玻璃材料知識(shí)

1、光學(xué)冷加工工藝基礎(chǔ)培訓(xùn),——光學(xué)玻璃材料篇,光學(xué)材料分類,光學(xué)材料包括光學(xué)玻璃、普通夾板玻璃、特殊玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料和偏振材料。其中最常用的是光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料。,光學(xué)玻璃,光學(xué)玻璃是由硅、硼、磷、鉛、鉀、鈉、鋇、砷、鋁等多種氧化物在高溫下形成的復(fù)雜的鹽熔體；經(jīng)過冷卻得到各向同性的無定形物體。而大多數(shù)的光學(xué)玻璃是以二氧化硅為主要成份的硅酸鹽玻璃。光學(xué)玻璃的熔煉過程為：爐料→硅酸鹽的形成（800～900℃）→玻璃的形成

2、（1000 ～1250℃） →澄清→均勻化→冷卻→成型→退火（400 ～600℃ ）→型料 光學(xué)玻璃包括無色光學(xué)玻璃、有色光學(xué)玻璃和特種光學(xué)玻璃 。,無色光學(xué)玻璃的分類和化學(xué)成分,無色光學(xué)玻璃按色散系數(shù)大小分為冕牌和火石兩大類，各以K和F表示?；鹗ＡУ摩蚫50。每類玻璃中根據(jù)比重大小分為重冕(ZK)、輕冕(QK)、重火石(ZF)、輕火石(QF)。根據(jù)含有氟、磷、鋇、鑭、鈦等的化合物而分為氟冕(FK)、磷冕(PK)、鋇冕(Ba

3、K)、鑭冕(LaK)、特冕(TK)、鋇火石(BaF)、鑭火石(LaF)、重鋇火石(ZLaF)、鈦火石(TiF)、和特種火石(TF)。,無色光學(xué)玻璃的分類,無色光學(xué)玻璃的命名,每種光學(xué)玻璃牌號(hào)按其所屬玻璃類別名稱的代號(hào)再加序號(hào)組成。此外，還用六位數(shù)字作代碼來表征每個(gè)牌號(hào)，其中前三個(gè)數(shù)字表示該牌號(hào)玻璃折射率小數(shù)點(diǎn)后頭三位數(shù)，后三位數(shù)字表示該牌號(hào)玻璃阿貝數(shù)。例如K9，nd=1.51680，vd=64.20，可表示為K9—517642。對(duì)無鉛

4、、砷、鎘及其它放射性元素的玻璃牌號(hào)，用“H-”作為前綴來表示。,光學(xué)性能——折射率,光學(xué)下班折射率按下列譜線，給出5位小數(shù)的折射率：,光學(xué)性能——色散,中部色散用nF- nC或nF′- nC′表示，色散系數(shù)（即阿貝數(shù)）vd定義如下：vd=（nd-1）/（nF-nC）還列出ve為：ve=（ne-1）/（nF′-nC′）,光學(xué)性能——應(yīng)力光學(xué)系數(shù)B,玻璃中的機(jī)械應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致光產(chǎn)生雙折射，應(yīng)力光學(xué)系數(shù)表示有效應(yīng)力與應(yīng)力雙折射產(chǎn)生的光程差之

5、間的關(guān)系：δ=B·d · F式中： δ——光程差，nm； B——應(yīng)力光學(xué)系數(shù)，/Pa； d——光在玻璃中通過的路程，cm； F——施壓應(yīng)力，Pa。,光學(xué)性能——內(nèi)透射比τ,內(nèi)透射比為試樣表面不存在光反射損失時(shí)的透射比。按GB/T 7962.12所規(guī)定的方法測(cè)量。數(shù)據(jù)表中給出了各種牌號(hào)玻璃5mm、10mm厚的不同波長內(nèi)透射比值。,光

