本发明涉及光学元件，具体而言，涉及一种掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃及其制备方法。
背景技术：
1、熔石英玻璃在科学研究、工业发展和社会生产中应用广泛，其优越的光学透明度、热稳定性、化学稳定性和机械稳定性使其成为不可替代的材料，但高熔化温度和硬脆的特性导致传统的热成型制备技术和机加工困难，限制了熔石英玻璃的使用。3d打印制备熔石英玻璃在制造复杂形状零件方面的优势显著，近年来已成为制造熔石英玻璃零件的理想技术。3d打印制备玻璃主要聚焦于两个方向，直接增材制造方式在高温下对低熔点玻璃进行直接3d打印；间接增材制造技术通过打印熔石英玻璃前驱体，在对其进行脱脂和烧结两步热处理实现有机物的去除和sio2粉体的致密化以获得透明熔石英玻璃。但直接增材制造方式加工精度和表面质量较差，还需要进一步的后处理。
2、目前研究范围较广的间接增材制造熔石英玻璃方法主要有光固化成型法、墨水直写法和溶胶-凝胶法。相对于墨水直写法和溶胶-凝胶法，光固化成型法不需要干燥脱水，制备周期较短，而且光固化成型技术制备的玻璃成型精度高、表面质量好且机械性能优良，同时光固化成型技术的实际应用时间早，工艺成熟。光固化成型技术打印精度高、速度快、表面质量好，在制备流道结构、光学透镜和工艺品方面有较大的应用潜力。而熔石英玻璃零件不仅需要复杂的几何形状，还需具备多样的光学性能。利用金属离子掺杂可改变玻璃的光学吸收特性、光致发光特性以及光散射特性。金属元素中，过渡金属元素d轨道的电子态较为丰富，d-d跃迁的发射范围很广，因此有不同的用途。过渡金属元素cr、co掺杂的玻璃在集成光学器件、滤波片、可见光和近红外激光材料等领域有一定的应用。但在制备过程中，掺杂过渡金属元素的熔石英玻璃往往因元素浓度过大、脱脂和烧结热处理过程温度不合适等因素在热处理后有色熔石英玻璃出现开裂或严重析晶的问题，因此，亟需一种能够提升掺杂过渡金属元素熔石英玻璃的质量的方法。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：
2、现有的有色熔石英玻璃制备方法，往往因脱脂和烧结热处理过程温度不合适等因素导致有色熔石英玻璃出现开裂或严重析晶的问题。
3、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：
4、本发明提供了一种掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，包括如下步骤：
5、s1、配制光敏树脂，将sio2粉体分散在光敏树脂中，得到光敏浆料；
6、s2、使用光固化技术将光敏浆料打印形成三维玻璃生胚；
7、s3、对玻璃生胚进行热重与示差扫描量热测量试验，构建过程中的热重与示差扫描量热数据曲线；
8、s4、根据热重与示差扫描量热数据曲线确定脱脂条件，对玻璃生胚进行脱脂热处理；
9、s5、将脱脂件置于过渡金属离子溶液中进行离子掺杂，烘干；
10、s6、对掺杂后脱脂件进行热膨胀测试确定烧结条件，对掺杂后的脱脂件进行烧结处理，得到所述掺杂过渡金属离子的有色玻璃。
11、进一步地，s1中所述光敏树脂与sio2的质量比为47比53。
12、进一步地，s1中所述光敏树脂按质量份数包括：光敏单体100份、邻苯二甲酸二乙酯0.2份、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦0.5份和苏丹橙g 0.05份；
13、所述光敏单体按质量份数包括：丙烯酸羟乙酯60.8份、单体三乙二醇二丙烯酸酯8.3份和苯氧乙醇30.9份。
14、进一步地，s4中所述脱脂条件为：在空气气氛下采用程序升温的方式在220℃加热2小时、340℃加热4小时和600℃加热2小时。
15、进一步地，s4中所述脱脂热处理的具体过程为：在空气气氛下采用程序升温的方式，以24℃每小时升高至220℃，保温2小时后，温度以12℃每小时上升至340℃，保温4小时后，温度再以30℃每小时上升至600℃，保温2小时后，温度再以240℃每小时温度下降至常温。
16、进一步地，s5中过渡金属离子溶液为无机cr3+溶液或者无机co2+溶液。
17、进一步地，s5中所述无机cr3+溶液的浓度为0.0015～0.0025mol/l，所述无机co2+溶液的浓度为0.005～0.015mol/l。
18、进一步地，s5中进行离子掺杂的时间为2h。
19、进一步地，s6中所述烧结条件为：在800℃下烧结2小时以及在1280℃下烧结2小时。
20、本发明还提供一种掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃，所述有色熔石英玻璃采用上述技术方案任一项技术方案中所述方法制备得到。
21、相较于现有技术，本发明的有益效果是：
22、本发明提出了一种掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃及其制备方法，通过合理掺杂过渡金属元素，并在特定温度和时间下进行热处理，制备了能够过滤特定波长可见光的有色玻璃。通过实验证明，本发明得到的玻璃具有较好的光透过率，且弹性模量为68.38gpa，硬度为8.38gpa，相对密度大于99％，保持无定型状态，没有sio2晶体析出。
23、本发明方法不仅具有制备周期短、制品精度高、表面质量好等优点，还能通过掺杂不同浓度额种类的过渡金属离子调节玻璃对不同波段光的吸收能力；进一步调控玻璃的光学性能，扩展了其在光学器件等领域的应用。本发明的掺杂cr3+熔石英玻璃呈现绿色，对波长范围在435～492nm的青蓝光和622～760nm之间的红光吸收能力很强；掺杂co2+熔石英玻璃呈现蓝色，对波长范围在577～597nm的黄光和622～760nm的红光吸收能力很强。
1.一种掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s1中所述光敏树脂与sio2的质量比为47比53。
3.根据权利要求1所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s1中所述光敏树脂按质量份数包括：光敏单体100份、邻苯二甲酸二乙酯0.2份、二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦0.5份和苏丹橙g 0.05份；
4.根据权利要求1所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s4中所述脱脂条件为：在空气气氛下采用程序升温的方式在220℃加热2小时、340℃加热4小时和600℃加热2小时。
5.根据权利要求4所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s4中所述脱脂热处理的具体过程为：在空气气氛下采用程序升温的方式，以24℃每小时升高至220℃，保温2小时后，温度以12℃每小时上升至340℃，保温4小时后，温度再以30℃每小时上升至600℃，保温2小时后，温度再以240℃每小时温度下降至常温。
6.根据权利要求1所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s5中过渡金属离子溶液为无机cr3+溶液或者无机co2+溶液。
7.根据权利要求6所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s5中所述无机cr3+溶液的浓度为0.0015～0.0025mol/l，所述无机co2+溶液的浓度为0.005～0.015mol/l。
8.根据权利要求7所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s5中进行离子掺杂的时间为2h。
9.根据权利要求1所述的掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃的制备方法，其特征在于，s6中所述烧结条件为：在800℃下烧结2小时以及在1280℃下烧结2小时。
10.一种掺杂过渡金属离子的有色熔石英玻璃，其特征在于，所述有色熔石英玻璃采用上述权利要求1～9任一项权利要求中所述方法制备得到。
