 |
Классиф. оптич. стекол. Составы стекол и их хар-ка. Диаграмма Аббе.
|
|
|
|
Луч света проходит через пластинку стекла:
Оптические свойства – результат взаимод-ия электромагнитного излучения с в-вом.
Виды излучения: 1. α-излучение; 2. рентгеновское; 3. УФ-излуч.; 4. видимое; 5. ИК-излуч.
Оптический диапазон длин волн, нм: УФ-излуч. 1800 – 400; видимое 400 – 740; ИК-излуч. 740 – 5000.
Оптич. постоянные – показ. преломления и дисперсия.: nD = 
Частная дисперсия: nF -nD и nD –nC
Средняя дисперсия: nF –nС
Относительная дисперсия: отношение частн. к среднему.
Коэф. дисперсии: 
Дисперсия хар-ет изменеие nD от длины волны.
Различаю кро́ны (стёкла с низким показателем преломления и высоким значениями коэффициента дисперсии) и фли́нты (стёкла с низкими значениям коэффициента дисперсии и высоким показателем преломления). При этом к группе кронов относились натриево-силикатные стекла, а к группе флинтов - стёкла содержащие свинец.
Типы крон: 1. легкие(ЛК); 2. кроны (К); 3. баритовые кроны (БК);. 4. тяжелые (ТК); 5. сверхтяжелые (СТК); 6. фосфатные (ФК); 7. тяжелые фосфатные (ТФК); 8. особые кроны. К группе флинтов относят след. типы стекол: 1. кронфлинты (КФ); 2. баритовые флинты (БФ); 3. тяжелые баритовые флинты (ТБФ); 4. легкие флинты (ЛФ); 5. флинты (Ф); 6. тяж. флинты (ТФ); 7. сверхтяж. флинты (СТФ).
В связи с ростом числа оптических стёкол, диаграмму Аббе поделили на бо́льшее число участков, соответствующих новым типам. Выпускают более 120 марок таких стекол. Каждая марка хар-ся своими nD и дисперсии 
Диаграмма Аббе:
- основные марки стекол;
- дублер-стекла (стекла, у которых nD отлич-ся от основных стекол на 0,01, а коэф. дисперсии – на 2 единицы).
Составы крон и флинтов
ЛК – nD < 1,5; 
= 63 и более. Чтоб получить такой низкий nD в состав стекла должны входить компоненты, парциальное число по nD у которых < 1,5: SiO2; Al2O3; В2O3. Обязательные комп-ты – оксиды щел. Ме, => для получения ЛК использ. системы: R2O – В2O3 – Al2O3 – SiO2 – F (F – для повышения коэф. дисперсии; R2O= К2O; Na2О; К2O – обеспеч-ет большую прозрачность стекла, деле устойчив к крист.,=> ему отдают предпочтение).
|
|
|
Т. к. такие стекла содержат F, то треб-ся окислительные условия варки. Для этого в кач-ве осветлителей использ. оксид As и частично один из комп-ов (К2O) вводят через селитру для окисл-ой среды. К – nD = 1,50 – 1,55; = 55 – 67. Для повышения nD такие стекла изгот-ют на основе системы: R2O – В2O3 – Al2O3. Вводят оксиды двухвалентных Ме: PbO; BaO; ZnO; CaO, но не > 12 мас. %. В таких стеклах сод-ся по отношению к ЛК большее количество В2O3. В2O3 снижает высокотемпературную вязкость стекол, повышает хим. стойкость и коэф. дисперсии; Al2O3 - вводят для повышения крист. способности и хим. устойчивости, но его введение в ограниченном кол-ве, т. к. он при высоких Т приводит к вспениванию стекломассы при осветлении. А вспенивание приводит к потере стекла и осложняет процесс осветления. БК – nD = 1,51 – 1,57; = 57 – 65. Получают на основе системы: BaO – В2O3 – SiO2. В таких стеклах сод-ся большое кол-во BaO. Оксиды щел. Ме из состава выводят. Для сохранения плавкости этих стекол вводят повышенное содержание двухвалентных Ме. Эти стекла склонны к крист-ции. Для снижения крист. способности в их составы вводят добавки CaO; ZnO; Al2O3. ТК и СТК – для повышения nD в состав стекла вводят: La2O3; ZrO2; CdO; ThO2. Для ТК nD = 1,55 – 1,66; = 50,5 – 64. Для СТК nD > 1,65 – 1,66; >45. СТК в составе содержат очень мало SiO2. СТК очень агрессивны к огнеупорам и треб-ют варки в платиновых тиглях или сосудах.
