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传统的红外器件存在诸多无法忽视的缺点,例如制备工艺比较复杂,生产周期比较长,较难制备大尺寸器件,成品合格率较低等,造成其价格过高,工程应用十分受限。相比传统的红外材料,硫系玻璃不仅显著地扩展了红外光学系统材料的设计和材料选择范围,而且完全克服其劣势,具有很大的应用潜力和工业价值。本文系统研究了硫系玻璃模压系统设计及模压工艺,首先设计了硫系玻璃模压系统设备,并制备出硫系玻璃预制件,再利用XRD(X-Ray Diffraction)、DSC(Differential Scanning Calorimetry)、傅里叶红外光谱、密度分析以及显微维氏硬度分析等性能测试手段研究了其物理性能及力学性能,最后采用Pro E与Qform软件设计了模具及玻璃坯料的三维模型图,并进行模压模拟分析。获得结论如下:(1)采用盐浴淬冷法制备出直径为15 mm、表面光洁且内部未晶化的Ge20Sb15Se65硫系玻璃预制件。研究设计了硫系玻璃的模具系统和模压体系,选择H13模具钢材料来制造模具,用Pro E三维绘图设计软件设计模具的三维模型,再采用特种加工进行制造,并根据压制情况不断调整完善。同时选择氮化钛材料采用热喷涂技术镀膜,选择红外辐射加热,并对比研究了不同加热管形状及组装的加热系统,最后选用圆形的加热管并设计出加热系统,当模压温度为80℃,保压时间为5 min,保温时间为5 min时模压制件具有比较好的表面光洁度。(2)通过各性能测试手段系统表征了硫系玻璃的热物理学参数。通过DSC测得的Ge20Sb15Se65硫系玻璃预制件的热流曲线确定出其玻璃转变点、初始结晶点和熔点温度分别为273.9℃、400.5℃和485℃,计算所得其熔化焓为28.48 J·g-1。根据VFT方程拟合得到理想的玻璃化转变温度T0为464 K,其中液相和结晶相的比热差ΔCp=0.0969 J·K-1·g-1。采用等温步阶法分别在300400℃和100400℃测定其模压件过冷液相和结晶相的比热与温度关系的表达式为Cp l=0.2922+0.0004297T+1.189T-2、Cp s=0.3721+0.0007716T+1.9992×10-6T2,计算得到,该玻璃在300400℃之间的比热差ΔCp=0.0933 J·K-1·g-1,与理论值(0.0969 J·K-1·g-1)基本吻合。且根据比热计算结果绘制了吉布斯自由能及熵变曲线,从熵变曲线可分析确定出其考兹曼温度Tk=506.7 K。采用超声波法测试了Ge20Sb15Se65硫系玻璃预制件的横波和纵波,并计算出其弹性模量、剪切模量和泊松比分别为:14.97 GPa、7.25 GPa和0.35。采用显微维氏硬度计测得其维氏硬度为166.9 Kg/mm2。(3)利用理论模拟分析了硫系玻璃的模压过程。在凸模的模压成型过程中,模压速率为50 mm/s时,其流动应力分布最均匀;而在凹模的模压成型过程中,模压速率为40 mm/s时,其制件内部的流动应力分布最均匀;在半凹模的模压过程中,相对较合适的模压速率为60 mm/s。模压预制件样品为圆柱体且其直径越接近模压制件的厚度时,模压应力则越小;在模压成型过程中,不同模型压制出的透镜,其内部的流动应力随模压速率的增大而增大,且速率的增加逐渐减小,最终趋于稳定。