基本信息
- 项目名称：
- 微晶强化硫系红外玻璃研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 课题研究主要是将对Ge-Se-Sb硫系红外玻璃进行一定的纳米晶化工艺处理，即在保持原有红外透过率的基础上使其微晶化，以提高其力学性能和热学性能。硫系玻璃在红外区2~15μm的波长范围具有透明性且化学稳定性优良，但热稳定性和力学性能相对较差，因此本课题将结合氧化物玻璃微晶化的研究经验对Ge-Se-Sb硫系红外玻璃进行一定的纳米晶化工艺处理，以提高其性能。
- 详细介绍：
- 在本课题中为了提高硫系玻璃的热、力学性能需要通过析晶改善，但并不需要使玻璃完全变成多晶；另外由于本课题中的硫系玻璃的用途是用来做红外透波材料，因此在理论上必须保证晶粒的最大尺寸小于红外线的最小波长（约为740纳米），即0.74微米，因此析出的晶粒尺寸应当限制到纳米级别，才可以保证红外光透过时不会发生散射，使玻璃中的微晶不至于影响硫系玻璃的红外透过率，而且力学性能和热学性能也得到改善。硫系玻璃在红外区2~15μm的波长范围具有透明性且化学稳定性优良，但热稳定性和力学性能相对较差，因此本课题将结合氧化物玻璃微晶化的研究经验对GeSeSb硫系红外玻璃进行一定的纳米晶化工艺处理，即在保持原有红外透过率的基础上使其微晶化，以提高其力学性能和热稳定性。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本课题将对Ge-Se-Sb硫系红外玻璃进行一定的纳米晶化工艺处理，即在保持原有红外透过率的基础上使其微晶化，以提高其力学性能和热学性能。
科学性、先进性及独特之处
- 硫系玻璃是一种理想的透红外光学材料，在红外区2~15μm的波长范围具有透明性且化学稳定性优良。相较于目前红外夜视上常用的单晶锗，硫系玻璃具有成本低，加工容易等优点。
应用价值和现实意义
- 这样的硫系红外玻璃将为替代目前热成像仪光学系统所用的单晶锗等晶体材料奠定基础，将会解决目前生长红外晶体周期长、加工困难、工艺复杂、效率低、成本高以及不能制造大尺寸产品的诸多问题，对我国开发具有自主知识产权的红外光学材料、器件与技术，扩大红外材料在国防等领域的应用范围，拓展其民用市场和抢占国际市场先机，满足我国国民经济建设和社会发展对新材料的需求具有重要的战略意义和实用价值。
学术论文摘要
- 为了提高红外玻璃的力学性能和热学性能，在保持其原有红外透过率的基础上，对硫系红外玻璃进行纳米晶化。Ge23Se67Sb10在310℃热处理70h不会影响玻璃的红外透过性能，但在330℃热处理20小时后，由于晶粒长大在中远红外区域发生散射，导致红外透过率下降。在310℃时，随热处理时间的延长，Ge23Se67Sb10玻璃试样的硬度先增大而后减小，Ge23Se67Sb10在310℃热处理40h后的硬度值由原试样的199.1 kg/mm2增加到251.5 kg/mm2。研究表明，硫系红外玻璃合适的微晶化温度为310℃×40h，玻璃在2 μm~ 15 μm波长区域内的透过率高达55%，维氏显微硬度比原样提高了26%，线性热膨胀系数降低为原样的41%。
获奖情况
- 2011年6月获得了西安工业大学“探索杯”一等奖
鉴定结果
- 属实
参考文献
- [1] 钟荣.美国导弹防御系统中使用的红外技术[J].激光与红外.2009,36:771~775. [2] 何立萍,韦萍兰.红外对抗技术和装备的发展[J].红外技术.2006,28(1):47~49. [3] 舒尔兹H.玻璃的本质结构和性质[M].黄照柏译.北京:中国建筑工业出版社,1984. [4] 麦克米伦 P W [英].微晶玻璃[M]. 王仞千译.北京: 中国建筑工业出版社,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]陈国荣,程继健.新型透红外硫氮玻璃的性能与结构[J]. 华东理工大学学报,1997, 23(2)
同类课题研究水平概述
- 国内： 硫系玻璃在我国近几年来也引起人们的注意，我国有人实验发现向硫系玻璃中加入氮化物(主要是S3N4)对硫系玻璃的热力学、力学及析晶性能、化学稳定性和红外透射性能有积极影响。此外，陈国荣等人对HgI2－Ag2S－As2Se3类硫卤玻璃作过研究，红外透过率达到60%以上。聂佳相等人作实验发现在Ge-S二元系统硫系玻璃中加入Gd能消除一些杂质的吸收峰，并可以提高玻璃转变温度和显微硬度，使硫系玻璃的热稳定性和力学性能得到显著改善，但是Gd的引入会增加系统的析晶性能，而且玻璃的形成能力会随着网络形成体原子Ge的含量减少而降低。杨海、褚乃林等人作实验发现真空焙烧高纯原料中加热石英反应器及在原料中填加微量铝，都可以降低硫系玻璃材料的吸收率。 国外： 目前在美国只有As2S3、Ge33As12Se55达到成吨生产规模。在世界范围内的主要硫系玻璃红外材料制造商只有3 家，包括美国的无定形材料公司、德国的Vitron Gmbh公司和法国的Umicore 红外玻璃公司【13】。这些公司生产的硫系玻璃主要用于热辐射仪的温度测量，对硫系玻璃在商用夜视仪热成像系统中的应用研究则刚刚起步。 法国Umicore红外玻璃公司近年来在这方面进行了工业化生产过程尝试开发了GASIR1(Ge22As20Se58)系列的硫系红外玻璃，批量生产的玻璃性能稳定【14，15】，如折射率(10μm)重复性指标优于1.5×10 ，在测试误差范围内。硫系玻璃原始红外透过率只有70%左右，难以满足热成像系统的高红外要求，法 国Umicore红外公司采用离子辅助沉积法对Ge-As-Se三元系统玻璃进行了表面抗反射膜的涂覆处理使得玻璃在8~11μm波段的平均透过率从涂膜前的约70%提高到97%。
