一種硫化物紅外玻璃及制備方法技術

本發明專利技術公開了一種硫化物紅外玻璃及制備方法，其化學式為GaxSbyS1-x-y，其中，0.04≤x≤0.10，0.28≤y≤0.36；其制備方法包括：(1)以單質鎵、單質銻和單質硫為原料配制玻璃混合料；(2)將玻璃混合料置于密封真空容器中，在850～950℃保溫24～48小時進行熔煉，然后取出淬冷形成玻璃；(3)將形成的玻璃在220～250℃保溫3～5小時進行退火處理，最后以0.1～0.5℃/min的速率冷卻至室溫。本發明專利技術硫化物玻璃在8～12μm波段具有較高的透過率(>55％)，玻璃的機械強度高、硬度大、成本低，且環境友好，可用于紅外熱成像技術領域。

【技術實現步驟摘要】
一種硫化物紅外玻璃及制備方法
本專利技術涉及一種紅外光學玻璃材料，特別涉及一種硫化物紅外玻璃及制備方法。
技術介紹
隨著夜視、工業控制、醫藥檢測等領域對熱成像設備需求的快速增長，熱成像系統所需紅外光學材料備受關注。戶外使用的熱成像設備主要基于8～12μm大氣窗口設計，因為8～12μm波段的紅外光在大氣中傳輸時損耗極小，并且物體在戶外溫度下輻射的紅外線強度峰值在此波段內。目前市場上用于紅外熱成像系統的光學材料主要有鍺單晶、硒化鋅晶體和硫系玻璃，其中硫系玻璃具有優異的紅外透射性能、較低的折射率溫度系數、良好的折射率色散特性、原料和加工成本較低等優點，逐漸取代部分昂貴的紅外晶體材料成為應用于熱成像儀系統的理想光學材料。硫系玻璃是指以硫族元素硫(S)、硒(Se)、碲(Te)為主引入一定量其它金屬或非金屬元素形成的非晶態材料，包括硫化物玻璃、硒化物玻璃和碲化物玻璃，他們的典型透光范圍分別為0.6～10μm、1～14μm和2～20μm，目前市場上用于熱成像系統的硫系玻璃主要是硒化物玻璃。然而，由于化學鍵較弱，硒化物玻璃的硬度和機械強度較低，相應紅外光學元件的抗機械振動和沖擊的能力差。相比而言，硫化物玻璃的硬度和機械強度較高，但現有硫化物玻璃透光范圍只能達到10μm，無法完全覆蓋8～12μm波段。若能研制開發出可覆蓋8～12μm波段的硫化物玻璃，將使用于熱成像系統的硫系玻璃機械性能顯著提高，從而鞏固和拓展硫系玻璃在熱成像領域的實際應用。
技術實現思路
針對現有技術中存在的硫化物玻璃透光范圍不能完全覆蓋8～12μm大氣窗口的問題的，本專利技術提供了一種透光范圍可覆蓋8～12μm波段的硫化物紅外玻璃及制備方法。為解決上述技術問題，本專利技術采用如下的技術方案：一種硫化物紅外玻璃，其化學式為GaxSbyS1-x-y，其中，0.04≤x≤0.10，0.28≤y≤0.36。上述硫化物紅外玻璃采用真空熔煉法合成，包括步驟：(1)以單質鎵、單質銻和單質硫為原料按化學式配制玻璃混合料；(2)將玻璃混合料裝入石英安瓿中，抽真空，用氫氧焰封接石英安瓿；(3)將封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至850～950℃，保溫24～48小時后取出淬冷，然后在220～250℃保溫3～5小時進行退火處理，最后以0.1～0.5℃/min的速率冷卻至室溫，即得本專利技術所述硫化物紅外玻璃。作為優選，采用的單質鎵、單質銻和單質硫的純度均大于99.999％。作為優選，石英安瓿的羥基含量小于10ppm。作為優選，石英安瓿內真空度小于10-2Pa。本專利技術硫化物紅外玻璃是一種可應用于熱成像領域的機械性能較好的紅外材料，在8～12μm波段具有較高的透過率(>55％)，密度為3.9～4.2g/cm3，玻璃轉變溫度為220～250℃，顯微硬度為136～160kg/mm2，在10μm波長的折射率為2.60～2.72。與現有技術相比，本專利技術能產生如下有益效果：(1)與傳統硫化物玻璃相比，擴大了透光波段范圍，使本專利技術硫化物紅外玻璃可用于8-12μm熱成像領域；(2)與夜視儀所用的傳統硒化物玻璃相比，本專利技術硫化物紅外玻璃機械強度高、硬度大、成本低。(3)本專利技術硫化物紅外玻璃不含有毒元素，環境友好。附圖說明圖1是采用工作波長為7.5～13μm的紅外相機拍攝的實施例1所制備玻璃的照片；圖2是實施例1所制備玻璃的紅外透射光譜。具體實施方式下面將通過實施例進一步說明本專利技術的實質性特點和顯著進步，但本專利技術并非僅限于所舉之例。實施例1Ga8Sb32S60硫化物紅外玻璃制備將純度≥99.999％的Ga、Sb和S按比例混合獲得玻璃混合料，將玻璃混合料裝入羥基含量小于10ppm的干凈石英安瓿中，抽真空至真空度小于10-2Pa，用氫氧焰封接石英安瓿。