一种含氧化镓的透红外氟锆酸盐玻璃及其制备方法与流程

本发明涉及一种热稳定性优良的含ga2o3的透红外氟锆酸盐玻璃及其制备方法，特别适合于3～5um波段透过的中红外窗口材料。
背景技术：
：随着国家国防安全的战略需求，新一代光电武器已从主动式的雷达电磁波探测向被动式的红外搜索跟踪系统逐渐转变，主动式的雷达发射电磁波容易泄露载体行踪而妨害随行任务，并危及自身安全，而被动式红外系统则通过吸收物体发出的红外辐射的方式有效避免了这一缺点，并且可远距离跟踪，同时实现多目标精确跟踪，搭载于飞机、舰艇、装甲、导弹的光电系统工作于多变的恶劣环境中，作为其保护窗口的红外透过材料对该系统能否发挥其效用在一定程度上起着决定性作用。氟锆酸盐玻璃在3～5um波段有良好的透过，广泛应用于红外窗口材料，与其它氟玻璃相比，氟锆酸盐玻璃具有较大的玻璃形成区，光学性质优良，但是其热稳定性相对较差，限制了其在红外窗口材料领域的进一步应用，能够兼具热稳定性和红外透过性能优良的氟锆酸盐玻璃一直是当前研究难点及热点。现有研究表明，氟化物玻璃中少量氧的存在，可提高氟化物玻璃的稳定性，这些研究实验表明，氧在一些氟化物玻璃中起稳定玻璃网络的作用，在氟化物中添加少量特定的氧化物，是一种改善玻璃稳定性的有效方法。如teo2改性的氟锆、氟铝酸盐玻璃(参见opticalmaterials48(2015)133–138；materialsletters80(2012)56–58)，tio2改性的zblan玻璃(参见journalofnon-crystallinesolids357(2011)2907-2910)，napo3改性的氟锆酸盐(参见journalofnon-crystallinesolids480(2018)61-69)。镓酸盐玻璃中，氧化镓被认为是具有同氧化铝一样相似的结构，通过四配位的方式起到连接玻璃网络的作用，此外，氧化镓的原子质量较大，声子能量小，添加到玻璃组分中不会影响玻璃的红外透过波段及其透过率，添加ga2o3对氧化物玻璃热稳定性的提高已在大尺寸bgg玻璃中得到证实，但是，关于氟化物玻璃中添加少量氧化镓的新型红外玻璃尚未报道。技术实现要素：本发明要解决的技术问题在于提供一种具有更好玻璃稳定性的含ga2o3的透红外氟锆酸盐玻璃及其制备方法，该玻璃相较于zblan玻璃具有良好的热稳定性，而且在中红外波段具有良好的透过率。本发明的技术解决方案如下：一种含ga2o3的透红外氟锆酸盐玻璃，在氟锆酸盐玻璃中加入ga2o3，玻璃组分摩尔百分比如下：其中x的取值范围是0<x≤2.5。所述的最优值x为0.5％-1.5％。一种含ga2o3的透红外氟锆酸盐玻璃的熔制方法，包括下列步骤：①按权利要求1或2所述的玻璃组分摩尔百分比计算玻璃原料的重量百分比，然后称取各原料，以原料总质量的10％-25％比例加入氟化试剂nh4hf2，并混合均匀；②将混合均匀的配合料装入坩埚中，加盖盖子，放入830-870℃的电阻炉中融化0.5-1h，得到玻璃液；③将所述的玻璃液冷却至700-800℃，并浇注在预热过的不锈钢模具中，形成玻璃；④将步骤③得到的玻璃移入已升温至转变温度(tg)的马弗炉中，保温3-4h后，以10℃/min的速度退火至室温，完全冷却后即可得到含ga2o3的透红外氟锆酸盐玻璃。衡量玻璃热稳定性好坏的常用指标δt＝tx-tg，其中tx为玻璃的初始析晶温度，tg为玻璃的转变温度，δt值越大，表明制备的玻璃的热稳定性越好，越有利于大尺寸玻璃的制备。采用上述含ga2o3的氟锆酸盐组成和制备方法制备的玻璃，所测得的热稳定性参数δt在ga2o3含量为1mol时有明显提高，相比于未添加的增加约10℃，同时保持了原氟化物玻璃良好的可见红外性能，玻璃的红外截止波长～8um。与现有技术相比，本发明的有益效果：1)本发明制备的玻璃的热稳定性比zblan玻璃更高，更有利于玻璃的大尺寸制作。2)本发明中引入的ga2o3具有低的声子能量，保持了原氟化物玻璃良好的中红外透过性能，玻璃的红外截止波长～8um。3)本发明制备的3～5um波段的红外玻璃适合用于红外制导、红外侦查、中红外高能激光系统、热像仪、化学物质遥感、火焰气体探测、环境监测、空间通信等领域的窗口材料。附图说明图1为本发明添加不同ga2o3含量透红外玻璃的差热曲线图。图2为本发明对比例1和实施例3玻璃的透过率曲线图。具体实施方式表1给出了相应所测量的玻璃特征温度和稳定性参数值，以下结合具体实施案例对本发明作进一步说明。表1tgtx热稳定性δt1(x＝0)253323702(x＝0.5)253328753(x＝1.0)255335804(x＝1.5)256333775(x＝2.0)257331746(x＝2.5)25732972对比例1。按x＝0玻璃组成摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，以原料总质量的20％比例加入辅助试剂nh4hf2，混合均匀；然后将均匀粉末混合料装入铂金坩埚中，加盖铂金盖子，放入850℃的硅碳棒电炉中，融化0.5h后，澄清30min；降温至700-800℃，将玻璃液浇注在预热过的不锈钢模具中；再将玻璃快速移入已升温至转变温度(tg)的马弗炉中，保温4h后，以10℃/min的速度退火至室温，制得的玻璃无色透明，热稳定性参数及红外透过光谱如图。实施例2。按x＝0.5玻璃组成摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，制备过程与例1基本相同。制得的玻璃无色透明，热稳定性参数如图。实施例3。按x＝1.0玻璃组成摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，以原料总质量的25％比例加入辅助试剂nh4hf2，混合均匀；然后将均匀粉末混合料装入铂金坩埚中，加盖铂金盖子，放入860℃的硅碳棒电炉中，融化1h后，澄清45min；降温至700-800℃，将玻璃液浇注在预热过的不锈钢模具中；再将玻璃快速移入已升温至转变温度(tg)的马弗炉中，保温4h后，以10℃/min的速度退火至室温，制得的玻璃无色透明，制得的玻璃无色透明，热稳定性参数及红外透过光谱如图。实施例4。按x＝1.5玻璃组成摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，制备过程与例3基本相同。制得的玻璃无色透明，热稳定性参数如图。实施例5。按x＝2.0玻璃组成摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，然后称取各原料，以原料总质量的10％比例加入辅助试剂nh4hf2，混合均匀；然后将均匀粉末混合料装入铂金坩埚中，加盖铂金盖子，放入870℃的硅碳棒电炉中，融化1h后，澄清45min；降温至700-800℃，将玻璃液浇注在预热过的不锈钢模具中；再将玻璃快速移入已升温至转变温度(tg)的马弗炉中，保温4h后，以10℃/min的速度退火至室温，制得的玻璃无色透明，制得的玻璃无色透明，热稳定性参数如图。实施例6。按x＝2.5玻璃组成摩尔百分比(mol％)计算出玻璃的重量百分比，制备过程与例5基本相同。制得的玻璃无色透明，热稳定性参数如图。当前第1页12