CN108911502B - 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用 - Google Patents

一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用 Download PDF

Info

Publication number
CN108911502B
CN108911502B CN201810686628.XA CN201810686628A CN108911502B CN 108911502 B CN108911502 B CN 108911502B CN 201810686628 A CN201810686628 A CN 201810686628A CN 108911502 B CN108911502 B CN 108911502B
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass
laser
melting
temperature
fluorophosphate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810686628.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108911502A (zh
Inventor
张勤远
肖永宝
王伟超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201810686628.XA priority Critical patent/CN108911502B/zh
Publication of CN108911502A publication Critical patent/CN108911502A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108911502B publication Critical patent/CN108911502B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00—Compositions for glass with special properties
    • C03C4/0071—Compositions for glass with special properties for laserable glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/02—Other methods of shaping glass by casting molten glass, e.g. injection moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B25/00—Annealing glass products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/23—Silica-free oxide glass compositions containing halogen and at least one oxide, e.g. oxide of boron
    • C03C3/247—Silica-free oxide glass compositions containing halogen and at least one oxide, e.g. oxide of boron containing fluorine and phosphorus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00—Type of glass produced
    • C03B2201/60—Silica-free oxide glasses
    • C03B2201/70—Silica-free oxide glasses containing phosphorus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用。该玻璃的配方按摩尔百分比（mol%）为：KPO3：60~100 mol%、AlF3：5~40 mol%、K2SO4：5~25 mol%。使用熔融淬火法制备得到高度透明、无析晶的氟硫磷酸盐激光玻璃.该玻璃在熔制过程中有较好的工艺性能，在空气中冷却即可形成均匀透明的玻璃，具有成玻区大、组分可调范围大、热稳定性优异的优点，在稀土掺杂激光玻璃光纤方面具有广阔的应用前景。

