一玻璃液；然后停止加熱使所述第一玻璃液降溫，當(dāng)溫度低于600°C時(shí)，取出所述石英安瓶瓶進(jìn)行淬冷，即將封有第一玻璃液的石英安瓶瓶依次在水中冷卻60秒,使硫系玻璃熟料破碎，所述第一玻璃液形成玻璃熟料。(3)第二次熔化:將淬冷后的石英安瓿瓶放入到厭氧、厭水的手套操作箱內(nèi)，在箱內(nèi)打碎石英安瓿瓶，取出破碎的玻璃熟料放入石英坩堝內(nèi)；將裝有足夠量玻璃熟料的石英坩堝加蓋后，迅速移至 氣氛保護(hù)裝置的熔制室內(nèi)；對(duì)熔制室開始抽真空，待真空度達(dá)到0.1Pa時(shí)，關(guān)閉真空系統(tǒng)，向熔制室內(nèi)通入干燥的氬氣,直到熔制室內(nèi)的壓力達(dá)到2atm，如此反復(fù)抽真空和充入干燥的氬氣五次；然后在真空度為0.1Pa的條件下，開始第一次升溫，待所述玻璃熟料軟化后(溫度約300°C)，關(guān)閉真空系統(tǒng)并啟動(dòng)氣氛和壓力控制系統(tǒng)，向熔制室內(nèi)通入干燥氬氣使熔制室內(nèi)的壓力達(dá)到2atm ;進(jìn)行第二次升溫，使溫度升高到700°C，開始攪拌使玻璃熟料充分均化形成第二玻璃液，攪拌速度為30r/min ;攪拌速度降低到IOr/min,以3°C /min的速率使第二玻璃液降溫到600°C的成形溫度；停止攪拌使第二玻璃液靜止保溫60分鐘，靜止后的第二玻璃液進(jìn)行漏料成型。本實(shí)施例獲得的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃無內(nèi)在條紋、結(jié)石等缺陷，光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量提高。實(shí)施例3:制備分子組成為Ge25Sb25Se5tl的硫紅外玻璃(I) (I)準(zhǔn)備配合料:本實(shí)施例準(zhǔn)備2000g配合料，使用純度為5N級(jí)(純度為99.999%)的Ge、Se、Sb和Al ;按原子配比Ge25Sb25Se5tl進(jìn)行計(jì)算和稱量，將其混合制成配合料，然后摻入以配合料總量計(jì)IOOppm的除氧劑Al，裝入Φ100石英安瓿瓶內(nèi)；將上述石英安瓿瓶在350°C、10_3Pa條件下真空烘烤10小時(shí)，進(jìn)一步除去原料表面吸附的雜質(zhì)。(2)第一次熔化:將裝有配合料和除氧劑的上述石英安瓿瓶抽真空至10_3Pa后熔封。將熔封的4只石英安瓿瓶置于搖擺爐內(nèi)，以10°C /min的速度升溫到580°C，在此溫度下保溫5小時(shí)使Se、Sb充分反應(yīng)，然后以4°C /min的速度升溫到800°C，并保溫15小時(shí)使各原料充分反應(yīng)形成第一玻璃液；然后停止加熱使所述第一玻璃液降溫，當(dāng)溫度低于600°C時(shí)，取出所述石英安瓶瓶進(jìn)行淬冷，即將封有第一玻璃液的石英安瓶瓶依次在水中冷卻60秒，使硫系玻璃熟料破碎，所述第一玻璃液形成玻璃熟料。(3)第二次熔化:將淬冷后的石英安瓿瓶放入到厭氧、厭水的手套操作箱內(nèi)，在箱內(nèi)打碎石英安瓿瓶，取出破碎的玻璃熟料放入石英坩堝內(nèi)；將裝有足夠量玻璃熟料的石英坩堝加蓋后，迅速移至氣氛保護(hù)裝置的熔制室內(nèi)；對(duì)熔制室開始抽真空，待真空度達(dá)到0.1Pa時(shí)，關(guān)閉真空系統(tǒng)，向熔制室內(nèi)通入干燥的氖氣，直到熔制室內(nèi)的壓力達(dá)到2atm，如此反復(fù)抽真空和充入干燥的氖氣八次；然后在真空度為0.1Pa的條件下，開始第一次升溫，待所述玻璃熟料軟化后(溫度約300°C)，關(guān)閉真空系統(tǒng)并啟動(dòng)氣氛和壓力控制系統(tǒng)，向熔制室內(nèi)通入干燥氖氣使熔制室內(nèi)的壓力達(dá)到2atm ;進(jìn)行第二次升溫，使溫度升高到750°C，開始攪拌使玻璃熟料充分均化形成第二玻璃液，攪拌速度為30r/min ;攪拌速度降低到IOr/min,以2V Mn的速率使第二玻璃液降溫到570°C的成形溫度；停止攪拌使第二玻璃液靜止保溫30分鐘，靜止后的第二玻璃液進(jìn)行漏料成型。本實(shí)施例獲得的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃無內(nèi)在條紋、結(jié)石等缺陷 ，光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量提高。實(shí)施例4:制備分子組成為Ge28Sb12Se6tl的硫紅外玻璃按原子配比Ge28Sb12Se6tl進(jìn)行計(jì)算和稱量玻璃原料,其余步驟均與實(shí)施例1中所用方法相同。制備組成為Ge28Sb12Se6tl的第二玻璃液。