光学玻璃材料知识

1、光学冷加工工艺基础培训光学玻璃材料篇光学材料分类w 光学材料包括光学玻璃、普通夹板玻璃、特殊玻璃、光学晶体、光学塑料和偏振材料。w 其中最常用的是光学玻璃、光学晶体、光学塑料。光学玻璃w 光学玻璃是由硅、硼、磷、铅、钾、钠、钡、砷、铝等多种氧化物在高温下形成的复杂的盐熔体；经过冷却得到各向同性的无定形物体。而大多数的光学玻璃是以二氧化硅为主要成份的硅酸盐玻璃。w 光学玻璃的熔炼过程为：炉料硅酸盐的形成（800900）玻璃的形成（1000 1250） 澄清均匀化冷却成型退火（400 600 ）型料 w 光学玻璃包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和特种光学玻璃 。 无色光学玻璃的分类和化学成分w 无色

2、光学玻璃按色散系数大小分为冕牌和火石两大类，各以K和F表示。火石玻璃的d50。w 每类玻璃中根据比重大小分为重冕(ZK)、轻冕(QK)、重火石(ZF)、轻火石(QF)。w 根据含有氟、磷、钡、镧、钛等的化合物而分为氟冕(FK)、磷冕(PK)、钡冕(BaK)、镧冕(LaK)、特冕(TK)、钡火石(BaF)、镧火石(LaF)、重钡火石(ZBaF)、钛火石(TiF)、和特种火石(TF)。无色光学玻璃的分类玻璃类别名称代号玻璃类别名称代号氟冕玻璃FK轻火石玻璃QF轻冕玻璃QK火石玻璃F冕玻璃K钡火石玻璃BaF磷冕玻璃PK重钡火石玻璃ZBaF钡冕玻璃BaK重火石玻璃ZF重冕玻璃ZK镧火石玻璃LaF镧冕玻

3、璃LaK重镧火石玻璃ZLaF特冕玻璃TK钛火石玻璃TiF冕火石玻璃KF特种火石玻璃TF无色光学玻璃的命名w 每种光学玻璃牌号按其所属玻璃类别名称的代号再加序号组成。此外，还用六位数字作代码来表征每个牌号，其中前三个数字表示该牌号玻璃折射率小数点后头三位数，后三位数字表示该牌号玻璃阿贝数。例如K9，nd=1.51680，vd=64.20，可表示为K9517642。w 对无铅、砷、镉及其它放射性元素的玻璃牌号，用“H-”作为前缀来表示。光学性能折射率w 光学下班折射率按下列谱线，给出5位小数的折射率：汞紫外线 汞紫线汞蓝线镉蓝线氢蓝线汞绿线氦黄线镉红线氢红线IhgFFedCC元素HgHgHgcdH

4、HgHecdH波长nm365.01404.66435.84479.99486.13546.07578.56643.85656.27光谱线光学性能色散w 中部色散用nF- nC或nF- nC表示，色散系数（即阿贝数）vd定义如下：w vd=（nd-1）/（nF-nC）w 还列出ve为：w ve=（ne-1）/（nF-nC）光学性能应力光学系数Bw 玻璃中的机械应力会导致光产生双折射，应力光学系数表示有效应力与应力双折射产生的光程差之间的关系：w =Bd Fw 式中： 光程差，nm；w B应力光学系数，/Pa；w d光在玻璃中通过的路程，cm；w F施压应力，Pa。光学性能内透射比w 内透射比为试

5、样表面不存在光反射损失时的透射比。按GB/T 7962.12所规定的方法测量。数据表中给出了各种牌号玻璃5mm、10mm厚的不同波长内透射比值。光学性能着色度（80/5）w 光学玻璃透射光谱特性用着色度（ 80/5）表示，按以下方法确定：w 样品厚度10mm0.1mm， 80是玻璃透射比达到80%时所对应的波长， 3是玻璃透射比达到5%时对应的波长，并以10nm为单位表示。例如：玻璃透射比达到80%所对应的波长为368nm，玻璃透射比达到5%所对应的波长为313nm，着色度80/5为37/31化学性能抗潮湿大气作用稳定性 RC（S）（表面法）w 根据对潮湿大气作用的稳定性，分为三级：w 1级在

6、温度50，相对湿度80%的条件下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间超过20H；w 2级在相同试验条件下，形成水解斑点的时间在520H之间；w 3级在相同试验条件下，形成水解斑点的时间不到5H；化学性能抗酸作用稳定性 RA（S）（表面法）w 根据对酸溶液作用的稳定性，分为三级：w 1在0.1N、50的醋酸溶液作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间超过5H；w 2在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间在15H；w 3在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间不到1H；化学性能耐水作用稳定性 DW（粉末法）w 在白金筐中装入相当于比重的质量的粉末玻璃（粒度425600m），将之浸渍在

7、装有80ml纯水（PH=6.5 7.5）的石英玻璃制圆底烧瓶内，在沸腾的烧杯中处理60分钟，根据其质量减（%）分类成下表所示的等级：等级123456质量减（%）0.040.050.090.100.240.250.590.601.091.10化学性能耐酸作用稳定性 DA（粉末法）w 与DW的测定方法相同，在烧瓶内装入0.01mol/l的硝酸水溶液进行处理，根据其质量减（%）分类成下表所示的等级。等级123456质量减（%）0.190.200.340.350.640.651.191.202.192.20化学性能稳定性AR 耐磷酸盐作用稳定性PRw耐碱性表示光学玻璃在接触温热的碱性液体（如研磨粉）时

