專利名稱：一種含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高熔沸點硫系玻璃的制備裝置及制備方法，尤其是涉及一種含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置及制備方法。
背景技術：
硫系玻璃是一種非氧化物玻璃，具有良好的化學穩(wěn)定性，折射率高以及非常寬的紅外透過窗口。利用其優(yōu)良的遠紅外透過能力，硫系玻璃可應用于紅外生物化學傳感技術、紅外探索技術以及紅外能量傳輸?shù)阮I域。但是硫系玻璃的紅外透過率易受玻璃內(nèi)部雜質(zhì)的影響，在6 μ m波長以上存在多種金屬或硫族玻璃元素的氧化物吸收帶，尤其是含鎵的硫系玻璃在15-20 μ m波長處存在較大的Ga-O吸收峰，這些氧化物吸收帶是影響玻璃遠紅外區(qū)域透過率的最大問題。玻璃內(nèi) 的雜質(zhì)主要來自于原料內(nèi)部雜志、原料表面氧化、石英管碎片以及封接過程中引入等。另 夕卜，初始原料中的雜質(zhì)碳、金屬雜質(zhì)、石英管中的SiO2顆粒會增加光的散射損耗，從而降低玻璃的透過率。目前的硫系玻璃提純技術中，有公開號為CN 101492235A，名稱為一種高純度硫系玻璃的制備裝置及制備方法，利用傳統(tǒng)的電阻加熱式爐膛升溫氣化方法，將將易于氣化的硫系玻璃組分原料混合并緩慢加熱至1050 ，使他們形成低熔沸點的化學組分，從而在該溫度下氣化和冷卻冷凝來提純硫系玻璃原料。該種提純工藝主要是針對低熔沸點組分的硫系玻璃的制備，如As2S3玻璃，其所含S的沸點為445 oC, As雖然熔點為817 °e，但是加熱到613 °e時便可不經(jīng)液態(tài)直接升華。而含有高熔沸點硫系玻璃一般具有金屬組分，如Ge熔點937. 4°C，沸點為2830°C，Ga沸點2403°C，且Ga蒸氣壓參數(shù)值偏低，在1050°C約為
I.2\10->&，用于盛放玻璃原料的石英玻璃管(容器)的石英玻璃的玻璃轉化點軟化點雖然有1730°C，但能長期有效工作的溫度上限為1100 ，如果長時間(>1小時)暴露在高溫下(1050-1750°C)，會因為粘度過小而產(chǎn)生壓力形變或壓力破裂，而傳統(tǒng)的提純工藝需要至少一天的時間，所以這些金屬組分一般很難采用傳統(tǒng)的在石英玻璃容器內(nèi)進行加熱氣化方法進行分離，此外，目前國際上也沒有有效的針對含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置及制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠?qū)⒉Ａ?nèi)的雜質(zhì)有效分離的含鎵的高熔沸點硫系玻璃制備裝置及制備方法。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置，包括電加熱爐、快速升溫爐和H型石英安瓿，所述的電加熱爐具有溫控裝置，所述的H型石英安瓿包括玻璃原料管和提純玻璃管，所述的玻璃原料管和提純玻璃管通過連接管相通，所述的玻璃原料管的上端開口，玻璃原料管的上端接真空泵，所述的電加熱爐用于加熱玻璃原料管，快速升溫爐用于同時加熱玻璃原料管和連接管。
一種制備含鎵的高熔沸點硫系玻璃的方法，包括如下步驟1)對H型石英安瓿的玻璃原料管進行脫羥基預處理，將含鎵的高熔沸點硫系玻璃原料按照組分稱量并放入玻璃原料管中，按質(zhì)量百分比放入O. 03 wt% 0. I wt%的鋁條或鎂條作為除氧劑，按質(zhì)量百分比放入O. 04 wt% O. 06 wt%的TeCl4作為除氫劑；
2)對H型石英安瓿抽真空，同時用電加熱爐將玻璃原料管加熱至110°C 130 °e，除去原料和H型石英安瓿中附著的水分子，當H型石英安瓿中的真空度達到2X 10_3 Pa以下時，用氫氧火焰封接玻璃原料管的上端；
3)利用快速升溫爐對玻璃原料管和連接管同時進行加熱，在10秒內(nèi)升溫到1400，并保持18 25分鐘，使玻璃原料管內(nèi)的原料通過連接管完全蒸餾至提純玻璃管內(nèi)，同時對提純玻璃管進行低溫冷凝至29 0C以下，使提純玻璃管內(nèi)的氣體原料迅速凝固，蒸餾完畢后，用氫氧火焰封接靠近提純玻璃管一側的連接管；
