一种夜视兼容绿色滤光玻璃及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及一种夜视兼容绿色滤光玻璃及其制备方法和应用，属于特种玻璃领域。


背景技术：

2.随着各类交通工具(车辆、飞机、船舶)的应用发展，相应的功能技术也日益提高，交通工具的夜间驾驶已成为常态，各种夜视设备(夜视镜、夜视仪)也应运而生，在光线黑暗环境下，交通驾驶员借助于夜视设备能有效提高夜间观察及安全操作能力，因而夜视设备的应用前景广阔。
3.夜视镜是将近红外微光通过光电处理放大增强来实现夜间观测的，夜视镜的光谱响应波段处于660～950nm近红外区域，夜视镜对这一波段的近红外光具有极高的敏感度，通常交通驾驶室内部照明指示灯发出的光含有大量近红外成分，这些近红外光与夜视镜成像的光谱响应区重叠，当夜视镜工作时会对灵敏度极高的夜视镜成像造成干扰，如同人眼在强光刺激下会看不清事物一样，产生眩晕，极大降低夜视成像效果，甚至能使夜视镜完全丧失夜视功能。因此，为确保驾驶员透过夜视镜观测外部环境的同时，还能保持对驾驶室内部的观察与识别，就需要对驾驶室内部照明系统进行升级改造，配备具有夜视兼容功能的照明光源，通过采用滤光技术进行“波长划分”，将驾驶室发光设备发出的光内控制在“人眼范围”内的同时，消除其干扰夜视镜成像的近红外波段。
4.上述解决方案中关键环节就是为照明光源配备满足夜视兼容要求的滤光材料。该滤光材料要求在<1mm厚度下，近红外吸收能力、色度、可见光透过率能同时满足驾驶室内部照明夜视兼容的要求。目前能够达到该夜视兼容要求的滤光材料，国内采用的是有机材质的塑料滤光片，虽然有机滤光片性能达到要求，但有机滤光材料普遍存在易老化，不耐高温，透过率低的缺陷；另外还有通过在基体玻璃表面镀膜的方式达到红外截止的，但镀膜玻璃表面脆弱、容易受外界划伤，光谱性能不稳定，而且对于异型的小型玻璃壳体，镀膜难以保证表面的均匀性，光谱性能也无法得到保障证。
5.国外现有技术报道了一种夜视兼容玻璃滤光片,其光谱特性仅限于1～3mm厚度，由于玻璃的红外吸收能力随厚度的减小会快速下降，该玻璃不能保证0.5mm的厚度满足要求，此外，该滤光玻璃含有较多的碱金属氧化物，玻璃膨胀系数较大(>90
×
10
‑7/℃)，不利于玻璃抗热震性及耐蚀性的提高。还有报道了一种适用于显示器滤光铝磷酸盐玻璃，该玻璃材料在650nm处透过率高达到12.1％，无法满足夜视兼容要求。又有报道了一种适用于彩色显示器红外吸收滤光玻璃，在700nm处透过较高，仅能截止到15％，无法满足夜视兼容要求。另有报道了一种红外吸收玻璃，该玻璃碱金属氧化物总体含量高，其中li2o含量就高达20～33％，过高的碱金属氧化物含量导致该玻璃膨胀系数较大(>100
×
10
‑7/℃)，不利于保证玻璃的抗热稳定性，此外，该玻璃含有昂贵的稀土氧化物ho2o3，dy2o3，er2o3，成本高昂。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种夜视兼容绿色滤光玻璃及其制备方法和应用，以克服有机滤光玻璃易老化，不耐高温，透过率低的缺陷，解决现有技术中薄壁(0.5mm)玻璃难以满足夜视兼容照明的难题，所述滤光玻璃适用于要求与夜视设备兼容的室内环境照明。
7.本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出的一种夜视兼容绿色滤光玻璃，以重量百分比计，其包括：p2o
5 58～76％；sio
2 2.5～8％；a12o
3 1～6％；zno 3～8％；ceo
2 0.5～2％；cuo 8～18％；v2o
5 1～5％；coo 0.1～1％；nd2o
3 1.6～6％；b2o
3 1～6％；sro 3～8％。
8.其中所述coo和v2o5的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的1.5～5％；其中，所述coo的重量占所述coo和v2o5总重量的8～18％。
9.其中所述ceo2和nd2o3的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～6％；其中，所述ceo2的重量占所述ceo2和nd2o3总重量的15～30％。
10.优选的，前述的夜视兼容绿色滤光玻璃中，以重量百分比计，其包括：p2o
5 62～69％；sio
2 3～6％；a12o
3 3～6％；zno 3～6％；ceo
2 0.5～1％；cuo 8～14％；v2o51.5～4％；coo 0.1～0.6％；nd2o
