无色光学玻璃

无色光学玻璃 140121214 刘立巍 摘要:无色光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分，其构成的部件是光学仪器中的关键性元件。主要分为冕玻璃和火石玻璃，对其性能的衡量主要是在光学性能，化学性能，热性能和机械性能方面。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。在实际的生活中更是有着广泛的应用。 关键词:光学玻璃;色散;稳定性;制备;应用; 前言:我们的生活离不开玻璃，玻璃最初由火山喷出的酸性岩凝固而得，约公元前3700年前，古埃及人已制出玻璃装饰品和简单玻璃器皿，当时只有有色玻璃。而在日常生活中我们所接触的也都基本上为有色玻璃，其实还存在一类我们所不熟知但却对我们的生活有着巨大影响的玻璃----无色光学玻璃 一 无色光学玻璃的种类 无色光学玻璃主要分为冕玻璃和火石玻璃器具体分类如下: 系列 玻璃类别名称 代号 牌号 代号 常 冕玻璃 K 轻冕玻璃 QK 用 氟冕玻璃 FK 轻火石玻璃 QF 无 磷冕玻璃 PK 火石玻璃 F 色 钡冕玻璃 BaK 钡火石玻璃 BaF 光 重冕玻璃 ZK 重钡火石玻璃 Z Ba F 学 镧冕玻璃 LaK 重火石玻璃 ZF 玻 冕火石玻璃 KF 镧火石玻璃 LaF 璃 重镧火石玻璃 Z La F 特冕玻璃 TK 钛火石玻璃 TiF 特种火石玻璃 TF 二 无色光学玻璃的性能 1 光学性能 光学性能即折射率，色散系数等，是光学玻璃最重要的光学常数。 1.1折射率 折射率是用波长587.6nm的黄色光为基准测得的，是决定镜片屈光度的常数之一。 每个牌号的光学玻璃均按 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 所列的12条光谱线给出5位小数的折射率,这些谱线折射率的精密测量按GB/T 7962.11测试方法进行，其测量精度为?3?10 光谱线 元素 波长(rm) 光谱线 元素 波长(rm) 汞紫外线i Hg 365.01 氦黄线d He 587.56 汞紫线h Hg 404.66 钠黄线D Na 589.29 汞蓝线g Hg 435.84 氦氖激光线 He-Ne 632.80 镉蓝线F′ Cd 479.99 镉红线C′ Cd 643.85 氢蓝线F H 486.13 氢红线C H 656.27 汞绿线e Hg 546.07 氦红线r He 706.52 1.2 色散 色散系数是衡量镜片成像清晰度的重要指标，通常用色散系数的倒数，亦称阿贝数来表示。阿贝数越大，色散就越小，反之，阿贝数越小，则色散就越大，其成像的清晰度就越差。透光率是视物清晰度的重要指标，无色光学玻璃对可见光的透光率应在92%以上。透光率越高，视物就越清晰。 1.2.1色散公式 在365,706.5nm光谱范围内，如果还需知道另外一些波长的折射率，可由下列色散公式算出: n2=A0+A1λ2+A2λ-2+A3λ-4+A4λ-6+A5λ-8 式中:A0,A5—计算常数(随玻璃牌号而变，分别列入各牌号性能数据表中); λ—波长，μm;n为所求折射率，n计算精度:在400nm,706.5nm范围内为?3?10-6;在365nm,400nm范围内为?5?10-6。 2 化学性能 光学玻璃元件在制造和使用过程中，其抛光表面抵抗各种侵蚀性介质作用的能力称为光学玻璃的化学稳定性。 2.1抗潮湿大气作用稳定性RC(S) (表面法) 根据对潮湿大气作用的稳定性，分为三级: 1级—在温度50?，相对湿度80%下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间超过20h; 2级—在相同试验条件下，形成水解斑点的时间在5h,20h之间; 3级--在相同试验条件下，形成水解斑点的时间不到5h。 2.2抗酸作用稳定性RA(S)(表面法) 根据对酸溶液作用的稳定性，分为三级: 1—在0.1N温度50?的醋酸作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间超过5h; 2—在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间在1h,5h; 3--在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间不到1h。 2.3耐水作用稳定性DW(粉末法) 按GB/T 17129的测试方法，根据下式计算: Dw=(B-C)/(B-A)?100 式中:Dw 玻璃浸出百分数，%;B 过滤器和试样的质量，g; C 过滤器和浸出后试样的质量，g;A 过滤器质量，g。 由计算得出的浸出百分数，将光学玻璃耐水作用稳定性DW分为6类。 类别 1 2 3 4 5 6 浸出百分<0.04 0.04,>0.10,>0.25,>0.60,>1.10 数(DW) 0.10 0.25 0.60 1.10 2.4耐酸作用稳定性DA 按GB/T 17129的测试方法，根据下式计算: DA=(B-C)/(B-A)?100 式中:DA 玻璃浸出百分数 B 过滤器和试样的质量，g;C 过滤器和浸出后试样的质量，g;A 过滤器质量，g。 由计算得出的浸出百分数，将光学玻璃耐酸作用稳定性DA分为6类。 6 类 别 1 2 3 4 5 浸出百分<0.02 0.20,>0.35,>0.65,>1.20,>2.20 数(DA) 0.35 0.65 1.20 2.20 3热性能 3.1热膨胀系数α 玻璃热膨胀系数是指一定温度范围内温度升高1?时玻璃每单位长度的伸长量。 按GB/T 7962.16规定的方法进行测量，试验测出的是玻璃的平均热膨胀系数，见图2。数据表中给出了+20?,+120?和+100?,+300?的平均热膨胀系数。 3.2转变温度Tg 光学玻璃在某一温度区间会逐渐由固态转变成可塑态。其转变温度Tg是指玻璃试样从室温升温至驰垂温度TS，其低温区域和高温区域伸长直线部分延长相交的交点所对应的温度，见图2。按GB/T 7962.16规定的方法进行测量。 