CN105502937A - 一种高均匀性硫系红外玻璃制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高均匀性硫化物红外玻璃制备方法：蒸馏—共冷凝法，属于硫系玻璃的制备方法。以高纯氩气为动力带动气化的不同原料在石英螺旋管中以分子形式进行混合，然后冷凝在石英安瓿中。对石英安瓿进行抽真空封接后放入摇摆炉摇摆，冷却后退火得到高均匀性硫系红外玻璃。本发明制备的红外玻璃消除了混料过程中由于混料不均而引起的成分条纹，红外玻璃的平均透过率（2~6μm）大于70%，所制备的高纯硫系玻璃的最低损耗达到0.25dB/m。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外玻璃材料，特别涉及一种高均匀性硫化物红外玻璃的制备过程中的高纯原料混料方法。
背景技术
硫系玻璃是以硫族元素硫、硒、碲为主引入一定量其它金属或非金属元素形成的非晶态材料，包括硫化物玻璃、硒化物玻璃和碲化物玻璃，他们的典型透光范围分别为0.6~10μm、1~14μm和2~20μm。硫系玻璃光纤中As-S红外玻璃光纤作为1~6μm波段良好的传输介质，其本征损耗低，成纤能力相对较好，目前是3~5μm中红外波段第二大气窗口的最佳传输波导。在国外，它已广泛应用于光谱学、热成像、激光能量传输、传感、红外通讯和军事等领域。
目前所使用的As-S红外玻璃的混料方法是将高纯的As、S原料分别放入石英安瓿中，抽真空封接后放入摇摆炉加热进行混料。此种混料方法在混料过程中会造成原料的混合不均匀，从而引起成分条纹，并且该方法需要长时间的进行混料，增大了混料过程中由石英安瓿中引入的羟基含量，成分条纹和羟基含量的增加会导致红外玻璃的散射增加、透过率下降。若能研制开发出一种快速的高均匀性的混料方法，将使在红外玻璃的制备过程所引起的散射进一步降低，从而提高红外玻璃的光学性能。
发明内容
针对现有硫系玻璃制备方法在混料过程中需要长时间混料以及产生成分条纹的不足，本发明提供了一种快速高均匀性的混料方法。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种硫化物红外玻璃为As40-xS60+x，其中，0≤X≤10。
上述红外玻璃采用真空蒸馏—共冷凝法进行混合合成，包括步骤：
1)以单质硫、单质砷为原料按化学式配制玻璃料，并分别将两种原料放入石英蒸馏管中；
2)将盛有单质硫的石英蒸馏管A放入加热炉中，升温至420~430℃；将盛有单质砷的石英蒸馏管B放入加热炉中升温至595~605℃，并且分别在石英蒸馏管的一端通入保护气氩气，气态的单质分别在氩气的动力作用下在石英螺旋管中充分混合，经混合后的红外玻璃料通入加热到350℃的冷凝管石英安瓿中；
3)待石英蒸馏管中单质硫与单质砷经螺旋管完全混合进入石英安瓿中后，将石英安瓿冷凝抽真空，用乙炔焰封接；
4)将封接好的装有红外玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，升温至700℃，保温1h后降温至600℃取出，经除气泡后冷却脱模，然后在160℃保温2~4小时进行退火处理，后自然冷却至室温。
作为优选，采用单质硫、单质砷的纯度均不低于99.999％。
作为优选，采用的石英蒸馏管、石英螺旋管、石英安瓿的羟基含量小于10ppm。
作为优选，***中通入的氩气保护气为高纯氩气。
本发明蒸馏—共冷凝法是利用气体状态下的不同原料能够在分子尺度充分混合来获得均有高均匀性的红外玻璃料。与现有的技术相比，本发明能产生如下的有益效果：
1)与现有的混料方法相比，玻璃料混合均匀，使得混料不均而引起的成分条纹得以消除；