3 1.6～4％；b2o
3 1～4％；sro 4～6％。
11.优选的，前述的夜视兼容绿色滤光玻璃中，其中所述coo和v2o5二者的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～4％；其中，所述coo的重量占所述coo和v2o5总重量的11～17％；
12.优选的，前述的夜视兼容绿色滤光玻璃中，其中所述ceo2和nd2o3二者的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～4％；其中，所述ceo2的重量占所述ceo2和nd2o3总重量的20～26％。
13.优选的，前述的夜视兼容绿色滤光玻璃中，以重量百分比计，所述夜视兼容绿色滤光玻璃包括：p2o
5 66％；sio
2 3％；a12o
3 5％；zno 3.5％；ceo
2 0.5％；cuo 12％；v2o
5 2％；coo 0.4％；nd2o
3 1.6％；b2o
3 1％；sro 5％。
14.优选的，前述的夜视兼容绿色滤光玻璃中，所述夜视兼容绿色滤光玻璃在0.5mm厚度下，600nm的光谱透过率t<5％，660nm的光谱透过率t<0.4％，700nm的光谱透过率t<0.2％，cie 1976ucs色度坐标为u’＝0.134，v’＝0.510，r＝0.025，可见波段主峰(530nm)透过率t>50％。
15.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提出的一种夜视兼容绿色滤光玻璃的制备方法，包括以下步骤:
16.步骤一，按照玻璃组成的重量百分比称取除p2o5以外各组分进行混合，得到第一配合料；
17.步骤二，按照玻璃组成的重量百分比称取p2o5与之前步骤一得到的第一配合料进行二次混合，得到第二配合料；
18.步骤三，将步骤二得到的第二配合料用刚玉坩埚在1100～1300℃的熔融温度下熔制，保温60～120分钟；
19.步骤四，出料时，先将玻璃液表面5～10mm的浮层刮掉，再将玻璃液倒入预热的模具中，浇注成型；
20.步骤五，成型后的玻璃移入460～490℃退火炉，保温2～3小时，随炉冷却至室温。
21.优选的，前述的夜视兼容绿色滤光玻璃的制备方法中，其中步骤四中，所述模具的预热温度为350～400℃。所述模具的选择由最终滤光玻璃产品的特点及要求决定。
22.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提供了一种滤光器件，其由上述的夜视兼容绿色滤光玻璃构成。
23.优选的，前述的滤光器件中，所述滤光器件为夜视兼容玻璃灯罩或滤光片。
24.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提出的一种飞机驾驶室，其包括指示灯、照明灯、仪表盘，所述指示灯、照明灯和仪表盘中的至少一种安装有上述的滤光器件。
25.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提出的一种汽车驾驶室，其包括指示灯、照明灯、仪表盘，所述指示灯、照明灯和仪表盘中的至少一种安装有上述的滤光器件。
26.本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提出的一种轮船驾驶室，其包括指示灯、照明灯、仪表盘，所述指示灯、照明灯和仪表盘中的至少一种安装有上述的滤光器件。
27.借由上述技术方案，本发明提供的夜视兼容绿色滤光玻璃及其制备方法和应用，至少具有以下优点：
28.本发明提供的夜视兼容绿色滤光玻璃，其在0.5mm的厚度下，能够有效吸收夜视成像的近红外光谱响应波段，透过光谱在580～630nm处有一个“陡峭”吸收峰，600nm的光谱透过率t<5％，660nm的光谱透过率t<0.4％，700nm的光谱透过率t<0.2％，其cie 1976ucs色度坐标为u’＝0.134，v’＝0.510，r＝0.025，在可见波段有良好的透过，可见波段主峰(530nm)透过率t>50％，由于本发明夜视兼容滤光玻璃成分中不含碱金属氧化物，相比国外同类产品膨胀系数更低，由于玻璃的抗热冲击能力与其膨胀系数成反比关系，因而本发明滤光玻璃的热稳定性与国外同类产品相比更具有优势。
29.本发明提供的夜视兼容绿色滤光玻璃，克服了有机滤光玻璃易老化，不耐高温，透过率低的不足，解决了薄壁(0.5mm)滤光玻璃难以满足夜视兼容的难题，避免了镀膜玻璃存在的表面脆弱、异型壳体镀膜难以保证均匀的缺陷。
