硫系玻璃的除氧提纯装置及方法

本发明涉及一种光学材料的除氧提纯装置及除氧提纯方法，具体涉及一种硫系玻璃的除氧提纯装置及方法。

背景技术：

1、硫系玻璃是一种优异的红外光学材料，相比于碲酸盐玻璃和氟化物玻璃，其具有红外透过窗口宽、热学性能稳定、非线性系数高的优点，尤其适宜制备红外光纤，在中红外激光产生、传输以及红外图像传递等领域具有重要应用。

2、目前，制约硫系玻璃得到广泛应用的因素是杂质吸收，由于碳、氢、氧等杂质的存在，会导致硫系玻璃在红外波段产生一系列的杂质吸收峰，特别是氧杂质的存在，除了导致产生诸如h-o、ge-o、as-o等杂质吸收峰，还会提升硫系玻璃的声子能量，从而造成整个红外波段吸收基线的抬升。为了去除硫系玻璃中的氧杂质，常用的工艺是在玻璃熔制过程中引入微量的活泼金属作为除氧剂，比如铝、镁等，除氧剂与玻璃中的氧离子发生反应，生成难熔的al2o3、mgo等物质，再通过蒸馏的方式，把氧杂质除去，详见参考文献(刘硕，唐俊州，刘自军，等.低损耗硫系玻璃光纤的挤压制备及其性能研究[j].光学学报，2016，36：1006002；许彦涛，郭海涛，陆敏，等.低损耗芯包结构ge-sb-se硫系玻璃光纤的制备与性能研究[j].红外与激光工程，2015，43：182-187)。但是这种工艺所存在的问题是：在蒸馏过程中不可避免地会将少量的al2o3、mgo杂质颗粒带入最终的玻璃中，这些杂质以异相固体颗粒的形式存在，特别是在红外光纤中，容易造成散射损耗的增加。

3、中国专利cn113735413b.x公开了一种基于固-液反应的红外硫化砷玻璃的除氧提纯装置及方法，可以在除去氧杂质的同时有效降低玻璃中除氧剂铝杂质的含量。但是该现有技术所存在的问题是：仅适用于低熔点的as-s玻璃，不适用于其它组分的硫系玻璃，尤其是含锗的硫系玻璃，此类硫系玻璃由于熔制温度高，在此温度下除氧剂铝单质无法保持为固态，因此无法适用。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有硫系玻璃的除氧提纯装置及方法存在使用除氧剂时易引入除氧剂杂质，或者是因仅适用于as-s玻璃的除杂而导致普适性低的技术问题，而提供一种硫系玻璃的除氧提纯装置及方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种硫系玻璃的除氧提纯装置，包括熟料加注管、熟料罐、除氧剂加注管、成型管以及连通管；其特殊之处在于：

4、还包括两个微孔过滤片；所述熟料罐和成型管通过连通管相互连通，且两者位于连通管的同一侧；所述熟料加注管设置在熟料罐上，用于向熟料罐内加入待除氧的硫系玻璃熟料；所述除氧剂加注管设置在连通管中部位置；所述两个微孔过滤片设置在连通管内且分别位于除氧剂加注管两侧，从而构成一个用于盛放除氧剂且供除氧剂与硫系玻璃蒸汽中的氧杂质发生固-气反应的腔室结构。

5、进一步地，为了有效阻止在玻璃中引入微颗粒杂质，所述两个微孔过滤片的微孔孔隙尺寸为10～40μm。

6、进一步地，所述熟料加注管、熟料罐、除氧剂加注管、成型管以及连通管均采用石英材料制成；所述石英材料为羟基含量小于5ppm的低羟基石英材料，可以防止在熔制过程中引入o-h杂质。