8、的敏感性；w耐磷酸盐性则描述了光学玻璃在接触含磷酸盐的清洗溶液（如洗涤剂）时的反应情况。w耐碱性级别AR是基于在一定的碱性溶液环境下（氢氧化钠，c=0.01mol/l，PH=12）腐蚀掉0.1m表层厚度所需的时间来划分的，测试温度50。w耐磷酸盐性级别PR是基于在一定的磷酸盐溶液环境下（Na5P3O10，c=0.01mol/l，PH=10）腐蚀掉0.1m表层厚度所需的时间来划分的，测试温度50。耐碱性级别AR耐磷酸盐级别PR时间（H）4140.2510.251234机械性能相对研磨硬度Faw 相对研磨硬度是指同等研磨条件下，被测玻璃相对于标准玻璃K9的研磨硬度。测量方法按GB/T 7962.1

9、9规定的方法进行，测出标准玻璃K9样品的研磨量（体积V0）与被测玻璃试样的研磨量（体积V），其比值Fa即为被测玻璃的相对研磨硬度。w Fa=V0/V=(W0/0)/(W/) 越大，越硬越大，越硬w 式中：w W0、W分别为标准玻璃K9样品和被测玻璃试样研磨w 重量损失，g；w 0、分别为标准玻璃K9和被测玻璃的比重，g/cm3机械性能磨耗度FAw 将测定面积为9cm2的试样水平地固定在每分钟旋转60次的铸铁制平面盘的距中心80mm的规定位置上，同样供给5分钟由10g平均粒径为20m的铝磨粒添加20ml水制成的研磨液，施加9.807N的荷重进行研磨。w FA= m/d/（ m0/d0）100 越

10、大，越软w 式中：w m 、m0m为称量研磨前后的试样质量求损耗质量； m0为测定日本光学玻璃工业会指定的标准试样（BSC7）的损耗质量；w d、 d0 d为试样的比重，d0为标准试样（BSC7）的比重w 无色光学玻璃的质量指标w ndw dw 均匀性w 双折射w 光吸收系数w 条纹度w 气泡度质量指标nd和dw 折射率nd和阿贝数d与标准的允许偏差分为6类，具体见下表w 根据同一批玻璃中，折射率和阿贝数的最大差值，玻璃的一致性按下表分成4级类别折射率允许偏差nd类别阿贝数允许偏差vd00210-4000.2%0310-400.3%1510-410.5%2710-420.7%31010-430

11、.9%42010-441.5%ABCD级别在所定类别内阿贝数0.15%在所定类别内同一批玻璃中的最大差值折射率0.510-4110-4210-4质量指标光学均匀性w 1、尺寸小于150mm的玻璃毛坯w 尺寸小于150mm的玻璃毛坯的光学均匀性按GB/T 7962.2规定的测试方法进行测量，该方法是根据放在平行光管光束中的玻璃试样引起该装置分辨率的变化而规定的。如果平行光管给出具有理论分辨率0的象，而当玻璃试样放入后，分辨率增至，那么玻璃的不均匀性可用其比值/ 0来表示，分为4级，见下表级别/ 0112131.141.2星点图象中央是一个明亮的圆斑，外面是些同心的圆环，这些圆环无断裂、尾翘、畸角

12、及扁圆变形现象中央是一个明亮的圆斑，外面是些变形的圆环，这些圆环同样无断裂、尾翘、畸角质量指标光学均匀性w 2、尺寸大于150mm的玻璃毛坯w 尺寸大于150mm的玻璃毛坯的光学均匀性以一块玻璃中各部分折射率偏差最大值nmax来表示，按GB/T 7962.4规定的测试方法进行测量，分为4级，见下表级别nmaxH1210-6H2510-6H31010-6H42010-6质量指标应力双折射w1、中部应力w 玻璃毛坯应力双折射以最长边中部单位长度上的光程差表示，按GB/T 7962.5规定的测试方法进行测量，分为5级，见下表w2、边缘应力w 玻璃毛坯应力双折射以其距边缘5%直径或边长处单位厚度上的光

13、程差表示，按GB/T 7962.6规定的测试方法进行测量，分为5级，见下表级别玻璃中部光程差（nm/cm）12440（粗退火条料）60（粗退火板料）1a426310级别玻璃边缘光程差（nm/cm）S13S25S310S420S580质量指标条纹度w 条纹用点光源和透镜组成的条纹检查仪，从最容易看见条纹的方向上，与标准试样作比较检查，分为级别条纹程度1无肉眼可见的条纹2有细而分散的条纹3有轻微的平行条纹C1级别观察玻璃的方向数A3B2质量指标气泡度w 玻璃的气泡度类别根据其直径或最大边长及所含最大气泡的直径，分为0、1、2共3类；再根据第100cm2玻璃内允许含有气泡的总截面积来确定，分为7级，

14、具体见下表级别A00直径0.05mm气泡总截面（mm2/100cm3)0.0030.03A0A0.030.100.100.25BC0.250.500.501.00DE1.002.002.004.00质量指标光吸收系数w 光吸收系数是用球形光度计按GB/T 7962.9规定的测试方法进行测量，玻璃光吸收系数等于1cm光路上被玻璃吸收的白光光通量与开始进入该光路前入射光光通量之比，分为8级，见下表级别光吸收系数不大于级别光吸收系数不大于000.00130.00800.00240.0110.00450.01520.00660.3国内外玻璃牌号对照项目成都光明HOYAOHARASCHOTTKBSCBSLBKZKBACDBSM/BALSKQKFCFSLFKLaKTAC/LACLAL/YGHLAKBaKBAC/BACDBALBAK/SKFFPBMFQFFELPBLLLF/LFZFFD/FDSTIHSFLaFNBF/NBFDLAM/