一种低紫外吸收多孔和无孔高硅氧玻璃的制备方法，该方法的要点是添加氧化剂、两次熔融法、重复酸处理以制备出低过渡金属离子含量的多孔高硅氧玻璃，再、还原烧结，制备出低紫外吸收的无孔高硅氧玻璃。本发明专利技术方法制备的玻璃熔融温度不高，生产成本低，可以制备成块状、管状、棒状和纤维等多种形状，以适应各种应用的需要，并具有高光学质量、热光稳定性和物理化学特性好，紫外吸收低等特点。
Preparation method of low ultraviolet absorption nonporous high silica glass
A preparation method of low ultraviolet absorption of porous and non porous high silica glass, the key point of the method is to add oxidant, two melting method, repeated acid treatment to prepare porous high silica glass transition metal ion content is low, then, reducing sintering, poreless high silica glass preparation of low UV absorption. For the glass melting temperature by the method of the invention is not high, low production cost, and can be prepared into massive, tubular, rod and fiber shape, to meet the needs of various applications, and has high optical quality, thermal stability and good physical and chemical properties, UV absorption etc..
【技术实现步骤摘要】
本专利技术与高硅氧玻璃有关，特别是一种。
技术介绍
远紫外透过材料现在主要用于紫外感光装置、准分子激光的光学元件和紫外透过滤色镜等。目前的远紫外透过材料主要是石英玻璃和氟化物晶体材料。但是，制作大块单晶材料在工艺上有很大困难，并且制作成本也很高。石英玻璃具有良好的远紫外透光性、高化学稳定性、高机械强度、可以制成各种形状并且适合于精密光学加工等性能，如果能在石英玻璃中添加一些功能材料，例如有机染料、有机光电材料、稀土和过渡金属等发光离子、光致催化材料等，就将大大拓宽石英玻璃的应用范围。但是石英玻璃的制备需要2000℃以上的高温，有机材料经受不了这样的高温；而稀土和过渡金属等发光离子在高温熔融制备玻璃过程中，在玻璃结构中往往不是均匀分散，往往容易自发形成群集而产生浓度消光；光致催化材料如果仅仅是覆盖在玻璃的表面，其比表面太小，其催化活性难以充分发挥。因此，如果将石英玻璃制备成一种多孔材料，并保持有玻璃的良好的光学透过性能，上述问题就有可能得到解决。利用钠硼硅玻璃分相制备多孔高硅氧玻璃，然后通过烧结，消除多孔制备成无孔高硅氧玻璃是美国康宁公司40年代的专利(Patent U.S 2106774)，这种玻璃的商品名叫做维克玻璃(Vycor)。这种方法到上世纪七十、八十年代为止还被世界各国广泛采用，过去主要是用于代替石英玻璃，用作发短波长紫外线的灯管及电真空用玻璃。因为石英玻璃熔点高，粘度大，在当时难以生产。随着高温炉技术和CVD方法的发展，上述应用已越来越少。目前国内外尚有一些玻璃公司生产这种多孔维克玻璃(高硅氧)玻璃，主要用于气体分离膜、色谱分析仪、催化剂的载体和有机-无机复合材料等方面。用美国康宁公司的分相法制备的多孔高硅氧玻璃中还存在有微量的对远紫外光强烈吸收的铁和镍等过渡金属离子，使得该玻璃在波长为250纳米处就开始出现强烈的光吸收，为了制备成可发短波长紫外线的灯管，通常是在还原气氛下烧结该多孔玻璃，将三价铁离子还原为低紫外吸收的二价铁离子，使得该玻璃的紫外吸收端移至波长为230纳米处。为了降低多孔玻璃中微量铁离子的含量，日本大坂工业技术研究所开发了将这种多孔玻璃用乙二胺四乙酸(EDTA)的酸溶液进行再次酸处理，将微量的铁离子溶出，该方法可使经过烧结后的玻璃的紫外吸收端移至波长为220纳米处(特许公开昭57-205337)。但是，此项专利技术尚不完善，因为石英玻璃的紫外吸收端在波长为155纳米处，说明还有微量的铁离子存在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的缺陷，提供一种，本专利技术方法制备的玻璃熔融温度不高，生产成本低，可以制备成块状、管状、棒状和纤维等多种形状，以适应各种应用的需要，并具有高光学质量、热光稳定性和物理化学特性好，紫外吸收低等特点。