專利名稱：一種含In₂S₃納米晶的硫鹵玻璃陶瓷及其制備技術的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學材料領域，尤其涉及一種含1 納米晶的硫鹵玻璃陶瓷及其制備技術。技術背景
近年來，由于在民用和軍工領域具有廣泛的應用前景，紅外透過率高、聲子能量低的硫鹵玻璃引起了材料學界的極大關注。目前，熱成像攝影機中的中紅外窗口材料主要采用價格昂貴且制作工藝復雜的鍺單晶，為了降低熱成像攝影機的價格，需要尋找一種性能相近且價格便宜的紅外光學窗口材料。硫鹵玻璃在中紅外區域具有高的透過率，且制備技術簡單、價格便宜，因此被認為是熱成像光學窗口材料的最佳選擇之一。此外，與傳統的氧化物或氟化物玻璃相比，硫鹵玻璃具有高的折射率和低的聲子能量，因此摻入稀土激活中心后，還可以作為中遠紅外激光發射介質[Adv. Mater. , 19，129 O007)]。但硫鹵玻璃機械性能較差、熱膨脹系數較高，這些缺點限制了其實際應用領域；此外，相對于晶體而言，玻璃材料中稀土的發射譜線較寬(存在非均勻展寬)，導致其發射截面較低，不利于獲得高效激光輸出。
硫鹵玻璃陶瓷由硫鹵玻璃發生部分晶化而得，其結構特征是尺度細小的硫化物或鹵化物納米晶均勻鑲嵌于玻璃基體中；與硫鹵玻璃相比，硫鹵玻璃陶瓷的機械和熱學性能得到明顯改善；此外，將硫鹵玻璃陶瓷作為發光基體，可具有與晶體相近的光學性能，而又有類似于玻璃材料制備技術簡單的優勢。本發明采用熔體急冷法制備出GeS2-^2S3-CsI硫鹵玻璃(其中，與CsI的摩爾比大于1)，進行適當的晶化處理后，可以獲得含^ 納米晶的硫鹵玻璃陶瓷。該材料在光學領域具有重要的應用前景。發明內容
本發明提出一種含^ 納米晶的硫鹵玻璃陶瓷及其制備技術，目的在于制備出具有良好機械、熱學和光學性能的新型硫鹵玻璃陶瓷材料。
本發明的硫鹵玻璃陶瓷組分和摩爾百分含量如下GeS2 :40-70 mol% ；In2S3 :15-25 mol%; CsI :5-35 mol%，其中 In2S3 與 CsI 的摩爾比大于1。
該玻璃陶瓷具有如下顯微結構特征在玻璃基體中均勻分布立方結構的^j3納米晶，晶粒的平均尺度為20納米。
本發明的玻璃陶瓷采用熔體急冷法和后續熱處理制備。
本發明采用的熔體急冷法和后續熱處理包括前驅玻璃制備以及前驅玻璃的晶化處理兩個步驟。前驅玻璃的晶化過程中，熱處理溫度為400 500°C，保溫時間為1 M小時。
本發明的硫鹵玻璃陶瓷制備工藝簡單、成本低廉，可望作為紅外窗口材料和發光介質。


圖1是實例1中硫鹵玻璃的差熱曲線；圖2是實例1中硫鹵玻璃和玻璃陶瓷的X射線衍射圖譜；圖3是實例1中硫鹵玻璃陶瓷的透射電子顯微鏡明場像和相應的選區電子衍射圖。
具體實施方式
實例1 將 Ge (99. 999%)、In (99. 99%)、S (99. 999%)和 CsI (99. 9%)高純原料按照55GeS2-25In2S3-20CsI的摩爾組分配比稱量后，放入石英玻璃管中；將石英管開口端接入真空系統，抽出石英管和藥品中的水和空氣；當真空度達到10_3 mbar時，利用氫氧焰將石英管密封；將密封后的石英管放入搖擺爐中，升溫至900°C后開始搖擺，并保溫12小時使之熔融；而后，將石英管取出并垂直放入水中淬冷幾秒，便可獲得硫鹵玻璃塊體。將硫鹵玻璃放入電阻爐中于^(TC退火以消除內應力。根據差熱分析結果(如圖1所示)，將退火后的玻璃在440°C保溫6小時進行晶化處理。X射線衍射(如圖2所示)和高分辨電子顯微鏡觀察結果(如圖3所示)表明，玻璃中析出了單一的^i2S3納米晶相。
實例2 JfGe (99. 999%), In (99. 99%), S (99. 999%)和 CsI (99. 9%)高純原料按照65GeS2-25In2S3-10CsI摩爾組分配比稱量，放入石英玻璃管中；將石英管開口端接入真空系統，抽出石英管和藥品中的水和空氣；當真空度達到10_3 mbar時，利用氫氧焰將石英管密封；將密封后的石英管放入搖擺爐中，升溫至900°C后開始搖擺，并保溫12小時使之熔融；而后，將石英管取出并垂直放入水中淬冷幾秒，便可獲得硫鹵玻璃塊體。將硫鹵玻璃放入電阻爐中于觀01退火以消除內應力。根據差熱分析結果，將退火后的玻璃在410°C保溫3小時進行晶化處理。X射線衍射和高分辨電子顯微鏡觀察結果表明，玻璃中析出了單一的1 納米晶相。
