玻璃材料知识实用教案

1、光学材料分类(fn li) 光学材料包括光学玻璃(b l)、普通夹板玻璃(b l)、特殊玻璃(b l)、光学晶体、光学塑料和偏振材料。 其中最常用的是光学玻璃(b l)、光学晶体、光学塑料。第1页/共29页第一页，共30页。光学玻璃(gungxub l) 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。 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(tu hu)（400 600 ）型料 光学玻璃包括无色光

2、学玻璃、有色光学玻璃和特种光学玻璃 。 第2页/共29页第二页，共30页。无色光学玻璃(gungxub l)的分类和化学成分 无色光学玻璃按色散系数大小分为冕牌和火石(hush)两大类，各以K和F表示。火石(hush)玻璃的d50。 每类玻璃中根据比重大小分为重冕(ZK)、轻冕(QK)、重火石(hush)(ZF)、轻火石(hush)(QF)。 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(hush)(BaF)、镧火石(hush)(LaF)、重钡火石(hush)(ZLaF)、钛火石(hush)(TiF)、和特种火石(h

3、ush)(TF)。第3页/共29页第三页，共30页。无色(w s)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第4页/共29页第四页，共30页。无色(w s)光学玻璃的命名 每种光学玻璃牌号按其所属玻璃类别(libi)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

4、示该牌号玻璃阿贝数。例如K9，nd=1.51680，vd=64.20，可表示为K9517642。 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。第5页/共29页第五页，共30页。光学(gungxu)性能折射率 光学下班(xi bn)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HgHgHgcdHHgHecdH波长nm365.01404.66435.84479.99486.13546.07578.56643.85656.27光谱线第6页/共29页第六页，共30页。光学(gungxu)性能色散 中部色散

5、用nF- nC或nF- nC表示(biosh)，色散系数（即阿贝数）vd定义如下： vd=（nd-1）/（nF-nC） 还列出ve为： ve=（ne-1）/（nF-nC）第7页/共29页第七页，共30页。光学性能应力(yngl)光学系数B 玻璃中的机械应力会导致光产生双折射，应力光学(gungxu)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： =Bd F 式中： 光程差，nm； B应力光学(gungxu)系数，/Pa； d光在玻璃中通过的路程，cm； F施压应力，Pa。第8页/共29页第八页，共30页。光学(gungxu)性能内透射比 内透射比为试样(sh yn)表面不存在光反射损失时

6、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。第9页/共29页第九页，共30页。光学性能(xngnng)着色度（80/5） 光学玻璃透射光谱特性用着色度（ 80/5）表示，按以下(yxi)方法确定： 样品厚度10mm0.1mm， 80是玻璃透射比达到80%时所对应的波长， 5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第10页/共29页第十页，共30页。化学性能抗潮湿大气(dq)作用稳定

7、性 RC（S）（表面法） 根据(gnj)对潮湿大气作用的稳定性，分为三级： 1级在温度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； 2级在相同试验条件下，形成水解斑点的时间在520H之间； 3级在相同试验条件下，形成水解斑点的时间不到5H；第11页/共29页第十一页，共30页。化学性能抗酸作用(zuyng)稳定性 RA（S）（表面法） 根据对酸溶液作用(zuyng)的稳定性，分为三级： 1在0.1N、50的醋酸溶液作用(zuyng)下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间超过5H； 2在相同试验条件下，破坏深度达135nm的时间在15H； 3在相同试验条件下，破

8、坏深度达135nm的时间不到1H；第12页/共29页第十二页，共30页。化学性能耐水(nai shu)作用稳定性 DW（粉末法） 在白金筐中装入相当于比重的质量的粉末玻璃(b l)（粒度425600m），将之浸渍在装有80ml纯水（PH=6.5 7.5）的石英玻璃(b l)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第13页/共29页第十三页，共30页。化学性能耐酸作用(zuyng)稳定性 DA（粉末法） 与DW的测定方法相同，在烧瓶内装入0.01m

9、ol/l的硝酸水溶液进行处理，根据其质量减（%）分类(fn li)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第14页/共29页第十四页，共30页。化学性能(xngnng)耐碱作用稳定性AR 耐磷酸盐作用稳定性PR 耐碱性表示光学玻璃在接触温热的碱性液体（如研磨粉）时的敏感性； 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。 耐碱性级别AR是基于在一定(ydng)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。

10、耐磷酸盐性级别PR是基于在一定(ydng)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第15页/共29页第十五页，共30页。机械性能相对研磨(ynm)硬度Fa 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 7962.19规定(gudng)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。 Fa=V0/V=(W0/0)/(W

11、/) 式中： W0、W分别为标准玻璃K9样品和被测玻璃试样研磨 重量损失，g； 0、分别为标准玻璃K9和被测玻璃的比重，g/cm3第16页/共29页第十六页，共30页。机械性能磨耗(mho)度FA 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(zhngxn)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。 FA= m/d/（ m0/d0）100 式中： 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； d、 d0 d

12、为试样的比重，d0为标准试样（BSC7）的比重 第17页/共29页第十七页，共30页。无色(w s)光学玻璃的质量指标 nd d 均匀性 双折射 光吸收系数 条纹(tio wn)度 气泡度第18页/共29页第十八页，共30页。质量指标nd和d 折射率nd和阿贝数d与标准的允许(ynx)偏差分为6类，具体见下表 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%31010-430.9%42010-441.5%ABCD级别在所定类别内阿贝数0.

13、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第19页/共29页第十九页，共30页。质量指标光学(gungxu)均匀性 1、尺寸小于150mm的玻璃毛坯 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(gungsh)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

14、角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、畸角第20页/共29页第二十页，共30页。质量指标光学(gungxu)均匀性 2、尺寸大于150mm的玻璃毛坯 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(pinch)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第21页/共29页第二十一页，共30页。质量指标应力(yngl)双折射 1、中部应力 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

15、规定的测试方法进行测量(cling)，分为5级，见下表 2、边缘应力 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程差表示，按GB/T 7962.6规定的测试方法进行测量(cling)，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第22页/共29页第二十二页，共30页。质量指标条纹(tio wn)度 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(bjio)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

16、微的平行条纹C1级别观察玻璃的方向数A3B2第23页/共29页第二十三页，共30页。质量指标气泡(qpo)度 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(fn wi)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(fn wi)7级，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第24页/共29页第二十四页，共30页。质量指标光吸收系数 光吸收系数是用球形光度计按GB/T 7962.9规定的测试

17、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(jnr)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第25页/共29页第二十五页，共30页。国内外玻璃(b l)牌号对照项目成都光明HOYAOHARASCHOTTKBSCBSLBKZKBACDBSM/BALSKQKFCFSLFKLaKTAC/LACLAL/YGHLAKBaKBAC/BACDBALBAK/SKFFPBMFQFFELPBLLLF/LFZFFD/FDSTIHSFLaFNBF/NBFDLAM/LAHLAFBaFBAFBAM/BALBAFZLaFNBFDLAHLASFZBaFBAFDBAH/BAMBAF/BASF玻璃牌号第26页/共29页第二十六页，共30页。国内外各指标(zhbio)的符号对照项目成都光明HOYAOHARASCHOTT环保代号H-E-S-N-耐潮性（表面法）RC（S）W(s)CR耐水性（粉末法）DW DW RW(p)耐酸性（表面法）RA（S） SRFR耐酸性（粉末法）DADARA(p)SR耐碱性DNAOH/DSTPPPRAR/PR磨耗度FAAa相对研磨硬度FaHG第27页/共29页第二十七页，