专利名称：用于碲酸盐玻璃包层的铅铋硅酸盐玻璃的制作方法
技术领域：
本发明涉及硅酸盐玻璃，特别是一种适用于碲酸盐玻璃包层的铅铋硅酸盐玻璃。
本发明技术方案的依据是作为包层的铅铋硅酸盐玻璃和作为芯料的碲酸盐玻璃在折射率、膨胀系数以及软化温度方面满足如下关系(1)芯料折射率ncore与内包层玻璃折射率nclad之间关系为ncore＞nclad，并使光纤数值孔径NA(NA＝ncore2-nclad2)介于0.2与0.45之间；(2)芯料玻璃膨胀系数与内包层玻璃的膨胀系数之间以成丝后不产生内部压应力为准，一般情况下相差±20×10-7/℃，优选情况为内包层玻璃的膨胀系数稍低于芯层玻璃的膨胀系数；(3)芯料和内包层玻璃的软化温度相差±50℃以内，优选情况为内包层玻璃的软化温度稍大于芯料玻璃的软化温度。
本发明的技术解决方案如下一种用于碲酸盐玻璃包层的铅铋硅酸盐玻璃，其特征在于它的组成如下原料 成份范围(mol％)SiO235～65(PbO+Bi2O3)20～45BaF20～10(R2O+MO) 5～25Nb2O50～10(B2O3+Al2O30～5其中R为碱金属，M为碱土金属离子。
根据本发明的目的，该玻璃是以SiO2为玻璃形成体的系统，其组成范围为35～65mol％。重金属氧化物PbO或Bi2O3或两者的组合体，其组成范围为20～45mol％。玻璃成分中还含有组成范围为5～25mol％的R2O+MO或其组合体，在成分中用以调整玻璃的稳定性、物理性质，以实现与芯料玻璃的性能匹配。0～10mol％的BaF2或CaF2或PbF2或其组合体加入到成分中，用来调整玻璃的膨胀系数、软化温度等。另外，成分中还含有0～10mol％的Nb2O5或WO3或TiO2或其组合体，用于调整玻璃的折射率。0～5mol％的B2O3或Al2O3或其组合体用来提高玻璃的抗析晶性能。该玻璃系统具有较好的析晶稳定性和化学稳定性，并且可以实现与芯料碲酸盐玻璃性能的匹配。
为了尽可能减少玻璃原料中的杂质引起的损耗，玻璃制备所需原料均为高纯级(＞99.9％)。玻璃熔制过程如下首先以常规方法按照一定的配比称取一定的混合料。碱金属和碱土金属以碳酸盐的形式引入，其它组份均以所述形式加入。混合料充分搅拌均匀，然后放入石英或刚玉坩锅内，将坩锅放入800～1200℃的硅碳棒电炉中进行熔制，熔制时间为30～60分钟。然后将制成的玻璃熔融液倒入事先预热的铁模上，待冷却后将玻璃在其转变温度附近退火至室温。
本发明实现的铅铋硅酸盐玻璃可有效克服碲酸盐玻璃析晶性能及其制造成本高等方面的不足，这对于碲酸盐玻璃光纤预制棒的制备以及玻璃光纤的成功拉制，具有重要的理论和实际意义。
表1组份1 2 3 4 5 6 7 8 9 10(mol％)SiO26055 50 55 37.5 37.5 37.5 65 3540PbO 0 0 0 40 37.5 37.5 37.5 0 3515Bi2O33535 35 0 0 0 0 20 1012.5Na2O5 5 5 5 25 10 10 0 515K2O 0 0 0 0 0 0 0 5 510CaO 0 0 0 0 0 15 0 0 5 0BaO 0 0 0 0 0 0 15 0 5 0BaF20 5 10 0 0 0 0 0 0 0Nb2O50 0 0 0 0 0 0 10 0 2.5B2O30 0 0 0 0 0 0 0 5 2.5Al2O30 0 0 0 0 0 0 0 0 2.5膨胀系数105 121130105161124130135132145(10-7/℃)软化温度482 411388464369435426450399413(℃)折射率nd1.972 1.971 1.968 1.868 1.809 1.864 1.818 1.782 1.956 1.911以上所述的用作芯料的碲酸盐玻璃基本由50～75mol％的TeO2、15～25mol％的ZnO和0～15mol％的La2O3组成。稀土离子如Er3+、Tm3+、Pr3+、Nd3+等在碲酸盐玻璃中的掺杂浓度为0～2mol％，以高纯氧化物的形式引入。另外，根据实验要求可加入0～3mol％的Yb2O3到玻璃成分中用来增加泵浦光的吸收效率。实验测得摩尔组成为70TeO2+25ZnO+5La2O3的玻璃的热膨胀系数、软化温度以及折射率分别为151×10-7/℃、392℃和2.038。根据碲酸盐玻璃的性能参数，得到两组实用铅铋硅酸盐玻璃配方，其膨胀系数、软化温度以及折射率分别为150×10-7/℃、413℃及1.911和132×10-7/℃、399℃及1.956。此外，碲酸盐玻璃的这些性能参数可以在一定范围内变化，作为包层材料的铅铋硅酸盐玻璃也可以通过玻璃成分的优化，实现与碲酸盐玻璃性能的匹配。为了调整碲酸盐玻璃的化学稳定性和物理性能，玻璃中可加入0～10mol％的碱金属或碱土金属化合物或它们的组合体，这些化合物包括Li2O，Na2O，K2O，LiF，NaF，KF，MgO，CaO，SrO，BaO，MgF2，CaF2，SrF2，BaF2。0～15mol％的GeO2或Nb2O5或WO3或PbO或PbF2或Al2O3或它们的组合体等加入成分中用来增加玻璃的声子能量、提高玻璃的析晶性能、降低玻璃的折射率等。
图1所示为芯料碲酸盐玻璃和内包层铅铋硅酸盐玻璃粘度曲线的比较。所用碲酸盐玻璃和铅铋硅酸盐玻璃的成分分别为摩尔组成的70TeO2+25ZnO+5La2O3+0.1Er2O3和40SiO2+12.5PbO+22.5Bi2O3+10Na2O+5K2O+5BaO+5Nb2O5。可以看出这两种成分在105～107Poise的粘度区域内能够很好的匹配，这一区域是碲酸盐玻璃光纤形成的区域。另外，由表1的数据，铅硅酸盐玻璃的热膨胀系数、软化温度以及折射率等通过成分的调整可以在一定的范围内变化，说明本发明提供的铅硅酸盐玻璃可以满足一系列碲酸盐玻璃的包层材料。
权利要求
1.一种用于碲酸盐玻璃包层的铅铋硅酸盐玻璃，其特征在于它的组成如下原料 成份范围(mol％)SiO235～65PbO+Bi2O320～45BaF2+PbF20～10R2O+MO 5～25Nb2O5+TiO20～10B2O3+Al2O30～5其中R为碱金属，M为碱土金属离子。
全文摘要
一种用于碲酸盐玻璃包层的铅铋硅酸盐玻璃，由35～65mol％ SiO
文档编号C03C3/097GK1473782SQ0314211
公开日2004年2月11日 申请日期2003年8月8日 优先权日2003年8月8日
发明者姜中宏, 杨建虎, 杨中民, 戴世勋 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所