光學(xué)玻璃的來歷

　　能改動光的傳播方向，并能改動紫外、可見或紅外光的相對光譜散布的玻璃。狹義的光學(xué)玻璃是指無色光學(xué)玻璃；廣義的光學(xué)玻璃還包含有色光學(xué)玻璃、激光玻璃、石英光學(xué)玻璃、抗輻射玻璃、紫外紅外光學(xué)玻璃、纖維光學(xué)玻璃、聲光玻璃、磁光玻璃和光變色玻璃。光學(xué)玻璃可用于制作光學(xué)儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡及窗口等。由光學(xué)玻璃構(gòu)成的部件是光學(xué)儀器中的關(guān)鍵性元件。

　　1、前景

　　光學(xué)玻璃是光電技術(shù)產(chǎn)業(yè)的根底和首要構(gòu)成有些。特別是在20世紀(jì)90年代往后，跟著光學(xué)與電子信息科學(xué)、新資料科學(xué)的不斷融合，作為光電子根底資料的光學(xué)玻璃在光傳輸、光貯存和光電顯現(xiàn)三大范疇的使用更是日新月異，變成社會信息化尤其是光電信息技術(shù)開展的根底條件之一。

　　跟著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)、安穩(wěn)開展，我國光學(xué)玻璃制作職業(yè)開展迅猛。依據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯現(xiàn)，2010年，光學(xué)玻璃制作職業(yè)規(guī)劃以上企業(yè)數(shù)量達(dá)246家，職業(yè)全年完成出售收入為234.05億元，同比添加53.70%;完成贏利15.37億元，同比添加87.10%;資產(chǎn)規(guī)劃到達(dá)264.50億元，同比添加77.49%。因為光學(xué)玻璃制作職業(yè)以國內(nèi)出售為主，金融危機(jī)對其影響相對較小，職業(yè)仍然表現(xiàn)出較好的添加勢頭。

　　2、簡介

　　用于制作光學(xué)儀器或機(jī)械體系的透鏡、棱鏡、反射鏡、窗口等的玻璃資料。包含無色光學(xué)玻璃(一般簡稱光學(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)玻璃具有高度的透明性、化學(xué)及物理學(xué)(構(gòu)造和功能)上的高度均勻性，具有特定和準(zhǔn)確的光學(xué)常數(shù)。它可分為硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、氟化物和硫系化合物系列。種類繁多，首要按他們在折射率(nD)-阿貝值(VD)圖中的方位來分類。傳統(tǒng)上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，vd>55的各類玻璃定為冕(K)玻璃，其他各類玻璃定為火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透鏡，火石玻璃作凹透鏡。一般冕玻璃歸于含堿硼硅酸鹽體系，輕冕玻璃歸于鋁硅酸鹽體系，重冕玻璃及鋇火石玻璃歸于無堿硼硅酸鹽體系，絕大有些的火石玻璃歸于鉛鉀硅酸鹽體系。跟著光學(xué)玻璃的使用范疇不斷拓寬，其種類在不斷擴(kuò)大，其構(gòu)成中簡直包含周期表中的一切元素。

　　經(jīng)過折射、反射、透過方法傳遞光線或經(jīng)過吸收改動光的強(qiáng)度或光譜散布的一種無機(jī)玻璃態(tài)資料。具有安穩(wěn)的光學(xué)性質(zhì)和高度光學(xué)均勻性。

　　3、光學(xué)玻璃分類

　　無色光學(xué)玻璃

　　對光學(xué)常數(shù)有特定請求，具有可見區(qū)高透過、無挑選吸收上色等特色。按阿貝數(shù)巨細(xì)分為冕類和火石類玻璃，各類又按折射率凹凸分為若干種，并按折射率巨細(xì)順次排列。多用作望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、照相機(jī)等的透鏡、棱鏡、反射鏡等。

　　防輻照光學(xué)玻璃

　　對高能輻照有較大的吸收才能，有高鉛玻璃和CaO-B2O2體系玻璃，前者可防止γ射線和X射線輻照，后者可吸收慢中子和熱中子，首要用于核工業(yè)、醫(yī)學(xué)范疇等作為屏蔽和窺視窗口資料。

　　耐輻照光學(xué)玻璃

　　在必定的γ射線、X射線輻照下，可見區(qū)透過率變化較少，種類和商標(biāo)與無色光學(xué)玻璃一樣，用于制作高能輻照下的光學(xué)儀器和窺視窗口。

　　有色光學(xué)玻璃

　　又稱濾光玻璃。對紫外、可見、紅外區(qū)特定波長有挑選吸收和透過功能，按光譜特性分為挑選性吸收型、截止型和中性灰3類；按上色機(jī)理分為離子上色、金屬膠體上色和硫硒化物上色3類，首要用于制作濾光器。

