光學材料

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                                  一、  玻璃的定義

不論化學成分和固化溫度范圍如何,一切由熔體過冷卻所得的無定形體,由于黏度逐漸增加而具有固體的機械性質的,均成為玻璃。而且由液態變為玻璃態的過程應當是可逆的。

                                  二、  玻璃的分類

今天主要圍繞無色光學玻璃進行加工,因此主要介紹無色光學玻璃。

1.無色光學玻璃分類

根據各種玻璃材料的光學常數,即折射率nd、色散系數vd的不同分成了不同的玻璃牌號,每一種牌號在nd-vd圖上都各占有各自的位置,如圖:

                                                

                                                                                       光學玻璃領域圖

根據位置區域和玻璃的組成,將無色光學分成了16類,見下表:

玻璃類別名稱

代號

玻璃類別名稱

代號

輕冕玻璃

QK

輕火石玻璃

QF

冕玻璃

K

火石玻璃

F

磷冕玻璃

PK

鋇火石玻璃

BaF

鋇冕玻璃

BaK

重鋇火石玻璃

ZBaF

重冕玻璃

ZK

鑭火石玻璃

LaF

鑭冕玻璃

LaK

重鑭火石玻璃

ZLaF

冕火石玻璃

KF

重火石玻璃

ZF

   

鈦火石玻璃

TiF

   

特種火石玻璃

TF

說明:以上分類系我國光明集團玻璃材料牌號分類表,根據國家、企業的不同,各公司牌號分類各不相同,但各公司大部分玻璃材料參數可以對應,如下表為成都光明與日本豪雅玻璃牌號對照表:

成都光明牌號

日本豪雅牌號

 

成都光明牌號

日本豪雅牌號

QK

FC

QF

FL

K

C

F

F

BaK

BAC

BaF

BAF

ZK

BACD

ZBaF

BAFD

LaK

LAC

LaF

NBFD   TAF

   

ZLaF

TAFD

   

ZF

FD

2.無色光學玻璃質量指標

無色光學玻璃按下列各項質量指標分類和分級:

  折射率、中部色散與標準數值的允許差值,同一批玻璃中折射率和中部色散的一致性,光學均勻性,應力雙折射,光吸收系數,條紋度,氣泡度。例如:

    根據折射率nd和阿貝系數vd與標準數值的允許差值,光學玻璃分為三級見表。

級別    

折射率允許偏差Δnd

 

級別

阿貝數允許偏差Δvd%

1

±30×10-5

 

1

±0.5

2

±50×10-5

 

2

±0.8

3

±100×10-5

 

3

±1.0

3.光學玻璃的化學穩定性

玻璃抵抗潮濕空氣、水、酸、堿、鹽的侵蝕能力,稱為玻璃的化學穩定性,目前我司使用較多的指標是耐酸性和耐水性

a.  耐酸性

采用粉末法測試耐酸作用穩定性Da:

按GB/T17192的測試方法,根據下式計算

Da=(B-C)/(B-A)×100

式中:Da      玻璃浸出百分數,%

      B       過濾器和試樣的質量,g

      C       過濾器和浸出后試樣的質量,g

      A       過濾器質量,g

由計算得出的浸出百分數,將光學玻璃耐酸作用穩定性分為6類,如下表:

類別

1

2

3

4

5

6

浸出百分數(Da)

<0.20

0.20-0.35

>0.35-0.65

>0.65-1.20

>1.2-1.22

>2.2

b.  耐水性

采用粉末法測試耐水作用穩定性Dw:

按GB/T17192的測試方法,根據下式計算

Dw=(B-C)/(B-A)×100

式中:Dw      玻璃浸出百分數,%

      B       過濾器和試樣的質量,g

      C       過濾器和浸出后試樣的質量,g

      A       過濾器質量,g

由計算得出的浸出百分數,將光學玻璃耐酸作用穩定性分為6類,如下表:

類別

1

2

3

4

5

6

浸出百分數(Dw)

<0.04

0.04-0.1

>0.1-0.25

>0.25-0.6

>0.6-1.1

>1.1

4.光學玻璃的機械性能

光學玻璃的機械性能包含:光學玻璃的密度;光學玻璃的硬度;光學玻璃的脆性;光學玻璃的抗張強度,抗壓強度;光學玻璃的彈性等。我司在工藝上主要關心光學玻璃的硬度。

光學玻璃的硬度可以用顯微硬度和相對研磨硬度來表示,相對研磨硬度在日本、臺灣企業又稱之為“磨耗度”

相對研磨硬度指同等研磨條件下,被測玻璃相對于標準玻璃K9的研磨硬度。測量方法按GB/T7962.19規定的方法進行,測出標準玻璃K9樣品的研磨量(體積V0)與被測玻璃試樣的研磨量(體積V),其比值Fa即為被測玻璃的相對研磨硬度。

Fa=V0/V=(W0/ρ0)/(W/ρ)

式中:W0、W分別為標準玻璃和被測玻璃研磨重量損失,ρ為密度。

磨耗度=相對研磨硬度×100

以上耐酸性、耐水性、磨耗度等指標在作業標準書上均有標注,表征玻璃材料的加工特性。需認真理解。

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