4)經(jīng)過步驟3)提純后的提純玻璃管放入搖擺爐中，緩慢升溫至800 950°C，搖擺熔制12 18小時后取出，迅速放到水中淬冷，然后進行退火處理即得到高純度的含鎵的高 熔沸點硫系玻璃。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是加熱爐瞬間(10秒內(nèi))將玻璃原料管和連接管升溫至1400 '使熱玻璃原料管內(nèi)的玻璃原料迅速氣化，氣化的玻璃原料會經(jīng)過連接管蒸餾到提純玻璃管。同時玻璃原料內(nèi)的雜質(zhì)SiO2的熔點為1750 oC ,Al2O3的熔點為2050 oC，Ga2O3的熔點為1900 '這些雜質(zhì)由于熔點較高會留在玻璃原料管內(nèi)，從而獲得低雜質(zhì)含量的含鎵硫系玻璃。


圖I為本發(fā)明提純裝置的簡易示意 圖2為經(jīng)本發(fā)明方法制備的高純度含鎵的高熔沸點硫系玻璃的為紅外透過譜和現(xiàn)有傳統(tǒng)技術的結果數(shù)據(jù)的比較。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例一一種含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置，包括電加熱爐2、快速升溫爐3和H型石英安瓿，電加熱爐2具有溫控裝置，H型石英安瓿包括玻璃原料管A和提純玻璃管B，玻璃原料管A和提純玻璃管B通過連接管C相通，玻璃原料管A的上端開口，玻璃原料管A的上端接真空泵，電加熱爐2用于加熱玻璃原料A管，快速升溫爐3用于同時加熱玻璃原料管A和連接管C。制備高純度的Ge15Te75Galtl硫系玻璃,具體步驟如下
1)原料按照鍺、碲、鎵單質(zhì)分別以15mol%、75mol%、10mol%配比20g，同時按照質(zhì)量百分比O. 025wt%放入鋁條O. 005克，按照質(zhì)量百分比O. 025wt%放入TeCl4O. 005克，裝入經(jīng)預脫羥處理的玻璃原料管A ;
2)將玻璃原料管A的管口與真空泵連接抽真空，同時用電加熱爐2加熱玻璃原料至120°C，以除去玻璃原料和H型石英安瓿中的水分子，當H型石英安瓿中的真空度達到2 X 10_3 Pa以下時，用氫氧火焰在玻璃原料管A的位置I處封接；見圖I中的(a)。
3)利用快速升溫爐3對玻璃原料管A和連接管C同時進行加熱，在10秒內(nèi)升溫到1400 oC,并保持25分鐘，使玻璃原料管A內(nèi)的原料通過連接管C完全蒸餾至提純玻璃管B內(nèi)，同時對提純玻璃管B進行低溫冷凝至29 0C以下，使提純玻璃管B內(nèi)的氣體原料迅速凝固，防止提純玻璃管B因氣壓過高爆炸，當原料完全蒸餾至提純玻璃管B后，用氫氧火焰在連接管C的位置4處封斷；見圖I中的(b) (C)。4)將經(jīng)過步驟3)提純后的提純玻璃管B放入搖擺爐中，緩慢升溫至850°C，搖擺熔制16小時后取出，迅速放到水中淬冷，然后進行退火處理即得到高純度的含鎵的高熔沸點硫系玻璃。將玻璃樣品從提純玻璃管B中取出，切割至厚度不大于I. 4mm，再經(jīng)研磨和雙面拋光后得到高純度硫系玻璃樣本。對該硫系玻璃樣本進行紅外光譜性能測試，測試結果圖2所示的上一條曲線。對比例
玻璃混合料中未加鋁條和TeCl4,也不經(jīng)過雙管加熱蒸餾提純，混合料直接在搖擺爐中熔制得到紅外玻璃，將得到玻璃進行紅外光譜性能測試，測試結果如圖2所示的下一條曲 線；從圖2中可以看出實施例I制得的玻璃相對具有更高的透光率，雜質(zhì)吸收峰明顯減少，其長波吸收截至波長達到25 Mm。實施例2:
制備高純度的Ge23Se65Ga12硫系玻璃,具體步驟如下
I)原料按照鍺、硒、鎵單質(zhì)分別以23mol%、65mol%、12mol%配比20g,同時按照質(zhì)量百分比O. 025wt%放入鎂條O. 005克，按照質(zhì)量百分比O. 025wt%放入TeCl4O. 005克，裝入經(jīng)預脫羥處理的玻璃原料管A ;
2 )將玻璃原料管A的管口與真空泵封接抽真空，同時用電加熱爐2加熱玻璃原料至110°C，以除去玻璃原料和H型石英安瓿中的水分子，當H型石英安瓿中的真空度達到2 X 10_3 Pa以下時，用氫氧火焰在玻璃原料管A的位置I處封接；
3)利用快速升溫爐3對玻璃原料管A和連接管C同時進行加熱，在10秒內(nèi)升溫到1400oC,并保持19分鐘，使玻璃原料管A內(nèi)的原料通過連接管C完全蒸餾至提純玻璃管B內(nèi)，同時對提純玻璃管B進行低溫冷凝至29 0C以下，使提純玻璃管B內(nèi)的氣體原料迅速凝固，防止提純玻璃管B因氣壓過高爆炸。當原料完全蒸餾至提純玻璃管B后，用氫氧火焰在連接管C的位置4處封斷；