　　紫外和紅外光學(xué)玻璃

　　在紫外或紅外波段具有特定的光學(xué)常數(shù)和高透過率，用作紫外、紅外光學(xué)儀器或用作窗口資料。

　　光學(xué)石英玻璃

　　以二氧化硅為首要成分，具有耐高溫、膨脹系數(shù)低、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)功能好等特色，用于制作對各種波段透過有特別請求的棱鏡、透鏡、窗口和反射鏡等。此外，還有用于大規(guī)劃集成電路制作的光掩膜板、液晶顯現(xiàn)器面板、印象光盤盤基薄板玻璃；光沿著磁力線方向經(jīng)過玻璃時偏振面發(fā)作旋轉(zhuǎn)的磁光玻璃；光按必定方向經(jīng)過傳輸超聲波的玻璃時，發(fā)作光的衍射、反射、會聚或光頻移的聲光玻璃等。

　　4、色散分類

　　按色散又分為兩類：色散較小的為冕類(K)，色散較大的為火石類(F)。

　?、倜犷惞鈱W(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。它們在折射率nd與色散系數(shù)v的聯(lián)系圖畫（見圖）中散布在不同的范疇。

　　5、抗輻射

　　抗輻射玻璃是廣義光學(xué)玻璃的一種。包含防輻射玻璃和耐輻射玻璃。

　　①防輻射玻璃首要是對γ射線和X射線有較大吸收才能的玻璃。當(dāng)γ射線或X射線進(jìn)入防護(hù)玻璃時，因為玻璃內(nèi)部發(fā)生光電效應(yīng)、生成正負(fù)電子對，一起發(fā)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，穿透力降低，起到了防護(hù)效果。

　　當(dāng)防輻射玻璃的密度添加時，屏蔽才能也相應(yīng)添加。防γ射線的玻璃的密度一般不小于4.5g/cm。這些年，已開端用密度為6.2～6.5g/cm的玻璃,常用的有ZF系列。

　?、谀洼椛涔鈱W(xué)玻璃首要指在γ射線效果下不易上色的光學(xué)玻璃。耐輻射光學(xué)玻璃商標(biāo)的命名，仍依據(jù)光學(xué)玻璃商標(biāo)，注明本領(lǐng)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,且本領(lǐng)10倫琴劑量的γ射線。一般玻璃受高能射線輻射后發(fā)生自由電子，它與玻璃內(nèi)部的缺位聯(lián)系，構(gòu)成色心。一起也可使原子核移位，破壞了正常的構(gòu)造，也發(fā)生色心，使玻璃上色。

　　耐輻射光學(xué)玻璃中引進(jìn)了CeO2，在高能γ射線輻照后，因為式①,能抓獲電子，不使玻璃內(nèi)部發(fā)生色心,且因Ce和Ce的吸收帶在紫外區(qū)。當(dāng)CeO2含量過高時，在紫外、紅外的吸收帶延伸到可見光區(qū)，使可見光的藍(lán)色區(qū)域吸收添加，導(dǎo)致玻璃呈黃色。一起，也會因玻璃中其他成分的影響而加深色彩，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、制作質(zhì)料

　　以優(yōu)異石英砂為主料。恰當(dāng)參加輔料。因為稀土具有高的折射率，低的色散和杰出

　　的化學(xué)安穩(wěn)性，可生產(chǎn)光學(xué)玻璃，用于制作高檔照相機(jī)、攝像機(jī)、望遠(yuǎn)鏡等高檔光學(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，是制作高檔照相機(jī)的鏡頭和潛望鏡的鏡頭的不行短少的光學(xué)資料。別的，使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

　　一種使用化學(xué)氣相熱處理手段以及單片鈉鈣硅玻璃來改動其本來分子構(gòu)造而不影響玻璃原有色彩及透光率，使其到達(dá)超硬度規(guī)范，在高溫火焰沖擊下以滿意防火請求的超硬度防火玻璃及其制作方法、專用設(shè)備。它是由下述分量配比的組份制成：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)行切開，精磨邊的冷加工→對冷加工后的鈉鈣硅玻璃進(jìn)行化學(xué)氣相熱處理→將鈉鈣硅玻璃外表進(jìn)行鍍防火保護(hù)膜的處理→將鈉鈣硅玻璃外表進(jìn)行特種物理鋼化處理。由缸體及其與之相套合的缸蓋、與缸蓋一體銜接的反應(yīng)釜構(gòu)成專用熱分化氣化設(shè)備。

