[发明专利]含铅太空玻璃及其制备和用途

说明书

技术领域

本发明涉及用于太空的含铅玻璃，其在下文中称为太空玻璃(spaceglass)。本发明还提供了这种玻璃的制备方法及其应用。

背景技术

本发明涉及特别开发的具有1.52～1.65之间的增加的折射率nd的光学玻璃，所述光学玻璃为空间节省和轻质成像光学器件而设计，所述光学器件具有不同玻璃种类的透镜以在太空中用于不同的飞行物。光学器件的低总重量是决定性的，其可使用透镜光学器件而不是反射镜光学器件来更加容易地实现。当在UV范围内低于350nm的情况下由于透光率的原因而期望光学器件的成像性能时，使用反射镜光学器件。随着光学器件在不同飞行物上的金属外壳中的使用，它们经受太空辐射(这取决于飞行任务的轨道、时间周期和时间点)，因此，除了透光率，它们必须还满足其他要求。特别地，它们必须在300至800nm的范围内具有UV-透光率(其尽可能高)、多年的透光率稳定性(其尽可能高)、和材料的几乎为零的老化迹象(其将通过压缩、雾化、或形成膜来限制光学器件的应用领域)。

存在太空玻璃必须满足的特殊要求。在地球周围500至1000km的较低轨道范围内的太空辐射通常由电子和质子、以及所产生的γ辐射(其是由电子和质子撞击到物质上而产生的)构成。在用于监控太空以及监控和测定地球表面的光学系统在若干年的暴露过程中经受该辐射场作用时，特别地，辐射剂量为大约1000rd(1Gy＝100rd)的γ辐射(其作为粒子辐射的次级辐射)通过撞击在光学器件的金属外壳上也和玻璃体系相互作用。

用于航空技术的材料必须满足在该特定环境中的要求。在地球周围空间的轨道中，材料经受失重、极端温度、温度波动、真空、微陨石、来自上层大气的粒子辐射和电磁高能辐射。

行星际物质中最重要的气体是中性氢，其部分源自于行星系的内部区域，被电离成为质子。另外，在地球与太阳的距离之间(1.5x10¹¹m)存在频率为约5cm^-3的自由电子。地球的辐射环境包括这些带电粒子以及整个电磁谱的重高能粒子和光子。

当在航天器外部使用光学器件时，此时所述所有种类的辐射可直接影响光学系统并带来不利结果。当该初级辐射(例如)影响光学器件的相机外壳时，在光学器件材料中产生具有较高操作范围的γ辐射，所述γ辐射具有已知的色彩形成中心并且透光率损失增加。

在太空任务过程中，由于在飞行物的开始阶段光学器件的净推力干扰，光学器件的单独透镜的几何尺寸被限制为直径约150mm和最大厚度约50mm。

为了太空用光学器件的设计，基本上利用两种材料种类的光学玻璃，其具有多种光学位置(折射率/色散)和Cer-稳定的辐射保护玻璃的选择受到极大地限制。在Cer-稳定的辐射保护玻璃中，引入玻璃中的离子Ce³⁺/Ce⁴⁺防止通过辐射暴露而产生的变色，原因在于其可同时起到电子清除体(Ce⁴⁺)和电子给体(Ce³⁺)的作用。由于它们不利的透光率性能，因此Cer-稳定的辐射保护玻璃不能用作光学玻璃。

两种玻璃种类都不适于用于太空任务的具有UV-透光率的稳定的光学器件，原因在于特别地，在太空的辐射场中，不耐辐射性光学玻璃在300至800nm的UV-VIS范围内表现出老化性能，并且在任务期间通过稳定增加的变色，光学器件的成像性能被不利地改变，因此可能危及任务的目的。

第二类材料是耐辐射性的，但其透光率已经受到稳定剂CeO₂的强的自身吸收的限制。这已经应用于具有1重量％的低掺杂率的玻璃(具有容易极化的阳离子)。

目前需要使用中在UV-VIS中具有高透光率，因此只有不耐辐射性的材料可用作成分。在该情况下，光学器件必须通过定向屏蔽来保护结构避免受到辐射的伤害，这意味着航天器中额外的体积和对于任务而言额外的质量。这些措施意味着太空任务的显著更高的成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供这样的光学玻璃，其在300至800nm的范围内是耐辐射性的，并且还具有高透光率。

本发明的目的特别是提供具有高UV-透光率的高折射性太空玻璃，同时在至少5至10年具有高的耐辐射性，对于由总剂量为1000Gy的X射线、电子和质子辐射构成的太空的典型的辐射场以及对于UV和VIS辐射尤其是如此。

在400至450nm的近UV光谱范围内，厚度为10mm的透镜材料的光学性能损害在该情况下应该不超过10％的透明度的最大损失。该目的通过本专利权利要求的主题而得到解决。

特别地，所述目的由包含下列组分(重量％)的太空玻璃来解决：