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                      光學玻璃
                        發布時間:2011-8-16  閱讀:10149
                      詳細內容
                      中文名稱:光學玻璃
                      英文名稱:optical glass
                      定義:對折射率、色散、透射比、光譜透射率和光吸收等光學特性有特定要求,且光學性質均勻的玻璃。
                      應用學科:機械工程(一級學科);光學儀器(二級學科);光學儀器一般名詞(三級學科)

                            能改變光的傳播方向,并能改變紫外、可見或紅外光的相對光譜分布的玻璃。狹義的光學玻璃是指無色光學玻璃;廣義的光學玻璃還包括有色光學玻璃、激光玻璃、石英光學玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學玻璃、纖維光學玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學玻璃可用于制造光學儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等。由光學玻璃構成的部件是光學儀器中的關鍵性元件。

                      簡介  

                      optical glass

                        用于制造光學儀器機械系統的透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等的玻璃材料。包括無色光學玻璃(通常簡稱光學玻璃)、有色光學玻璃、耐輻射光學玻璃、防輻射玻璃和光學石英玻璃等。光學玻璃具有高度的透明性、化學及物理學(結構和性能)上的高度均勻性,具有特定和精確的光學常數。它可分為硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氟化物系化合物系列。品種繁多,主要按他們在折射率(nD)-阿貝值(VD)圖中的位置來分類。傳統上nD>1.60,VD>50和nD<1.60,VD>55的各類玻璃定為冕(K)玻璃,其余各類玻璃定為火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透鏡,火石玻璃凹透鏡。通常冕玻璃屬于含堿硼硅酸鹽體系,輕冕玻璃屬于鋁硅酸鹽體系,重冕玻璃及鋇火石玻璃屬于無堿硼硅酸鹽體系,絕大部分的火石玻璃屬于鉛鉀硅酸鹽體系。隨著光學玻璃的應用領域不斷拓寬,其品種在不斷擴大,其組成中幾乎包括周期表中的所有元素。

                        通過折射、反射、透過方式傳遞光線或通過吸收改變的強度或光譜分布的一種無機玻璃態材料。具有穩定的光學性質和高度光學均勻性。

                      按光學特性分類

                      無色光學玻璃

                        對光學常數有特定要求,具有可見區高透過、無選擇吸收著色等特點。按阿貝

                      數大小分為冕類和火石類玻璃,各類又按折射率高低分為若干種,并按折射率大小依次排列。多用作望遠鏡、顯微鏡、照相機等的透鏡、棱鏡、反射鏡等。

                      防輻照光學玻璃

                        對高能輻照有較大的吸收能力,有高鉛玻璃和CaO-B2O2系統玻璃,前者可防止γ射線X射線輻照,后者可吸收慢中子和熱中子,主要用于核工業、醫學領域等作為屏蔽和窺視窗口材料。

                      耐輻照光學玻璃

                        在一定的γ射線、X射線輻照下,可見區透過率變化較少,品種和牌號與無色光學玻璃相同,用于制造高能輻照下的光學儀器和窺視窗口。

                      有色光學玻璃

                        又稱濾光玻璃。對紫外、可見、紅外區特定波長有選擇吸收和透過性能,按光譜特性分為選擇性吸收型、截止型和中性灰3類;按著色機理分為離子著色、金屬膠體著色和硫硒化物著色3類,主要用于制造濾光器。

                      紫外和紅外光學玻璃

                        在紫外或紅外波段具有特定的光學常數和高透過率,用作紫外、紅外光學儀器或用作窗口材料。

                      光學石英玻璃

                        以二氧化硅為主要成分,具有耐高溫、膨脹系數低、機械強度高、化學性能好等

                      特點,用于制造對各種波段透過有特殊要求的棱鏡、透鏡、窗口和反射鏡等。此外,還有用于大規模集成電路制造的光掩膜板、液晶顯示器面板、影像光盤盤基薄板玻璃;光沿著磁力線方向通過玻璃時偏振面發生旋轉的磁光玻璃;光按一定方向通過傳輸超聲波的玻璃時,發生光的衍射、反射、匯聚或光頻移的聲光玻璃等。

                      按色散分類

                        按色散又分為兩類:色散較小的為冕類(K),色散較大的為火石類(F)。

                       、倜犷惞鈱W玻璃 分為氟冕(FK)、輕冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕 (ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、鋇冕(BaK)、鑭冕(LaK)、鈦冕(TiK)和特冕(TK)等。

                       、诨鹗惞鈱W玻璃 分為輕火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、鋇火石(BaF)、重鋇火石 (ZBaF)、鑭火石(LaF)、重鑭火石(ZLaF)、鈦火石(TiF)、冕火石(KF)和特種火石(TF)等。它們在折射率nd與色散系數v的關系圖像(見圖)中分布在不同的領域。

                      抗輻射玻璃

                        抗輻射玻璃 是廣義光學玻璃的一種。包括防輻射玻璃和耐輻射玻璃。

                      ①防輻射玻璃 主要是對 γ射線和X射線有較大吸收能力的玻璃。當γ射線或X射線進入防護玻璃時,由于玻璃內部產生光電效應、生成正負電子對,同時產生激發態和自由態電子,使射入的 γ射線或X射線能量減小,穿透力下降,起到了防護作用。

