[发明专利]低成本ZBAN四元系氟化物光学玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型光子玻璃制备领域，特别是高性能ZBAN体系氟化物玻璃的制备。

背景技术

以氟化物为主要材料的玻璃光纤相较于传统的光纤具有更宽的光谱的范围(0.2-7um)，和较好的中红外光学透过率，这意味着能在光纤通信的系统中获得更大的带宽；此外，氟化物玻璃具有低折射率、高阿贝数和低非线性折射率，是理想的光窗材料和超低损耗红外光纤材料,具有较大的应用价值。这样的氟化物玻璃所拉出的光纤，能承载更大的光带宽，同时由于其极低的理论损耗极限(0.001dB/km)，在长距离的光纤通信，尤其是越洋通信中有着广泛的应用前景。此外，由于其在红外波段的高透过性，在红外探测领域也极具潜力。

由于工艺和技术上的原因，目前国内所报道的氟化物玻璃制备方法成本普遍偏高且工艺复杂，依据现有技术难以经济、高效地制备出高透过率的氟化物玻璃。对现有氟化物玻璃工艺，一方面大多使用ZrF₄、BaF₂、AlF₃、LaF₃、NaF等5元甚至6元氟化物体系，使用很多La、Ce等稀有元素，玻璃结构复杂且制作成本较高；另一方面，人们为了降低环境中OH根基团对氟化物玻璃透过性的影响，一般多借助真空操作箱或通NF₃等辅助气氛的方式来保持玻璃熔制过程中的干燥、无氧环境，这无疑增加了制备氟化物玻璃的成本和难度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低成本的仅用ZrF₄、BaF₂、AlF₃、NaF(ZBAN)四元系氟化物光学玻璃及制备方法，其目的在于制备对近、中红外波段高透的大块氟化物玻璃，解决以往制备氟化物玻璃困难、成本高的问题。

本发明提出的一种低成本ZBAN四元系氟化物光学玻璃，采用四元氟化物体系ZrF₄、BaF₂、AlF₃和NaF；所述ZBAN，分别是指ZrF₄、BaF₂、AlF₃和NaF这四种原料的缩写；所述四元氟化物体系原料摩尔百分比组成为：ZrF₄：46％-58％；BaF₂：18％-28％；AlF₃：6％-8％；NaF：10％-23％。

进一步的，所述ZrF₄和BaF₂在该氟化物体系中所占的摩尔百分比不超过90％，所占百分比越大且氟化锆和氟化钡摩尔比比例接近2:1时，该氟化物体系成玻能力越好。但是ZrF₄和BaF₂总比例超过90％会造成样品玻璃析晶。

进一步的，所述的四元氟化物体系ZrF₄、BaF₂、AlF₃和NaF摩尔百分比优选为：56％ZrF₄-28％BaF₂-6％AlF₃-10％NaF、58％ZrF₄-18％BaF₂-6％AlF₃-18％NaF或46％ZrF₄-23％BaF₂-8％AlF₃-23％NaF。

按照本发明的另一个方面，还提出上述四元系氟化物光学玻璃制备方法，包括熔制、成型和退火工序，其中：

在熔制工序中加入了氟化处理阶段：按4种原料总质量的20％-40％比例加入辅助试剂NH₄HF₂，升至320-400温度区间，此过程中NH₄HF₂热分解产生氟化氢和氨气气氛(此处氟化气氛是由NH₄HF₂热分解产生的，故气氛浓度是由加入NH₄HF₂的量决定的)，保持20-40分钟；然后，保持气氛，升温到850-1200度区间加热30-40分钟，完成熔制工序。

进一步的，在成型工序中，将熔制工序形成的玻璃液浇注到有薄片或柱式内槽的金属模具中，以利于样品快速均匀冷却，抑制玻璃析晶现象。