滤光玻璃及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种玻璃，尤其是涉及一种截止波长在480～700nm范围内可调的可见-近红外滤光玻璃。

背景技术

滤光玻璃是一种能够对特定波长光线具有强的光吸收的玻璃材料。滤光玻璃的应用领域包括光纤光学系统消杂散光、传感器光学系统消杂散光、成像光学系统消杂散光等。随着激光光学系统、传感光学、机器视觉的发展，需要对特定波长高透、特定波长高光吸收的材料。此外，还需要材料具有较好的化学稳定性和环境友好性。常规的采用Fe、Co、Cu、Ni、Mn等过渡金属着色组分组合制造有色玻璃的方法不适用于制造这类玻璃，主要由于过渡金属着色组分往往存在多个吸收峰、具有强烈的交互作用，难以实现特定的光吸收范围。现有技术中采用光学镀膜方法获得特定波长高透、特定波长高光吸收的玻璃，由于镀膜工艺复杂、镀膜容易因机械刮擦、环境作用失效，不利于批量供应、提高产品稳定性。一些其他镀膜方法，如CN109399953A公开了采用镀膜法调控玻璃表面MoS

使用半导体吸收机制，通过调节玻璃禁带宽度改变玻璃吸收限的方法可能实现特定的截止限，但是现有技术还往往不能同时实现截止限500～625nm范围以及其他必要性能的玻璃。例如，一些公开资料报道利用CeO

综上所述，现有技术截止限在500～625nm范围的环保玻璃材料尚属缺失，不利于650～800nm波段高透滤光玻璃需求的满足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种截止波长在480～700nm范围内可调的可见-近红外滤光玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

(1)滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子组分含有：Si

阴离子组分含有：O

(2)根据(1)所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子组分还含有：Al

(3)滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，(Zn

(4)根据(3)所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子组分含有：Si

阴离子组分含有：O

(5)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子组分含有：Si

(6)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阴离子组分含有：O

(7)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Li

(8)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：K

(9)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：P

(10)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：(Zn

(11)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Zn

(12)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阳离子还含有：Cu

(13)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Cu

(14)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，含有Cu

(15)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分以摩尔百分比表示，阴离子还含有：F

(16)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，其组分中不含有Sr

(17)根据(1)～(4)任一所述的滤光玻璃，所述滤光玻璃的λ

(18)玻璃预制件，采用(1)～(17)任一所述的滤光玻璃制成。

(19)玻璃元件，采用(1)～(17)任一所述的滤光玻璃制成，或采用(18)所述的玻璃预制件制成。

(20)一种仪器，采用(1)～(17)任一所述的滤光玻璃制成，或采用(19)所述的玻璃元件制成。

(21)根据(1)～(17)任一所述的滤光玻璃的制造方法，所述方法包括以下步骤：形成基质玻璃，然后对基质玻璃通过热处理工艺形成滤光玻璃。

(22)根据(21)所述的滤光玻璃的制造方法，所述热处理工艺包括控制热处理温度和控制热处理时间，所述热处理温度范围为450～600℃，优选为490～570℃，更优选为510～550℃；所述热处理时间为1～100h，优选为5～60h，更优选为10～40h。

本发明的有益效果是：本发明通过合理的组分设计，经热处理工艺处理，得到了一种截止波长在480～700nm范围内可调，能够应用于650～800nm波段高透需求的滤光玻璃。

附图说明

图1是本发明的实施例6的滤光玻璃的光谱透过率曲线图。

图2是本发明的实施例8的滤光玻璃的光谱透过率曲线图。

具体实施方式

下面，对本发明的滤光玻璃的实施方式进行详细说明，但本发明不限于下述的实施方式，在本发明目的的范围内可进行适当的变更来加以实施。此外，关于重复说明部分，虽然有适当的省略说明的情况，但不会因此而限制发明的主旨，在以下内容中，本发明滤光玻璃有时候简称为玻璃。

[滤光玻璃]

下面对本发明滤光玻璃的各组分(成分)范围进行说明。在本发明中，如果没有特殊说明，各组分的含量、总含量全部采用离子摩尔百分比(mol％)表示。即，滤光玻璃的各组成成分(组分)的含量在没有特别说明的情况下，阳离子组分含量以该阳离子占全部阳离子组分总摩尔的百分比(mol％)表示，阴离子组分含量以该阴离子占全部阴离子组分总摩尔的百分比(mol％)表示。

除非在具体情况下另外指出，本文所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，以及包括在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

需要说明的是，本发明所描述的各组分的离子价是为了方便而使用的代表值，与其他的离子价没有区别。光学玻璃中存在的各组分的离子价存在所述代表值以外的可能性。例如，Fe组分可能以Fe

