Ge-Se 硫系玻璃的光学性能与特征温度研究

Ge-Se 硫系玻璃的光学性能与特征温度研究

坚增运;贾婷婷;许军锋;薛改勤;朱满;常芳娥

【摘要】In order to determine the relationship between the composition and glass transition temperature of the metal melt,solve the problem of the amorphous formation ability of metal and the accurate design of the amorphous material components,the optical properties and characteristic temperature of Ge-Se chalcogenide glass were studied.The samples of good compactness of GeSe4 and GeSe8 glass were prepared by the method of the melt-quenched.By the Fourier transform infrared spectrometry,the infrared transmittance of the sample was measured.The refractive index n of the two samples was calculated by the approximate linear relation equation.With the method of differential scanning thermal analysis,the glass transition temperature T g of the sample was measured.The dynamics ideal glass transition temperature T 0g of the specimen was fitted by VFT equation.The results show:The infrared transmittance is about 60%,indicating that the infrared performance is good.The ref ractive index of the GeSe4 and GeSe8 sample in 3 μm and 10 μm are respectively 2.558 5 and 2.463 0,2.599 4 and 2.481 8.The glass transition temperature T g and the dynamics ideal glass transition temperature T 0g of the sample were respectively 161.33 ℃ an d

98.99 ℃,161.33 ℃ and 98.99 ℃.%为了确定金属熔体玻璃化转变温度与成分之间的关系，解决金属非晶形成能力和非晶材料成分准确设计的问题，对 Ge-Se 硫系玻璃的光学性能与特征温度进行了研究．通过熔融-淬冷的方法制备出致密性良

好的 GeSe4和 GeSe8玻璃试样，利用傅里叶变换红外光谱测定了试样的红外透过率，通过近似关系式计算出这两种试样的折射率 n，采用差示扫描热分析方法获得该材料的玻璃转变温度 T g ，根据 VFT 方程拟合法来确定试样的动力学理想玻璃化转变温度 T 0g ．研究结果表明：试样在2～15μm 波长范围内的红外透过率在60％左右，红外透过性能良好．GeSe4试样和 GeSe8试样在3μm 和10μm 处的折射率分别为2．5585和2．4630、2．5944和2．4818．测定该红外玻璃的实际玻璃转化温度 T g 和动力学理想玻璃化转变温度T 0g 分别为161．33℃和98．99℃，147．85℃和75．76℃．

【期刊名称】《西安工业大学学报》

【年(卷),期】2016(036)002

【总页数】6页(P149-154)

【关键词】硫系玻璃;透过率;折射率;玻璃转变温度

【作者】坚增运;贾婷婷;许军锋;薛改勤;朱满;常芳娥

【作者单位】西安工业大学材料与化工学院，西安 710021;西安工业大学材料与化工学院，西安 710021;西安工业大学材料与化工学院，西安 710021;西安工业大学材料与化工学院，西安 710021;西安工业大学材料与化工学院，西安710021;西安工业大学材料与化工学院，西安 710021

【正文语种】中文

【中图分类】TN213

硫系玻璃是一种以硫族元素（S、Se、Te，除O外）为主要组分，同时混合引入一些其他金属元素（Ge、Si、As、Sb等）而形成的一种红外光学玻璃［1-3］.与

传统的光学玻璃锗比较，硫系玻璃中锗元素的含量较前者要少许多，因此其更适用于低成本的红外热成像探测系统的生产［4］.硫系玻璃还具有较小的折射率温度系数、较小的热差系数、较宽的红外光谱透过特性、适合模压成型和大口径制备（最大直径可达140 mm以上）等特点［5］.因此，自20世纪50年代以来，它已成为可应用于红外热像仪光学镜头的理想候选材料，在军用战舰导航、民用车载夜视和星际探测等领域得到了广泛的应用［6-9］.

目前，确定实际玻璃化转变温度Tg和动力学理想玻璃化转变温度T0g的常用方法有实验测定法和计算机模拟法［10-12］，但前提条件是凝固后的熔体必须形成非晶体.前期的研究工作中，由于受到非晶形成能力的影响，研究者们主要采用实验法研究了多元硫系玻璃（如：Ge-Ga-S、Ge33As12Se55、Ge-As-Ga-S、Ga-La-S、Ge-S-I和Ge-As-Se）的特性［13-15］，运用计算机模拟法对二元红外玻璃的光学性能等进行了模拟分析.虽然通过计算机模拟法可以得到形成非晶体的冷速，但该方法使用时要知道相应的势函数，而目前已知的势函数只有一些特定成分纯金属和少数合金的.所以，模拟法和实验法都有局限性，造成的结果就是人们只能获得个别多元合金和纯金属Tg、T0g的计算机模拟值及实验值，绝大部分合金的Tg和T0g是不确定的.如果能得到金属熔体的特征温度，就可以解决目前方法因不能对常用合金的Tg和T0g进行确定，而无法对硫系玻璃的成分和熔炼工艺进行准确设计和有效控制的问题.因此，文中选取二元Ge-Se硫系玻璃作为研究对象，通过对其光学性能研究，解决金属非晶形成能力和非晶材料成分准确设计的问题；通过特征温度的确定，来完善计算机模拟方法所造成的局限性，建立起金属熔体玻璃化转变的特征温度与熔体成分之间的定量关系，进而完善二元硫系玻璃的熔炼工艺.

1.1 玻璃试样的制备

实验所选原料为块状的高纯锗（99.999%）和硒（99.99%）.挑选无杂质、无裂纹