一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法与流程

本发明属于光学玻璃材料领域，具体涉及一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法。

背景技术：

1、2-5微米中红外波段是重要的低损耗大气传输窗口，并且包含甲烷、氯化氢等诸多有机和无机分子的特征吸收谱线，在化学分析，传感器，空间通信、军事对抗、高灵敏度气体探测、高分子有机材料加工等军用和民用领域具有极其重要的应用前景。近年来，包括碲酸盐、氟化物和硫化物玻璃在内的多种具有较低声子能量的玻璃材料在中红外激光领域的应用倍受关注。相比较于氟化物和硫化物玻璃，碲酸盐玻璃具有更低的制作环境要求，更高的热稳定性，机械强度，激光损伤阈值和稀土离子溶解度，能够为高功率中红外激光的产生提供良好的材料支撑。

2、取决于玻璃组成，碲酸盐玻璃的最大声子能量(mpe)能在650cm-1至950cm-1之间变化，相应的最高透过窗口位于5.2微米至6.5微米之间。为了得到最高的透过窗口，专利cn109574509b公开了碲酸盐玻璃组成中就不能含有氧化钨或者氧化铌等会增大玻璃整体mpe的氧化物。目前，无碱碲酸盐玻璃系统，尤其是氧化碲(teo2)-氧化锌(zno)-氧化镧(la2o3)玻璃系统，由于具有碲酸盐玻璃中最低的mpe，抗析晶稳定性高，羟基(oh-)活性低，玻璃化转变温度和抗激光损坏阈值高，日益受到了各方面研究者的关注。目前的专利和论文中，大都使用少量(15g-20g)的原料，经过适当的物理(化学)脱水反应后，直接升温至熔化温度进行熔融澄清浇注退火，再对得到的玻璃样品进行性质测量后得出研究结果。

3、这种熔制量较小的玻璃熔制过程并不适合于熔制量较大的碲酸盐玻璃制备，在制备质量大于35克以上的碲酸盐玻璃时，如果复制熔制量较小的玻璃熔制过程时，会出现诸如熔体发黑，玻璃体中颗粒增多等玻璃品质劣化的状况。而以碲酸盐玻璃为基质制造的光纤预制棒和其他复杂结构的光学元器件均需要大尺寸高品质的碲酸盐玻璃，另一方面，稀土激光元素在高品质碲酸盐玻璃中的高浓度均匀掺杂，也是低损耗高增益有源碲酸盐玻璃光纤制备需要攻克的技术瓶颈之一，例如美国专利us3883357a公开的teo2-zno-la2o3碲酸盐玻璃组成系统，其中稀土激光元素nd2o3的掺杂极限浓度仅为1.5mol％。

技术实现思路

1、针对使用小熔制量碲酸盐玻璃制备工艺制备大熔制量碲酸盐玻璃时，出现的玻璃异常着色，且玻璃体中颗粒增多等玻璃品质劣化的现象，本发明提供一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

2、为了实现发明目的，采用以下技术方案：

3、一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，首先对制备碲酸盐玻璃的原料混合物进行物理或化学反应除水，然后进入多步阶梯型加热烧结过程，即在玻璃软化温度和熔融温度之间的温度区间内，设定多个具体温度值，并在每个具体温度值下设定不同的保温时间，对玻璃粉末烧结体进行烧结加热；随后进入高温熔制、澄清、浇注和退火过程，完成碲酸盐玻璃的制备。

4、进一步地，随着玻璃熔制量的增大，多步阶梯型加热烧结过程中所设定的具体温度值越多，烧结时间越长。

5、进一步地，所述玻璃熔制量一般大于35克。

6、进一步地，当粉末烧结体逐渐转变成由无数棕色湿胶体团簇和熔液组成的混合物时，则结束加热烧结过程，进入高温熔制过程。

7、进一步地，设定的多个具体温度值构成逐渐升高的阶梯式升温。

8、进一步地，设定的具体温度值为600℃和650℃。

9、进一步地，设定的具体温度值为600℃、610℃、620℃以及650℃。

10、进一步地，所述保温时间为15分钟到60分钟之间。

11、本发明中所提及的稀土为玻璃主成分中所含稀土之外的稀土掺杂元素。

12、本发明带来的有益技术效果：

13、使用本发明的制备方法，既提高了稀土离子在碲酸盐玻璃中的溶解度，获得了明显高于其他专利所明确的相同玻璃体系稀土离子均匀掺杂极限浓度，也大幅改善了大熔制量玻璃的品质，所制备的玻璃体无异常着色，也无颗粒，条纹等品质缺陷，从而能够制备出具有高稀土掺杂的高品质碲酸盐玻璃。

技术特征：

1.一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，首先对制备碲酸盐玻璃的原料混合物进行物理或化学反应除水，然后进入多步阶梯型加热烧结过程，即在玻璃软化温度和熔融温度之间的温度区间内，设定多个具体温度值，并在每个具体温度值下设定不同的保温时间，对玻璃粉末烧结体进行烧结加热；随后进入后续的高温熔制、澄清、浇注和退火过程，完成碲酸盐玻璃的制备。

2.根据权利要求1所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，随着玻璃熔制量的增大，多步阶梯型加热烧结过程中所设定的具体温度值越多，烧结时间越长。

3.根据权利要求2所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述玻璃的熔制量大于35克。

4.根据权利要求1所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，当粉末烧结体逐渐转变成由无数棕色湿胶体团簇和熔液组成的混合物时，则结束加热烧结过程，进入高温熔制过程。

5.根据权利要求1所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，设定的多个具体温度值构成逐渐升高的阶梯式升温。

6.根据权利要求5所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，设定的具体温度值为600℃和650℃。

7.根据权利要求5所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，设定的具体温度值为600℃、610℃、620℃以及650℃。

8.根据权利要求1所述的一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，其特征在于，所述保温时间为15分钟到60分钟之间。

技术总结
本发明公开了一种高稀土掺杂大熔制量碲酸盐玻璃的制备方法，该制备方法采用传统的高温熔制工艺，在物理或化学反应除水和高温熔制二个步骤之间，增加了多步阶梯型加热烧结过程，即在玻璃软化和熔融温度之间的温度区间内，设定多个具体温度值，并在每个具体温度值下设定不同的保温时间。随着玻璃熔制量的增大，设定的具体温度值越多，烧结时间越长。此发明解决了碲酸盐玻璃随着熔制量的增大，因没有烧结或烧结温度和时间不够而导致在后续高温熔制阶段，玻璃熔体品质劣化的现象，既大幅改善了玻璃品质，也提高了稀土离子在该玻璃中的溶解度，能够制备出具有高稀土掺杂大熔制量高品质碲酸盐玻璃，为各种大尺寸碲酸盐玻璃的加工和应用提供了可能性。

技术研发人员：姚治东,李峰,史伟
受保护的技术使用者：山东海富光子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12