<阳离子组分>

本发明玻璃为硅酸盐体系玻璃，Si

Al

B

Na

Li

Li

K

在一些实施方式中，K

Zn

在本发明玻璃中，P

在一些实施方式中，为了防止由于P

Ag

Ba

Mg

Ca

Sr

玻璃的致密程度过高，不利于热处理析出半导体吸收微结构；玻璃的致密程度过低，玻璃的硬度较低。在本发明的一些实施方式中，将(Zn

La

Y

在一些实施方式中，为实现本发明玻璃中半导体吸收微结构的组成组分挥发量降低，优选控制Zn

Cu

Fe

Co

Mn

由于Cu

V

在本发明的一些实施方式中，将Cu

Ti

Ce

Sb

<阴离子组分>

O

S

F

Se

<不含有的组分>

本发明玻璃优选不含有Rb

本发明玻璃优选不含有N

本文所记载的“不含有”、“0％”是指没有故意将该化合物、离子、分子或元素等作为原料添加到本发明玻璃中；但作为生产玻璃的原材料和/或设备，会存在某些不是故意添加的杂质或组分，会在最终的玻璃中少量或痕量含有，此种情形也在本发明专利的保护范围内。

本发明中所述原料存在上述优选的引入方式，但不排除以其他形式引入上述组分，此种情形也在本发明的保护范围之内。未说明引入方式的原料可以以任意可用的形式引入。

本发明所述的半导体吸收微结构，是一种纳米尺度的，具有低禁带宽度的晶体，但是其尺度极小、被玻璃网络包围，可能因应变、界面作用等因素使晶体结构存在畸变，具备无法产生显著布拉格衍射、仅存在特征振动的特点。本发明所述的截止限、截止波长均表示玻璃透过率为5％情况下对应的波长。

[滤光玻璃的制造方法]

本发明滤光玻璃的制造方法包括：形成基质玻璃，然后对基质玻璃通过热处理工艺形成滤光玻璃。

本发明基质玻璃的制造方法包括：将各种玻璃组成原料按照本发明滤光玻璃配比均匀混合，利用任意可用的玻璃熔炼设备进行玻璃的原料熔融、玻璃液均化、玻璃液澄清等过程。可通过单坩埚浇注、漏料成型的方式将本发明基质玻璃成型。本发明基质玻璃可具有任意可用的形状和/或尺寸。

本发明所述热处理工艺包括将基质玻璃置入温度均匀的热处理炉，保温一定时间后自然冷却或按程序控制工艺冷却。

本发明所述热处理工艺包括控制热处理温度和控制热处理时间。本发明基质玻璃的热处理温度需要在一定范围内，热处理温度过低，不足以使玻璃中形成半导体吸收微结构；热处理温度过高，玻璃中可能形成除半导体吸收微结构之外的其他晶体，使玻璃中存在较大的瑞利散射，导致滤光玻璃在其透光范围透过率降低。在一些实施方式中，热处理温度范围优选为450～600℃，更优选为490～570℃，进一步优选为510～550℃；热处理时间优选为1～100h(小时)，更优选为5～60h(小时)，进一步优选为10～40h(小时)。

下面，对本发明的滤光玻璃的性能进行说明。

<光谱性能>

光谱性能的测试方法为：将滤光玻璃样品加工为双面抛光、厚度为2mm的薄片，采用紫外-可见分光光度计测试玻璃样品光谱，测试波长范围为400～2000nm。

采用以下定义的参数表征本发明滤光玻璃的光谱特性。

定义λ

本发明玻璃的λ

本发明玻璃的λ

本发明玻璃的λ

本发明玻璃具有λ

在一些实施方式中，本发明滤光玻璃的λ

本发明玻璃还具有λ

在一些实施方式中，本发明滤光玻璃的λ

<显微克氏硬度>

采用标准《GB/T 7962.18-2010》所述的显微克氏硬度测试方法测试本发明滤光玻璃的显微克氏硬度(H

在一些实施方式中，本发明滤光玻璃的显微克氏硬度(H

<耐酸作用稳定性>

玻璃的耐酸作用稳定性(D

在一些实施方式中，本发明滤光玻璃的耐酸作用稳定性(D

<耐水作用稳定性>

玻璃的耐水作用稳定性(D

在一些实施方式中，本发明滤光玻璃的耐水作用稳定性(D

[玻璃预制件和玻璃元件]

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的滤光玻璃来制作玻璃预制件。即，可以通过对滤光玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作玻璃预制件，或通过对由滤光玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作玻璃预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作玻璃预制件。本发明玻璃形成的玻璃预制件，还可以根据需要进行物理钢化或化学钢化过程。

需要说明的是，制备玻璃预制件的手段不限于上述手段。

本发明的玻璃预制件与玻璃元件均由上述本发明的滤光玻璃形成。本发明的玻璃预制件具有滤光玻璃所具有的优异特性；本发明的玻璃元件具有滤光玻璃所具有的优异特性，能够提供价值高的各种滤光片、透镜、棱镜等玻璃元件。

[设备]

本发明滤光玻璃，以及其形成的玻璃元件可制作如滤光器、照相设备、摄像设备、识别与控制设备、监控设备、传感器设备等设备。

[实施例]

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，在表1～表3提供以下的非限制性实施例1～18。本实施例采用上述滤光玻璃的制造方法得到具有表1～表3所示的组成的滤光玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1～表3中。

表1.

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表2.

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表3.

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