在第二次熔化后進(jìn)行漏料成形步驟:首先將所述石英坩堝底部的漏料管加熱，溫度設(shè)定為570°C的成形溫度，漏料管內(nèi)用于封接的第二玻璃液流出到棄料池內(nèi)，均質(zhì)的第二玻璃液漏到成形模具內(nèi)，成形模具的溫度設(shè)定為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的退火溫度，冷卻后即可獲得成形的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制品。圖2為本實(shí)施例Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃與Se、Sb的蒸汽壓對(duì)比，圖中顯示在3000C _600°C溫度范圍內(nèi)，Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的蒸汽壓比Se下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，使揮發(fā)控制難度降低，更易于保持玻璃組成和性能的一致性，從而較好的保證了 Ge-Sb-Se紅外光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。實(shí)施例5圖4和圖5為本發(fā)明的用于Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制備的氣氛保護(hù)裝置，其包括爐體1，所述爐體I由熔制室10和成形室11組成，所述熔制室10是氣密的且位于成形室
11上部；真空系統(tǒng)2，其通過管道與所述熔制室10氣密連接；真空系統(tǒng)2由一級(jí)真空泵21和二級(jí)真空泵22組成，所述一級(jí)真空泵21和二級(jí)真空泵22之間通過管路氣密連接，二級(jí)真空泵22通過氣密的管路連接到熔制室10 —側(cè)。設(shè)置多級(jí)真空泵在抽真空時(shí)，能使達(dá)到的真空度更低，進(jìn)而提高Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制品的質(zhì)量。氣氛生成和壓力控制系統(tǒng)3，其通過管道與所述熔制室10氣密連接，本實(shí)施例中的氣氛生成和壓力控制系統(tǒng)3包括裝有惰性氣體的鋼瓶和氣體加壓裝置。所述熔制室10內(nèi)設(shè)有:用于盛放玻璃熔體的石英坩堝12，所述坩堝12下部設(shè)有漏料管123，二者外部均設(shè)有加熱元件121和保溫層122，所述漏料管123下方為成形室11 ；攪拌器14，所述攪拌器14伸入石英坩堝12內(nèi)部；所述成形室11內(nèi)設(shè)有:成形模具和能夠?qū)λ龀尚文＞哌M(jìn)行加熱和溫控的溫控裝置13。作為上述實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)，熔制室10內(nèi)還設(shè)有測溫?zé)犭娕?5，其伸入石英坩堝12內(nèi)部，且位于玻璃熔體上方；用于實(shí)時(shí)監(jiān)測石英坩堝內(nèi)熔體的溫度。以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改 或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，準(zhǔn)備配合料:根據(jù)配合料總重量，將純度> 99.999%的Ge、Sb和Se玻璃原料按以下原子配比計(jì)算重量后稱量，并裝入石英安瓿瓶內(nèi)混合形成配合料，Gel5% 35%、Sb5% 25%和Se50% 80% ;然后將所述石英安瓿瓶在300°C 350°C、KT3Pa條件下真空烘烤； 第二步，第一次熔化:將所述石英安瓿瓶抽真空至KT3Pa后熔封；然后將所述安瓿瓶在搖擺爐內(nèi)以5°C /min 10°C /min的速率快速升溫到560 600°C，并在此溫度保溫一段時(shí)間；以2°C /min 4°C /min的速率緩慢升溫到800°C 900°C，在此溫度保溫一段時(shí)間，配合料熔化為第一玻璃液；然后使所述第一玻璃液降溫，當(dāng)溫度低于600°C時(shí)，取出所述石英安瓿瓶進(jìn)行淬冷，所述第一玻璃液形成玻璃熟料； 第三步，第二次熔化:將淬冷后的所述石英安瓿瓶在厭氧、厭水的手套箱內(nèi)打破，取出其中的玻璃熟料；將所述玻璃熟料裝入石英坩堝并移入氣氛保護(hù)裝置的熔制室內(nèi)，對(duì)所述熔制室進(jìn)行“抽真空一充入惰性氣體”操作，然后對(duì)熔制室再進(jìn)行抽真空并在真空狀態(tài)下開始第一次升溫，待所述玻璃熟料軟化后向熔制室內(nèi)充入干燥惰性氣體；進(jìn)行第二次升溫，開始進(jìn)行攪拌使所述玻璃熟料充分均化形成第二玻璃液；然后降低攪拌速度并使第二玻璃液以2 