光學(xué)玻璃技術(shù)原理及發(fā)展趨勢(shì)解析

　　4、色散分類

　　按色散又分為兩類：色散較小的為冕類(K)，色散非常大的為火石類(F)。

　�、倜犷�光學(xué)玻璃分為氟冕(FK)、輕冕(QK)、磷冕(PK)、重磷冕(ZPK)、冕(K)、重冕(ZK)、鋇冕(BaK)、鑭冕(LaK)、鈦冕(TiK)和特冕(TK)等。

　�、诨鹗惞鈱W(xué)玻璃分為輕火石(QF)、火石(F)、重火石(ZF)、鋇火石(BaF)、重鋇火石(ZBaF)、鑭火石(LaF)、重鑭火石(ZLaF)、鈦火石(TiF)、冕火石(KF)和特種火石(TF)等。它們?cè)谡凵渎蕁d與色散系數(shù)v的關(guān)系圖像（見(jiàn)圖）中分布在不同的領(lǐng)域。

　　5、抗輻射

　　抗輻射玻璃是廣義光學(xué)玻璃的一種。包括防輻射玻璃和耐輻射玻璃。

　�、俜垒椛洳Ａе饕菍�(duì)γ射線和X射線有非常大吸收能力的玻璃。當(dāng)γ射線或X射線進(jìn)入防護(hù)玻璃時(shí)，由于玻璃內(nèi)部產(chǎn)生光電效應(yīng)、生成正負(fù)電子對(duì)，同時(shí)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)和自由態(tài)電子，使射入的γ射線或X射線能量減小，穿透力下降，起到了防護(hù)作用。當(dāng)防輻射玻璃的密度增加時(shí)，屏蔽能力也相應(yīng)增加。防γ射線的玻璃的密度通常不小于4.5g/cm。近年來(lái)，已開(kāi)始用密度為6.2～6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

　�、谀洼椛涔鈱W(xué)玻璃主要指在γ射線作用下不易著色的光學(xué)玻璃。耐輻射光學(xué)玻璃牌號(hào)的命名，仍根據(jù)光學(xué)玻璃牌號(hào)，注明能耐輻射的倫琴數(shù)，例如，K509耐輻射光學(xué)玻璃的光學(xué)常數(shù)同K9,且能耐10倫琴劑量的γ射線。普通玻璃受高能射線輻射后產(chǎn)生自由電子，它與玻璃內(nèi)部的缺位結(jié)合，形成色心。同時(shí)也可使原子核移位，破壞了正常的結(jié)構(gòu)，也產(chǎn)生色心，使玻璃著色。

　　耐輻射光學(xué)玻璃中引入了CeO2，在高能γ射線輻照后，由于式①,能俘獲電子，不使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生色心,且因Ce和Ce的吸收帶在紫外區(qū)。當(dāng)CeO2含量過(guò)高時(shí)，在紫外、紅外的吸收帶延伸到可見(jiàn)光區(qū)，使可見(jiàn)光的藍(lán)色區(qū)域吸收增加，導(dǎo)致玻璃呈顏色。同時(shí)，也會(huì)因玻璃中其他成分的影響而加深顏色，所以CeO2的含量不能太高，在K509中CeO2的含量約為0.4%～0.5%，在K709中CeO2約為1%。

　　6、制作原料

　　以優(yōu)異石英砂為主料。適當(dāng)加入輔料。由于稀土具有高的折射率，低的色散和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可生產(chǎn)光學(xué)玻璃，用于制造高等照相機(jī)、攝像機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等高等光學(xué)儀器的鏡頭。例如一種含氧化鑭lao360%，氧化硼b2o340%的具有優(yōu)良光學(xué)性質(zhì)的鑭玻璃，是制造高等照相機(jī)的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的不可缺少的光學(xué)材料。另外，利用一些稀土元素的防輻射特性，可生產(chǎn)防輻射玻璃。

　　7、冷加工

　　一種利用化學(xué)氣相熱處理手段以及單片鈉鈣硅玻璃來(lái)改變其原來(lái)分子結(jié)構(gòu)而不影響玻璃原有顏色及透光率，使其達(dá)到超硬度標(biāo)準(zhǔn)，在高溫火焰沖擊下以滿足防火要求的超硬度防火玻璃及其制造方法、專項(xiàng)使用設(shè)備。它是由下述重量配比的組份制成：鉀鹽蒸氣(72%～83%)、氬氣(7%～10%)、氣態(tài)氯化銅(8%～12%)、氮?dú)?2%～6%)。它包含以下工藝流程：以鈉鈣硅玻璃為基片進(jìn)行切割，精磨邊的冷加工→對(duì)冷加工后的鈉鈣硅玻璃進(jìn)行化學(xué)氣相熱處理→將鈉鈣硅玻璃表面進(jìn)行鍍防火保護(hù)膜的處理→將鈉鈣硅玻璃表面進(jìn)行特種物理鋼化處理。由缸體及其與之相套合的缸蓋、與缸蓋一體連接的反應(yīng)釜構(gòu)成專項(xiàng)使用熱分解氣化設(shè)備。