6、學(xué)性能——著色度（λ80/λ5）,光學(xué)玻璃透射光譜特性用著色度（ λ80/λ5）表示，按以下方法確定： 樣品厚度10mm±0.1mm， λ80是玻璃透射比達(dá)到80%時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長， λ5是玻璃透射比達(dá)到5%時(shí)對(duì)應(yīng)的波長，并以10nm為單位表示。例如：玻璃透射比達(dá)到80%所對(duì)應(yīng)的波長為368nm，玻璃透射比達(dá)到5%所對(duì)應(yīng)的波長為313nm，著色度λ80/λ5為37/31,化學(xué)性能——抗潮濕大氣作用穩(wěn)定性

7、 RC（S）（表面法）,根據(jù)對(duì)潮濕大氣作用的穩(wěn)定性，分為三級(jí)：1級(jí)—在溫度50℃，相對(duì)濕度80%的條件下，玻璃拋光表面形成水解斑點(diǎn)的時(shí)間超過20H；2級(jí)—在相同試驗(yàn)條件下，形成水解斑點(diǎn)的時(shí)間在5～20H之間；3級(jí)—在相同試驗(yàn)條件下，形成水解斑點(diǎn)的時(shí)間不到5H；,化學(xué)性能——抗酸作用穩(wěn)定性 RA（S）（表面法）,根據(jù)對(duì)酸溶液作

8、用的穩(wěn)定性，分為三級(jí)：1—在0.1N、50℃的醋酸溶液作用下，玻璃拋光表面的破壞深度達(dá)135nm的時(shí)間超過5H；2—在相同試驗(yàn)條件下，破壞深度達(dá)135nm的時(shí)間在1～5H；3—在相同試驗(yàn)條件下，破壞深度達(dá)135nm的時(shí)間不到1H；,化學(xué)性能——耐水作用穩(wěn)定性 DW（粉末法）,在白金筐中裝入相當(dāng)于比重的質(zhì)量的粉末玻璃（粒度425～600μm），將之浸漬在裝有80ml純水（PH

9、=6.5 ～7.5）的石英玻璃制圓底燒瓶內(nèi)，在沸騰的燒杯中處理60分鐘，根據(jù)其質(zhì)量減（%）分類成下表所示的等級(jí)：,化學(xué)性能——耐酸作用穩(wěn)定性 DA（粉末法）,與DW的測(cè)定方法相同，在燒瓶內(nèi)裝入0.01mol/l的硝酸水溶液進(jìn)行處理，根據(jù)其質(zhì)量減（%）分類成下表所示的等級(jí)。,化學(xué)性能——耐堿作用穩(wěn)定性AR 耐磷酸鹽作用穩(wěn)定性PR,耐堿

10、性表示光學(xué)玻璃在接觸溫?zé)岬膲A性液體（如研磨粉）時(shí)的敏感性；耐磷酸鹽性則描述了光學(xué)玻璃在接觸含磷酸鹽的清洗溶液（如洗滌劑）時(shí)的反應(yīng)情況。耐堿性級(jí)別AR是基于在一定的堿性溶液環(huán)境下（氫氧化鈉，c=0.01mol/l，PH=12）腐蝕掉0.1μm表層厚度所需的時(shí)間來劃分的，測(cè)試溫度50℃。耐磷酸鹽性級(jí)別PR是基于在一定的磷酸鹽溶液環(huán)境下（Na5P3O10，c=0.01mol/l，PH=10）腐蝕掉0.1μm表層厚度所需的時(shí)間來劃分的，測(cè)

11、試溫度50℃。,機(jī)械性能——相對(duì)研磨硬度Fa,相對(duì)研磨硬度是指同等研磨條件下，被測(cè)玻璃相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)玻璃K9的研磨硬度。測(cè)量方法按GB/T 7962.19規(guī)定的方法進(jìn)行，測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)玻璃K9樣品的研磨量（體積V0）與被測(cè)玻璃試樣的研磨量（體積V），其比值Fa即為被測(cè)玻璃的相對(duì)研磨硬度。 Fa=V0/V=(W0/ρ0)/(W/ρ)式中：W0、W—分別為標(biāo)準(zhǔn)玻璃K9樣品和被測(cè)玻璃試樣研磨

