用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃及其制備方法，該低折射率玻璃由下列氧化物按照摩爾百分比制備而成：70?85mol.％的SiO2、1?5mol.％的Al2O3、1?8mol.％的B2O3、0?5mol.％的MgO、0?5mol.％的CaO、0?5mol.％的Li2O、3?15mol.％的Na2O、3?15mol.％的K2O、0?1mol.％F2、0?0.2mol.％SnO2。本發(fā)明專利技術的玻璃具有以下優(yōu)點：折射率低，玻璃折射率nD≤1.50，不含對環(huán)境有害的重金屬氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等，具有合適的熔制溫度及與芯料玻璃相匹配的高溫粘度，玻璃的析晶溫度大于900℃，尤其適用于拉板成型制備光纖面板；此外還具有良好的對可見光輻射透明性，良好的化學穩(wěn)定性。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種光纖面板的生產制造領域，特別涉及一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃及其制備方法。
技術介紹
光纖面板(包括光纖面板、光纖倒像器、光纖光錐等)是一種性能優(yōu)異的光電成像元件，具有結構簡單，體積小，重量輕，氣密性好，畸變小，斑點少，數(shù)值孔徑大，傳光效率高，級間耦合損失小，傳像清晰、真實，分辨率高，在圖像傳輸上具有光學零厚度等特點，能改善邊緣像質等特點，它是采用低折射率的皮料玻璃管、高折射率的芯料玻璃棒以及吸收料玻璃利用棒管結合拉制工藝和真空控制生產的光學纖維絲，再將成千上萬根微米級的光學纖維絲平行規(guī)則排列后，經(jīng)熱熔形成的光學纖維板板段，光學纖維板毛坯板段是經(jīng)后期滾圓、切割、端面磨拋等冷加工工序加工而成的一種高分辨率的圖像傳像元件。傳統(tǒng)的光纖面板制造方法是將光學纖維絲整齊排列成規(guī)則形狀裝入耐熱鋼熱壓模具中，然后利用熱壓成型爐加熱和機械加壓的方式制備成光纖面板板段，然后再將光纖面板板段經(jīng)過后續(xù)的滾圓、切割、銑磨、扭轉、拉伸等加工工序加工制備成性能要求不同的光纖面板產品。熱壓成型法制備光纖面板板段的方法加工效率低，使用的輔助工具工裝設備復雜繁多，原材輔料(如云母片)耗損嚴重，生產成本高，生產效率低，制備周期長，制備的光纖面板板段存在剪切、放大率、暗點、分辨率等各種性能指標合格率低的問題。拉板成型法制備光纖面板是利用在低折射率皮料玻璃管中匹配高折射率的芯料玻璃棒結合，在拉絲爐中真空拉制成單絲，單絲排列成一次復合棒，然后將一次復合棒在拉絲爐中真空拉制成一次復絲，一次復絲再排列成二次復合棒，然后將二次復合棒在拉絲爐中真空拉制成二次復絲，二次復絲再排列成拉板成型棒，將拉板成型棒在拉板成型爐中拉制成光纖面板板段。由于拉板成型制備的光纖面板是在真空狀態(tài)下拉制二次，單元纖維之間不存在錯位和雜質混入，所以其剪切性能、暗點質量、網(wǎng)格質量以及分辨率等性能指標都能達到近乎完美的理想狀態(tài)。拉板成型法制備光纖面板較常規(guī)熱壓成型法具有跨越式的進步，其不需要投入大量價格昂貴設計復雜的熱壓模具，不需要經(jīng)過熱壓成型爐和機械壓力設備的加熱加壓，省去了熱壓成型模具、機械加壓設備、熱壓成型爐等熱壓成型的工裝設備，省去了價格昂貴的原材輔料(如云母片)的消耗，節(jié)約了勞動力和原材料的生產成本，縮短了生產周期，還大大提高了光纖面板剪切、放大率、暗點等性能指標，提高了光纖面板的產品質量，拉板成型法制備光纖面板能一次拉制4～5米長光纖面板，大大提高了光纖面板的生產效率。在中國，光纖面板由于大部分工藝需要依靠手工操作，被認為是勞動密集型、資金密集型的產品，而發(fā)達國家勞動力成本較高，原材料采購和加工成本昂貴，導致光纖面板的生產成本是國內同類產品的幾倍，使得光纖面板產品價格高，利潤低，而光纖面板制備過程中的芯料由于要使用高折射率的玻璃棒料，并隨著國際上環(huán)保觀念的逐漸深入，一些重金屬元素氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等逐漸被禁止使用，所以芯料玻璃必須使用稀土氧化物以提高玻璃的折射率，但是近年來隨著稀土氧化物的價格的逐漸上漲，使得芯料的制造成本迅速上升，而降低光纖面板皮料玻璃的折射率，不僅可以提高光纖面板的數(shù)值孔徑，而且能很好的提高光纖面板的性能，同時也可以達到有效降低生產成本的效果。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種具有低折射率、不含重金屬氧化物以及適合用來拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃。本專利技術還提供一種低折射率玻璃的制備方法。本專利技術又提供一種光學元件。為解決上述技術問題，本專利技術采用了如下技術方案：一種用于制備光纖面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩爾百分比(mol.％)制備而成：優(yōu)選的，上述用于制備光纖面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩爾百分比(mol.％)制備而成：更優(yōu)選的，上述用于制備光纖面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩爾百分比制備而成：其中，所述SiO2+B2O3總量為71-93mol.