光學(xué)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w 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。w 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w 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。w 光學(xué)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(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w 無色

2、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膁50。w 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)。w 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(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(xué)玻璃的分類玻璃類別名稱代號(hào)玻璃類別名稱代號(hào)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(xué)玻璃的命名w 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K9517642。w 對(duì)無鉛、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w 光學(xué)下班折射率按下列譜線，給出5位小數(shù)的折射率：汞紫外線 汞紫線汞藍(lán)線鎘藍(lán)線氫藍(lán)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(xué)性能色散w 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：w vd=（nd-1）/（nF-nC）w 還列出ve為：w ve=（ne-1）/（nF-nC）光學(xué)性能應(yīng)力光學(xué)系數(shù)Bw 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)生的光程差之間的關(guān)系：w =Bd Fw 式中： 光程差，nm；w B應(yīng)力光學(xué)系數(shù)，/Pa；w d光在玻璃中通過的路程，cm；w F施壓應(yīng)力，Pa。光學(xué)性能內(nèi)透射比w 內(nèi)透射比為試

5、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。光學(xué)性能著色度（80/5）w 光學(xué)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(dá)到80%時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長， 3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80/5為37/31化學(xué)性能抗潮濕大氣作用穩(wěn)定性 RC（S）（表面法）w 根據(jù)對(duì)潮濕大氣作用的穩(wěn)定性，分為三級(jí)：w 1級(jí)在

6、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；w 2級(jí)在相同試驗(yàn)條件下，形成水解斑點(diǎn)的時(shí)間在520H之間；w 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）w 根據(jù)對(duì)酸溶液作用的穩(wěn)定性，分為三級(jí)：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(dá)135nm的時(shí)間超過5H；w 2在相同試驗(yàn)條件下，破壞深度達(dá)135nm的時(shí)間在15H；w 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）w 在白金筐中裝入相當(dāng)于比重的質(zhì)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(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)：等級(jí)123456質(zhì)量減（%）0.040.050.090.100.240.250.590.601.091.10化學(xué)性能耐酸作用穩(wěn)定性 DA（粉末法）w 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)。等級(jí)123456質(zhì)量減（%）0.190.200.340.350.640.651.191.202.192.20化學(xué)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(xué)玻璃在接觸溫?zé)岬膲A性液體（如研磨粉）時(shí)

8、的敏感性；w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。w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0.1m表層厚度所需的時(shí)間來劃分的，測(cè)試溫度50。w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0.1m表層厚度所需的時(shí)間來劃分的，測(cè)試溫度50。耐堿性級(jí)別AR耐磷酸鹽級(jí)別PR時(shí)間（H）4140.2510.251234機(jī)械性能相對(duì)研磨硬度Faw 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 7962.1

9、9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。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(biāo)準(zhǔn)玻璃K9樣品和被測(cè)玻璃試樣研磨w 重量損失，g；w 0、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FAw 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20m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。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(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；w d、 d0 d為試樣的比重，d0為標(biāo)準(zhǔn)試樣（BSC7）的比重w 無色光學(xué)玻璃的質(zhì)量指標(biāo)w ndw dw 均勻性w 雙折射w 光吸收系數(shù)w 條紋度w 氣泡度質(zhì)量指標(biāo)nd和dw 折射率nd和阿貝數(shù)d與標(biāo)準(zhǔn)的允許偏差分為6類，具體見下表w 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)類別折射率允許偏差nd類別阿貝數(shù)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(jí)別在所定類別內(nèi)阿貝數(shù)0.15%在所定類別內(nèi)同一批玻璃中的最大差值折射率0.510-4110-4210-4質(zhì)量指標(biāo)光學(xué)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(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0的象，而當(dāng)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(jí)，見下表級(jí)別/ 0112131.141.2星點(diǎn)圖象中央是一個(gè)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(xiàn)象中央是一個(gè)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(zhì)量指標(biāo)光學(xué)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(xué)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(cè)試方法進(jìn)行測(cè)量，分為4級(jí)，見下表級(jí)別nmaxH1210-6H2510-6H31010-6H42010-6質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)力雙折射w1、中部應(yīng)力w 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w2、邊緣應(yīng)力w 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

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

14、具體見下表級(jí)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(zhì)量指標(biāo)光吸收系數(shù)w 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光路上被玻璃吸收的白光光通量與開始進(jìn)入該光路前入射光光通量之比，分為8級(jí)，見下表級(jí)別光吸收系數(shù)不大于級(jí)別光吸收系數(shù)不大于000.00130.00800.00240.0110.00450.01520.00660.3國內(nèi)外玻璃牌號(hào)對(duì)照項(xiàng)目成都光明HOYAOHARASCHOTTKBSCBSLBKZKBACDBSM/BALSKQKFCFSLFKLaKTAC/LACLAL/YGHLAKBaKBAC/BACDBALBAK/SKFFPBMFQFFELPBLLLF/LFZFFD/FDSTIHSFLaFNBF/NBFDLAM/