玻璃材料知識

1、光學冷加工工藝基礎培訓,——光學玻璃材料篇,光學材料分類,光學材料包括光學玻璃、普通夾板玻璃、特殊玻璃、光學晶體、光學塑料和偏振材料。其中最常用的是光學玻璃、光學晶體、光學塑料。,光學玻璃,光學玻璃是由硅、硼、磷、鉛、鉀、鈉、鋇、砷、鋁等多種氧化物在高溫下形成的復雜的鹽熔體；經過冷卻得到各向同性的無定形物體。而大多數的光學玻璃是以二氧化硅為主要成份的硅酸鹽玻璃。光學玻璃的熔煉過程為：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 光學玻璃包括無色光學玻璃、有色光學玻璃和特種光學玻璃 。,無色光學玻璃的分類和化學成分,無色光學玻璃按色散系數大小分為冕牌和火石兩大類，各以K和F表示?；鹗ＡУ摩蚫50。每類玻璃中根據比重大小分為重冕(ZK)、輕冕(QK)、重火石(ZF)、輕火石(QF)。根據含有氟、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)。,無色光學玻璃的分類,無色光學玻璃的命名,每種光學玻璃牌號按其所屬玻璃類別名稱的代號再加序號組成。此外，還用六位數字作代碼來表征每個牌號，其中前三個數字表示該牌號玻璃折射率小數點后頭三位數，后三位數字表示該牌號玻璃阿貝數。例如K9，nd=1.51680，vd=64.20，可表示為K9—517642。對無鉛

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

5、間的關系：δ=B·d · F式中： δ——光程差，nm； B——應力光學系數，/Pa； d——光在玻璃中通過的路程，cm； F——施壓應力，Pa。,光學性能——內透射比τ,內透射比為試樣表面不存在光反射損失時的透射比。按GB/T 7962.12所規(guī)定的方法測量。數據表中給出了各種牌號玻璃5mm、10mm厚的不同波長內透射比值。,光

6、學性能——著色度（λ80/λ5）,光學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是玻璃透射比達到80%時所對應的波長， λ5是玻璃透射比達到5%時對應的波長，并以10nm為單位表示。例如：玻璃透射比達到80%所對應的波長為368nm，玻璃透射比達到5%所對應的波長為313nm，著色度λ80/λ5為37/31,化學性能——抗潮濕大氣作用穩(wěn)定性

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

8、用的穩(wěn)定性，分為三級：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135nm的時間超過5H；2—在相同試驗條件下，破壞深度達135nm的時間在1～5H；3—在相同試驗條件下，破壞深度達135nm的時間不到1H；,化學性能——耐水作用穩(wěn)定性 DW（粉末法）,在白金筐中裝入相當于比重的質量的粉末玻璃（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，在沸騰的燒杯中處理60分鐘，根據其質量減（%）分類成下表所示的等級：,化學性能——耐酸作用穩(wěn)定性 DA（粉末法）,與DW的測定方法相同，在燒瓶內裝入0.01mol/l的硝酸水溶液進行處理，根據其質量減（%）分類成下表所示的等級。,化學性能——耐堿作用穩(wěn)定性AR 耐磷酸鹽作用穩(wěn)定性PR,耐堿

10、性表示光學玻璃在接觸溫熱的堿性液體（如研磨粉）時的敏感性；耐磷酸鹽性則描述了光學玻璃在接觸含磷酸鹽的清洗溶液（如洗滌劑）時的反應情況。耐堿性級別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表層厚度所需的時間來劃分的，測試溫度50℃。耐磷酸鹽性級別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表層厚度所需的時間來劃分的，測

11、試溫度50℃。,機械性能——相對研磨硬度Fa,相對研磨硬度是指同等研磨條件下，被測玻璃相對于標準玻璃K9的研磨硬度。測量方法按GB/T 7962.19規(guī)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K9樣品和被測玻璃試樣研磨

12、 重量損失，g；ρ0、ρ—分別為標準玻璃K9和被測玻璃的比重，g/cm3,機械性能——磨耗度FA,將測定面積為9cm2的試樣水平地固定在每分鐘旋轉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、樣質量求損耗質量； m0為測定日本光學玻璃工業(yè)會指定的標準試樣（BSC7）的損耗質量；d、 d0 —d為試樣的比重，d0為標準試樣（BSC7）的比重,無色光學玻璃的質量指標,ΔndΔνd均勻性雙折射光吸收系數條紋度氣泡度,質量指標——Δnd和Δνd,折射率nd和阿貝數νd與標準的允許偏差分為6類，具體見下表根據同一批玻璃中，折射率和阿貝數的最大差值，玻璃的一致性按下表分成4級,質量指標——光學均勻性,1、尺寸小于1

14、50mm的玻璃毛坯 尺寸小于150mm的玻璃毛坯的光學均勻性按GB/T 7962.2規(guī)定的測試方法進行測量，該方法是根據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，見下表,質量指標——光學均勻性,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)定的測試方法進行測量，分為4級，見下表,質量指標——應力雙折射,1、中部應力 玻璃毛坯應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)定的測試方法進行測量，分為5級，見下表2、邊緣應力 玻璃毛坯應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)定的測試方法進行測量，分

16、為5級，見下表,質量指標——條紋度,條紋用點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，與標準試樣作比較檢查，分為,質量指標——氣泡度,玻璃的氣泡度類別根據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；再根據第100cm2玻璃內允許含有氣泡的總截面積來確定，分為7級，具體見下表,質量指標——光吸收系數,光吸收系數是用球形光度計按GB/T 7962.9規(guī)定的測試方法進行測量，玻璃光吸收系數等于1cm光路上被玻璃吸收