4)將經(jīng)過步驟3)提純后的提純玻璃管B放入搖擺爐中，緩慢升溫至900°C，搖擺熔制18小時后取出冷卻，然后進行退火處理即得到光學質(zhì)量均勻，紅外透過率好的高純度Ge23Se65Ga12 硫系玻璃。實施例3:
制備高純度的Ge15 Ga1Je72Se3硫系玻璃，具體步驟如下
1)原料按照鍺、鎵、碲、硒單質(zhì)分別以15mol%、10mol%、72mol%、3mol%配比20g，同時按照質(zhì)量百分比O. 025 七％放入鎂條O. 005克，按照質(zhì)量百分比O. 025wt%放入TeCl4O. 005克，裝入經(jīng)預脫羥處理的玻璃原料管A ;
2)將玻璃原料管A的管口與真空泵封接抽真空，同時用電加熱爐2加熱玻璃原料至130°C，以除去玻璃原料和H型石英安瓿中的水分子，當H型石英安瓿中的真空度達到2 X 10_3 Pa以下時，用氫氧火焰在玻璃原料管A的位置I處封接；3)利用快速升溫爐3對玻璃原料管A和連接管C同時進行加熱，在10秒內(nèi)升溫到1400oC,并保持22分鐘，使玻璃原料管A內(nèi)的原料通過連接管C完全蒸餾至提純玻璃管B內(nèi)，同時對提純玻璃管B進行低溫冷凝至29°C以下，使提純玻璃管B內(nèi)的氣體原料迅速凝固，防止提純玻璃管B因氣壓過高爆炸。當原料完全蒸餾至提純玻璃管B后，用氫氧火焰在連接管C的位置處封斷；
4)將經(jīng)過步驟3)提純后的提純玻璃管B放入搖擺爐中，緩慢升溫至900°C，搖擺熔制15小時后取出冷卻，然后進行退火處理即得到光學質(zhì)量均勻，紅外透過率好的高純度Ge15Ga10Te72Se3硫系玻璃。
權利要求
1.一種含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置，其特征在于包括電加熱爐、快速升溫爐和H型石英安瓿，所述的電加熱爐具有溫控裝置，所述的H型石英安瓿包括玻璃原料管和提純玻璃管，所述的玻璃原料管和提純玻璃管通過連接管相通，所述的玻璃原料管的上端開口，玻璃原料管的上端接真空泵，所述的電加熱爐用于加熱玻璃原料管，快速升溫爐用于同時加熱玻璃原料管和連接管。
2.—種權利要求I所述的制備裝置制備含鎵的高熔沸點硫系玻璃的方法，其特征在于包括如下步驟1)對H型石英安瓿的玻璃原料管進行脫羥基預處理，將含鎵的高熔沸點硫系玻璃原料按照組分稱量并放入玻璃原料管中，按質(zhì)量百分比放入O. 03 wt% 0. I被％的鋁條或鎂條作為除氧劑，按質(zhì)量百分比放入O. 04 wt% O. 06 wt%的TeCl4作為除氫劑； 2)對H型石英安瓿抽真空，同時用電加熱爐對玻璃原料管加熱至110°C 130 tUiH型石英安瓿中的真空度達到2X 10_3 Pa以下時，用氫氧火焰封接玻璃原料管的上端； 3)利用快速升溫爐對玻璃原料管和連接管同時進行加熱，在10秒內(nèi)升溫到1400°C，并保持18 22分鐘，使玻璃原料管內(nèi)的原料通過連接管完全蒸餾至提純玻璃管內(nèi)，同時對提純玻璃管進行低溫冷凝至29 0C以下，使提純玻璃管內(nèi)的氣體原料迅速凝固，蒸餾完畢后，用氫氧火焰封接靠近提純玻璃管一側的連接管； 4)經(jīng)過步驟3)提純后的提純玻璃管放入搖擺爐中，緩慢升溫至800 950°C，搖擺熔制12 18小時后取出，迅速放到水中淬冷，然后進行退火處理即得到高純度的含鎵的高熔沸點硫系玻璃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鎵的高熔沸點硫系玻璃的制備裝置及制備方法，包括一個電阻加熱系統(tǒng)，一個瞬間加熱爐以及H型石英安瓿，電阻加熱系統(tǒng)具有溫控裝置，瞬間加熱爐可以快速加熱玻璃原料管和連接管，H型石英安瓿包括玻璃原料管和提純玻璃管，玻璃原料管和提純玻璃管通過連接管相通，玻璃原料管的上端開口與真空泵相連，其優(yōu)點是加熱系統(tǒng)瞬間將玻璃原料管和連接管升溫至1400oC，使熱玻璃原料管內(nèi)的玻璃原料迅速氣化，氣化玻璃原料會經(jīng)過連接管蒸餾到提純玻璃管，這些雜質(zhì)由于熔點較高會留在玻璃原料管內(nèi)，從而獲得低雜質(zhì)含量的含鎵硫系玻璃。
文檔編號C03C4/10GK102786222SQ20121024975
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權日2012年7月19日
發(fā)明者何鈺鉅, 張培全, 徐會娟, 徐鐵峰, 戴世勛, 沈祥, 王訓四, 聶秋華, 陳飛飛 申請人:寧波大學