本专利技术的技术方案如下一种，其特征在于该方法的要点是添加氧化剂、两次熔融法、重复酸处理以制备出低过渡金属离子含量的多孔高硅氧玻璃，再、还原烧结，制备出低紫外吸收的无孔高硅氧玻璃。所述的，包括下列具体步骤①按玻璃下列组成重量百分比选定玻璃的配比组成SiO2Al2O3Na2O CaOB2O2MO2(M＝Ce、Mn或者Cr2O2)Wt％60.0-45.0 6.0-0 10.0-6.0 5.0-0 40.0-28.01.0-0.3按选定的配比称量各原料，混合均匀后，高温熔融得到硼硅酸盐玻璃；②将该硼硅酸盐玻璃放入高温炉内，在玻璃的分相温度附近进行热处理，让玻璃分相；③将该分相玻璃放入85-130℃的热酸中进行酸处理，溶去玻璃中的硼、碱金属、碱土金属离子和其它金属离子，包括所添加的氧化剂离子和微量铁离子，以制备出低紫外吸收的多孔高硅氧玻璃；④将该低紫外吸收的多孔高硅氧玻璃放在高温炉中，在还原气氛中经过1050-1200℃温度的固相烧结，制备出低紫外吸收的无孔高硅氧玻璃。所述的氧化硼的硼离子，是用硼酸、硼酸钠的形式引入的。所述的碳酸钠的钠离子，是用硝酸钠、硫酸钠的形式引入的。所述的碳酸钙的钙离子，是用硝酸钙、氢氧化钙的形式引入的。所述的氢氧化铝的铝离子、氧化锰的锰离子、或氧化铈的铈离子或三氧化二铬的铬离子是用相应的化合物为原料引入的。所述的，其特征在于该方法是二次熔融的制备方法，即①先制备硅酸盐玻璃，其重量百分比如下组成SiO2Na2O CaO Al2O2MO2(M＝Ce、Mn或者Cr2O2)wt％ 83.0-74.514.0-8.47.0-08.4-0 1.65-0②将该硅酸盐玻璃粉碎后，按照如下的比例再加入氧化硼组成硅酸盐玻璃 氧化硼重量比100 65.0-39.0在高温下再熔融，以得到掺氧化剂的硼硅酸盐玻璃；③将该硼硅酸盐玻璃放入高温炉内，在玻璃的分相温度附近进行热处理，让玻璃分相；④该分相玻璃放入85-130℃的热酸中进行酸处理，以制备出低紫外吸收的多孔高硅氧玻璃；⑤将该低紫外吸收的多孔高硅氧玻璃放入高温炉中，在还原气氛中经过1050-1200℃的固相烧结，以制备出低紫外吸收的无孔高硅氧玻璃。所述的氧化剂既可以在制备硅酸盐玻璃时添加，也可以在第二次熔融制备成硼硅酸盐玻璃时添加。本专利技术的技术基础在研究硼硅酸盐玻璃分相时发现，分相的硼硅酸盐玻璃中过渡金属离子的分布是不均匀的，通常同种元素的不同价态的离子会分布到硼硅酸盐玻璃中的不同分相中，高价离子往往分布在碱金属和碱土金属离子含量高的富硼相中，而低价离子往往分布在碱金属和碱土金属离子含量低的富硅相中。因此，通过对玻璃熔融过程中进行氧化-还原反应控制，就有可能实现对分相的硼硅酸盐玻璃中的过渡金属离子的分布进行控制。也就是说，在玻璃中铁离子往往是以二价和三价两种形式存在，三价铁离子分布在富硼相中，而二价铁离子分布在富硅相中，对分相的硼硅酸盐玻璃进行酸处理，是溶掉富硼相中的硼、碱金属和碱土金属离子，留下富硅相，就成为多孔高硅氧玻璃。因此，为了尽可能的消除玻璃中的铁离子，就应该让硼硅酸盐玻璃中的低价铁离子尽可能的被氧化为三价，并使其分布在富硅相中，酸处理时，与硼、碱金属和碱土金属离子一道被热酸所溶去，这样留下的富硅相就成为低铁离子含量的多孔高硅氧玻璃。具体就是在配制硼硅酸盐玻璃的原料时，在原料中添加少量氧化铈、氧化锰和氧化铬等氧化剂，以达到将玻璃中的低价铁离子氧化为三价铁离子的目的。另一方面，我们在实验中还发现用两次熔融法制备的硼硅酸盐玻璃，经过玻璃分相酸处理和烧结后，其紫外吸收明显低于通常的一次熔融法制备的硼硅酸盐玻璃。所谓两次熔融法制备的硼硅酸盐玻璃是先制备硅酸盐玻璃，然后，将该玻璃粉碎后，加入氧化硼，在高温下再熔融，就可以得到硼硅酸盐玻璃。图1中的曲线1(点线)就为这种一次性熔融所制备的多孔玻璃的经过1100℃度还原烧结后的光吸收曲线，该玻璃在210纳米处就开始强烈地吸收紫外光；图1中的曲线2(实线)就是本专利技术的二次熔融法制备的多孔玻璃的经过1100℃度还原烧结后成为无孔高硅氧玻璃的光吸收曲线，在波长185纳米处的紫外吸收更低，显示了二次熔融对除去微量铁离子，减少紫外吸收有着明显的效果。即使是增加采用添加氧化剂和两次熔融法来消除铁离子，但多孔高硅氧玻璃中可能还有极微量的高价铁离子存在，因此，在还原气氛中对多孔高硅氧玻璃进行固相烧结，将铁离子还原成低价，提高烧结的高硅氧玻璃的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低紫外吸收多孔和无孔高硅氧玻璃的制备方法，其特征在于该方法的要点是添加氧化剂、两次熔融法、再加上重复酸处理制备出低过渡金属离子含量的多孔高硅氧玻璃，再配合还原烧结制备出低紫外吸收的无孔高硅氧玻璃。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈丹平，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。