Description

一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于激光玻璃领域，具体涉及一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用。
技术背景
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后人类的又一重大发明，具有单色性好、相干性好、功率密度高等特点，因而在光通信、生物医疗、材料加工、传感、核聚变研究、国防军工等领域具有广阔的应用前景。激光器件是激光科学与技术的核心，以稀土掺杂激光玻璃或者光纤为增益介质的固体激光器因具有结构紧凑、使用寿命长、便于维护、功率高、成本较低等优点而引起广泛关注。
磷酸盐玻璃对大部分稀土离子的可掺杂浓度较高，已成为重要的稀土(RE)掺杂基质材料，在激光增益介质方面广泛应用。此外，与硅酸盐玻璃相比，磷酸盐玻璃具有更宽的红外透过范围等优点。通过在磷酸盐玻璃中添加金属阳离子如碱金属氧化物和碱土金属氧化物，从而可以优化磷酸盐玻璃的性能，但是除水效果不够理想。通过阴离子取代的方式也能对磷酸盐玻璃进行改性，例如在磷酸盐基质中引入适量氟离子(F-)可获得氟磷酸盐玻璃，具有更低的羟基含量、低的线性和非线性折射率、高透过率等优点，主要用于被动激光和激光器领域。在磷酸锌玻璃或其他磷酸盐玻璃中掺入适量的硫酸根(SO4 2-)，能够显著改善玻璃的形成能力和热稳定性。因此，可以在磷酸盐基质中同时引入SO4 2-和F-得到具有多种配体结构的氟硫磷酸盐玻璃，对于承载激活剂(稀土离子)具有较大的潜力，有望成为新型激光增益基质材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用，玻璃在熔制过程中有较好的工艺性能，在空气中冷却即可形成均匀透明的玻璃，具有成玻区大、组分可调范围大、热稳定性优异的优点。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种氟硫磷酸盐激光玻璃，该氟硫磷酸盐激光玻璃的组成为：KPO3 60～100mol％、AlF3 5～40mol％和K2SO4 5～25mol％。
以上所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃的制备方法，包括以下步骤：
(1)按权利要求1中氟硫磷酸盐玻璃的组成准确称量各原料；
(2)初步熔制：将步骤(1)所得原料混合均匀后转入刚玉坩埚中，加氧化铝坩埚盖，放入硅碳棒电炉中充分熔制；
(3)二次熔制：将步骤(2)熔制的玻璃液倒入铂金坩埚中，并加铂金坩埚盖，放入硅碳棒电炉中进行二次熔制，并进行澄清、均化处理；
(4)浇注：将步骤(3)所得玻璃液降温后直接浇注在退火炉中经预热的石墨模具内；
(5)退火：退火保温后冷却至室温，得氟硫磷酸盐激光玻璃。
优选的，步骤(2)所述熔制的温度为1000～1150℃。
优选的，步骤(3)所述二次熔制的温度为1050～1200℃。
优选的，步骤(4)所述降温是将玻璃液的温度降至950～1100℃。
优选的，步骤(5)所述退火的温度即为石墨模具预热温度，为350～380℃。
优选的，步骤(5)所述保温的时间为2小时。
优选的，步骤(5)所述冷却的速率为5～7℃/小时。
以上所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光元件。
以上所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光仪器
与现有技术相比，本发明的技术效果如下：
本发明的氟硫磷酸盐激光玻璃的热稳定性优异(稳定性参数△T大于100℃)，不需要淬冷即可形成透明、无析晶或分相的大块玻璃，组分可调范围大，声子能量适中，性质优良，成本低廉。
附图说明
图1为实施例1所得氟硫磷酸盐激光玻璃的XRD谱图。
图2为实施例1所得氟硫磷酸盐激光玻璃的DTA曲线图。
图3为实施例1、2、3所得氟硫磷酸盐激光玻璃的拉曼振动光谱图。
图4为本发明AlF3-K2SO4-KPO3玻璃体系的玻璃形成区图。
具体实施方式
以下结合具体实施例与附图对本发明的实施方式进行进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
表1列出了本发明4个具体实施例中氟硫磷酸盐激光玻璃的摩尔百分比组成：
表1
Figure BDA0001711814920000031
Figure BDA0001711814920000041
实施例1的制备方法如下：
第一步，根据表1中实施例1配比称量高纯原料并进行初步熔制；
实施例1的玻璃的初步熔制过程如下：将高纯度的KPO3、AlF3、K2SO4粉末状原料研磨均匀后，置于刚玉坩埚中，加氧化铝坩埚盖，于硅碳棒电炉中1000℃条件下熔制，充分熔融；
二次熔炼，将第一步熔制的玻璃液倒入铂金坩埚中，加铂金坩埚盖，于硅碳棒电炉中1050℃条件下熔制，并进行澄清、均化处理；
浇注，降温至950℃，将玻璃液直接浇注在退火炉中预热至350℃的石墨模内；
退火，在第四步基础上在退火炉中350℃条件下保温2h后，以10℃/h的速率冷却至室温。
实施例2、3、4操作步骤与实施例1相同，但是实施例2、3、4的初步熔制温度分别为1050℃、1100℃、1150℃，二次熔制温度分别为1100℃、1150℃、1200℃，退火温度分别为360℃、370℃、380℃。
通过熔融淬火法制备了氟硫磷酸盐激光玻璃。实施例测试结果表明，所有样品都能够获得实施例1对应的图1和图2的XRD谱图和差热曲线的类似结果，无可见条纹和气泡，XRD图谱呈宽包馒头峰表明无析晶，△T＝Tx-Tg＝145℃＞100℃表明样品热稳定性优异，有利于光纤拉制。拉曼光谱测试结果(见图3)表明该玻璃具有丰富的配位环境，适合用作激光工作物质基质材料。此外，该玻璃在熔制过程中有较好的工艺性能，在空气中冷却即可形成均匀透明的玻璃，具有成玻区大(见图4)即组分可调范围大的优点，在稀土掺杂激光玻璃光纤方面具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1.一种氟硫磷酸盐激光玻璃，其特征在于，该氟硫磷酸盐激光玻璃的原料组分及摩尔百分比为：KPO375 mol%、AlF3 10 mol%和K2SO4 15 mol%。
2.根据权利要求1所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
（1）按权利要求1中氟硫磷酸盐玻璃的组成准确称量各原料；
（2）初步熔制：将步骤（1）所得原料混合均匀后转移到刚玉坩埚中，加氧化铝坩埚盖，放入硅碳棒电炉中充分熔制；
（3）二次熔制：将步骤（2）熔制的玻璃液倒入铂金坩埚中，并加铂金坩埚盖，放入硅碳棒电炉中进行二次熔制，并进行澄清、均化处理；
（4）浇注：将步骤（3）所得玻璃液降温后直接浇注在退火炉中经预热的石墨模具内；
（5）退火：退火保温后冷却至室温，得到氟硫磷酸盐激光玻璃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述熔制的温度为1000 ℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述二次熔制的温度为1050℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述降温是将玻璃液的温度降至950℃。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述退火的温度即为石墨模具预热温度，为350 ℃。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述保温的时间为2小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述冷却速率为10 ℃/小时。
9.权利要求1所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光元件。
10.权利要求1所述的一种氟硫磷酸盐激光玻璃应用于制备激光仪器。
CN201810686628.XA 2018-06-28 2018-06-28 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用 Active CN108911502B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810686628.XA CN108911502B (zh) 2018-06-28 2018-06-28 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810686628.XA CN108911502B (zh) 2018-06-28 2018-06-28 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108911502A CN108911502A (zh) 2018-11-30
CN108911502B true CN108911502B (zh) 2021-05-14