                        當防輻射玻璃的密度增加時,屏蔽能力也相應增加。防γ射線的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年來,已開始用密度為6.2~6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

                       、谀洼椛涔鈱W玻璃 主要指在γ射線作用下不易著色的光學玻璃。耐輻射光學玻璃牌號的命名,仍根據光學玻璃牌號,注明能耐輻射的倫琴數,例如,K509耐輻射光學玻璃的光學常數同K9,且能耐10倫琴劑量的γ射線。普通玻璃受高能射線輻射后產生自由電子,它與玻璃內部的缺位結合,形成色心。同時也可使原子核移位,破壞了正常的結構,也產生色心,使玻璃著色。

                        耐輻射光學玻璃中引入了CeO2,在高能γ射線輻照后,由于

                      式①,能俘獲電子,不使玻璃內部產生色心,且因Ce和Ce的吸收帶在紫外區。當CeO2含量過高時,在紫外、紅外的吸收帶延伸到可見光區,使可見光的藍色區域吸收增加,導致玻璃呈黃色。同時,也會因玻璃中其他成分的影響而加深顏色,所以CeO2的含量不能太高,在K509中CeO2的含量約為0.4%~0.5%,在K709中CeO2約為1%。

                      制作原料

                        以優質石英砂為主料。適當加入輔料。由于稀土具有高的折射率,低的色散和良好

                      的化學穩定性,可生產光學玻璃,用于制造高級照相機、攝像機、望遠鏡等高級光學儀器的鏡頭。例如一種含氧化鑭lao360%,氧化硼b2o340%的具有優良光學性質的鑭玻璃,是制造高級照相機的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的不可缺少的光學材料。另外,利用一些稀土元素的防輻射特性,可生產防輻射玻璃。

                      生產方法

                        生產光學玻璃的原料是一些氧化物、氫氧化物、硝酸鹽和碳酸鹽,并根據配方的要求,引入磷酸鹽或氟化物。為了保證玻璃的透明度,必須嚴格控制著色雜質的含量,如鐵、鉻、、、、鎳等。配料時要求準確稱量、均勻混合。主要的生產過程是熔煉、成型、退火和檢驗。

                       、偃蹮挕∮袉污釄彘g歇熔煉法和池窯(見)連續熔煉法。單坩堝熔煉法又可分為粘土坩堝熔煉法和鉑坩堝熔煉法。不論采用何種熔煉方式均需用攪拌器攪拌,并嚴格控制溫度和攪拌,使

                      玻璃液達到高度均勻。粘土坩堝能熔煉絕大部分冕玻璃和火石玻璃,成本低,且在玻璃的熔化溫度超過鉑的使用溫度時采用。鉑坩堝可熔煉質量較高、對粘土坩堝有嚴重侵蝕作用的玻璃,如重冕、重鋇火石、稀土玻璃和氟磷玻璃。鉑坩堝用電加熱,一般采用硅碳棒或硅鉬棒電爐。但制造析晶傾向大、要求迅速降溫以及對氣氛有一定要求的玻璃,則可采用高頻加熱。

                      稀土元素光學玻璃

                        三十年代出現了新的稀土元素光學玻璃,主要成分是鑭、釷、鉭的氧化物。稀土元素光學玻璃有很高的折射率,為光學鏡頭的設計開辟新的可能性。今日大孔徑鏡頭中多有鑭玻璃。釷玻璃因有放射性,已停止生產。 無鉛光學玻璃

                        無鉛光學玻璃不含鉛、砷,以N標志。

                        光學玻璃分類

                        化學成分和光學性質相近的玻璃,在阿貝圖上也分布在相鄰的位置。肖特玻璃廠的阿貝圖有一組直線和曲線,將阿貝圖分成許多區,將光學玻璃分類;列如冕牌玻璃K5、K7、K10在K區,燧石玻璃F2、F4、F5在F區。玻璃名稱中的符號:

                        F 代表燧石

                        K 代表冕牌

                        B 代表硼

                        BA 代表鋇

                        LA 代表鑭

                        N 代表無鉛

                        P 代表磷

                        光學玻璃的物理參數

                        Vd阿貝數 四位有效數字

                        nd折射率 七位有效數字

                        Ve 四位有效數字

                        ne 七位有效數字

                        玻璃的密度. 四位有效數字

                        玻璃的透明度.四位有效數字

                        折射率隨著溫度變化的系數 三位有效數字

                        國際玻璃碼

                        國際玻璃碼用九位數字表示,形式為:xxxxxx.xxx;

                        頭三位數字代表折射率nd小數點后頭三位數。

                        下三位數字代表阿貝數Vd頭三位數,不計小數點。

                        小數點后的三位數代表玻璃的密度,不計小數點

                        例如K10玻璃

                        nd=1.50137 小數點后頭三位數=501

                        Vd=56.41 頭三位數,不計小數點=564

                        密度=2.52;不計小數點=252

                        K10 的國際玻璃碼是501564.252




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