一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃及制备方法

摘要

本发明涉及一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃及制备方法，以锑离子作为重金属离子一方面提高了氟磷玻璃的形成能力，使得玻璃的红外截止朝着更长的波长偏移，扩展了光学吸收范围，使我们所得到的这种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃比之前研究的氟磷玻璃体系更具有优良的综合性能。本发明的新系统氟磷玻璃具有高的紫外透过率和良好的红外透过性能，由于P2O5和SbF3配比适中，玻璃的析晶倾向小，具有良好的物理化学稳定性，并为接下来掺杂稀土离子或其它氟化物或氧化物组成新的玻璃系统提供良好介质。

权利要求

1.一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃的制备方法，其特征在于：所述五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃摩尔百分比组成为：P2O5：50～70mol％，SbF3：30～50mol％；两者组分和为100mol％；

所述制备方法的具体步骤如下：

步骤1：将磷酸氢二铵原料加入到坩埚中，在管式炉升温至500～600℃情况下放入坩埚，然后保温5～10min得到五氧化二磷玻璃液；

步骤2：将五氧化二磷玻璃液倒入铜磨具上，静置3～5min，砸碎研磨；

步骤3：按配方摩尔百分比P2O5：50～70mol％，SbF3：30～50mol％称取氟化锑和步骤2研磨的五氧化二磷玻璃原料，混合后放入到坩埚中；

步骤4：将箱式硅碳棒炉升温至1000～1200℃时放入坩埚，保温40～60min，得到透明均匀的玻璃液；

步骤5：将熔制好的玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入280～350℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温得到五氧化二磷和氟化锑系统玻璃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤4中放入的坩埚使用坩埚盖，减少氟化锑高温下挥发升华损失。

说明书

一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于一种新的氟磷系统玻璃，具体涉及一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃及制备方法。

背景技术

[0002] 氟磷玻璃是一种综合了氟化物玻璃和磷酸盐玻璃优点的光学材料，突出的特点是玻璃成分大范围的可调性带来了其一系列光学性质的可调性，从而使其应用范围广泛。其较低的非线性折射率和较高的受激发射截面时期成为高功率超短脉冲可调谐激光器用玻璃；其高折射率、高阿贝数、低色散和较高的特殊部分色散值及较好的红外、紫外光学透明性，使其在光学器件中有广泛的用途；同时，氟磷玻璃作为稀土离子掺杂激光介质，它具有较宽的荧光线宽和较高的稀土离子溶解度。此外，氟磷玻璃的低折射率以及氟化物玻璃相容的化学和机械性能使其可以作为以氟化物为纤心的光纤的包层玻璃材料。因而，氟磷玻璃在红外光纤领域也有其潜在的应用价值。在玻璃制备工艺上，氟磷玻璃比氟化物玻璃更容易制备，比磷酸盐玻璃更稳定，为其广泛的应用带来便利和优势。

[0003] 国际上虽然有多篇关于各种不同系统氟磷玻璃的专利：

[0004] 1、GURUSAMY R,et al“, Fluorophosphate glass for different bio-medical applications,has predetermined molecular percentage of phosphorus pentoxide,calcium oxide,sodium oxide,calcium fluoride,strontium oxide”WO2015107537-A1[0005] 2、IKENISHI M,“Fluorophosphate glass used for optical element,comprises glass component comprising specified amount of pentavalent phosphorus cation,trivalent aluminum cation,lithium cation and fluorine anion”CN104193167-A

[0006] 3、GURUSAMY R,et al“, Composition for preparing fluorophosphate glass used for prosthetic device,bone substitute,implant,comprises phosphorus pentoxide,calcium oxide,sodium oxide,zinc oxide,calcium fluoride in specified molar ratio”WO2015092814-A1分别介绍了三种不同系统的氟磷玻璃及其制备方法和应用前景，不涉及五氧化二磷和氟化锑系统玻璃；

[0007] 另外，虽然有多篇文献研究了不同系统的氟磷玻璃，如文献1“James York-Winegar,et al.Structure of SnF2-SnO-P2O5Glasses[J].Physics Procedia,2013,Vol.44,pages 159-165”中涉及氟化亚锡和五氧化二磷系统玻璃。文献2“Li2O-LiF-ZnF2-B2O3-P2O5glasses–Thermal,structural,optical and luminescence characteristics[J]Optical Materials，2016,Vol.51,Pages 154-161”中涉及五氧化二磷与氟化锂、氟化锌等的系统玻璃。但是目前还没有关于五氧化二磷和氟化锑系统玻璃的文献报道。

