芯料玻璃组合物、芯料玻璃及其制备方法和应用与流程

本发明涉及玻璃制造，特别是涉及一种芯料玻璃组合物、芯料玻璃及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光纤传像阵列由数千万根微米级光纤丝紧密规则排列熔合而成，可以高保真传递图像，具有光学零厚度、数值孔径大，分辨率高特点，包括光学纤维面板、光纤倒像器、光纤光锥、光纤传像束等，可应用于航空航天、微光夜视、医疗诊断等领域，是光电子行业的高科技尖端产品。

2、光纤传像阵列是采用高折射率的芯料玻璃和低折射率的皮料玻璃管利用棒管结合拉制单丝进行排板；将吸收料玻璃拉制成丝插入排板好的单丝中，吸收料玻璃主要作用吸收杂散光；之后捆成一次复合棒经拉丝、排板、热熔压成型毛坯板段，然后经精密深加工而成的，主要应用于实现图像的高清晰传像，解决了系统的场区图像分辨率低、清晰度差的难题，提高了成像清晰度。

3、目前在空间等射线辐照环境中远距离探测使用光纤传像阵列，既要玻璃具有宽光谱高透过率获得更远的探测距离，又要求玻璃能耐受射线辐照，二者要同时满足很难实现。芯料玻璃是光纤传像阵列中的核心组成部分，其质量和性能对光纤传像阵列的传输效果具有重要影响；然而，现有技术中尚无能够同时满足宽光谱响应、耐辐照和高折射率三个条件的芯料玻璃，从而导致无法满足在航空航天领域等射线辐照环境中进行远距离探测的要求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种芯料玻璃组合物、芯料玻璃及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何制备一种芯料玻璃，使其能够同时满足宽光谱响应、耐辐照和高折射率，其在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥65％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；折射率≥1.80；30～300℃范围的平均线热膨胀系数为85×10-7/℃～95×10-7/℃；在810℃保持5小时不析晶，熔融后具有玻璃内部无结石、无气泡，抗析晶性能好，耐潮稳定性好，化学稳定性优良等优点，热学性能满足光纤传像阵列制备工艺要求，将所述芯料玻璃运用在航天航空领域高射线辐照，宽光谱探测的环境中使用，能够有效提高玻璃的成像清晰度和玻璃使用寿命，从而更加适于实用。

2、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。依据本发明提出的一种芯料玻璃组合物，以质量百分含量计，其包括：

3、石英砂10-15％；

4、硼酸20-30％；

5、氧化镧19.5-30％；

6、氧化锌1.1-10％；

7、氧化铌1.1-10％；

8、碳酸钡10.1-20％；

9、氧化铪0-3％

10、氧化钽5.1-10％；

11、氧化钇1.1-7％；

12、碳酸锶0-5％；

13、氧化铝0.5-7％；

14、碳酸钠0-5％；

15、氧化铈0.05-2％；

16、上述原料中，杂质fe、cu和mn的总含量≤3ppm，杂质nd、pr、u、er、eu、tb、dy的总含量≤2ppm。

17、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。依据本发明提出的一种芯料玻璃的制备方法，其包括以下步骤：

18、s21原料计量，得到混合料；以质量百分含量计，所述混合料包括：石英砂10-15％、硼酸20-30％、氧化镧19.5-30％、氧化锌1.1-10％、氧化铌1.1-10％、碳酸钡10.1-20％、氧化铪0-3％、氧化钽5.1-10％、氧化钇1.1-7％、碳酸锶0-5％，氧化铝0.5-7％、碳酸钠0-5％、氧化铈0.05-2％；上述原料中，杂质fe、cu和mn的总含量≤3ppm；杂质nd、pr、u、er、eu、tb、dy的总含量≤2ppm；

19、s22将混合料熔制，澄清搅拌；在熔制，澄清搅拌步骤中向玻璃液中通入氧气；配制和熔制混合料的器具均采用非金属材质的耐碱材料；熔制、澄清用熔炼炉的材质为耐火材料，其重金属含量≤5ppm；

20、s23玻璃液出料，浇铸成型，退火，得到芯料玻璃。

21、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。

22、优选的，前述的制备方法，其中熔制所述混合料的容器为氧化镁材质的坩埚。

23、优选的，前述的制备方法，其中所述耐火材料为耐侵蚀耐高温材料，其耐温≥1700℃。

24、优选的，前述的制备方法，其中所述熔炼炉专用于所述芯料玻璃的制备。

25、优选的，前述的制备方法，其中所述混合料熔制是将混合料分3-5次，每次间隔0.5-2小时加入容器中。

26、优选的，前述的制备方法，其中所述混合料的熔制温度为1450-1520℃；澄清搅拌温度为1520-1600℃，澄清搅拌温度时间为1-2h；出料温度为1360-1400℃；退火温度为600-650℃，退火时间为2-4h。