30.本发明提供的夜视兼容绿色滤光玻璃，其可以根据所用产品的特点及要求通过浇注、模压、加工等手段制成平板、曲面及其它各种形状，适用于要求夜视兼容的内部环境滤光照明，尤其是用于交通工具(车辆、飞机、船舶)驾驶室内部要求与夜视设备兼容的照明滤光器件，如：指示灯罩、照明灯罩、发光二极管外壳、仪表盘等，随着各类交通工具及夜视设备的普及应用，本发明具有良好的应用前景。
31.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
32.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种夜视兼容绿色滤光玻璃及其制备方法和应用作详细说明。
33.以下所用的原料或试剂，如非特别说明，均为市购。
34.本发明提供了一种夜视兼容绿色滤光玻璃成分的重量百分比组成范围，以重量百分比计，其包括：p2o
5 58～76％；sio
2 2.5～8％；a12o
3 1～6％；zno 3～8％；ceo
2 0.5～2％；cuo 8～18％；v2o
5 1～5％；coo 0.1～1％；nd2o
3 1.6～6％；b2o
3 1～6％；sro 3～8％；其中，所述coo和v2o5二者的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的1.5～5％，所述coo的重量占所述coo和v2o5总重量的8～18％；所述ceo2和nd2o3二者的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～6％，所述ceo2的重量占所述ceo2和nd2o3总重量的15～30％。coo和v2o5是影响本滤光玻璃色度、透过率的关键组分，限定二者总含量及比例是为了更加有效的控制滤光玻璃的色度及透过率。ceo2和nd2o3是强化滤光玻璃波段选择性透过的重要组分，限定二者总含量及比例是为了更加有效控制玻璃波段选择性透过、加强滤光玻璃的抗辐射及近红外吸收能力。
35.本发明所述的夜视兼容绿色滤光玻璃的各组分按功能比例调配如下：
36.p2o5为本发明夜视兼容滤光玻璃的结构主体，其重量百分比可选范围为58～76wt％。当其含量过低(<58wt％)，则减弱滤光玻璃结构的红外吸收效果；若其含量过高(>76wt％)，则玻璃强度、稳定性降低，故所述p2o5的重量百分比优选范围为62～69wt％。
37.sio2用于强化本发明夜视兼容滤光玻璃的结构稳定，若其含量过高(>8wt％)，易出现融化不透，影响玻璃的均匀性；若其含量过低(<2.5wt％)，则强化稳定效果不明显，故所述sio2的重量百分比优选范围为3～6wt％。
38.cuo是本发明夜视兼容滤光玻璃近红外吸收的重要组分，同时对色度也有一定影响，若含量过高(>18wt％)，所述夜视兼容滤光玻璃可见波段透过率降低，不利于光源照明；若其含量过低(<8wt％)，则减弱近红外的吸收能力，影响所述夜视兼容滤光玻璃的夜视兼容效果。故所述cuo的重量百分比优选范围为8～14wt％。
39.v2o5用于调整本发明夜视兼容滤光玻璃的色度、强化近红外截止效果，由于本发明滤光玻璃成分中不含碱金属氧化物，玻璃中游离氧的减少有利于钒离子保持低价态v
3+
，而v
3+
在570nm附近的吸收效应，可有效阻止玻璃透过向近红外移动，对强化滤光玻璃近红外截止，防止玻璃颜色发黄，具有良好的效果。v2o5含量过大(>5wt％)会降低滤光玻璃可见波段透过率。若v2o5含量过小(<1wt％)，所起的近红外截止效果不明显，所述v2o5的重量百分比优选范围为1.5～4wt％。
40.coo作为着色剂在本发明中和v2o5配合使用，通过协调二者的比例关系，可有效降低本发明夜视兼容滤光玻璃的cie 1976ucs色度坐标u’值，防止透过波段向长波移动，保证0.5mm厚度下该夜视兼容滤光玻璃的色度满足要求。当coo含量过高(>1wt％)，滤光玻璃的透过率显著下降。若coo含量过小(<0.1wt％)，则滤光玻璃的色度u’值增大，色度产生偏离，为了可更好的兼顾夜视兼容滤光玻璃可见波段透过率与色度之间的关系，优选的，所述coo、v2o5的重量百分比之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～4％，且所述coo的重量占所述coo和v2o5总重量的11～17％。