12、 重量損失，g；ρ0、ρ—分別為標(biāo)準(zhǔn)玻璃K9和被測(cè)玻璃的比重，g/cm3,機(jī)械性能——磨耗度FA,將測(cè)定面積為9cm2的試樣水平地固定在每分鐘旋轉(zhuǎn)60次的鑄鐵制平面盤的距中心80mm的規(guī)定位置上，同樣供給5分鐘由10g平均粒徑為20μm的鋁磨粒添加20ml水制成的研磨液，施加9.807N的荷重進(jìn)行研磨。 FA= m/d/（ m0/d0）×100式中：m 、m0—m為稱量研磨前后的試

13、樣質(zhì)量求損耗質(zhì)量； m0為測(cè)定日本光學(xué)玻璃工業(yè)會(huì)指定的標(biāo)準(zhǔn)試樣（BSC7）的損耗質(zhì)量；d、 d0 —d為試樣的比重，d0為標(biāo)準(zhǔn)試樣（BSC7）的比重,無色光學(xué)玻璃的質(zhì)量指標(biāo),ΔndΔνd均勻性雙折射光吸收系數(shù)條紋度氣泡度,質(zhì)量指標(biāo)——Δnd和Δνd,折射率nd和阿貝數(shù)νd與標(biāo)準(zhǔn)的允許偏差分為6類，具體見下表根據(jù)同一批玻璃中，折射率和阿貝數(shù)的最大差值，玻璃的一致性按下表分成4級(jí),質(zhì)量指標(biāo)——光學(xué)均勻性,1、尺寸小于1

14、50mm的玻璃毛坯 尺寸小于150mm的玻璃毛坯的光學(xué)均勻性按GB/T 7962.2規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，該方法是根據(jù)放在平行光管光束中的玻璃試樣引起該裝置分辨率的變化而規(guī)定的。如果平行光管給出具有理論分辨率α0的象，而當(dāng)玻璃試樣放入后，分辨率增至α，那么玻璃的不均勻性可用其比值α/ α0來表示，分為4級(jí)，見下表,質(zhì)量指標(biāo)——光學(xué)均勻性,2、尺寸大于150mm的玻璃毛坯 尺寸大于150mm的玻璃毛坯的光學(xué)均勻性以一

15、塊玻璃中各部分折射率偏差最大值Δnmax來表示，按GB/T 7962.4規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，分為4級(jí)，見下表,質(zhì)量指標(biāo)——應(yīng)力雙折射,1、中部應(yīng)力 玻璃毛坯應(yīng)力雙折射以最長邊中部單位長度上的光程差δ表示，按GB/T 7962.5規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，分為5級(jí)，見下表2、邊緣應(yīng)力 玻璃毛坯應(yīng)力雙折射以其距邊緣5%直徑或邊長處單位厚度上的光程差δ表示，按GB/T 7962.6規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，分

16、為5級(jí)，見下表,質(zhì)量指標(biāo)——條紋度,條紋用點(diǎn)光源和透鏡組成的條紋檢查儀，從最容易看見條紋的方向上，與標(biāo)準(zhǔn)試樣作比較檢查，分為,質(zhì)量指標(biāo)——?dú)馀荻?玻璃的氣泡度類別根據(jù)其直徑或最大邊長及所含最大氣泡的直徑，分為0、1、2共3類；再根據(jù)第100cm2玻璃內(nèi)允許含有氣泡的總截面積來確定，分為7級(jí)，具體見下表,質(zhì)量指標(biāo)——光吸收系數(shù),光吸收系數(shù)是用球形光度計(jì)按GB/T 7962.9規(guī)定的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，玻璃光吸收系數(shù)等于1cm光路上被玻璃吸收