27、优选的，前述的制备方法，其中所述向玻璃液中通入氧气的流速为0.1～0.3mol/l/min。

28、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。依据本发明提出的一种芯料玻璃，其在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥65％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；折射率≥1.80；30～300℃范围的平均线热膨胀系数为85×10-7/℃～95×10-7/℃；在810℃保持5小时不析晶。

29、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。依据本发明提出的一种根据前述的芯料玻璃在宽光谱响应耐辐照光纤传像阵列中的应用。

30、借由上述技术方案，本发明提出的一种芯料玻璃组合物、芯料玻璃及其制备方法和应用至少具有下列优点：

31、本发明提出的芯料玻璃组合物、芯料玻璃及其制备方法和应用，其通过对芯料玻璃的成分及其含量、原料纯度进行控制使其达到了较好的技术效果，其在100mm厚度下,在波长范围330～2000nm，光谱透过率≥65％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％；折射率≥1.80；30～300℃范围的平均线热膨胀系数为85×10-7/℃～95×10-7/℃；在810℃保持5小时不析晶，熔融后具有玻璃内部无结石、无气泡，抗析晶性能好，耐潮稳定性好，化学稳定性优良等优点，热学性能满足光纤传像阵列制备工艺要求，能够同时满足宽光谱响应、耐辐照和高折射率的要求，且紫外区透过率高。具体的，本发明通过严格控制原材料的杂质成分及其含量，通过使用高纯度原料进行配料，严格控制fe、cu、mn等的含量，使所有原料中着色元素的含量控制在3ppm以下；采用y、la、ta、nb、ce等稀土氧化物时，严禁nd、pr、u、er、eu、tb、dy等杂质元素的引入，使其总含量均控制在2ppm以下；由于玻璃中的有害杂质，例如，过渡金属变价离子和重金属离子，它们的电子跃迁能较低，在高能射线照射下，其电子吸收能量发生跃迁，从而导致该玻璃在紫外区域对紫外线有明显吸收；本发明通过严格对其纯度进行限定，为玻璃材料的紫外区透过率提供了保障。

32、进一步的，本发明通过对玻璃熔制成型工艺的控制，一方面控制其配料、熔制过程中使用的容器材质均为非金属材质的耐碱材料，如涉及塑料制品的则采用无色透明材质，从而可以避免玻璃原料与容器直接接触过程中容器材质熔入玻璃或者玻璃原料中杂质进入玻璃而对玻璃造成不利影响；另一方面，通过控制加热容器/器具的熔炼炉的材质为耐火材料，严格控制其中重金属含量≤5ppm，从而避免耐火材料通过容器开口对玻璃的组成造成影响；同时，在熔制、澄清搅拌过程中始终向玻璃液中通入氧气，使玻璃液呈强氧化气氛，从而能够精准地控制变价元素的价态分布，保证了玻璃在耐辐照性能下有较高的透过率。

33、本发明的技术方案，其通过对玻璃组合物的原料种类、含量和纯度的严格限定，使其能够用于制备一种综合性能优异的芯料玻璃，并通过对玻璃熔制、成型工艺的严格控制，使得在玻璃熔制、成型工艺中不会向玻璃中带入新的杂质组分，从而确保最终形成的芯料玻璃组分配比基本稳定在原料投料时的组分配比，从而确保其能够在各种性能之间达到较佳的平衡，既能够同时满足宽光谱响应、耐辐照和高折射率，且还具有较高的紫外区透光率，在空间等射线辐照环境中的成像清晰度高，使用寿命长；从而确保本发明得到的芯料玻璃可用于光纤传像阵列中，该玻璃在100mm厚度下,光谱透过率≥65％；在6.4kgy辐照剂量下辐照500h，在350nm处的透过率衰减率≤3％，提高了芯料玻璃在射线辐照环境中使用寿命和稳定性；折射率≥1.80；本发明的芯料玻璃熔融后具有玻璃内部无结石、无气泡，抗析晶性能好，耐潮稳定性好，化学稳定性优良等优点，热学性能满足光纤传像阵列制备工艺要求。

34、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。