浅谈光学玻璃

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光学玻璃:

①是光学设计最常用的光学材料；

②为满足光学设计对多种光学常数、高度均匀性、高度透明性及化学稳定性的要求，应具有复杂的组成和严格的熔炼过程。

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（一）光学玻璃与普通玻璃的区别:

①折射率：

普通玻璃的组成：SiO2+Na2O+CaO

光学玻璃的组成：成分复杂

现代光学玻璃所含元素遍及化学元素周期表，每一种光学玻璃都要由硅、磷、硼、铅、钾、钠、钡、钙、砷、铝等多种氧化物组成。

②高度透明：

③高度均匀性：各点各处的光学常数和其它一些物理化学性质一致

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（二）光学玻璃的种类

按主要组成成份分：

以SiO2为主要成分的光学玻璃,称之为硅酸盐玻璃；占95%

以B2O3为主要成分的光学玻璃, 称之为硼酸盐玻璃；

以P2O5为主要成分的光学玻璃,称之为磷酸盐玻璃。

硅酸盐玻璃是制造透镜、棱镜等光学零件的主要材料。

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一、光学玻璃的组成

光学玻璃是由多种氧化物组成的，这些氧化物分为两大类：



一类氧化物是能生成玻璃网络结构的氧化物，如SiO2、B2O3、P2O5等，属AO2、A2O3、A2O5型氧化物，称之为玻璃形成体或玻璃网络体；



另一类氧化物，不能生成玻璃的网络体，只是插入玻璃的网络结构中间，如Na2O、K2O、CaO、BaO、PbO等，属于A2O、AO型氧化物，他们称之为玻璃的网络外体。

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例如：K9的成分

由Sio2:69.13%;B2O3:10.75%;K2O:6.29%;Na2O:10.40%;As2o3:0.36%;Bao:3.07%

加入氧化铝（Al2O3），能提高光学玻璃的化学稳定性和机械强度；Ø加入氧化铅（PbO）和氧化钡（BaO），可增大光学玻璃折射率，但化学稳定性降低；

加入氯化钠（ NaCl），使光学玻璃化学稳定性和机械性能变差，但可降低熔炼温度；等等。

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w127 发表于 2023-8-26 18:54
例如：K9的成分

由Sio2:69.13%;B2O3:10.75%;K2O:6.29%;Na2O:10.40%;As2o3:0.36%;Bao:3.07%

对该楼层的补充：加入氧化钠（ Na2O），使光学玻璃化学稳定性和机械性能变差，但可降低熔炼温度。

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无色光学玻璃的分类及命名（牌号）

大都采用拉丁字母作为品种的标志，在品种标志之后附有牌号的标志。

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1、分类划分界限：

按光学玻璃折射率和阿贝系数的大小将其分为冕牌玻璃和火石玻璃两大类。

例如：德国规定nd＜1.6，υd＞50为冕牌类，其余则为火石类；日本规定nd＜1.6，υd＞55为冕牌类，其余则为火石类。

我国光学玻璃标准规定：将玻璃分为2大类，用K代表冕牌玻璃，F代表火石玻璃。每一大类又进一步按nd及υd分为18个品种。

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冕牌玻璃：冕玻璃F   氟冕玻璃FK  轻冕玻璃QK    磷冕玻璃PK  钡冕玻璃BaK   镧冕玻璃LaK   重冕玻璃ZK   特冕玻璃TK

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火石玻璃  火石F   冕火石KF   轻火石QF   重火石ZF  钡火石BaF  重钡火石ZBaF   镧火石LaF  重镧火石ZLaF    钛火石TiF等等。

神经过的国度

截止目前

世界上能够熔炼高级光学玻璃的国家
比能够造火箭的还少

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无色光学玻璃的质量指标
（一）折射率、色散系数的允差及一致性

