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光学玻璃的发展及制造技术
发布时间:2017年07月19日    www.4288.com    编辑:石英仪器
  能改变光的传播方向,并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃;广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。

  1、前景

  光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后,随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合,作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进,成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。

  随着国内经济持续、稳定发展,中国光学玻璃制造行业发展迅猛。根据国家统计局数据显示,2010年,光学玻璃制造行业规模以上企业数量达246家,行业全年实现销售收入为234。05亿元,同比增长53。70%;实现利润15。37亿元,同比增长87。10%;资产规模达到264。50亿元,同比增长77。49%。由于光学玻璃制造行业以国内销售为主,金融危机对其影响相对较小,行业依然表现出较好的增长势头。

  2、概况

  用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性,具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。品种繁多,主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>;1。60,VD>;50和nD<;1。60,VD>;55的各类玻璃定为冕(K)玻璃,其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜,火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系,轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系,重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系,绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽,其品种在不断扩大,其组成中几乎包括周期表中的所有元素。

  通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸取改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。

  3、光学石英玻璃

  以二氧化硅为主要成分,具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等特点,用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外,还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃;光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃;光按一定方向通过传输超声波的玻璃时,发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。

  4、抗辐射

  抗辐射玻璃是广义光学玻璃的一种。包括防辐射玻璃和耐辐射玻璃。

  当防辐射玻璃的密度增加时,屏蔽能力也相应增加。防γ射线的玻璃的密度通常不小于4。5g/cm。近年来,已开始用密度为6。2——6。5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

  耐辐射光学玻璃主要指在γ射线作用下不易着色的光学玻璃。耐辐射光学玻璃牌号的命名,仍根据光学玻璃牌号,注明能耐辐射的伦琴数,例如,K509耐辐射光学玻璃的光学常数同K9,且能耐10伦琴剂量的γ射线。普通玻璃受高能射线辐射后产生自由电子,它与玻璃内部的缺位结合,形成色心。同时也可使原子核移位,破坏了正常的结构,也产生色心,使玻璃着色。

  耐辐射光学玻璃中引入了CeO2,在高能γ射线辐照后,由于式①,能俘获电子,不使玻璃内部产生色心,且因Ce和Ce的吸取带在紫外区。当CeO2含量过高时,在紫外、红外的吸取带延伸到可见光区,使可见光的蓝色区域吸取增加,导致玻璃呈黄色。同时,也会因玻璃中其他成分的影响而加深颜色,所以CeO2的含量不能太高,在K509中CeO2的含量约为0。4%——0。5%,在K709中CeO2约为1%。

  5、制作原料

  以优质石英砂为主料。适当加入辅料。由于稀土具有高的折射率,低的色散和良好

  的化学稳定性,可生产光学玻璃,用于制造高级照相机、摄像机、望远镜等高级光学仪器的镜头。例如一种含氧化镧lao360%,氧化硼b2o340%的具有优良光学性质的镧玻璃,是制造高级照相机的镜头和潜望镜的镜头的不可缺少的光学材料。另外,利用一些稀土元素的防辐射特性,可生产防辐射玻璃。

  6、发展

  光学玻璃的发展和光学仪器的发展是密不可分的。光学系统新的改革往往向光学玻璃提出新的要求,因而推动了光学玻璃的发展,同样,新品种玻璃的试制成功也也往往反过来促进了光学仪器的发展。

  最早被人们用来制作光学零件的光学材料是天然晶体,据称古代亚西利亚用水晶作透镜,而在古代中国则应用天然电气石(茶镜)和黄水晶。考古家证明公元三千年前在埃及和大家(战国时代)人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子还是十三世纪在威尼斯开始的。恩格斯在“自然辨证法”中对此曾给予很高的评价,认为这是当时的卓越发明之一。此后由于天文学家与航海学的发展需要,伽利略、牛顿、笛卡儿等也用玻璃制造了望远镜和显微镜。从十六世纪开始玻璃已成为制造光学零件的主要材料了。

  二次世界大战前后,随着各种光学仪器如航空摄影,紫外与红外光谱仪器、高级照相物镜等的发展,对光学玻璃又产生了新的需要。这时,光学玻璃也就相应地有了新的发展。1942年,美国摩莱(Morey)及以后苏联与德国的科学工编辑都相继把稀士及稀散氧化物引入玻璃中,因而扩大了玻璃品种,得到了一系列高折射率低色散的光学玻璃,如德国LaK,LaF,苏联CTK及ТЬФ等品种系列。与此同时,也进行了低折射率大色散玻璃的研究并得到一系列氟钛硅酸盐系统的光学玻璃。

  由于各种新品种光学玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在着缺陷,因此在研究扩展光学玻璃领域的同时,还针对改善各种新品种光学玻璃的物理和物理化学性质。以及生产工艺进行了许多工作。
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