41.b2o3用于强化本发明夜视兼容滤光玻璃结构，提高可见光透过率。b2o3含量过高(>6wt％)，透过峰带宽变大，不利于滤光玻璃的色度控制及红外吸收；若其含量过低(<1wt％)，则提高可见光透过率的作用不明显，所述b2o3的重量百分比优选范围为1～4wt％。
42.al2o3用于强化本发明夜视兼容滤光玻璃的结构。玻璃中al
3+
吸取结构中[po4]的双
键氧形成[alo4]四面体，[po4]与[alo4]相互以桥氧交叠，使磷酸盐原有的层状结构向架状结构转变，从而使玻璃结构网络得到加强，理化稳定性得到改善。al2o3含量过高(>6wt％)，玻璃高温黏度大、难于融化；若其含量过低(<1wt％)，则强化滤光玻璃结构的作用不明显，故所述al2o3的重量百分比优选范围为3～6wt％。
[0043]
nd2o3在近红外区域755nm、860nm处有明显吸收带，ceo2具有防止辐射变色、吸收紫外的效果，二者是强化夜视兼容滤光玻璃波段选择性透过的重要组分，本发明通过调配二者比例，达到强化红外截止、防止辐射变色、稳定玻璃光学性能的效果。为了更好的兼顾滤光玻璃红外吸收、防辐射及可见光透过率之间的关系，优选的，所述ceo2和nd2o3二者的总重量占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～4％，且所述ceo2的重量占所述ceo2和nd2o3总重量的20～26％，这样优选后可以更好地兼顾滤光玻璃红外吸收、防辐射及可见光透过率之间的关系。
[0044]
sro与p2o5的成玻能力较强，有利于所述夜视兼容绿色滤光玻璃可见区透过率的提高，若sro含量过高(>8wt％)膨胀系数增大，不利于玻璃的热稳定性；若sro含量过小(<3％)提高可见光透过率的作用不明显，故所述sro的优选重量百分比为4～6％。
[0045]
zno用于改善所述夜视兼容绿色滤光玻璃的理化性能、提高玻璃的耐蚀性，若zno含量过高(>8wt％)易引起玻璃乳浊，降低透过率，若zno含量过小(<3％)改善理化性能不明显，故所述zno的优选重量百分比范围为3～6％。
[0046]
具体实施时，为了进一步确保所述滤光玻璃性能满足夜视兼容照明需求，所述夜视兼容绿色滤光玻璃以重量百分比计可以优选为：p2o
5 62～69％；sio
2 3～6％；a12o
3 3～6％；zno 3～6％；ceo
2 0.5～1％；cuo 8～14％；v2o51.5～4％；coo 0.1～0.6％；nd2o
3 1.6～4％；b2o
3 1～4％；sro 4～6％；其中，所述coo和v2o5二者的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～4％，所述coo的重量占所述coo和v2o5总重量的11～17％；所述ceo2和nd2o3二者的重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2～4％，所述ceo2的重量占所述ceo2和nd2o3总重量的20～26％。
[0047]
具体实施时，以重量百分比计，所述夜视兼容绿色滤光玻璃以重量百分比计可以更优选为包括：p2o
5 66％；sio
2 3％；a12o
3 5％；zno 3.5％；ceo
2 0.5％；cuo 12％；v2o
5 2％；coo 0.4％；nd2o
3 1.6％；b2o
3 1％；sro 5％。其中，coo和v2o5二者重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2.4％，coo的重量占coo和v2o5总重量的16.67％，ceo2和nd2o3二者重量之和占所述夜视兼容绿色滤光玻璃重量的2.1％，ceo2的重量占所述ceo2和nd2o3总重量的23.8％。
[0048]
本发明还提供了一种夜视兼容绿色滤光玻璃的制备方法，包括以下步骤:
[0049]
步骤一，为防止p2o5吸潮影响混料的均匀性，按照玻璃组成的重量百分比称取除p2o5以外各组分进行混合，得到第一配合料；
[0050]
步骤二，按照玻璃组成的重量百分比称取p2o5与之前步骤一得到的第一配合料进行二次混合，得到第二配合料；
[0051]
步骤三，将步骤二得到的第二配合料用刚玉坩埚在1100～1300℃的熔融温度下熔制，保温60～120分钟；
[0052]
步骤四，出料时，先将玻璃液表面5～10mm浮层刮掉(出料时，用不锈钢刮子将坩埚内玻璃液表面5～10mm浮层刮掉后，再进行浇铸，防止浇注时浮渣混入影响玻璃质量)，再将
玻璃液倒入预热(350～400℃，优选为380℃，以有效防止玻璃成型过程出现炸裂)的模具中，浇注成型；
[0053]
