光學(xué)玻璃用于制造光學(xué)儀器或機(jī)械系統(tǒng)的透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等的玻璃材料。包括無(wú)色光學(xué)玻璃(通常簡(jiǎn)稱光學(xué)玻璃)、有色光學(xué)玻璃、耐輻射光學(xué)玻璃、防輻射玻璃和光學(xué)石英玻璃等。
光學(xué)儀器中采用的特種光學(xué)玻璃有:石英光學(xué)玻璃、透紅外光學(xué)玻璃、耐輻射光學(xué)玻璃、防輻射光學(xué)玻璃、微晶玻璃和硬質(zhì)玻璃等。
一、石英光學(xué)玻璃
石英玻璃及其特性和光學(xué)石英玻璃的分類。
二、紅外光學(xué)玻璃
在電磁波譜中,位于0.76nm-300nm波段的電磁波稱為不可見(jiàn)的紅外光線,能使紅外光線透過(guò)的玻璃叫紅外光學(xué)玻璃。(波長(zhǎng)在400(380)—760nm的光波稱為可見(jiàn)光)紅外光學(xué)玻璃不可能在整個(gè)紅外波段均有透過(guò)性。
紅外光學(xué)玻璃用于紅外測(cè)溫光學(xué)系統(tǒng)、軍事上或天文上的紅外跟蹤光學(xué)系統(tǒng)、熱成像光學(xué)系統(tǒng)等。紅外光學(xué)玻璃有熔融石英玻璃、各種硅酸鹽紅外玻璃、鍺酸鹽玻璃、鋁酸鹽玻璃、碲酸鹽石英玻璃、硅-碲-砷、硒-砷、硫-砷等非氧化物系統(tǒng)等玻璃。
三、耐輻射光學(xué)玻璃
隨著原子能工業(yè)的發(fā)展以及放射線同位素和高能射線的應(yīng)用,要求光學(xué)儀器在高能射線作用下,能穩(wěn)定可靠的工作。因此耐輻射光學(xué)玻璃就出現(xiàn)了。高能輻射就是輻射能在104電子伏特以上的輻射。高能輻射作用在普通的光學(xué)玻璃上,會(huì)使玻璃著色或變暗。能承受一定量高能輻射的照射量,(如105R倫琴)仍能滿足透過(guò)率要求的玻璃稱為耐輻射玻璃。當(dāng)高能輻射作用于玻璃時(shí),一部分射線直接透過(guò),另一部分射線以各種不同的方式被玻璃所吸收,被吸收的這部分射線引起了玻璃的著色,從而改變了吸收帶。實(shí)驗(yàn)表明氧化鈰是一種很好的防止玻璃變色的穩(wěn)定劑。
耐輻射光學(xué)玻璃是在原有無(wú)色光學(xué)玻璃牌號(hào)上,根據(jù)耐輻射大小在右下腳加以注明。如K9玻璃不耐輻射,當(dāng)它具有105(R)倫琴射線照射時(shí)為500號(hào),則把玻璃牌改號(hào)為K509,它不但耐輻射,而且保持K9玻璃的光學(xué)常數(shù)。耐輻射光學(xué)玻璃屬于無(wú)色光學(xué)玻璃,在無(wú)色光學(xué)玻璃國(guó)標(biāo)中屬N系列,牌號(hào)序號(hào)由501—509。普通無(wú)色光學(xué)玻璃系列屬于P系列。
四、防輻射光學(xué)玻璃
能夠屏蔽有害的高能輻射線的透明光學(xué)玻璃叫防輻射光學(xué)玻璃。它可分為防?-射線的玻璃和吸收快中子和慢中子的玻璃兩種。玻璃吸收射線的能力隨著密度增加而劇烈的增加,因此,可以引入大量高原子序數(shù)的元素,如鉛、鉍等。目前我國(guó)常使用的防輻射玻璃有ZF1、AF6、ZF7等。
強(qiáng)烈吸收快中子的材料至今未能找到,因此在進(jìn)行吸收操作之前,一般將中子的速度減慢,使快中子通過(guò)石蠟或水,變成慢中子。目前,含鉛和鉍的氧化物重玻璃吸收快中子的能量為最佳。
五、微晶玻璃(超低膨脹玻璃)
微晶玻璃強(qiáng)度比普通玻璃高8倍,硬度接近淬火鋼,密度約為2.44-2.62g/cm3,具有很好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性,對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。這是一種硅酸鹽材料,這種微晶玻璃整體在某一溫度區(qū)域的膨脹系數(shù)達(dá)到或接近零的水平。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)2m以上的透明超低膨脹玻璃。這種玻璃可用于天文望遠(yuǎn)鏡的反射主鏡,光膠工具、分離器、高精度平面拋光模基板等。
六、普通玻璃和硬質(zhì)玻璃
普通玻璃是以二氧化硅為主體,加入15~20%的堿金屬氧化物,使熔化溫度下降,在加入堿土金屬氧化物和三氧化二鋁,使其機(jī)械性能和熱性能穩(wěn)定。
硬質(zhì)玻璃是將普通玻璃中的堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物的成分用B2O3置換半數(shù)以上。硬質(zhì)玻璃的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性比普通玻璃好,因此要求不高(光學(xué)常數(shù)要求不高)的光學(xué)加工工具經(jīng)常用硬質(zhì)玻璃制造,如光膠板、分離器等。主要用途:保護(hù)玻璃、顯微鏡載物臺(tái)等。
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