7、同时，本发明还提供了一种硫系玻璃的除氧提纯方法，基于上述硫系玻璃的除氧提纯装置，其特殊之处在于，包括以下步骤：

8、步骤1、制备硫系玻璃熟料；

9、步骤2、将步骤1所得的硫系玻璃熟料通过熟料加注管加入熟料罐中，通过除氧剂加注管将除氧剂装入并注满所述腔室结构；

10、步骤3、对除氧剂加注管进行熔封，然后使用抽真空系统，通过熟料加注管对整个除氧提纯装置进行抽真空处理，再对熟料加注管进行熔封；

11、步骤4、将整个除氧提纯装置放入具有三个不同温区的摇摆炉中，熟料罐、连通管、成型管分别对应位于第一温区、第二温区、第三温区，根据硫系玻璃熟料组分熔制温度的不同、氧杂质与除氧剂反应温度的不同、硫系玻璃熟料组分转变温度的不同，分别对应设定第一温区、第二温区、第三温区的温度，进行蒸馏除杂；其中第一温区、第二温区、第三温区的温度逐次递减；

12、步骤5、当硫系玻璃熟料全部蒸馏至成型管后，取出整个除氧提纯装置，将成型管与连通管相连通的位置封断，再将成型管放入摇摆炉中，将硫系玻璃熟料熔制均匀，经冷却退火后得到高纯硫系玻璃。

13、进一步地，步骤4中，所述第一温区的温度为550～800℃，第二温区的温度为500～550℃，第三温区的温度为200～300℃。

14、进一步地，步骤1中，硫系玻璃熟料为as2s3时，步骤4中的第一温区的温度为550℃，第二温区的温度为500℃，第三温区的温度为200℃。

15、进一步地，步骤1中，硫系玻璃熟料为40gese2-35as2se3-25as2te3时，步骤4中的第一温区的温度为800℃，第二温区的温度为550℃，第三温区的温度为300℃。

16、进一步地，步骤1中，硫系玻璃熟料为as2se3时，步骤4中的第一温区的温度为675℃，第二温区的温度为525℃，第三温区的温度为250℃。

17、进一步地，步骤1具体为：称取玻璃原料，按照熔融淬冷法制备硫系玻璃熟料；

18、步骤3具体为：先利用氢氧焰对除氧剂加注管进行熔封，然后使用抽真空系统，通过熟料加注管对整个除氧提纯装置进行抽真空处理，当除氧提纯装置内的压强低于1×10-3pa后，用氢氧焰对熟料加注管进行熔封；

19、步骤5具体为、当硫系玻璃熟料全部蒸馏至成型管后，取出整个除氧提纯装置，利用氢氧焰将成型管与连通管相连通的位置封断，再将成型管放入摇摆炉中，将硫系玻璃熟料熔制均匀，经冷却退火后得到高纯硫系玻璃。

20、进一步地，步骤2中，所述除氧剂为纯度≥99.9％的铝或镁；所述铝或镁的形态为条状、颗粒状、粉体或多孔形状。

21、本发明的有益效果：

22、1、本发明提供了一种硫系玻璃的除氧提纯装置及方法，其中，固体除氧剂并未放入熟料罐中与玻璃原料一起熔制，而是先通过输运玻璃蒸汽，使玻璃蒸汽中的氧杂质在连通管内与除氧剂发生固-气反应，然后再进行熔制玻璃。由于玻璃蒸汽与除氧剂能够接触充分，所以能够保证除氧剂与玻璃蒸汽中的氧杂质反应充分，达到高效除去氧杂质的目的。另外，相比于将除氧剂与玻璃原料一起熔制的传统工艺，本发明由于避免了除氧剂与玻璃熔液长时间接触，且加上微孔过滤片的存在，能够有效地防止除氧剂杂质引入玻璃中，实现了在除氧杂质的同时显著降低玻璃中除氧剂杂质的含量，提高了玻璃的光学性能，尤其适用于光纤材料的制备。

23、2、本发明不仅适用于as-s玻璃的除杂，还适用于其他硫系玻璃的除杂，普适性高。本发明中根据硫系玻璃熟料组分熔制温度的不同、氧杂质与除氧剂反应温度的不同、硫系玻璃熟料组分转变温度的不同，分别对应设定第一温区、第二温区、第三温区的温度，若第一温区温度太低则无法获得玻璃蒸汽，温度太高则玻璃蒸汽气流过大，导致玻璃蒸汽与除氧剂反应不充分，降低反应效率。第二温区温度可以保证氧杂质与除氧剂反应充分，温度太高会导致除氧剂变成液态，玻璃蒸汽便无法和除氧剂充分接触，温度太低则反应效率下降。第三温区与前面温区之间保持温差，控制玻璃蒸汽流速，保证反应效率。