4°C的速率降溫到500°C 600°C的成形溫度，停止攪拌使第二玻璃液靜止一段時(shí)間，靜止后的第二玻璃液即可用于漏料成型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其特征在于，在第一步中的所述配合料中摻入純度彡99.999%的除氧劑Al，其摻入量為以Ge、Sb和Se總重量計(jì)的 50ppm lOOppm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其特征在于，第一步中所述烘烤進(jìn)行的時(shí)間為3 IO小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其特征在于，第三步中抽真空操作使真空度達(dá)到0.1Pa，充入惰性氣體使壓力達(dá)到2atm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其特征在于，第三步中對(duì)所述熔制室進(jìn)行“抽真空一充入惰性氣體”操作重復(fù)循環(huán)3 8次。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法，其特征在于，第三步中所述的惰性氣體選自氮?dú)?、氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣或氡氣?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法,其特征在于，第三步，第二次熔化后還包括漏料成形步驟:首先將所述石英坩堝底部的漏料管加熱，溫度設(shè)定為500°C 600°C的成形溫度，漏料管內(nèi)用于封接的第二玻璃液流出到棄料池內(nèi)，均質(zhì)的第二玻璃液漏到成形模具內(nèi)，成形模具的溫度設(shè)定為Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的退火溫度。
8.一種用于權(quán)利要求1-7所述Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃制備的氣氛保護(hù)裝置，其特征在于，包括爐體，所述爐體由熔制室和成形室組成，所述熔制室是氣密的且位于成形室上部；真空系統(tǒng)，其通過管道與所述熔制室氣密連接；氣氛生成和壓力控制系統(tǒng)，其通過管道與所述熔制室氣密連接； 所述熔制室內(nèi)設(shè)有:用于盛放玻璃熔體的石 英坩堝，所述坩堝下部設(shè)有漏料管，二者外部均設(shè)有加熱元件和保溫層，所述漏料管下方為成形室；攪拌器，所述攪拌器伸入石英坩堝內(nèi)部；測溫?zé)犭娕迹鰷y溫?zé)犭娕忌烊胧③釄鍍?nèi)部，且位于玻璃熔體上方； 所述成形室內(nèi)設(shè)有:成形模具和能夠?qū)λ龀尚文＞哌M(jìn)行加熱和溫控的溫控裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氣氛保護(hù)裝置，其特征在于，所述真空系統(tǒng)由一級(jí)真空泵和二級(jí)真空泵組成，所述一級(jí) 真空泵和二級(jí)真空泵之間通過管路氣密連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃的制備方法及用于該方法的氣氛保護(hù)裝置。包括如下步驟，準(zhǔn)備配合料將Ge、Sb、Se玻璃原料和除氧劑混合形成配合料，進(jìn)行預(yù)處理；第一次熔化將所述配合料溫度升溫到850℃～900℃，獲得第一玻璃液；然后使所述第一玻璃液降溫并進(jìn)行淬冷，形成玻璃熟料；第二次熔化將玻璃熟料移入氣氛保護(hù)制備裝置內(nèi)，熔制室溫度升高為650℃～750℃，開始進(jìn)行攪拌使所述玻璃熟料充分均化形成第二玻璃液；降溫后使第二玻璃液靜止一段時(shí)間即可用于漏料成型。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為制備的Ge-Sb-Se系統(tǒng)紅外玻璃組成和性能穩(wěn)定、內(nèi)在質(zhì)量均勻，進(jìn)而提高了Ge-Sb-Se紅外光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)C03C3/32GK103232161SQ20131016082
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月3日
發(fā)明者劉永華, 祖成奎, 趙華, 王衍行, 韓濱, 陳江, 趙慧峰, 金揚(yáng)利 申請(qǐng)人:中國建筑材料科學(xué)研究總院