％，優(yōu)選SiO2+B2O3為76-86mol.％；所述堿金屬氧化物Li2O+Na2O+K2O總量為6-25mol.％，優(yōu)選Li2O+Na2O+K2O總量為8-23mol.％；所述的玻璃中含有0-1mol.％F2，所述的玻璃還含有0-0.2mol.％的SnO2澄清劑；本專利技術的玻璃不含有對環(huán)境有害的重金屬氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等。進一步，所述的用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃nD≤1.50；在30-380℃范圍的玻璃的平均線熱膨脹系數(shù)為(75～88)×10-7/℃；玻璃的膨脹軟化點溫度Tf范圍為680-700℃，在粘度107.6泊時的玻璃軟化點溫度Ts范圍為750-780℃，玻璃的析晶溫度大于900℃；該玻璃適合用于拉板成型制備光纖面板(包括光纖面板、光纖倒像器、光纖光錐等)用的皮料玻璃。本專利技術用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃的制備方法，包括以下步驟：將SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、Li2O、Na2O、K2O、F2、SnO2氧化物原料按玻璃組份混合均勻，將混合料放入鉑金坩堝中，然后將鉑金坩堝在1500～1600℃溫度下熔融6～9小時，待熔融均勻后，將熔融玻璃液拉制成玻璃管，然后進行退火得到用于拉板成型制備光纖面板的環(huán)保型低折射率皮料玻璃管。本專利技術還提供一種光學元件，包括光纖面板、光纖倒像器和光纖光錐，還包括按照上述的制備方法制備得到的皮料玻璃管。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的有益效果在于：1、不含有對環(huán)境有害的重金屬氧化物如As2O3、Sb2O3、BaO、PbO、CdO等；2、具有低折射率，nD≤1.50；3、具有與芯料玻璃相匹配的拉板成型高溫粘度特性，粘度在η＝107.6泊時溫度T≤800℃；4、具有合適的玻璃熔制溫度，玻璃的熔制溫度T≤1550℃；5、所述玻璃具有良好的耐高溫析晶性能，析晶溫度T≥930℃；6、所述玻璃具有良好的對可見光輻射透明性，具有良好的耐熱性和化學穩(wěn)定性。附圖說明下面結合附圖和實施方式對本專利技術進一步說明。圖1為本專利技術實施例提供的光纖面板的結構示意圖；圖2為本專利技術實施例提供的組成光纖面板的光學纖維內部結構示意圖；圖3為本專利技術實施例提供的光學纖維結構示意圖。其中，1為光纖面板，2為組成光纖面板的光學纖維，3為皮料玻璃，4為芯料玻璃，5為雜光吸收玻璃拉制而成的雜光吸收絲。具體實施方式為使本專利技術的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本專利技術實施方式作進一步地詳細描述。下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步詳細的說明，但不作為對本專利技術的限定。本專利技術提供一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，由下列氧化物按照摩爾百分比(mol.％)制備而成：本專利技術中，SiO2是玻璃形成骨架的主體，是玻璃骨架中起主要作用的成分。SiO2含量低于70mol.％，不易獲得低折射率的玻璃，同時會降低玻璃的耐化學穩(wěn)定性；SiO2含量高于85mol.％時，玻璃的高溫黏度會增加，造成玻璃熔制溫度過高。因此，SiO2的摩爾百分比(mol.％)為70-85，優(yōu)選SiO275-80mol.％，更優(yōu)選為76-79.3mol.％。Al2O3屬于玻璃的中間體氧化物，Al3+有兩種配位狀態(tài)，即位于四面體或八面體中，當玻璃中氧足夠多時，形成鋁氧四面體[AlO4]，與硅氧四面體形本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩爾百分比制備而成：

【技術特征摘要】
1.一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩爾百分比制備而成：2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩爾百分比制備而成：3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，其特征在于，由下列氧化物按照摩爾百分比制備而成：4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，其特征在于：所述SiO2和B2O3的總量為71-93mol.％，所述堿金屬氧化物Li2O、Na2O和K2O的總量為6-25mol.％，所述的低折射率玻璃中含有0-1mol.％F2，還含有0-0.2mol.％的SnO2澄清劑。5.根據(jù)權利要求4所述的一種用于拉板成型制備光纖面板的低折射率玻璃，其特征在于：所述SiO2和B2O3的總量為76-86mol.％；所述堿金屬氧化物Li2O、Na2O和K2O的總量為8-23mol.％。6.根據(jù)權利要求4所述的一種用于拉板成型制備光...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張磊，賈金升，馮躍沖，張弦，
申請(專利權)人：中國建筑材料科學研究總院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11