折射率：表示光在空气中的传播速度与在玻璃中的传播速度之比。

n=C/V （nd、nF、nc）

色散系数：不同波长的光经过折射后，出射点不同。
用中部色散nF-nc衡量
①nd、υd的允差（允许差值）

分 0 、 1 、 2 、 3 、 4 四类

②nd、υd的一致性

同一批玻璃中要控制nd、υd的差值不能过大。

分 A 、 B 、 C 、 D 四级
选取时：

①小批量生产时，高级照相机物镜和高倍的望远镜物镜可选用△nd为1～3类和υd为2～3类玻璃。大批量生产时选用均为1～2类的玻璃。

②对于望远镜的第二组分和光焦度不大的透镜、目镜、会聚光路上的棱镜，可用△nd和υd均为3～4类玻璃。

③保护玻璃、分划板、毛玻璃、反射镜、聚光镜、场镜、平行光路中的棱镜级弯月透镜，对玻璃的△nd和υd不做要求。

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（二）光学均匀性

1、定义：同一块玻璃中，各部分折射率变化的不均匀程度

依据Ф/Ф0的比值，分 1 、 2 、 3 、 4 四类。

Ф/Ф0 1.0 、1.1 、1.2 、1.5

根据光学系统选择均匀性：

①提高分辨率和高像质观察仪器的物镜，如高精度干涉仪、天文仪、测地仪、准直仪和显微镜等应用光学均匀性第1类的玻璃。

②制作精密的望远镜、瞄准镜、观察镜以及具有高分辨和高像质的复制镜，用2-3类玻璃。

③对普通的照相物镜，应使用第3-4类玻璃。

④对望远物镜的第二组分、广角物镜的弯月透镜、位置靠近像平面的光学零件（场景、分划板、棱镜），均可采用第4类玻璃。

⑤对于有一面为毛面的分化镜，均匀性不作规定；对于保护玻璃、棱镜和滤光镜，其玻璃的均匀性要求可与其位置靠近的零件的均匀性要求相同。

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（三）应力双折射

按o光、e光通过每1cm厚的玻璃产生的光程差大小

分 1 、1a、 2 、 3 、 4 五类

nm/cm 2、6、10、20、50

以毛坯光程差最大方向之最大部分测的为准。

选取原则：

①干涉仪和天文仪，只能使用双折射为第1类的玻璃。

②对于高精度的望远镜、准直镜和复制显微镜的物镜以及反射镜，玻璃的应力双折射应该是第2～3类

③照相物镜使用双折射第3～4类玻璃。

④聚光镜、普通仪器的目镜、放大镜采用双折射第4～5类玻璃。

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（四）光吸收系数 E

E：表示白光通过1cm厚的玻璃所吸收的光通量与进入该玻璃光通量之比。

E﹤0.015=1.5%

分 00、0、1、2、3、4、5、6 八类。

选取原则：

①凡是与空气临接面较多，玻璃内光程长度较短（20～50mm）的复杂系统，光的主要损失是反射。因此，这种系统中以及较薄的光学零件，应采用4～6类玻璃。

②玻璃内光程较长的零件（棱镜、天文和照相仪器的透镜）、光的透过系数的降低主要是光的吸收造成的，因此这类零件应选用00～3类玻璃。

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（五）条纹度

按检验条件分 00、0、1、2四类；

按观察方向分A、B、C三级。

选取原则：

①对于具有极限分辨率和高像质的干涉仪、天文仪、平行光管以及显微镜的物镜必须采用C级0类玻璃。

②对于目镜、聚光镜、毛玻璃用的玻璃可选用条纹第2类的玻璃。

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（六）气泡度

首先按所含最大气泡的直径分为

0、1、2三类；

并按每100立方厘米玻璃内允许含有的气泡总截面积（平方毫米）分为A00、A0、A、B、C、D、E七级。

选取原则：

①对于位置靠近或处于像平面上的零件，其材料不允许有气泡，应使用第0类玻璃。

②大倍率观察仪器的分划板、分度盘、平行光管、分辨率板，应采用0类和1类玻璃。

③照相物镜、双筒望远镜和大地测量仪器的物镜，允许选用2类D、E级玻璃材料。

④在望远镜和大口径照像物镜中允许气泡度为E级。

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光学玻璃加工流程与生产工艺
1． 配料，2． 熔制3． 成形4． 退火

光学玻璃的生产工艺如下：

一、制造熔解炉：熔解炉有黏土炉及白金炉两种。近年来，渗入稀有元素的光学玻璃都使用小型白金炉，以维持质量的稳定。

二、放入光学玻璃原材料：熔解炉（尤其是黏土炉）经过长时间的干燥后，放入按照特殊配方以及经过选别的原材料于熔解炉中，准备熔融。

三、加热、熔解、搅拌：加热条件，视材质而定。但是，各种材质务必搅拌均匀，以求均质。
  四、冷却：长时间予以“徐冷”。但是，时间的长短也因材质而异，这是能保证优良质量的最重要的过程。

五、劈炉、选别：劈开黏土炉，取出块状粗胚并且选别它。
六、检查、测试、整型：逐项检查或测试其各项性能，确保优良质量。

七、切断、倒角（修边）：将块状粗胚按照用途及规格，予以切断成小块并且倒角。

八、押胚成型：将粗胚加热软化后，按照工程图的各项规格，押胚成型。但是，要事先制造或准备各种模具、工具及副料等。

九、烧钝：退火钝化，消除内部应力。

十、测试、检查：测试押胚的光学性能及外观。该成品将成为下游工业（光学组件制造加工厂）的毛胚，继续加工研磨后，成为光学组件。

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光学玻璃熔炉
1、必须满足以下条件:
1)最高温度达1550 °C ;
2)炉温稳定；
3)能以一定的速率生温或降温;
4)炉内气氛能自由调节。
2、根据所用原料不同大体可分为:
1)煤气加热炉;
2)柴油加热炉;
3)电热炉(电阻加热和高频加热)。



3、熔炼方法
光学玻璃质量要求极高，熔炼方法和工艺规程是保证质量达到要求的重要环节。熔炼方法有单坩埚间歇熔炼法（现多用于光学玻璃的冶炼）和池炉连续熔炼法。
单坩埚熔炼法又分粘土坩埚熔炼和铂坩埚熔炼。不论采用何种熔炼方法，为了加速熔制过程，使玻璃达到化学成分高度均匀，都需要进行机械搅拌。

小青柑

说说国产的光学玻璃能达到什么水平吧！光明的玻璃和肖特比还有哪些差距？