2)与现有的混料方法相比，缩短了混料时间，减少了由石英安瓿引入的羟基的含量，提升红外玻璃的光学性能；并且减少了能源的消耗。
附图说明
图1为蒸馏—共冷凝装置简图。
图2为2mm厚红外玻璃的红外透射光谱。
具体实施方式
下面将通过具体的实施例子进一步说明本发明的实质性特点和显著进步，但本发明并非仅限于所列举之例。
实施实例：硫系玻璃组成为As38S62
以纯度5N的高纯硫和纯度6N的高纯砷为原料，按照上述化学组成配比，在充满氩气的手套箱中称料，分别装入预先清洗干净并进行预烧的羟基含量低于10ppm的石英蒸馏管A、B中，向蒸馏管中通入高纯氩气并与羟基含量低于10ppm的石英螺旋管连接，将蒸馏管A、B分别加热至425℃和600℃，使得气态的S和As单质在加热至650℃的螺旋管中以分子尺度充分混合，然后将混合后的气态As-S红外玻璃料通入清洗干净并进行预烧的羟基含量低于10ppm的石英安瓿中冷凝；将盛有混合料的石英安瓿抽真空，当石英安瓿中的真空度小于10-4时，用乙炔焰封接安瓿；将封接好的装有红外玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉，缓慢升温至700℃,然后保温1h后降温至600℃取出，然后将其放入升温至530℃的立式炉中除气泡30min后取出，自然冷却至脱模；然后在160℃退火2h后自然冷却至室温。将最终获得的高均匀性的红外玻璃切割成厚度为2mm的玻璃片并双面抛光。
采用BrukerTensor27傅立叶变换红外光谱仪测试2mm厚的红外玻璃片的红外透射光谱，采用cut-back方法计算玻璃的损耗；采用示差扫描量热法(DSC)测试玻璃的玻璃转变温度，利用阿基米德原理测试玻璃的密度。
本实施例检测结果：玻璃的致密度达到97%，如图2所示，2mm厚红外玻璃平均透过率（2~6μm）达到70%，光纤最低损耗为0.25dB/m，玻璃转变温度为195℃。
Claims (6)
1.一种硫化物红外玻璃，其特征是：化学组成为As40-xS60+x。
2.一种高均匀性硫化物红外玻璃制备方法，其关键在于蒸馏-共冷凝法，其特征在于，包括下述步骤：
1）以单质硫、单质砷为原料按化学式配制玻璃料，并分别将两种原料放入石英蒸馏管中；
2）将盛有单质硫的石英蒸馏管A放入加热炉中，升温至420~430℃；将盛有单质砷的石英蒸馏管B放入加热炉中升温至595~605℃，并且分别在石英蒸馏管的一端通入保护气氩气，气态的单质分别在氩气的动力作用下在石英螺旋管中充分混合，经混合后的红外玻璃料通入加热到350℃的冷凝管石英安瓿中；
3）待石英蒸馏管中单质硫与单质砷经螺旋管完全混合进入石英安瓿中后，将石英安瓿冷凝抽真空，用乙炔焰封接；
4）将封接好的装有玻璃混合料的石英安瓿放入摇摆炉中，升温至700℃，保温1h后降温至600℃取出，经除气泡后冷却脱模，然后在160℃保温2~4小时进行退火处理，后自然冷却至室温。
3.如权利2要求所述的高均匀性硫化物红外玻璃制备方法，其特征在于：
所述的单质硫、单质砷的纯度均不低于99.999％。
4.如权利2要求所述的高均匀性硫化物红外玻璃制备方法，其特征在于：
所述的石英蒸馏管、石英螺旋管、石英安瓿的羟基含量小于10ppm。
5.如权利2要求所述的高均匀性硫化物红外玻璃制备方法，其特征在于：
所述的***中通入的氩气保护气为高纯氩气。
6.如权利2要求所述的高均匀性硫化物红外玻璃制备方法，其特征在于：
所述的石英安瓿内的真空度小于10-4Pa。
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