　　8、發(fā)展

　　光學(xué)玻璃的發(fā)展和光學(xué)儀器的發(fā)展是密不可分的。光學(xué)系統(tǒng)新的改變往往向光學(xué)玻璃提出新的要求，因而推動(dòng)了光學(xué)玻璃的發(fā)展，同樣，新品種玻璃的試制成功也也往往反過(guò)來(lái)促進(jìn)了光學(xué)儀器的發(fā)展。

　　被人們用來(lái)制作光學(xué)零件的光學(xué)材料是天然晶體，據(jù)稱古代亞西利亞用水晶作透鏡，而在古代中國(guó)則應(yīng)用天然電氣石（茶鏡）和黃水晶�？脊偶易C明公元三千年前在埃及和我們（戰(zhàn)國(guó)時(shí)代）人們已能制造玻璃。但是玻璃作為眼鏡和鏡子還是十三世紀(jì)在威尼斯開(kāi)始的。恩格斯在“自然辨證法”中對(duì)此曾給予很高的評(píng)價(jià)，認(rèn)為這是當(dāng)時(shí)的優(yōu)越發(fā)明之一。此后由于天文學(xué)家與航海學(xué)的發(fā)展需要，伽利略、牛頓、笛卡兒等也用玻璃制造了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。從十六世紀(jì)開(kāi)始玻璃已成為制造光學(xué)零件的主要材料了。

　　到了十七世紀(jì)，光學(xué)系統(tǒng)的消色差成為光學(xué)儀器的中心問(wèn)題。這時(shí)由于改進(jìn)了玻璃成分，在玻璃中引入了氧化鉛，赫爾才于1729年獲得一對(duì)消色差透鏡，從此，光學(xué)玻璃就被分為冕牌和燧石玻璃兩個(gè)大類。

　　1768年紀(jì)南在法國(guó)首先用粘土棒攪拌的方法制得了均勻的光學(xué)玻璃，從而開(kāi)始建立了單獨(dú)的光學(xué)玻璃制造工業(yè)。在十九世紀(jì)中葉，幾個(gè)發(fā)達(dá)的資本主義國(guó)家都先后建立了自己的光學(xué)玻璃工廠，如法國(guó)帕臘-芒圖公司（1872年）、英國(guó)錢斯公司（1848）、德國(guó)蕭特公司(1848)等。

　　十九世紀(jì)光學(xué)儀器有很大發(fā)展。一次世界大戰(zhàn)前夕，德國(guó)為了迅速發(fā)展軍用光學(xué)儀器，要求打破光學(xué)玻璃品種貧乏的限制。這時(shí)，有名物理學(xué)家阿員參加了蕭特廠的工作。他在玻璃中加入了新的氧化物如BaO，B2O3,ZnO，P2O3等，并且研究了它他對(duì)玻璃光學(xué)常數(shù)的影響。在這基礎(chǔ)上，發(fā)展了鋇冕、硼冕、鋅冕等類型玻璃，同時(shí)也開(kāi)始試制了特殊相對(duì)部分色散的燧石玻璃。在這時(shí)期內(nèi)，光學(xué)玻璃品種有了很大的擴(kuò)展，因而在光學(xué)儀器方面出現(xiàn)了較完整的照相機(jī)及顯微鏡物鏡。

　　直至二十世紀(jì)三十年代以前，大部分工作仍在蕭特廠基礎(chǔ)上進(jìn)行。到1934年獲得了一系列重冤玻璃，如德國(guó)號(hào)SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等。到此為止，可以認(rèn)為是光學(xué)玻璃發(fā)展的一個(gè)階段。

　　由于各種新品種光學(xué)玻璃在加工或使用性能上或多或少地存在著缺點(diǎn)，因此在研究擴(kuò)展光學(xué)玻璃領(lǐng)域的同時(shí)，還針對(duì)改善各種新品種光學(xué)玻璃的物理和物理化學(xué)性質(zhì)。以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了許多工作。

　　綜觀以上歷史發(fā)展的過(guò)程，可以預(yù)言今后光學(xué)玻璃的發(fā)展方向是：

　�、僦频锰貏e高折射率的玻璃；

　�、谥频锰厥庀鄬�(duì)部分色散的玻璃；

　�、郯l(fā)展紅外及紫外光學(xué)玻璃；

　�、苋〈Ａе心承┎涣嫉某煞秩绶派湫缘腡HO2，有毒的BcO，Sb2O3等；

　�、萏岣卟ＡУ幕瘜W(xué)穩(wěn)定性；

　�、尢岣卟Ａ该鞫群头乐共Ａл椛渲�；

　�、吒倪M(jìn)工藝過(guò)程，降低新品種玻璃價(jià)格。