光學玻璃材料知識

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w 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。w 其中最常用的是光學玻璃、光學晶體、光學塑料。光學玻璃w 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。w 光學玻璃的熔煉過程為：爐料硅酸鹽的形成（800900）玻璃的形成（1000 1250） 澄清均勻化冷卻成型退火（400 600 ）型料 w 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w 無色

2、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膁50。w 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)。w 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(BaK)、鑭冕(LaK)、特冕(TK)、鋇火石(BaF)、鑭火石(LaF)、重鋇火石(ZBaF)、鈦火石(TiF)、和特種火石(TF)。無色光學玻璃的分類玻璃類別名稱代號玻璃類別名稱代號氟冕玻璃FK輕火石玻璃QF輕冕玻璃QK火石玻璃F冕玻璃K鋇火石玻璃BaF磷冕玻璃PK重鋇火石玻璃ZBaF鋇冕玻璃BaK重火石玻璃ZF重冕玻璃ZK鑭火石玻璃LaF鑭冕玻

3、璃LaK重鑭火石玻璃ZLaF特冕玻璃TK鈦火石玻璃TiF冕火石玻璃KF特種火石玻璃TF無色光學玻璃的命名w 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K9517642。w 對無鉛、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w 光學下班折射率按下列譜線，給出5位小數的折射率：汞紫外線 汞紫線汞藍線鎘藍線氫藍線汞綠線氦黃線鎘紅線氫紅線IhgFFedCC元素HgHgHgcdH

4、HgHecdH波長nm365.01404.66435.84479.99486.13546.07578.56643.85656.27光譜線光學性能色散w 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：w vd=（nd-1）/（nF-nC）w 還列出ve為：w ve=（ne-1）/（nF-nC）光學性能應力光學系數Bw 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間的關系：w =Bd Fw 式中： 光程差，nm；w B應力光學系數，/Pa；w d光在玻璃中通過的路程，cm；w F施壓應力，Pa。光學性能內透射比w 內透射比為試

5、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。光學性能著色度（80/5）w 光學玻璃透射光譜特性用著色度（ 80/5）表示，按以下方法確定：w 樣品厚度10mm0.1mm， 80是玻璃透射比達到80%時所對應的波長， 3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80/5為37/31化學性能抗潮濕大氣作用穩(wěn)定性 RC（S）（表面法）w 根據對潮濕大氣作用的穩(wěn)定性，分為三級：w 1級在

6、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；w 2級在相同試驗條件下，形成水解斑點的時間在520H之間；w 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）w 根據對酸溶液作用的穩(wěn)定性，分為三級：w 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；w 2在相同試驗條件下，破壞深度達135nm的時間在15H；w 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）w 在白金筐中裝入相當于比重的質量的粉末玻璃（粒度425600m），將之浸漬在

7、裝有80ml純水（PH=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：等級123456質量減（%）0.040.050.090.100.240.250.590.601.091.10化學性能耐酸作用穩(wěn)定性 DA（粉末法）w 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。等級123456質量減（%）0.190.200.340.350.640.651.191.202.192.20化學性能穩(wěn)定性AR 耐磷酸鹽作用穩(wěn)定性PRw耐堿性表示光學玻璃在接觸溫熱的堿性液體（如研磨粉）時

8、的敏感性；w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。w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0.1m表層厚度所需的時間來劃分的，測試溫度50。w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0.1m表層厚度所需的時間來劃分的，測試溫度50。耐堿性級別AR耐磷酸鹽級別PR時間（H）4140.2510.251234機械性能相對研磨硬度Faw 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 7962.1

9、9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。w Fa=V0/V=(W0/0)/(W/) 越大，越硬越大，越硬w 式中：w W0、W分別為標準玻璃K9樣品和被測玻璃試樣研磨w 重量損失，g；w 0、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FAw 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20m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。w FA= m/d/（ m0/d0）100 越

10、大，越軟w 式中：w m 、m0m為稱量研磨前后的試樣質量求損耗質量； 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；w d、 d0 d為試樣的比重，d0為標準試樣（BSC7）的比重w 無色光學玻璃的質量指標w ndw dw 均勻性w 雙折射w 光吸收系數w 條紋度w 氣泡度質量指標nd和dw 折射率nd和阿貝數d與標準的允許偏差分為6類，具體見下表w 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級類別折射率允許偏差nd類別阿貝數允許偏差vd00210-4000.2%0310-400.3%1510-410.5%2710-420.7%31010-430

11、.9%42010-441.5%ABCD級別在所定類別內阿貝數0.15%在所定類別內同一批玻璃中的最大差值折射率0.510-4110-4210-4質量指標光學均勻性w 1、尺寸小于150mm的玻璃毛坯w 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0的象，而當玻璃試樣放入后，分辨率增至，那么玻璃的不均勻性可用其比值/ 0來表示，分為4級，見下表級別/ 0112131.141.2星點圖象中央是一個明亮的圓斑，外面是些同心的圓環(huán)，這些圓環(huán)無斷裂、尾翹、畸角

12、及扁圓變形現象中央是一個明亮的圓斑，外面是些變形的圓環(huán)，這些圓環(huán)同樣無斷裂、尾翹、畸角質量指標光學均勻性w 2、尺寸大于150mm的玻璃毛坯w 尺寸大于150mm的玻璃毛坯的光學均勻性以一塊玻璃中各部分折射率偏差最大值nmax來表示，按GB/T 7962.4規(guī)定的測試方法進行測量，分為4級，見下表級別nmaxH1210-6H2510-6H31010-6H42010-6質量指標應力雙折射w1、中部應力w 玻璃毛坯應力雙折射以最長邊中部單位長度上的光程差表示，按GB/T 7962.5規(guī)定的測試方法進行測量，分為5級，見下表w2、邊緣應力w 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

13、程差表示，按GB/T 7962.6規(guī)定的測試方法進行測量，分為5級，見下表級別玻璃中部光程差（nm/cm）12440（粗退火條料）60（粗退火板料）1a426310級別玻璃邊緣光程差（nm/cm）S13S25S310S420S580質量指標條紋度w 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，分為級別條紋程度1無肉眼可見的條紋2有細而分散的條紋3有輕微的平行條紋C1級別觀察玻璃的方向數A3B2質量指標氣泡度w 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，

14、具體見下表級別A00直徑0.05mm氣泡總截面（mm2/100cm3)0.0030.03A0A0.030.100.100.25BC0.250.500.501.00DE1.002.002.004.00質量指標光吸收系數w 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光路上被玻璃吸收的白光光通量與開始進入該光路前入射光光通量之比，分為8級，見下表級別光吸收系數不大于級別光吸收系數不大于000.00130.00800.00240.0110.00450.01520.00660.3國內外玻璃牌號對照項目成都光明HOYAOHARASCHOTTKBSCBSLBKZKBACDBSM/BALSKQKFCFSLFKLaKTAC/LACLAL/YGHLAKBaKBAC/BACDBALBAK/SKFFPBMFQFFELPBLLLF/LFZFFD/FDSTIHSFLaFNBF/NBFDLAM/