專利名稱:能將紫外線變成可見光的高溫玻璃的制作方法
本發(fā)明屬于玻璃材料領(lǐng)域。
目前國內(nèi)外制造高壓氙燈、脈沖氙燈、汞氙燈、高壓汞燈用的管壁材料一般為石英玻璃。但這種燈都有大量無用甚至有害的紫外線。高壓氙燈用作電影放映燈，其所發(fā)出的短波紫外線能使空氣中的氧氣變成臭氧，對環(huán)境、放映工作人員健康有害。脈沖氙燈用作激光光源，其所發(fā)出的短波此外線能損傷激光工作物質(zhì)，使激光輸出降低。汞氙燈、高壓汞燈用作照明光源，其所發(fā)出的紫外線不能直接加以利用。高壓汞燈需要另加一只涂有螢光粉的外殼將紫外線轉(zhuǎn)變成可見光。為了克服這種弊端，近年有采用摻TiO2或CeO2石英玻璃作高壓氙燈、脈沖氙燈的管壁材料。用這種材料有以下不足之處1.管壁只能吸收短波紫外線而不能將其轉(zhuǎn)變成有用的可見光。2.用水晶粉、TiO2粉、CeO2粉作原料制得的摻雜石英玻璃質(zhì)地不均勻、組成不易控制、成本高。3.用SiCi4、TiCl4為原料用氣煉法制的摻TiO2石英玻璃價格太貴。
本發(fā)明的目的是提供一種能將紫外線轉(zhuǎn)變成可見光的高溫玻璃，這種玻璃無色透明，與石英玻璃一樣耐高溫、耐熱震，但價格低廉，沒有摻TiO2、CeO2石英玻璃的質(zhì)地不易均勻，組成不易控制，價格貴、制造工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是用SiO2含量為96%的多孔高硅氧玻璃，往其中摻Ce3++Al3+或Ce3++Al3++Mn2+來達(dá)到的。
本發(fā)明中制備多孔玻璃的原始玻璃為(重量百分率)SiO2B2O3Na2O Al2O3Sb2O362.94 27.26 8.33 1.47 0.33
其中Sb2O3為澄清劑。SiO2由石英砂引入，B2O3由硼砂(11.13%)及硼酸(16.13%)引入，Na2O由硼砂(4.83%)、碳酸鈉(2.5%)及硝酸鈉(1.0%)引入，Al2O3由氫氧化鋁引入。熔制制度為1280-1360℃加料，升溫到1400±10℃，保溫5小時，然后降溫到1350-1320℃，保溫2.5小時，最后降溫到1280℃，保溫半小時出料。玻璃分相熱處理溫度為575℃，保溫時間為6小時。酸處理溶液為含40%NH4Cl的2NHCl水溶液，溫度為100℃。酸處理前試樣用5%KOH水溶液在70℃處理3分鐘，為的是清除表面污垢以利于酸處理順利進(jìn)行。
制得的微孔玻璃孔隙度為30.8%、比表面為75米2/克，SiO2含量達(dá)96%，可于850℃燒結(jié)成為無色透明的玻璃。
多孔玻璃經(jīng)過干燥，浸以硝酸鈰、硝酸鋁或硝酸鈰、硝酸錳、硝酸鋁的水溶液，經(jīng)過干燥，在還原條件下燒結(jié)，可以制得摻Ce3+或摻Ce3++Mn2+高硅氧玻璃。其所以應(yīng)用硝酸乃因為硝酸鹽溶解度大而分解溫度低。
多孔玻璃中能引入的Ce3+、Ce3++Mn2+的量是有限的。為了制得透明的玻璃還必需同時引進(jìn)一些Al3+的氧化物，否則樣品會析晶。
對于摻CeO2玻璃，CeO2含量可以達(dá)到1.0%(重量)，CeO2/Al2O3分子比可以為1/3-2/3·CeO2含量增加，CeO2/Al2O3分子比應(yīng)下降，即Al2O3含量也應(yīng)增加，方才容易制得透明玻璃。優(yōu)先推薦的CeO2含量為0.5%(重量)，對于摻CeO2和MnO玻璃，CeO2和MnO的含量可同時達(dá)到0.5%(重量)，MnO/Al2O3和CeO2/Al2O3分子比為1/2。優(yōu)先推薦的CeO2和MnO2的含量都為0.25%(重量)。
