论文部分内容阅读
硫系红外玻璃是一种性能优良的光学材料,其具有化学稳定性高、红外透过范围宽且易于采用模压成型加工等诸多优点,是新一代温度自适应光学镜头的理想候选材料。但是由于自身化学键键能弱,力学性能不佳,玻璃体中存在杂质吸收等缺点限制了其应用发展。提纯玻璃原料能有效提高红外玻璃光学性能,且设定合适的热处理工艺能有效提升玻璃的力学性能。本文通过设计了硫系玻璃蒸馏提纯装置,采用新装置制备了玻璃。借助于X射线衍射(XRD)分析、差示扫描量热(DSC)分析、傅里叶红外光谱分析、硬度和密度分析、热膨胀性能分析及比热分析等方法,对Ge-Se-Sb三元、纯硒及Ge-Se二元硫系红外玻璃的提纯工艺、红外特性、密度硬度及热学性能进行了研究。获得如下结论:采用蒸馏法和试剂提纯法相结合的方式,获得了致密度高、表面光亮的Ge23Se67Sb10硫系红外玻璃,经提纯之后的玻璃试样,在4.56μm处的Se-H杂质吸收峰明显有所减弱,较加入钛片、AlCl3、TeCl4提纯而言,加入GaCl3提纯后,玻璃试样的红外透过性能和热稳定都较好,其红外透过率达到60%以上,密度为4.5063 g·cm-3,硬度为169.92 kgf·mm-2;玻璃转化温度Tg为253.9℃,表征其热稳定性的参数ΔT、H、S分别为202.5℃、0.80、14.52,由此可见加入GaCl3的样品具有良好的热稳定性与成玻能力。Ge23Se67Sb10硫系红外玻璃的蒸馏速度与温度的关系为V=054-16.93(?)。利用公式△H(T(?))=△Heq{1-exp[(t(?)/τ)β]}对退火后的Ge23Se67Sb10玻璃试样弛豫焓进行拟合。得到公式中的三个参数值,(35)Heq数值为2.057 J/g,τ的数值为18.025 s,β的数值为0.548。测定了纯硒玻璃块状试样的特征温度、晶化热ΔH及熔融焓ΔHm等;再运用等温步阶方法(stepwise method)分析试样晶态与非晶态的比热容,并提出三种新的模型预测试样晶态与过冷液相比热容差ΔCp;最后由比热算出Gibbs自由能变化ΔG和熵变ΔS,得出ΔG和ΔS随温度变化的曲线,确定了Kauzmann温度Tk。发现ΔH随着升温速率R的增大而增加,而ΔHm随着R的增大而减小。与此同时,结合实验测得的比热容,经过拟合分别得到过冷液相和晶体的比热方程,即Cpl=-0.0024T+0.5598和Cpc=0.000094T+0.22944,从而得到ΔCp为0.165 JK-1g-1,且经过对比发现,采用新模型的预测的ΔCp结果与实验测定的结果相稳合,误差不超过5%,Kauzmann温度Tk=221K。实验测得Ge4Se96、Ge7.4Se92.6、Ge14Se86玻璃试样的热膨胀系数,其大小随着Ge含量的增加而减小,而玻璃转化温度、屈服点温度、软化点温度的大小随着Ge含量的增加而增大,DSC测量的Tg温度略低于TMA测量的Tg温度。