一种磷酸盐玻璃及其制备方法[0002]玻璃是一种透明，不透气，并具一定硬度的物料。玻璃在日常环境中呈化学惰性，亦不会与生物起作用。玻璃一般不溶于酸(例外:氢氟酸与玻璃反应生成SiF4，从而导致玻璃的腐蚀)；但轻微溶于强碱，例如氢氧化铯。[0003]广义的玻璃定义为:熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质。根据这个定义，用熔融法以外的其他方法，如真空蒸发、放射线照射、凝胶加热等方法制作的非晶态物质不能称为玻璃。还有组成上不同于无机物质的非晶态金属和非晶态高分子材料也不能称为玻璃。然而，广义的玻璃定义根据制成的材料状态及性质等方法对玻璃进行科学的分类，若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，那么，不管其组成如何，都可以称之为玻璃。[0004]玻璃是一种无定形体。熔解的玻璃迅速冷却(过冷)，各分子因没有足够时间形成晶体而形成玻璃。[0005]普通玻璃的成分主要是二氧化硅(Si02，即石英，砂的主要成分)。而纯硅土熔点为摄氏2000度，因此制造玻璃时一般会加入碳酸钠(Na2C03，即苏打)与碳酸钾(Potash，K2C03，钾碱)，这样硅土熔点 将降至摄氏1000度左右。但是碳酸钠会使玻璃溶于水中，因此通常还要加入适量的氧化钙(CaO)使玻璃不溶于水。[0006]对可见光透明是玻璃最大的特点，一般的玻璃因为制造时加进了碳酸钠，所以对波长短于400nm的紫外线并不透明。如果要让紫外线穿透，玻璃必须以纯正的二氧化硅制造，这种玻璃成本较高，一般被称为石英玻璃。纯玻璃对红外线亦是透明的，可以造成数公里长，作通讯用途的玻璃纤维。[0007]常见的玻璃通常亦会加入其他成份。例如看起来十分闪烁曜眼的水晶玻璃(Leadglass，又称铅玻璃)是在玻璃内加入铅，令玻璃的折射系数增加，产生更为眩目的折射。至于派热克斯玻璃(Pyrex)，则是加入了硼，以改变玻璃的热及电性质。加入钡亦可增加折射指数。制造光学镜头的玻璃则是加入钍的氧化物来大幅增加折射指数。倘若要玻璃吸收红外线则可以加入铁，放映机内便有这种隔热的玻璃。玻璃加入铈则会吸收紫外线。[0008]在玻璃中加入各种金属和金属氧化物亦可以改变玻璃的颜色。例如少量锰可以改变玻璃内因铁造成的淡绿色，多一点锰则可以造成淡紫色的玻璃。硒亦有类似的效果。少量钴可以造成蓝色的玻璃。锡的氧化物及砷氧化物可造成不透明的白色玻璃，这种玻璃好像是白色的陶瓷。铜的氧化物会造成青绿色的玻璃。以金属铜则会造成深红色、不透明的玻璃，看起来好像是红宝石。镍可以造成蓝色、深紫色、甚至是黑色的玻璃。钛则可以造成棕黄色。微量的金(约0.001%)造成的玻璃是非常鲜明，像是红宝石的颜色。铀(0.1%至2%)造成的玻璃是萤火黄或绿色。银化合物可以造成橙色至黄色的玻璃。改变玻璃的温度亦会改变这些化合物造成的颜色，但当中的化学原理相当复杂，至今仍然未被完全明解。有时在火山溶岩中会出现天然的玻璃，称黑曜石或火山玻璃。黑曜石可以用来造成简单的尖刀。
[0009]磷酸盐玻璃是以五氧化二磷为主要成分的玻璃，它以(P04)3-四面体相互连成网络，铝磷酸盐玻璃(如Zn0-A1203-P205体系)对氢氟酸有一定的抵抗能力。磷酸盐玻璃可用作低色散光学玻璃或其他特种玻璃。磷酸盐玻璃璃由于其声子能量适中、对稀土离子溶解度高、稀土离子在其中的光谱性能好、非线性系数小，成为使用最广的激光玻璃介质。磷酸盐激光玻璃最早的研究开始于20世纪70年代，迄今为止，国内外先后开发了掺Nd磷酸盐玻璃、掺Er磷酸盐玻璃和掺Yb磷酸盐玻璃。它们的常用激光波长分别为1053nm、1535nm、1010nm,。在过去的几十年中，磷酸盐激光玻璃的制备工艺也取得了突飞猛进的发展，从单柑祸熔炼发展到了连续熔炼，从小尺寸发展到了 400mm*800mm*40mm的大尺寸。磷酸盐激光玻璃的应用领域涵盖了激光聚变、激光武器、激光测距、光通信波导放大器、超短脉冲激光器应用。其中用量最大的是磷酸盐激光Nd玻璃，因此，在过去的几十年中磷酸盐激光Nd玻璃的研究和制造工艺也取得了很好的成果。但是磷酸盐玻璃具有透紫外线、低色散等特点，但化学稳定性差，熔制时对耐火坩埚的侵蚀较大。


[0010]本发明的目的是提供一种磷酸盐玻璃及其制备方法，玻璃透明，无析晶，性能稳
定。
[0011]一种磷酸盐玻璃，包括以下重量份计的原料:二氧化硅40~50份、氧化钙50~60份、氧化铝60~70份、氧化钾50~80份、磷酸二氢钾40~60份、磷酸氢二钠40~50份、三氧化二铁20~30份、三偏焦磷酸20~30份、三聚磷酸钾25~90份、焦磷酸钙50~80份、焦磷酸钾50~60份、偏磷酸钠40~60份。
[0012]作为优选，二氧化娃40~45份、氧化|丐50~55份、氧化招60~65份、氧化钾50~60份、磷酸二氢钾40~50份、磷酸氢二钠40~45份、三氧化二铁20~25份、三偏焦磷酸20~25份、三聚磷酸钾25~80份、焦磷酸钙50~70份、焦磷酸钾50~58份、偏磷酸钠40~56份。
[0013]作为优选，二氧化硅45份、氧化钙55份、氧化铝65份、氧化钾70份、磷酸二氢钾45份、磷酸氢二钠45份、三氧化二铁25份、三偏焦磷酸25份、三聚磷酸钾50份、焦磷酸钙70份、焦磷酸钾55份、偏磷酸钠50份。
[0014]磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤:
(1)将各原料混合均匀，放入钼金坩埚中熔制，熔化温度为800~950°C，待原料完全熔化，继续升高温度为950~1000°C，搅拌30~40分钟，取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热150~160°C的模具上；
(2)将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在170~230°C的温度下保持I~2h，然后以2~50C /小时的速率降温至100~110°C，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
[0015]作为优选，步骤(2)的降温速率为2~3°C /小时。
[0016]作为优选，步骤(2)的降温速率为2.5V /小时。
[0017]本发明的方法制备得到的玻璃透明，无析晶，热转变温度高达390°C，玻璃的化学物理性能稳定，不易受到外界影响；玻璃析晶起始温度在476~490°C，制得的玻璃性能优异。

[0018]下面通过具体实施例进一步说明本发明。
[0019]实施例1
一种磷酸盐玻璃，包括以下重量份计的原料:二氧化硅40份、氧化钙50份、氧化铝60份、氧化钾50份、磷酸二氢钾40份、磷酸氢二钠40份、三氧化二铁20份、三偏焦磷酸20份、三聚磷酸钾25份、焦磷酸钙50份、焦磷酸钾50份、偏磷酸钠40份。
[0020]磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤:
(1)将各原料混合均匀，放入钼金坩埚中熔制，熔化温度为800°c，待原料完全熔化，继续升高温度为950°C，搅拌30分钟，取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热150°C的模具上；
(2)将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在170°C的温度下保持lh，然后以2V/小时的速率降温至100°C，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
[0021]实施例2
一种磷酸盐玻璃，包括以下重量份计的原料:二氧化硅50份、氧化钙60份、氧化铝70份、氧化钾80份、磷酸二氢钾60份、磷酸氢二钠50份、三氧化二铁30份、三偏焦磷酸30份、三聚磷酸钾90份、焦磷酸钙80份、焦磷酸钾60份、偏磷酸钠60份。
[0022]磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤:
(1)将各原料混合均匀，放入钼金坩埚中熔制，熔化温度为950°C，待原料完全熔化，继续升高温度为1000°C，搅拌40分钟，取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热160°C的模具上；
(2)将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在230°C的温度下保持2h，然后以5°C/小时的速率降温至110°C，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
[0023]实施例3
一种磷酸盐玻璃，包括以下重量份计的原料:二氧化娃45份、氧化钙55份、氧化招65份、氧化钾70份、磷酸二氢钾45份、磷酸氢二钠45份、三氧化二铁25份、三偏焦磷酸25份、三聚磷酸钾50份、焦磷酸钙70份、焦磷酸钾55份、偏磷酸钠50份。
[0024]磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤:
(1)将各原料混合均匀，放入钼金坩埚中熔制，熔化温度为900°C，待原料完全熔化，继续升高温度为980°C，搅拌35分钟，取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热155°C的模具上；
(2)将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在200°C的温度下保持1.5h，然后以3°C /小时的速率降温至105 °C，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
[0025]实施例4
一种磷酸盐玻璃，包括以下重量份计的原料:二氧化硅45份、氧化钙52份、氧化铝62份、氧化钾52份、磷酸二氢钾42份、磷酸氢二钠42份、三氧化二铁22份、三偏焦磷酸22份、三聚磷酸钾30份、焦磷酸钙60份、焦磷酸钾52份、偏磷酸钠42份。
[0026]磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤:(1)将各原料混合均匀，放入钼金坩埚中熔制，熔化温度为820°c，待原料完全熔化，继续升高温度为970°C，搅拌32分钟，取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热152°C的模具上；
(2)将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在172°C的温度下保持1.2h，然后以4°C /小时的速率降温至102 °C，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
[0027]实施例5
一种磷酸盐玻璃，包括以下重量份计的原料:二氧化硅48份、氧化钙58份、氧化铝68份、氧化钾58份、磷酸二氢钾48份、磷酸氢二钠48份、三氧化二铁28份、三偏焦磷酸28份、三聚磷酸钾28份、焦磷酸钙58份、焦磷酸钾58份、偏磷酸钠48份。
[0028]磷酸盐玻璃的制备方法，包括以下步骤:
(1)将各原料混合均匀，放入钼金坩埚中熔制，熔化温度为880°C，待原料完全熔化，继续升高温度为980°C，搅拌38分钟，取出该玻璃液，并迅速将其浇注在预热158°C的模具上；
(2)将玻璃放入马弗炉中进行退火，先在180°C的温度下保持1.2h，然后以3°C /小时的速率降温至108 °C，最后自然冷却，待完全冷却后，取出玻璃。
[0029]对照例
原料和方法同实施例1，不同的是:原料中不含磷酸二氢钾。
[0030]性能测试:将实施例1~3的玻璃进行性能测试，其中，Tg为热转变温度，Tx为玻璃析晶起始温度。 _