將裝有玻璃混合料的密封石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至900℃并保溫24小時，取出在水中淬冷；然后于240℃保溫3小時進行退火處理；最后，以0.2℃/min的速率冷卻至室溫，即得到Ga8Sb32S60硫化物紅外玻璃。圖1是采用工作波長為7.5～13μm的紅外相機拍攝的本實施例玻璃照片，透過本實施例玻璃可清楚看到置于玻璃后方的網絡狀物體。采用BrukerTensor27傅立葉變換紅外光譜儀測試3mm厚玻璃片的紅外透射光譜；采用阿基米德法測試玻璃密度；采用TAQ2000差式掃描量熱儀測試玻璃的玻璃化轉變溫度，升溫速率為10℃/min；采用INSTRONWilson-WolpertTukon2100B硬度儀測試雙面拋光玻璃片的顯微硬度，荷載和時間分別為100g和5s；采用J.A.Woollam紅外橢偏儀測量單面拋光玻璃片的折射率；本實施例玻璃的檢測結果：玻璃在8～12μm波段的透過率大于58％(見圖2)，密度為4.03g/cm3，玻璃化轉變溫度為239℃，顯微硬度為145kg/mm2，在10μm波長的折射率為2.6273。實施例2Ga4Sb36S60硫化物紅外玻璃制備將純度≥99.999％的Ga、Sb和S按比例混合獲得玻璃混合料，將玻璃混合料裝入羥基含量小于10ppm的干凈石英安瓿中，抽真空至真空度小于10-2Pa，用氫氧焰封接石英安瓿。將裝有玻璃混合料的密封石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至850℃并保溫36小時，取出在水中淬冷；然后于230℃保溫4小時進行退火處理；最后，以0.5℃/min的速率冷卻至室溫，即得到Ga4Sb36S60硫化物紅外玻璃。采用BrukerTensor27傅立葉變換紅外光譜儀測試3mm厚玻璃片的紅外透射光譜；采用阿基米德法測試玻璃密度；采用TAQ2000差式掃描量熱儀測試玻璃的玻璃化轉變溫度，升溫速率為10℃/min；采用INSTRONWilson-WolpertTukon2100B硬度儀測試雙面拋光玻璃片的顯微硬度，荷載和時間分別為100g和5s；采用J.A.Woollam紅外橢偏儀測量單面拋光玻璃片的折射率。本實施例玻璃的檢測結果：玻璃在8～12μm波段的透過率大于55％；密度為4.15g/cm3，玻璃化轉變溫度為229℃，顯微硬度為138kg/mm2，在10μm波長的折射率為2.7097。實施例3Ga10Sb28S62硫化物紅外玻璃制備將純度≥99.999％的Ga、Sb和S按比例混合獲得玻璃混合料，將玻璃混合料裝入羥基含量小于10ppm的干凈石英安瓿中，抽真空至真空度小于10-2Pa，用氫氧焰封接石英安瓿。將裝有玻璃混合料的密封石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至950℃并保溫48小時，取出在水中淬冷；然后于245℃保溫5小時進行退火處理；最后，以0.1℃/min的速率冷卻至室溫，即得到Ga10Sb28S62硫化物紅外玻璃。采用BrukerTensor27傅立葉變換紅外光譜儀測試3mm厚玻璃片的紅外透射光譜；采用阿基米德法測試玻璃密度；采用TAQ2000差式掃描量熱儀測試玻璃的玻璃化轉變溫度，升溫速率為10℃/min；采用INSTRONWilson-WolpertTukon2100B硬度儀測試雙面拋光玻璃片的顯微硬度，荷載和時間分別為100g和5s；采用J.A.Woollam紅外橢偏儀測量單面拋光玻璃片的折射率。本實施例玻璃的檢測結果：玻璃在8～12μm波段的透過率大于60％，密度為3.92g/cm3，玻璃化轉變溫度為242本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硫化物紅外玻璃，其特征在于：化學式為GaxSbyS1?x?y，其中，0.04≤x≤0.10，0.28≤y≤0.36。

【技術特征摘要】
1.一種硫化物紅外玻璃，其特征在于：化學式為GaxSbyS1-x-y，其中，0.04≤x≤0.10，0.28≤y≤0.36。2.權利要求1所述的一種硫化物紅外玻璃的制備方法，其特征在于，包括下述步驟：(1)以單質鎵、單質銻和單質硫為原料按化學式配制玻璃混合料；(2)將玻璃混合料裝入石英安瓿中，抽真空，用氫氧焰封接石英安瓿；(3)將封接好的裝有玻璃混合料的石英安瓿放入搖擺爐中，升溫至850～950℃，保溫24～48小時后取出淬冷，然后在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊安平，張鳴杰，楊志勇，張斌，任和，郭威，楊艷，唐定遠，
申請(專利權)人：江蘇師范大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32