[0008] 已有的氟磷玻璃体系大多成分比例复杂且需要各种特殊条件下才能得到优良的玻璃，且玻璃吸收限多处于短波段，玻璃吸收泵浦光的能力弱，不利于其作为稀土掺杂发光基质和其它光学技术领域的应用。

发明内容

[0009] 要解决的技术问题

[0010] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃及制备方法，并以期作为稀土离子或其它氧化物及氟化物掺杂的基质玻璃系统，获得更多优良的光学性能。

[0011] 技术方案

[0012] 一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃，其特征在于摩尔百分比组成为：P2O5：50～70mol％，SbF3：30～50mol％；两者组分和为100mol％。

[0013] 一种制备所述五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃的方法，其特征在于步骤如下：

[0014] 步骤1：将磷酸氢二铵原料加入到坩埚中，在管式炉升温至500～600℃情况下放入坩埚，然后保温5～10min得到五氧化二磷玻璃液；

[0015] 步骤2：将五氧化二磷玻璃液倒入铜磨具上，静置3～5min，砸碎研磨；

[0016] 步骤3：按配方摩尔百分比P2O5：50～70mol％，SbF3：30～50mol％称取氟化锑和步骤2研磨的五氧化二磷玻璃原料，混合后放入到坩埚中；

[0017] 步骤4：将箱式硅碳棒炉升温至1000～1200℃时放入坩埚，保温40～60min，得到透明均匀的玻璃液；

[0018] 步骤5：将熔制好的玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入280～350℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温得到五氧化二磷和氟化锑系统玻璃。

[0019] 所述步骤4中放入的坩埚使用坩埚盖，减少氟化锑高温下挥发升华损失。

[0020] 有益效果

[0021] 本发明提出的一种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃及制备方法，以锑离子作为重金属离子一方面提高了氟磷玻璃的形成能力，使得玻璃的红外截止朝着更长的波长偏移，扩展了光学吸收范围，使我们所得到的这种五氧化二磷和氟化锑系统基质玻璃比之前研究的氟磷玻璃体系更具有优良的综合性能。

[0022] 本发明的新系统氟磷玻璃具有高的紫外透过率和良好的红外透过性能，由于P2O5和SbF3配比适中，玻璃的析晶倾向小，具有良好的物理化学稳定性，并为接下来掺杂稀土离子或其它氟化物或氧化物组成新的玻璃系统提供良好介质。

具体实施方式

[0023] 现结合实施例对本发明作进一步描述：

[0024] 实施例1，

[0025] 步骤1称取磷酸氢二铵原料，加入到坩埚中，将管式炉升温后，在500℃下直接放入坩埚，保温10min；

[0026] 步骤2取出熔制完全的五氧化二磷玻璃液，快速倒入铜模具内，静置5min，待玻璃凝固后砸碎研磨后备用；

[0027] 步骤3按摩尔比为0.3:0.7称量纯度高于99.5％的氟化锑原料粉末3.2g、预先得到的五氧化二磷玻璃粉末6.0g，充分混合均匀后加入到刚玉坩埚中，加坩埚盖；

[0028] 步骤4将箱式硅碳棒炉升温后，在1100℃下放入坩埚，保温50min，得到透明均匀的玻璃液；

[0029] 步骤5将熔制好的均匀玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入280℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温。再经切割，减薄及抛光，得到可用于测试性能的五氧化二磷和氟化锑系统氟磷玻璃。

[0030] 实施例2，

[0031] 步骤1称取磷酸氢二铵原料，加入到坩埚中，将管式炉升温后，在500℃下直接放入坩埚，保温10min；

[0032] 步骤2取出熔制完全的五氧化二磷玻璃液，快速倒出在预先准备好的铜磨具上，静置5min，砸碎研磨后备用；

[0033] 步骤3按摩尔比为0.4:0.6称量纯度高于99.5％的氟化锑原料粉末4.6g、预先得到的五氧化二磷玻璃粉末5.5g，充分混合均匀后加入到刚玉坩埚中，加坩埚盖；

