基本信息
- 項目名稱：
- 微晶強化硫系紅外玻璃研究
- 小類：
- 能源化工
- 簡介：
- 課題研究主要是將對Ge-Se-Sb硫系紅外玻璃進行一定的納米晶化工藝處理，即在保持原有紅外透過率的基礎(chǔ)上使其微晶化，以提高其力學(xué)性能和熱學(xué)性能。硫系玻璃在紅外區(qū)2~15μm的波長范圍具有透明性且化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，但熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能相對較差，因此本課題將結(jié)合氧化物玻璃微晶化的研究經(jīng)驗對Ge-Se-Sb硫系紅外玻璃進行一定的納米晶化工藝處理，以提高其性能。
- 詳細介紹：
- 在本課題中為了提高硫系玻璃的熱、力學(xué)性能需要通過析晶改善，但并不需要使玻璃完全變成多晶；另外由于本課題中的硫系玻璃的用途是用來做紅外透波材料，因此在理論上必須保證晶粒的最大尺寸小于紅外線的最小波長（約為740納米），即0.74微米，因此析出的晶粒尺寸應(yīng)當限制到納米級別，才可以保證紅外光透過時不會發(fā)生散射，使玻璃中的微晶不至于影響硫系玻璃的紅外透過率，而且力學(xué)性能和熱學(xué)性能也得到改善。硫系玻璃在紅外區(qū)2~15μm的波長范圍具有透明性且化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，但熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能相對較差，因此本課題將結(jié)合氧化物玻璃微晶化的研究經(jīng)驗對GeSeSb硫系紅外玻璃進行一定的納米晶化工藝處理，即在保持原有紅外透過率的基礎(chǔ)上使其微晶化，以提高其力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本課題將對Ge-Se-Sb硫系紅外玻璃進行一定的納米晶化工藝處理，即在保持原有紅外透過率的基礎(chǔ)上使其微晶化，以提高其力學(xué)性能和熱學(xué)性能。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 硫系玻璃是一種理想的透紅外光學(xué)材料，在紅外區(qū)2~15μm的波長范圍具有透明性且化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。相較于目前紅外夜視上常用的單晶鍺，硫系玻璃具有成本低，加工容易等優(yōu)點。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 這樣的硫系紅外玻璃將為替代目前熱成像儀光學(xué)系統(tǒng)所用的單晶鍺等晶體材料奠定基礎(chǔ)，將會解決目前生長紅外晶體周期長、加工困難、工藝復(fù)雜、效率低、成本高以及不能制造大尺寸產(chǎn)品的諸多問題，對我國開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的紅外光學(xué)材料、器件與技術(shù)，擴大紅外材料在國防等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，拓展其民用市場和搶占國際市場先機，滿足我國國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展對新材料的需求具有重要的戰(zhàn)略意義和實用價值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 為了提高紅外玻璃的力學(xué)性能和熱學(xué)性能，在保持其原有紅外透過率的基礎(chǔ)上，對硫系紅外玻璃進行納米晶化。Ge23Se67Sb10在310℃熱處理70h不會影響玻璃的紅外透過性能，但在330℃熱處理20小時后，由于晶粒長大在中遠紅外區(qū)域發(fā)生散射，導(dǎo)致紅外透過率下降。在310℃時，隨熱處理時間的延長，Ge23Se67Sb10玻璃試樣的硬度先增大而后減小，Ge23Se67Sb10在310℃熱處理40h后的硬度值由原試樣的199.1 kg/mm2增加到251.5 kg/mm2。研究表明，硫系紅外玻璃合適的微晶化溫度為310℃×40h，玻璃在2 μm~ 15 μm波長區(qū)域內(nèi)的透過率高達55%，維氏顯微硬度比原樣提高了26%，線性熱膨脹系數(shù)降低為原樣的41%。
獲獎情況
- 2011年6月獲得了西安工業(yè)大學(xué)“探索杯”一等獎
鑒定結(jié)果
- 屬實
參考文獻
- [1] 鐘榮.美國導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中使用的紅外技術(shù)[J].激光與紅外.2009,36:771~775. [2] 何立萍,韋萍蘭.紅外對抗技術(shù)和裝備的發(fā)展[J].紅外技術(shù).2006,28(1):47~49. [3] 舒爾茲H.玻璃的本質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[M].黃照柏譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1984. [4] 麥克米倫 P W [英].微晶玻璃[M]. 王仞千譯.北京: 中國建筑工業(yè)出版社,1988,8. [5] BrunoBureau et al, Recent advances in chalcogenide glasses [J]. J Non-Cryst Solids, 2004, 345-346:276~283. [5] Hongli Ma,Xianghua Zhang,Jacques Lucas.Infrared transmitting chalcogenide glass ceramics [J].Journal of Non-Crystalline Solids, 2003,317:270~274. [6]陳國榮,程繼健.新型透紅外硫氮玻璃的性能與結(jié)構(gòu)[J]. 華東理工大學(xué)學(xué)報,1997, 23(2)
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)： 硫系玻璃在我國近幾年來也引起人們的注意，我國有人實驗發(fā)現(xiàn)向硫系玻璃中加入氮化物(主要是S3N4)對硫系玻璃的熱力學(xué)、力學(xué)及析晶性能、化學(xué)穩(wěn)定性和紅外透射性能有積極影響。此外，陳國榮等人對HgI2－Ag2S－As2Se3類硫鹵玻璃作過研究，紅外透過率達到60%以上。聶佳相等人作實驗發(fā)現(xiàn)在Ge-S二元系統(tǒng)硫系玻璃中加入Gd能消除一些雜質(zhì)的吸收峰，并可以提高玻璃轉(zhuǎn)變溫度和顯微硬度，使硫系玻璃的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能得到顯著改善，但是Gd的引入會增加系統(tǒng)的析晶性能，而且玻璃的形成能力會隨著網(wǎng)絡(luò)形成體原子Ge的含量減少而降低。楊海、褚乃林等人作實驗發(fā)現(xiàn)真空焙燒高純原料中加熱石英反應(yīng)器及在原料中填加微量鋁，都可以降低硫系玻璃材料的吸收率。 國外： 目前在美國只有As2S3、Ge33As12Se55達到成噸生產(chǎn)規(guī)模。在世界范圍內(nèi)的主要硫系玻璃紅外材料制造商只有3 家，包括美國的無定形材料公司、德國的Vitron Gmbh公司和法國的Umicore 紅外玻璃公司【13】。這些公司生產(chǎn)的硫系玻璃主要用于熱輻射儀的溫度測量，對硫系玻璃在商用夜視儀熱成像系統(tǒng)中的應(yīng)用研究則剛剛起步。 法國Umicore紅外玻璃公司近年來在這方面進行了工業(yè)化生產(chǎn)過程嘗試開發(fā)了GASIR1(Ge22As20Se58)系列的硫系紅外玻璃，批量生產(chǎn)的玻璃性能穩(wěn)定【14，15】，如折射率(10μm)重復(fù)性指標優(yōu)于1.5×10 ，在測試誤差范圍內(nèi)。硫系玻璃原始紅外透過率只有70%左右，難以滿足熱成像系統(tǒng)的高紅外要求，法 國Umicore紅外公司采用離子輔助沉積法對Ge-As-Se三元系統(tǒng)玻璃進行了表面抗反射膜的涂覆處理使得玻璃在8~11μm波段的平均透過率從涂膜前的約70%提高到97%。