燒結(jié)過程的還原氣氛是靠在真空爐中放置碳?；蛲錃鈦韺?shí)現(xiàn)的。為了保證樣品在燒結(jié)過程不開裂，硝酸鹽分解完全，氣體排出干凈，在燒結(jié)過程中室溫到200℃、700-900℃升溫宜慢。
制得的玻璃無色、透明、外觀、耐溫及溫度急變均類似石英玻璃，可與石英玻璃相互焊接。焊接需用氫氧焰。
摻Ce3+玻璃在紫外線輻照下產(chǎn)生蘭色螢光，摻Ce3+、Mn2+玻璃在紫外線輻照下產(chǎn)生粉紅色螢光。
摻0.5%CeO2、0.25%CeO2+0.25%MnO，摻0.5%CeO2+0.5%MnO2的玻璃不透3200埃以下的紫外線，厚2mm的玻璃3600埃處的透過率為50%。
摻Ce3+的玻璃螢光很強(qiáng)，螢光光譜的峰值位于3870埃，激發(fā)光譜的峰值位于3000埃。摻Ce+Mn的玻璃螢光光譜的峰值位于6800埃附近，激發(fā)光譜的峰值位于3000埃，與摻鈰玻璃一樣，說明Ce3+與Mn2+之間有能量轉(zhuǎn)移。摻0.25%CeO2+0.25%MnO的玻璃的螢光強(qiáng)于摻0.5%CeO2+0.5%MnO的玻璃，說明螢光強(qiáng)度與激活離子濃度有關(guān)。
用摻Ce3+、Ce3++Mn2+及不摻激活離子的玻璃做成125瓦高壓汞燈，在輸入功率相同的情況下，用攝譜法測量了燈的光譜分布。結(jié)果表明，紫外線全部或大部被管壁吸收，而可見部分卻大為增強(qiáng)。用滲CeO20.5%的玻璃做成的燈5790埃處光強(qiáng)提高1.5倍;用滲0.25%CeO2、0.25%MnO的玻璃做成的燈5790埃處光強(qiáng)提高3倍，說明用摻Ce3+、Ce3++Mn2+的高硅氧玻璃做成的高壓汞燈不僅可見部分光強(qiáng)大為提高，且燈的色調(diào)也大為改善。
用滲Ce3++Mn2+的高硅氧玻璃做成φ10×80mm，能量為1000焦耳的脈沖氙燈，用它作紅寶石激光器的激發(fā)光源進(jìn)行激光發(fā)射試驗，效率提高50%。這種燈由于紫外輻射很少，用作光泵，還有不損傷激光工作物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種能將紫外線變?yōu)榭梢姽獾母邷夭ＡР牧希峭吖柩醵嗫撞Ａе袚饺肽承┙饘匐x子，其特征在于所摻入的金屬離子為Ce3++Al3+或Ce3++Mn2++Al3+離子。
2.按權(quán)利要求
1所述的玻璃材料，其特征是所摻金屬離子是以硝酸鹽的形式引入多孔玻璃中經(jīng)分解而得到的。
3.按權(quán)利要求
1及2所述的玻璃材料，其特征是，摻Ce3++Al3+的玻璃，CeO2的含量可以達(dá)到1.0%(重量)CeO2/Al2O3分子比在1/3到2/3之間，CeO2含量增加，CeO2/Al2O3分子比應(yīng)下降，Al2O3含量增加。
4.按權(quán)利要求
3所述的玻璃材料，其特征在于優(yōu)先推薦的CeO2含量為0.5%(重量)。
5.按權(quán)利要求
1或2所述的玻璃材料，其特征是摻Ce3++Mn2++Al3+的玻璃，CeO2和MnO的含量可以同時達(dá)到0.5%(重量)，MnO/Al2O3和CeO2/Al2O3分子比為1/2。
6.按權(quán)利要求
5所述的玻璃材料，其特征在于優(yōu)先推薦的CeO2和MnO的含量都為0.25%(重量)。
專利摘要
一種能將紫外線變成可見光的高溫玻璃材料，屬于玻璃材料領(lǐng)域。用SiO
文檔編號C03C3/06GK85103434SQ85103434
公開日1986年10月15日 申請日期1985年4月15日
發(fā)明者黃熙懷 申請人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan