生产磷酸盐激光玻璃的除水方法

张俊洲, 毛涵芬, 陈树彬, 周蓓明, 王标, 金春荣, 应雄信

2001年5月16日

2000年11月30日

2000年11月30日

中国科学院上海光学精密机械研究所

C03B5/16GK1295036SQ0012761

除水 磷酸盐 激光 玻璃 生产

1．一种生产磷酸盐激光玻璃的除水方法，生产磷酸盐激光玻璃的过程包括在预熔坩埚里进行预熔炼和在主熔炉内的铂坩埚里进行主熔炼，其特征在于在预熔坩埚里进行预熔炼的同时，采用化学反应法强化除水，具体步骤是<1>将要熔炼的磷酸盐激光玻璃原料投进预熔坩埚熔化后，在预熔坩埚顶上加盖并有通气管通入预熔坩埚内；<2>通过通气管向预熔坩埚里的玻璃熔液中输进气体O2+CCl4或O2+POCCl2，或O2+SOCl2<3>从预熔坩埚内取样测定荧光寿命；<4>当荧光寿命达到要求的标准后，通过流料管将预熔坩埚里的玻璃熔液直接灌入主熔炉内的带有密封盖的铂坩埚里，向铂坩埚里不间断地送入干燥气体，熔炼后漏注成型2．根据权利要求1所述的生产磷酸盐激光玻璃的除水方法，其特征在于所说的向铂坩埚里送入的干燥气体是O2，或N2，或Ar，或其它惰性气体

本发明是一种生产磷酸盐激光玻璃的除水方法磷酸盐激光玻璃对水的亲合力很强，残留在玻璃中的水以OH基形式存在，与激活离子(如Nd3+)作用，使玻璃的量子效率和荧光寿命降低，从而降低玻璃作为激光放大器时的增益在玻璃组份和掺杂钕含量固定的情况下，荧光寿命的长短取决于玻璃中的水含量在先技术中生产磷酸盐激光玻璃，通常采用两次分离的熔炼工艺先在预熔坩锅中熔炼成玻璃熟料(碎玻璃)，再将熟料加入主熔炉的铂坩埚中熔炼后漏注成型原料中带进的水难以消除，在熔炼过程中玻璃熔液还从空气中吸收水份为了降低玻璃中的水含量，需要采取措施1．使用不含水的原料(主要是偏磷酸盐)；2．干燥的环境，要求熔炼车间空气的相对湿度接近30％；3．在两次熔炼中都通干燥气体除水上述除水措施的缺点是1．原料的成本高激光玻璃原料要求有害杂质含量极低，大多数偏磷酸盐的生产过程是先用化学反应法生成磷酸二氢盐(如KH2PO4)，再经高温脱水生产偏磷酸盐(如KPO3)，在高温脱水后粉碎时要防止污染显然KPO3比KH2PO4要贵很多2．在大规模生产车间中，要求保持极干燥的环境，其投资和运行费也是很高的3．如果在铂坩埚中除水，对含水量高的玻璃熔液，通气量小时除水效果不明显，需要大量长时间通入O2+POC1，这将会对铂坩埚侵蚀也会因通气时间长，作为通气的石英管被侵蚀，在玻璃内残留极细的条纹，影响了玻璃的质量本发明的目的为克服上述在先技术中存在的问题提供一种生产磷酸盐激光玻璃的除水方法，无须刻求使用不含水的原料和干燥的生产环境，生产出的磷酸盐激光玻璃含水量低，因此荧光寿命长本发明的除水方法，如上述生产磷酸盐激光玻璃的过程，包括在预熔坩埚里进行预熔炼和在主熔炉内的铂坩埚里进行主熔炼本发明的除水方法就是在预熔坩埚内进行预熔炼的同时，采用化学反应法强化除水具体步骤是(1)将要熔炼的磷酸盐激光玻璃原料投进预熔坩埚里熔化后，在预熔坩埚顶上加盖并有通气管通入预熔坩埚内；(2)通过通气管向预熔坩埚里的玻璃熔液中输进气体O2+CCl4，或O2+POCl2，或O2+SOCl2；(3)从预熔坩熔里取样测定荧光寿命；(4)当荧光寿命达到要求的标准后，通过流料管将预熔坩埚里的玻璃熔液直接灌进主熔炉内的带有密封盖的铂坩埚里，向铂坩埚里不间断地送入干燥气体熔炼后漏注成型所说的向铂坩埚里送入的干燥气体是O2，或N2，或Ar，或其它惰性气体如上述本发明的除水方法，当原料在预熔坩埚里熔化后，将预熔坩埚顶上加盖密封，并向玻璃熔液输进气体O2+CCl4，或O2+POCl2，或O2+SOCl2，在这预熔坩埚内的高温(温度高于900℃)情况下，输入上述气体中的氯Cl2与氢H2反应，使水H2O分解反应为当取样测定荧光寿命合乎要求的标准后，将预熔坩埚里的玻璃熔液直接通过流料管灌进主熔炉内的铂坩埚里继续熔炼所说的流料管是由预熔坩埚内通到铂坩埚里的一根管道通过这根流料管，将玻璃熔液从预熔坩埚里直接流进铂坩埚里，而且铂坩埚带密封盖在熔炼的过程中不间断地通入干燥气体进行保护，防止再次水气的侵蚀熔炼后，由铂坩埚直接漏注成型所以全部熔液状态时不与空气接触，防止了再次对水的吸收本发明的优点是上述本发明的除水方法可以看出是很简单有效的，双坩埚均加盖，双坩埚都通干燥气体，避免空气的影响；在预熔坩埚中用化学反应(RAP)法强化除水，将原料加入预熔坩埚中熔化成玻璃熔液后，放下顶盖、通入上述含有氯的气体鼓泡除水；取样测定荧光寿命，当达到标准后，通过流料管将玻璃熔液灌入铂坩埚中铂坩埚有盖密封，内部通干燥气体保护上述过程中经过在预熔坩埚里强化除水后，其余的熔炼全部过程不与空气接触，避免了再有水气的侵蚀所以采用本发明的除水方法后，不刻求使用的原料必须不含水，也不刻求环境的干燥状况在环境相对湿度比较大的情况下，也能生产出荧光寿命较长的磷酸盐激光玻璃上述本发明的除水方法可以应用于掺钕、掺铒、掺镱或掺其他激活离子的磷酸盐激光玻璃，或需要除水的非磷酸盐基质的激光玻璃，或红外玻璃，或其他功能玻璃实施例利用上述本发明的除水方法，用容积20L的预熔坩埚和铂坩埚已批量生产含水量低、高质量掺钕磷酸盐激光玻璃，主要原料用磷酸二氢盐(有的含结晶水)和P2O5；熔炼车间熔炼环境未采取任何去湿措施，当阴雨天，空气相对湿度可达90％时，配料时加入P2O5后因吸水粉料已变成粘稠状在这样不利的条件下，用本发明上述的除水方法生产的掺钕磷酸盐激光玻璃N3122(Nd2O32．2％)荧光寿命稳定在340μs以上，红外吸收系数约为1cm-1在同样条件下，采用在先技术的除水方法，玻璃的荧光寿命仅为240μs由此实施例充分证明了上述本发明的优点