Family

ID=64423269

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810686628.XA Active CN108911502B (zh) 2018-06-28 2018-06-28 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108911502B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113501669B (zh) * 2021-08-11 2022-08-02 华南理工大学 铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用
CN117303735B (zh) * 2023-09-12 2024-06-18 华南理工大学 一种混合阴离子激光玻璃及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101481213A (zh) * 2009-02-25 2009-07-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 2μm高磷含量氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101481213A (zh) * 2009-02-25 2009-07-15 中国科学院上海光学精密机械研究所 2μm高磷含量氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Fluoride-sulfophosphate glasses as hosts for broadband optical amplification through transition metal activators;W.C.Wang 等;《J. Mater. Chem. C》;20170627;第5卷(第31期);第7969-7976页 *
Formation, structure and properties of fluoro-sulfo-phosphate poly-anionic glasses;Quyen Huyen Le 等;《Journal of Non-Crystalline Solids》;20171001;第477卷;第58-72页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108911502A (zh) 2018-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108911502B (zh) 一种氟硫磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用
CN102432181A (zh) 具有负热膨胀系数的结晶化玻璃及其制造方法
CN102765883B (zh) 一种钇铝石榴石微晶玻璃的制备方法
CN103803804A (zh) 一种纳米玻璃陶瓷上转换发光材料及其制备方法
CN102674690A (zh) 3μm掺稀土离子的铋锗酸盐激光玻璃及其制备方法
Sasaki et al. Structural origin of additional infrared transparency and enhanced glass-forming ability in rare-earth-rich borate glasses without B–O networks
Tang et al. Low gallium‐content, dysprosium III‐doped, Ge–As–Ga–Se chalcogenide glasses for active mid‐infrared fiber optics
Huang et al. Dependence of the critical cooling rate for lithium-silicate glass on nucleating agents
CN107640893A (zh) 一种高掺铒中红外碲锗酸盐玻璃及制备方法
CN103030275A (zh) 铒离子掺杂中红外发光氟碲酸盐玻璃
CN106977095B (zh) 一种无水氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法
Reben et al. Influence of fluorine on thermal properties of lead oxyfluoride glass
CALVERT et al. Liquidus Behavior in the Silica‐Rich Region of the System PbO‐SiO2
CN101481213B (zh) 2μm高磷含量氟磷酸盐激光玻璃及其制备方法
CN100584785C (zh) 透红外的无铅氧卤碲酸盐玻璃及其制备方法
Fujimoto et al. Transparent surface and bulk crystallized glasses with lanthanide tellurite nanocrystals
Nurbaisyatul et al. The structural properties of trivalent rare earth ions (Er3+) doped borotellurite glass
Hordieiev et al. Glass formation and properties of glasses in the system SrO–B2O3–SiO2–xAl2O3 (x= 0; 10 Mol.%)
CN112876068A (zh) 一种抗γ射线辐照暗化的锗酸盐玻璃及其制备方法与应用
Sears et al. Physical properties of stannosilicate glasses
CN102358681B (zh) 透明氟氧化物碲酸盐玻璃
CN106430951B (zh) 一种氧化碲和氟化锑***基质玻璃及其制备方法
CN111233322A (zh) 一种氯磷酸盐激光玻璃及其制备方法与应用
CN110156322A (zh) 一种含氧化镓的透红外氟锆酸盐玻璃及其制备方法
CN112551887B (zh) 一种红外锗锑酸盐玻璃及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant