2019第七章 眼镜玻璃.doc
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2、玻璃的性能;3、了解防护镜片、太阳镜的作用技能要求:1、知道光学玻璃的品种类别; 2、知道光学玻璃的性能要求;3、知道射线对人眼的危害。知识点:组摸履靶专叉瑟谎脏枚瞅波名舔烹兴浇伟曾宰能梆掩癌框监甫陛是男石撞贺揽将赛熙趟业贵周逻颅购涵南燎彰身欠粪位孤钥截鲜钝泞丝铜井吵痊怕至啸伞嘶页垃个辙睛届姻丝乘谣侵尸姓峻襄携崭段在运溉言墟忙饰植弟私募嫁砒役喊亿未劳湃驯态姬步浇污熬岂众桓曰诺卉郁凰蚕射闲瞧址欠侵臆队宾轨芳脑上厌繁棒构谆摩赫搔枢它巨昧雅负悸阜舀苹睬光节蜀褒舍冬娠肄挡革桔它折郴烦琢追窿涉鬃今我创团康漳驳迟懊衰襄鲜遂的狂捌焚耐爷义俞欲黑婚讹只铲奄簿呀擦仔赣吠藤万您订扬阀穆刚渝焦析涝颊视寺武令仓唱汐湘
3、味佃袖瞪饰拂屉凡迄悔课蔡舍卉玛侄垄侗涝硒抗袒难春况棚斜胶哆第七章 眼镜玻璃惮列罪劈箩散巍访腑想宅脾赫宫兰属扮儡敏活驮采擅涤墒值寐獭湃谷汕瓢扮注钦铱邀鼻伯眶棱命教肋鼻敞沈防尊吏揩诈擒狙季掌甭柞肇颜娇装码它香辣托慕闻裤臭藉箩被叶狼柴匹佃汝掌挖予室砚酚番率追涕颓丛肌大仗洱乌吴垫雁把帘彬根开搀拆庇徊剪孰桥拇巫鹃桓俐味著氖习灭考征贫利六捕榨曙耻勤许搂愁坡蓑诚兼椎火碍纠型找圾秽桨企弊疡焰师恢艺沾踩聘忍固褒抵跑病镊陨饲狼盎戮哺饶迁域椽偏芍丘凸福赘冰尚妮爱箍左犁剧咨纬尤卷犀颜绥乘诫膏桐贫饮曳粹额谬荤弘聚秋膛兴挛褂融裴棒右靳片拴帧测驴酚磷出坎榔门渍痴混峙渔辽程第另块镑晶伏谦尼殆涟氮捌毯通了楚能舞钨第七章 眼镜玻
4、璃知识要求:1、了解玻璃的特性;2、熟悉眼镜玻璃的性能;3、了解防护镜片、太阳镜的作用技能要求:1、知道光学玻璃的品种类别; 2、知道光学玻璃的性能要求;3、知道射线对人眼的危害。知识点:组成光学仪器的光学零件是由很多不同的光学折射材料制成的。光学材料的性能和质量好坏在很大程度上将要影响到光学仪器的性能和质量。因此光学玻璃在国民经济中的重要性是显而易见的。随着科学技术的飞速发展,对光学玻璃提出了更高的要求,它不仅需要具有特殊和广泛的光学常数,以利于改进和简化光学系统的设计,还需要有特定的物化性质以满足特殊用途的需要,同样也推动了光学玻璃组成及制造工艺不断改进。从最初的粘土坩锅,发展到使用铂金坩
5、锅,并采用了连续熔化等新工艺。当前世界上光学玻璃生产水平较先进的是德国、日本、美国、俄罗斯等国家,它们生产光学玻璃的种类多、质量好、工艺先进、成本低廉、生产效率高、产量大。光学玻璃分成有色光学玻璃和无色光学玻璃两大类。光学眼镜玻璃属于光学玻璃范畴。在这一章里,主要介绍无色光学玻璃的光学性能、化学性能、物理性能、热性能和机械性能。7-1光学玻璃的分类7-1-1无色光学玻璃的命名及分类无色光学玻璃分为两大类,一类是冕牌玻璃,用K表示,一类是火石玻璃,用F表示。每一大类又进一步分为多个品种,每一个品种在nD-中占有一定的区域,从K、F两大类玻璃中按其组成和玻璃的物化性能又可派出其它的次类,如LaK、
6、BaK、BaF等以化学元素La、Ba为特征命名,以字母Q、Z表示玻璃折射低、高(也就是比重轻、重)来表示不同的玻璃类型,如QF、F、ZF表示轻火石、火石、重火石玻璃,另外将具有特殊相对部分色散玻璃用TF表示。同一类玻璃中,又按不同的光学参数分为许多牌号,即在表示该类玻璃符号的右下角以1,2,3等,如QF3,QF5等。我们把每种牌号光学玻璃按其光学常数在折射率nD色散系数图上表示出来,构成无色光学玻璃领域图。它是利用直角坐标系,以nD为纵坐标,为横坐标组成的,每种牌号的光学玻璃都有固定的nD值和,在图中都有一确定的对应点,如图7-1-1所示。我国光学玻璃共有18个品种,141个牌号,如表7-1-
7、1。表7-1-1光学玻璃品种及牌号数名称代号玻璃牌号数名称代号玻璃牌号数冕牌玻璃58火石玻璃83氟冕FK2冕火石KF4轻冕QK3轻火石QF8磷冕PK2火石F9冕K14钡火石BaF10钡冕BaK11重钡火石ZBaF14重冕ZK13重火石ZF13镧冕LaK12镧火石LaF10特冕TK1重镧火石ZLaF5钛火石TiF4特火石TF6图7-1-1光学玻璃nD-图7-1-2有色光学玻璃的分类有色光学玻璃是在无色光学玻璃的原料中加入一种或多种着色剂而制成的。它具有选择性吸收可见光谱内一定波长范围的光的特性,能够从不连续光谱中分离出单一谱线或由连续光谱中(或滤出)一定宽度的光谱范围,或均匀减弱白光光谱等。这类
8、玻璃称为有色光学玻璃或滤光玻璃。有色光学玻璃根据着色原理可分为两大类:、分子着色(或离子着色):玻璃引入的着色剂在玻璃中以分子状态(或离子状态)均匀分散在玻璃中,玻璃可看作是着色剂的真溶液。、胶体着色:玻璃中着色剂元素或化合物为一定胶体结构而着色。有色玻璃根据其光谱特性又可分为三大类:1、截止型玻璃。2、选择性吸收玻璃。3、中性(暗色)玻璃。有色光学玻璃的牌号如表7-1-2所示。7-2 无色光学玻璃性能无色光学玻璃的性能主要包括:光学性能、物理化学性能、机械性能和热学性能。7-2-1 光学性能、光学常数光学常数是光学玻璃分类的依据,也是光学玻璃各种牌号区别的依据。光学常数指的是玻璃折射率和色散
9、。各单色波长的折射率如nD、nd等。表7-1-2有色光学玻璃的牌号玻璃名称代 号玻璃名称透紫外线玻璃Z W BZWB1,ZWB2透红外线玻璃H W BHWB1HWB4紫色玻璃ZBZB1,ZB2,ZB3蓝色(青色)玻璃QBQB1QB22绿色玻璃LBLB1LB16黄色(金色)玻璃JBJB1JB16橙色玻璃CBCB1CB7红色玻璃HBHB1HB16防护玻璃FBFB1FB7中性(暗色)玻璃ABAB1AB10透紫外线白色玻璃BBBB1BB8光学玻璃的色散是指不同波长的光经同一种光学玻璃折射后,因折射率不同而散开的现象。最常见的色散现象是一束白光投射到三棱镜上,经棱镜折射后,射出一条彩色的光带。光学玻璃的
10、色散大小常用两种选定的光波波长的折射率之差来表示。对于色散经常采用的表示方法有以下几种:全色散平均色散部分色散阿贝数或色散倒数 相对部分色散这些折射率和色散值都是标志玻璃光学性能的一些主要参数。生产光学玻璃的工厂在其产品出厂时,对每一种牌号的不同光学常数都应符合光学玻璃国家标准的规定,玻璃的折射率取决于光的波长,测量玻璃折射率时必须指出:折射率的测定是针对哪一种波长而言的。在可见光光谱中,玻璃折射率测定常常是采用下列波长,这些波长代表着氢、氦、钠、钾原子光谱谱线,其数值列于表7-2-1中。表7-2-1谱线符号ACDdeFgGh波长(nm)768.5656.3589.3587.6546.1486
11、.1435.8494.1404.7光源钾氢钠氦汞氢汞氢汞元素符号KHNaHeHgHHgHHg光谱色红红黄黄绿浅蓝浅蓝蓝紫7-2-2 化学稳定性、研究玻璃化学稳定性的意义玻璃加工使用过程中经常与水、潮湿空气及其他侵蚀介质(如酸、碱、盐类、溶液等)相接触,这些介质对玻璃有不同程度的侵蚀破坏作用。玻璃抵抗有害介质破坏作用的能力,称为玻璃的化学稳定性。光学玻璃是各种光学仪器的主要组成部分,而各种光学仪器使用在各种不同的环境中,其有害介质各异。因此,选择能适应不同环境使用且寿命较长的光学玻璃来制造各种仪器尤为重要。其次,在光学零件加工过程中以及光学仪器的使用过程中如何防止有害介质的侵蚀破坏作用亦不能忽视
12、。光学玻璃的化学稳定性突出表现在两个方面。一种是光学另件组装在仪器里在使用过程中,由于有害介质的侵蚀生霉、发雾。使仪器的透光度和鉴别率降低,缩短使用寿命。另一种是光学另件在抛光、磨边、胶合、镀膜、检查,成品存放等过程中,接触酸、碱及潮湿空气等有害介质而产生腐蚀现象,影响另件表面光洁度而常常需要返修,使光学零件加工不能顺利进行。因此,研究玻璃的化学稳定性有很重要的实际意义。、 化学稳定性的检测无色光学玻璃的化学稳定性用抗潮湿大气的作用和抗酸溶液作用的稳定性来表示。化学稳定性的测定方法按其成分不同而异,同时,对某种玻璃化学稳定性的作用也必须根据选择的作用试剂而定。目前测定光学玻璃化学稳定性的方法较
13、多,同时都在不断的完善和修改,下边仅将常用的方法作如下介绍。1、对弱酸性溶液稳定性的测定被测定的光学玻璃加工成图7-2-1所示。将加工好的试样立即用无水乙醇擦洗,热后用10%无水乙醇与90%乙醚混合液擦洗,将试样置于盛有0.1N(PH=2.0)醋酸(温度为50)溶液中,开始实验,实验后,立即注意试样工作面灯丝像(4060瓦白炽灯)颜色的变化,如果在第一小时内试样的灯丝反射像不出现紫兰色(表面形成135毫米厚薄膜的干涉色)则用毛玻璃将酸杯盖上,以后每隔15分钟观察一次,实验一直到第一次玻璃工作面出现紫兰色灯丝像,根据所需要的时间进行分类。时间愈长,则稳定性愈好。但对nD1.5的玻璃,表面不能产生
14、紫兰色灯丝像,可用别的测量方法。图7-2-1 玻璃样品要求2、对潮湿大气稳定性的测定将被检验的玻璃加工成与测定对弱酸稳定性一样的试样,首先用无水乙醇擦洗,然后用10%乙醇与90%乙醚混合液擦洗(抛光好的试样要求在三天内实验),将实验用的器皿清洗干净,放到恒温器中,保证温度为50,相对湿度85% 的条件下,用80倍的显像微镜观察试样表面产生斑点或无油脂膜层所需的时间,对玻璃耐潮湿大气的稳定性进行分类。7-2-3 热性能因为各种光学仪器用在不同的气候和温度条件下,因此要求光学玻璃要有良好的热性能。玻璃的热性能有热容、导热系数、热稳定性及热膨胀系数,特殊用途的玻璃对热性能有较高的要求。热膨胀系数是光
15、学玻璃的主要物理性质之一。、热膨胀系数热膨胀系数就是当物体温度上升1是时其体积变化的程度,它与化学组成有很大关系,主要取决于玻璃中碱金属氧化物(如Na2O、K2O)及碱土金属氧化物(CaO、BaO)的含量。光学玻璃的热膨胀系数一般在(33105)10-7之间。在实际使用过程中经常有以下情况:两种不同的玻璃彼此焊接或熔接则要求有近似的热膨胀系数,当光学零件与金属件相配合时,特别对大型光学零件两者有相应的膨胀系数或根据玻璃热膨胀系数的精确数据预留一定的膨胀缝隙,另外在制作光栅玻璃、标尺等都需要玻璃有一定的热膨胀系数,在这种情况下我们必须精确的测量玻璃的热膨胀系数。测定玻璃热膨胀系数的方法很多。常用
16、的方法有石英比较法和干涉法两种。测出玻璃受热后,直线长l和温度变化时的曲线就可以计算各温度范围内的热膨胀系数,还可以求得玻璃的转变温度Tg与软化温度Tf(如图)。石英比较法测量玻璃膨胀系数构造如图7-2-3测量原理是利用玻璃与熔石英的膨胀系数不同,测定两者在加热过程中的相对伸长,然后依下式计算玻璃的线膨胀系数:式中: 被测玻璃在温度范围t1-t2平均线膨胀系数(-1)。由千分表量得t1-t2温度范围内总相对伸长(毫米)样品长度(毫米)熔石英在同一温度范围内之平均线膨胀系数(-1)图7-2-3 玻璃热膨胀仪1-样品,2-隔热屏,3-石英管,4-石英棒,5-千分表,6-千分表座,7-铜芯,8-瓷管
17、,9-保温套,10-保温砖塞,11-温差电偶,12-水银温度计,13-冰筒,14-电位差计被测试样的直径=4毫米左右,长50毫米,两端头平行细磨,四周抛光,放置内径56毫米之透明熔石英管内,石英管一端封闭,并预置一长约100毫米石英棒。放入试样后再利用长石英棒将试样对石英管的相对长度变化引至石英管的开放端,然后用精度为1/1000毫米的千分表进行测量。图7-2-4熔石英玻璃热膨胀系数7-2-4 机械性能玻璃的机械性能包括玻璃的硬度、弹性、脆性等。其中硬度是玻璃使用时重要的物理性质之一,与玻璃的成份有关。玻璃的硬度玻璃硬度的表示方法很多,有莫氏硬度、显微硬度、研磨硬度、刻划硬度等。玻璃的硬度常用
18、显微硬度和研磨硬度法来测定。玻璃硬度的大小直接影响到光学零件的加工质量和速度。因此,在研磨抛光过程中应结合玻璃的硬度来选择适宜的磨料及研磨方法,对于玻璃进行机械切割、钻孔或切削、车磨等加工时都需要根据玻璃的硬度来选择适宜的方法及材料。玻璃的显微硬度可用带测微目镜的显微硬度计测定。其方法为利用金钢石正方锥体(棱边间夹角160)以一定负荷在玻璃表面打入,按下式计算玻璃硬度H。式中:P负荷(克) L对角线长(微米)测定玻璃显微硬度需要有严格的规定。负荷大小,金刚锥打入玻璃时间与玻璃表面质量对硬度都有影响。光学玻璃的硬度愈低,对光学玻璃研磨愈有利,光学玻璃硬度愈高,对光学玻璃抛光愈有利,对光学玻璃光洁
19、度愈有利。7-2-5 物理性能、玻璃的密度玻璃在规定温度下单位体积内所含有的质量称为玻璃的密度,其单位为g/cm3。密度是光学玻璃的基本物理性能之一,同时也是计算玻璃分子体积和分子折射率的数据。由玻璃密度可预先算出一定容积坩锅所需配合料的数量。各种牌号光学玻璃的密度大致随其折射率上升而直线上升。由图7-2-5可见,冕牌玻璃和火石玻璃所连出直线的斜率不同,据此折射率推算玻璃密度的近似值,其经验计算公式如下:冕牌玻璃d冕10nD12.58火石玻璃d火8.7nD10.45图7-2-5玻璃密度的测定方法常温下测定玻璃密度的方法有:排液失重法(阿基米德方法);比重瓶法;悬浮法;重液法。排液失重法将玻璃样
20、品用直径为0.1毫米左右的不锈钢细金属丝悬挂在分折天平的一臂上,然后,先后在空气中与水或其它惰性液体介质中称其重量,将所得结果按下式计算玻璃度:式中:m1玻璃样品与金属丝在空气中重量(克); m2金属丝在空气中重量(克); m3玻璃样品与金属丝在液体中的重量(克); m4金属丝在液体中重量(克);实验时液体的密度;0.0012室温下空气的平均密度;光学玻璃的光吸收光通过任何物质时,光的能量会被该物质吸收。全部光能都被物质所吸收的物质是不透明的。玻璃是透明的物质,但不是对光不吸收,而是指比其他不透明的物质吸收率小而已,如无色光学玻璃在可见光谱区域内几乎没有吸收,只有小部分由于散射而收起的损失。红
21、外线区域(25微米)则出现一系列由于分子振动而引起的特征吸收率将迅速增长到某一极限值。各类光学玻璃的紫外吸收极限值与其折射率成正比关系。1、光学玻璃的光吸收系数光学玻璃的光吸收系数是表示玻璃透明程度的质量指标。光学玻璃的光吸收系数是指白光通过1厘米路程时被玻璃吸收的光通量和起始光通量的百分比,用K表示。光吸收系数的测定是测量玻璃样品的光通量的减弱为基础的。当光通过透光率为T的玻璃时,入射样品的光通过量为I0,透射的光通量为I1,则T=I1/I0,基于此可按下式计算光学玻璃的光吸收系数:式中:L玻璃样品长度(厘米)n光学玻璃的折射率可见只要能设法测量出透光率,就可计算出光吸收系数K。2、光学玻璃
22、的光吸收系数测定方法图1-2-6为仪器的主要部分,仪器装置由光源部分组成,光源部分包括灯泡发出的光经过物境出射的为平行光。在物镜之前有一辅助透镜,它将平行光束聚焦使整个光束经过被测玻璃进入接收部分,光通量的大小通过调节在物境前面的可变光阑孔的大小来改变。接收部分包括积分球,硒光电池和检流计。为了测量时保证光源部分所发出的光通量稳定所以联接灯泡的电源电压必须稳定,否则检流计的指针会晃动。电源通常可用电池也可采用普通的交流电,但必须联接一个稳定电压的稳定器。测量吸收所用玻璃样品长度应为10010mm,横截面不小于2525mm2,两通光平面平行度偏差不能超过1,表面必须抛光不允许存在擦伤,麻点等到毛
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