　　8、開展

　　光學(xué)玻璃的開展和光學(xué)儀器的開展是密不行分的。光學(xué)體系新的變革通常向光學(xué)玻璃提出新的請求，因此推動了光學(xué)玻璃的開展，相同，新種類玻璃的試制成功也也通常反過來促進(jìn)了光學(xué)儀器的開展。

　　最早被大家用來制作光學(xué)零件的光學(xué)資料是天然晶體，據(jù)稱古代亞西利亞用水晶作透鏡，而在古代我國則使用天然電氣石（茶鏡）和黃水晶?？脊偶易C實公元三千年前在埃及和咱們（戰(zhàn)國時代）大家已能制作玻璃。但是玻璃作為眼鏡和鏡子仍是十三世紀(jì)在威尼斯開端的。恩格斯在“天然辨證法”中對此曾給予很高的評估，以為這是當(dāng)時的杰出發(fā)明之一。爾后因為天文學(xué)家與帆海學(xué)的開展需求，伽利略、牛頓、笛卡兒等也用玻璃制作了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡。從十六世紀(jì)開端玻璃已變成制作光學(xué)零件的首要資料了。

　　到了十七世紀(jì)，光學(xué)體系的消色差變成光學(xué)儀器的中心疑問。這時因為改善了玻璃成分，在玻璃中引進(jìn)了氧化鉛，赫爾才于1729年取得第一對消色差透鏡，從此，光學(xué)玻璃就被分為冕牌和燧石玻璃兩個大類。

　　1768年歲南在法國首先用粘土棒拌和的方法制得了均勻的光學(xué)玻璃，然后開端建立了獨(dú)立的光學(xué)玻璃制作工業(yè)。在十九世紀(jì)中葉，幾個興旺的資本主義國家都先后建立了自己的光學(xué)玻璃工廠，如法國帕臘-芒圖公司（1872年）、英國錢斯公司（1848）、德國蕭特公司(1848)等。

　　十九世紀(jì)光學(xué)儀器有很大開展。第一次世界大戰(zhàn)前夕，德國為了迅速開展軍用光學(xué)儀器，請求打破光學(xué)玻璃種類匱乏的限制。這時，著名物理學(xué)家阿員參加了蕭特廠的作業(yè)。他在玻璃中參加了新的氧化物如BaO，B2O3,ZnO，P2O3等，而且研討了它他對玻璃光學(xué)常數(shù)的影響。在這根底上，開展了鋇冕、硼冕、鋅冕等類型玻璃，一起也開端試制了特別相對有些色散的燧石玻璃。在這時期內(nèi)，光學(xué)玻璃種類有了很大的拓展，因此在光學(xué)儀器方面呈現(xiàn)了較完好的照相機(jī)及顯微鏡物鏡。

　　直至二十世紀(jì)三十年代曾經(jīng)，大有些作業(yè)仍在蕭特廠根底上進(jìn)行。到1934年取得了一系列重冤玻璃，如德國號SK-16（620/603）及SK-18（639/555）等。到此為止，能夠以為是光學(xué)玻璃開展的一個期間。

　　二次世界大戰(zhàn)前后，跟著各種光學(xué)儀器如航空攝影，紫外與紅外光譜儀器、高檔照相物鏡等的開展，對光學(xué)玻璃又發(fā)生了新的需求。這時，光學(xué)玻璃也就相應(yīng)地有了新的開展。1942年，美國摩萊（Morey）及往后蘇聯(lián)與德國的科學(xué)作業(yè)者都相繼把稀士及稀散氧化物引進(jìn)玻璃中，因此擴(kuò)大了玻璃種類，得到了一系列高折射率低色散的光學(xué)玻璃，如德國LaK,LaF，蘇聯(lián)CTK及ТЬФ等種類系列。與此一起，也進(jìn)行了低折射率大色散玻璃的研討并得到一系列氟鈦硅酸鹽體系的光學(xué)玻璃。

　　因為各種新種類光學(xué)玻璃在加工或使用功能上或多或少地存在著缺點(diǎn)，因此在研討拓展光學(xué)玻璃范疇的一起，還對于改善各種新種類光學(xué)玻璃的物理和物理化學(xué)性質(zhì)。以及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了許多作業(yè)。

　　綜觀以上前史開展的進(jìn)程，能夠預(yù)言往后光學(xué)玻璃的開展方向是：

　?、僦频锰貏e高折射率的玻璃；

　?、谥频锰貏e相對有些色散的玻璃；

　　③開展紅外及紫外光學(xué)玻璃；

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

　?、葸M(jìn)步玻璃的化學(xué)安穩(wěn)性；

　　⑥進(jìn)步玻璃透明度和防止玻璃輻射上色；

　　⑦改善工藝進(jìn)程，降低新種類玻璃報價。

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