4 机械性能 杨氏模量E、剪切模量G和泊松比μ 光学玻璃杨氏模量、剪切模量和泊松比按下列公式计算: 1222;; μ,E/2G-1G,V，ρE,(4G,3G，V，ρ)/(G,V，ρ)S11 E—杨氏模量,Pa;G—剪切模量,Pa;μ—泊松比; V l — 纵波速度;Vs—横波速度;ρ—玻璃密度,g/cm3。 knoop硬度 HK Knoop硬度按GB/T 7962.21规定的测试方法测量。该方法采用对称棱角为172?30′和130?的四角锥金钢石压头，给其施加一定负荷垂直压在试样上，保持一定时间后，撤去负荷，用显微镜观察并测量试样上压痕长对角线的长度，按下列公式计算Knoop硬度: H = F/(0.07028?L2) 式中: K HF—负荷，N;L—压痕长对角线的长度,m;Knoop硬度,Pa。 K 磨耗度FA 磨耗度是指:将试样压紧在旋转圆盘上，边加磨料边研磨，在相同条件下，试样的磨损减少量与标准试样的磨损减少量(体积)之比，乘以100后所得的数值，可用公式表示如下: WρFA =(W/ρ)/(/)?100 OO 式中: WFA:磨耗度;W:试样的磨损减少质量，g;:标准试样的磨损减少质量，g; O ρρ:试样的密度，g/cm3;:标准试样的密度g/cm3。 O 密度ρ 光学玻璃的密度指20?以下单位体积的质量。光学玻璃的密度按GB/T 7962.20规定的方法进行测量。单位以g/cm3表示。 三 无色光学玻璃的制备 生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐,并根据配方的要求,引入磷酸盐或氟化物。为了保证玻璃的透明度，必须严格控制着色杂质的含量，如铁、铬、铜、锰、钴、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。 ?熔炼 有单坩埚间歇熔炼法和池窑(见窑)连续熔炼法。单坩埚熔炼法又可分为粘土坩埚熔炼法和铂坩埚熔炼法。不论采用何种熔炼方式均需用搅拌器搅拌，并严格控制温度和搅拌，使光学玻璃玻璃液达到高度均匀。粘土坩埚能熔炼绝大部分冕玻璃和火石玻璃，成本低，且在玻璃的熔化温度超过铂的使用温度时采用。铂坩埚可熔炼质量较高、对粘土坩埚有严 重侵蚀作用的玻璃，如重冕、重钡火石、稀土玻璃和氟磷玻璃。铂坩埚用电加热，一般采用硅碳棒或硅钼棒电炉。但制造析晶倾向大、要求迅速降温以及对气氛有一 定要求的玻璃，则可采用高频加热。 60年代以来，各国相继采用内衬铂的连续池窑熔炼，使光学玻璃的产量大大提高，质量也好，这是目前光学玻璃生产工艺发展的主要趋势。 ?成型 光学玻璃的成型法有古典破埚法、滚压法和浇注法，但目前越来越广泛地采用漏料成型(用单坩埚或连熔流出料液)，能直接拉棒或滴料压型或漏料成型大尺寸的毛坯，提高料滴利用率和成品率。 ?退火 为了最大限度地消除玻璃的内应力，提高光学均匀性，必须制定严格的退火 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ，进行精密退火。 ?检验 测定的指标有:光学常数、光学均匀度、应力双折射、条纹、气泡等。 四 无色光学玻璃的应用 防辐照光学玻璃 对高能辐照有较大的吸收能力，有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃，前者可防止γ射线和X射线辐照，后者可吸收慢中子和热中子，主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。 耐辐照光学玻璃 在一定的γ射线、X射线辐照下，可见区透过率变化较少，品种和牌号与无色光学玻璃相同，用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。 有色光学玻璃 又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能，按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类;按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类，主要用于制造滤光器。 紫外和红外光学玻璃 在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率，用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。 光学石英玻璃 以二氧化硅为主要成分，具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等特点，用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外，还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄 板玻璃;光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃;光按一定方向通过传输超声波的玻璃时，发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。 冕玻璃 不含氧化铅、折射率低、色散值不大的光学玻璃。轻质的的含有氧化钡10%左右。重质的含有氧化钡44%左右。磷质的含有五氧化二磷70%左右。 用于制显微镜、望远镜、照相机和瞄准器等光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜等。与燧石玻璃合用，可消除透镜的像差和色差。 火石玻璃 火石玻璃主要用于光学仪器工业，磨制各种透镜和棱镜，在玉石行业中，火石玻璃的高折射率和大色散非常有用，用它磨成的假玉石不仅特别光亮，而且因色散大会从玉石内反射出五颜六色的彩色闪光。此外，用火石玻璃制造工艺品也是非常合适的。 参考文献 [1]蒋亚思 光学玻璃进展 2010-02-20 [2]王耀祥 光学玻璃的发展及其应用 2005-09-10 [3]徐泽 光学玻璃强化工艺及机理研究 2010-06-19 [4]蒋亚丝 光学玻璃进展 2010-04-20 [5]贾循德 光学玻璃的现状与发展 1989-05-01