步骤五，成型后移入460～490℃退火炉，保温2～3小时(优选为480℃退火保温3小时，以确保消除滤光玻璃内部应力)，随炉冷却至室温。
[0054]
本发明还提供了一种滤光器件，其由上述的夜视兼容绿色滤光玻璃构成；所述滤光器件为夜视兼容玻璃灯罩或滤光片。
[0055]
本发明还提供了一种飞机驾驶室，其包括指示灯、照明灯、仪表盘，所述指示灯、照明灯和仪表盘的至少一种安装有上述的夜视兼容玻璃灯罩或滤光片。
[0056]
本发明还提供了一种汽车驾驶室，其包括指示灯、照明灯、仪表盘，所述指示灯、照明灯和仪表盘的至少一种安装有上述的夜视兼容玻璃灯罩或滤光片。
[0057]
本发明还提供了一种轮船驾驶室，其包括指示灯、照明灯、仪表盘，所述指示灯、照明灯和仪表盘的至少一种安装有上述的夜视兼容玻璃灯罩或滤光片。
[0058]
以下结合具体的实施例进行详细说明。
[0059]
本发明实施例1～5及对比例1～2的玻璃组成配方及性能见下表1。
[0060]
实施例1～5及对比例1～2的成分以五氧化二磷、二氧化硅，氧化铝，五氧化二钒，硼酸，氧化锌，氧化铈，氧化铜，氧化钴，氧化钕和碳酸锶为原料。其中，b2o3由硼酸引入，sro由碳酸锶引入，其它全部为氧化物原料。
[0061]
实施例1～5及对比例1～2的光谱特性和色度(厚度为0.5mm)分别由红外光谱仪scimitar1000、紫外分光光度计cary50测试，膨胀系数、转变点tg、软化点tf由卧式膨胀仪dil402pc测试。
[0062]
表1
[0063][0064]
上述实施例1～5所述的夜视兼容绿色滤光玻璃及对比例的制备方法，按以下步骤
实施：
[0065]
步骤一，为防止五氧化二磷吸潮影响混料的均匀性，根据表中实施例1配方称取除五氧化二磷以外的其它组分原料，混合均匀，得到第一配合料；
[0066]
步骤二，按照表中给出的实施例1～5的配方称取五氧化二磷与步骤一得到的配合料进行二次混合，得到第二配合料；
[0067]
步骤三，将步骤二得到的第二配合料加入刚玉坩埚内，在1200℃的熔融温度下熔制，保温80分钟；
[0068]
步骤四，出料时，先将玻璃液表面10mm的浮层刮掉，以防止浇注时浮渣混入影响玻璃质量，再将玻璃液倒入提前预热至380℃的模具中，浇注成型；
[0069]
步骤五，成型后的玻璃移入480℃退火炉，保温3小时，随炉冷却至室温。
[0070]
其中，步骤四中的模具由产品的应用特点及要求决定，例如：各类驾驶室照明系统中不同部位、不同功能、不同规格的照明灯灯罩、指示灯灯罩、仪表滤光片等，针对不同尺寸、形状的产品需求，通过选择相应模具，按照实施例的制备方法可得到尺寸、形状满足要求的夜视兼容滤光玻璃产品。
[0071]
表1中的性能数据显示，本发明实施例1～5所制备的夜视兼容绿色滤光玻璃在0.5mm的厚度下，600nm的光谱透过率t
600
<5％，660nm的光谱透过率t
660
<0.4％，700nm的光谱透过率t
700
<0.2％，表明实施例1～5的滤光玻璃对夜视设备成像的光谱响应区—近红外波段具有良好的吸收能力，照明光源通过实施例滤光玻璃可有效消除其中所含的对夜视成像造成干扰的近红外成分。实施例1～5所述的滤光玻璃的cie 1976ucs色度坐标处于u’＝0.134，v’＝0.510，r＝0.025范围之内，在可见波段具有良好的透过(t
530
>50％)，表明实施例1～5的滤光玻璃的色度稳定，可见区主波段(530nm)照明效果良好。另对比例1的组分中coo和v2o5的重量百分比之和过高(>5wt％)，导致其可见光透过率显著下降，虽然其近红外吸收能力优良，但对于光源的照明效果不能满足要求；对比例2的组分中cuo的重量百分比偏低(<8wt％)，虽然滤光玻璃可见光透过率满足要求，但由于减弱了近红外波段的吸收，导致透过滤光玻璃后的干扰夜视成像的近红外波增大，因而不能满足夜视兼容的要求。此外，实施例滤光玻璃膨胀系数处于76～78
×
10
‑7/℃范围内，相比国外报道的同类产品(90～120
×
10
‑7/℃)膨胀系数较低，由于玻璃的抗热热冲击能力与其膨胀系数成反比关系，因而本发明滤光玻璃的热稳定性与国外同类产品相比更具有优势。
[0072]
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
[0073]
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
[0074]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。