[0034] 步骤4将箱式硅碳棒炉升温后，在1100℃下放入坩埚，保温50min，得到透明均匀的玻璃液；

[0035] 步骤5将熔制好的均匀玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入350℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温。再经切割，减薄及抛光，得到可用于测试性能的五氧化二磷和氟化锑系统玻璃。

[0036] 实施例3，一种五氧化二磷和氟化锑系统玻璃制备方法：

[0037] 步骤1称取磷酸氢二铵原料，加入到坩埚中，将管式炉升温后，在500℃下直接放入坩埚，保温10min；

[0038] 步骤2取出熔制完全的五氧化二磷玻璃液，快速倒出在预先准备好的铜磨具上，静置5min，砸碎研磨后备用；

[0039] 步骤3按摩尔比为0.5:0.5称量纯度高于99.5％的氟化锑原料粉末5.6g、预先得到的五氧化二磷玻璃粉末4.5g，充分混合均匀后加入到刚玉坩埚中，加坩埚盖；

[0040] 步骤4将箱式硅碳棒炉升温后，在1100℃下放入坩埚，保温50min，得到透明均匀的玻璃液；

[0041] 步骤5将熔制好的均匀玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入300℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温。再经切割，减薄及抛光，得到可用于测试性能的五氧化二磷和氟化锑系统玻璃。

[0042] 实施例4，一种五氧化二磷和氟化锑系统玻璃制备方法：

[0043] 步骤1称取磷酸氢二铵原料，加入到坩埚中，将管式炉升温后，在600℃下直接放入坩埚，保温5min；

[0044] 步骤2取出熔制完全的五氧化二磷玻璃液，快速倒出在预先准备好的铜磨具上，静置3min，砸碎研磨后备用；

[0045] 步骤3按摩尔比为0.5:0.5称量纯度高于99.5％的氟化锑原料粉末5.6g、预先得到的五氧化二磷玻璃粉末4.5g，充分混合均匀后加入到刚玉坩埚中，加坩埚盖；

[0046] 步骤4将箱式硅碳棒炉升温后，在1000℃下放入坩埚，保温60min，得到透明均匀的玻璃液；

[0047] 步骤5将熔制好的均匀玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入320℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温。再经切割，减薄及抛光，得到可用于测试性能的五氧化二磷和氟化锑系统玻璃。

[0048] 实施例5，一种五氧化二磷和氟化锑系统玻璃制备方法：

[0049] 步骤1称取磷酸氢二铵原料，加入到坩埚中，将管式炉升温后，在550℃下直接放入坩埚，保温8min；

[0050] 步骤2取出熔制完全的五氧化二磷玻璃液，快速倒出在预先准备好的铜磨具上，静置4min，砸碎研磨后备用；

[0051] 步骤3按摩尔比为0.5:0.5称量纯度高于99.5％的氟化锑原料粉末5.6g、预先得到的五氧化二磷玻璃粉末4.5g，充分混合均匀后加入到刚玉坩埚中，加坩埚盖；

[0052] 步骤4将箱式硅碳棒炉升温后，在1200℃下放入坩埚，保温40min，得到透明均匀的玻璃液；

[0053] 步骤5将熔制好的均匀玻璃液浇铸在预热后的不锈钢模具上，放入330℃的马弗炉中保温2h，然后随炉冷却至室温。再经切割，减薄及抛光，得到可用于测试性能的五氧化二磷和氟化锑系统玻璃。

[0054] 以上实施例1、2、3是用来对比相同条件下不同成分配比时熔制的五氧化二磷和氟化锑系统玻璃情况；实施例3、4、5是用来对比相同成分配比时不同熔制温度和保温时间同样得到五氧化二磷和氟化锑系统玻璃的情况。

[0055] 进一步的，以上的具体数值是通过大量实验经过经验总结摸索出来的，例如：熔制温度在1000～1200℃，保温时间40～60min，低于范围则熔制不完全，玻璃内有气泡和没有熔融的杂质；高于该范围则会造成能源浪费，并对坩埚带来不必要的过度侵蚀。同理，预先通过磷酸氢二铵熔制五氧化二磷玻璃的温度和保温时间也是试验获得的最优范围。