[发明专利]近紫外激发的高硅氧发兰光玻璃的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高硅氧发兰光玻璃，特别是一种近紫外激发的高硅氧发兰光玻璃的制备方法。

背景技术

硼硅酸盐玻璃经过一定温度退火处理后，可以由均一体系转变为包括富硼相和富硅相的分相体系。两相之间分散均匀。通过在一定温度和压强下的酸浸、水浸处理，可以将富硼相溶出，产生具有均匀多孔结构的高硅氧体系。将该多孔玻璃在含有不同稀土及过渡金属离子的溶液中浸渍掺杂，再通过控制气氛的高温烧结就可以制备出致密的高硅氧发光玻璃。如浸渍含铕离子的溶液并在还原气氛中烧结，使所含铕离子转变为二价形态，即可获得发强兰光的高硅氧玻璃。由于大部分金属氧化物在分相过程中处于富硼相并且最后随酸浸溶出，所以在制备原始硼硅酸盐玻璃的原料中可以添加废瓶罐玻璃，在不影响产品性能的同时能够有效降低成本，也有利于资源的循环利用。

这种使用多孔玻璃浸渍掺杂并烧结制得的高硅氧发光玻璃在成分、结构上接近石英玻璃，同时相比熔融法制备的石英玻璃具有制备温度较低（石英玻璃需要2000℃以上的高温）、离子掺杂浓度高等优点。较之于硅酸盐、磷酸盐玻璃，则在热和机械性能上有突出优势，尤其耐热冲击性强，因此有望用作新型的激光材料。但目前主要存在的问题仍然是自吸收导致的浓度消光较严重，能实现较强发光的离子掺杂浓度范围低于成熟的磷酸盐系发光及激光玻璃，并且激发波长太短，难以找到理想的光源进行激光实验。

通常认为，多孔玻璃孔径越小，则比表面积越高，对掺杂离子的吸附和分散效果越好，越能够缓解浓度消光，因此更有利于提高高硅氧发光玻璃产品的适宜掺杂浓度。基于这种思路，之前的相关研究都基于小孔径多孔玻璃。如《一种发白色光的高硅氧玻璃的制造方法》（杨旅云等，发明公开号：102320746A）所用多孔玻璃为1～20nm孔径；《掺铋高硅氧近红外宽带发光玻璃（陈丹平等，发明公开号：1587136）所用多孔玻璃为1～10nm孔径。目前市场上多孔玻璃的主要货源，美国康宁公司的维克(Vycor)玻璃的孔径也在10nm以下。但实际应用中这种多孔玻璃的适宜掺杂浓度依然有限。掺不同浓度铕离子时，产品发光最强时相应的浸渍溶液浓度为0.03mol/L；当浸渍溶液浓度增加到0.06mol/L时产品的发光强度就低于最佳浓度时的90%，参见图1。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近紫外激发的高硅氧发兰光玻璃的制备方法，该玻璃保持发光强度的前提下提高铕离子的掺杂浓度，使之更有利于激光激发，并拓展玻璃的最佳激发波长范围。

本发明的技术解决方案如下：

一种近紫外激发的高硅氧发兰光玻璃的制备方法，其特点在于该方法包括以下步骤：

(1)配制混合原料；

混合原料的成分包括分析纯的20～49wt%的SiO₂，3～13 wt%的Na₂CO₃，37～55wt %的H₃BO₃，0～4 wt %的Al(OH)₃，0～6wt%的CaCO₃ ，0～28 wt %的废瓶罐玻璃，以及含量为0～0.3 wt %的CeO₂、CuCl₂、Cr₂O₃或MnO₂；

(2)选定上述混合原料的配比并称量原料，将原料混合后放入铂金或刚玉坩埚中，置于1400～1500℃的高温炉熔制30～60min，然后在100～400℃的铁板上浇铸冷却成型为硼硅酸盐玻璃；

(3)将所述的硼硅酸盐玻璃置于590～670℃温度下热处理10～80小时进行分相； 

(4)将分相后的硼硅酸盐玻璃多次酸浸制得多孔玻璃：

用盐酸或硝酸之一与水配制成H⁺浓度为 0.03～1mol/L的酸溶液，按10～50ml酸溶液/克玻璃的比例取所述酸溶液和分相后的硼硅酸盐玻璃共同置于高压釜中，置于90～100℃温度下的烘箱中12～48小时，取出并自然冷却后仍按上述比例更换新鲜的酸溶液，重复3～5次； 每次更换新鲜酸溶液前，可以选择将玻璃置于200～400℃温度下1～5小时以促进残余富硼相析出；上述工序全部完成后将玻璃用蒸馏水清洗，烘干；

 (5)将上述多孔玻璃浸渍于含Eu离子0.06～0.60mol/L 的溶液中浸泡；

所述的Eu离子溶液配制是将含Eu的氧化物、氯化物、硝酸盐、硫酸盐中的一种；溶剂则是水、硝酸溶液、盐酸溶液中的一种；