實例3 JfGe (99. 999%), In (99. 99%), S (99. 999%)和 CsI (99. 9%)高純原料按照70GeS2-20In2S3-10CsI摩爾組分配比稱量，放入石英玻璃管中；將石英管開口端接入真空系統，抽出石英管和藥品中的水和空氣；當真空度達到10_3 mbar時，利用氫氧焰將石英管密封；將密封后的石英管放入搖擺爐中，升溫至900°C后開始搖擺，并保溫12小時使之熔融；而后，將石英管取出并垂直放入水中淬冷幾秒，便可獲得硫鹵玻璃塊體。將硫鹵玻璃放入電阻爐中于觀01退火以消除內應力。根據差熱分析結果，將退火后的玻璃在460°C保溫6小時進行晶化處理。X射線衍射和高分辨電子顯微鏡觀察結果表明，玻璃中析出了單一的1 納米晶相。
實例4 JfGe (99. 999%), In (99. 99%), S (99. 999%)和 CsI (99. 9%)高純原料按照70GeS2-22. 5In2S3_7. 5CsI摩爾組分配比稱量，放入石英玻璃管中；將石英管開口端接入真空系統，抽出石英管和藥品中的水和空氣；當真空度達到10_3 mbar時，利用氫氧焰將石英管密封；將密封后的石英管放入搖擺爐中，升溫至900°C后開始搖擺，并保溫12小時使之熔融；而后，將石英管取出并垂直放入水中淬冷幾秒，便可獲得硫鹵玻璃塊體。將硫鹵玻璃放入電阻爐中于^(TC退火以消除內應力。根據差熱分析結果，將退火后的玻璃在440°C 保溫6小時進行晶化處理。X射線衍射和高分辨電子顯微鏡觀察結果表明，玻璃中析出了單一的1 納米晶相。
實例5 JfGe (99. 999%), In (99. 99%), S (99. 999%)和 CsI (99. 9%)高純原料按照70GeS2-25In2S3-5CsI摩爾組分配比稱量，放入石英玻璃管中；將石英管開口端接入真空系統，抽出石英管和藥品中的水和空氣；當真空度達到10_3 mbar時，利用氫氧焰將石英管密封；將密封后的石英管放入搖擺爐中，升溫至900°C后開始搖擺，并保溫12小時使之熔融；而后，將石英管取出并垂直放入水中淬冷幾秒，便可獲得硫鹵玻璃塊體。將硫鹵玻璃放入電阻爐中于^(TC退火以消除內應力。根據差熱分析結果，將退火后的玻璃在420°C保溫 6小時進行晶化處理。X射線衍射和高分辨電子顯微鏡觀察結果表明，玻璃中析出了單一的 In2S3納米晶相。
實例6 JfGe (99. 999%), In (99. 99%), S (99. 999%)和 CsI (99. 9%)高純原料按照75GeS2-20In2S3-5CsI摩爾組分配比稱量，放入石英玻璃管中；將石英管開口端接入真空系統，抽出石英管和藥品中的水和空氣；當真空度達到10_3 mbar時，利用氫氧焰將石英管密封；將密封后的石英管放入搖擺爐中，升溫至900°C后開始搖擺，并保溫12小時使之熔融；而后，將石英管取出并垂直放入水中淬冷幾秒，便可獲得硫鹵玻璃塊體。將硫鹵玻璃放入電阻爐中于^(TC退火以消除內應力。根據差熱分析結果，將退火后的玻璃在410°C保溫 2小時進行晶化處理。X射線衍射和高分辨電子顯微鏡觀察結果表明，玻璃中析出了單一的 In2S3納米晶相。
權利要求
1.一種含納米晶的硫鹵玻璃陶瓷，其化學組分為:40-70 mol% ；In2S3 :15-25 mol% ；CsI :5-35 mol% ；其中，1 與CsI的摩爾比大于1 ；該玻璃陶瓷具有如下顯微結構特征立方結構的^j3納米晶均勻分布在玻璃基體中，In2S3晶粒的平均尺度為20納米。
2.—種權利要求1的硫鹵玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于采用熔體急冷法和后續熱處理制備。
3.如權利要求2所述的硫鹵玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于所述的熔體急冷法和后續熱處理包括如下步驟(1)前驅玻璃制備；(2)前驅玻璃的晶化處理。
4.如權利要求3所述的硫鹵玻璃陶瓷的制備方法，其特征在于所述的前驅玻璃的晶化過程中，熱處理溫度為400 500°C，保溫時間為1 M小時。
全文摘要
本發明提出一種含In2S3納米晶的硫鹵玻璃陶瓷及其制備技術。該玻璃陶瓷的組分為GeS240-70mol%；In2S315-25mol%;CsI5-35mol%，其中，In2S3與CsI的摩爾比大于1。該玻璃陶瓷的制備過程包括前驅玻璃的熔體急冷法制備和前驅玻璃的后續晶化處理兩個步驟。本發明通過改變In2S3與CsI組分的摩爾比，可以制備出一系列含有單一In2S3納米晶的硫鹵玻璃陶瓷。該類納米復合材料具有高的紅外透過率和良好的熱學與機械性能，可望開發為紅外窗口材料和發光介質。
文檔編號C03C10/16GK102503148SQ20111034784
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月7日 優先權日2010年12月17日
發明者余運龍, 楊安平, 林航, 王元生, 陳大欽 申請人:中國科學院福建物質結構研究所