Флинты – стекла, которые содержат в составе комп-ты, характерные только для флинтов и крон-флинтов, ЛК, ТФ и СТФ. Получ. на основе системы: К2O – PbO – SiO2. Крон-флинты – занимают промежуточное значение между ЛК и ЛФ. nD = 1,50 – 1,54; = 63 – 50. Использ. систему: К2O – Na2О – PbO – SiO2. Дополнительно в эти стекла вводят В2O3 и Al2O3. Из щел. оксидов предпочтение отдают Na2О, т. к. при равных значениях nD этот оксид обеспечивает меньший коэф. дисперсии. Такие стекла тугоплавкие, т. к. сод-ат много SiO2 (до 83%), => сложны в работе. Для снижения тугоплавкости вместо PbO вводят TiO2 и м. использ. F, который сильно снижает вязкость расплава. Одновременное введение TiO2 и F снижает коэф. дисперсии, повышает хим. стойкость, такие стекла становятся более технологичными. БФ – находятся между Ф и ТК; использ. систему К2O – Na2О – PbO – SiO2. Дополнительно ввод. BaO (до 12 мас.%). Максим-ое сод-ние PbO – 44%, => чем > PbO, тем они ближе расположены к флинтам, если > BaO – то к кронам. nD = 1,52 – 1,70; = 56 – 31. ТБФ – между СТК и ТФ; использ. BaO – В2O3 – SiO2 и дополнительно для повышения nD вводят PbO, TiO2, WO3. Несиликатные стекла: ФК и ФТК – использ. фосфаты с содержанием Р2O5 в ФК – 45%, ТФК – 45 – 30%. Для повышения nD вводят La2O3, PbO, оксид стронция. Для снижения крист. способности - Al2O3, SiO2. Для осветления - As2O3. nD = 1,50 – 1,62; = 70 – 63. Особые кроны и флинты – для особых флинтов примен. щёлочно-сурьмяно-боросиликатные стекла и свинцово-боратные с добавками La2O3 и Al2O3. Для особых крон – заним. место между чисто фосфатными и чисто фторидными стеклами. Кроны отлич. повышенной частной дисперсией в синей части спектра, а флинты –пониженной.
|
|
|
8. Показатели кач-ва оптич. стекла. Оптич. постоянные стекол. Оптич. и хим. однородность стекла.
Прохождение луча света через призму:
ε = (n–1) θ
Требования к качеству оптич. стекол очень жесткие!!!
Оптич. постоянные – показ. преломления и дисперсия.: nD =
Частная дисперсия: nF -nD и nD –nC
Средняя дисперсия: nF –nС
Относительная дисперсия: отношение частн. к среднему.
Коэф. дисперсии:
Дисперсия хар-ет изменеие nD от длины волны.
Основные показатели кач-ва:
1. допустимые отклонения по nD и средней дисперсии;
2. однородность стекла;
3. поглощение стекла;
4. пузырность стекла.
По значению допустимых отклонений nD и средней дисперсии оптич. стекла делятся на 5 категорий: 0,1,2,3,4.
Очковая оптика изгот-ся по 3-ей и 2-ой категории. По 4-ой – защитные стекла, зеркала. Жесткие требования также предъяв-ся по допустимым отклонениям nD и средней дисперсии в пределах одной партии изделий.
|
|
|
Классы однородности: А, Б, В.
А, Б обеспечиваются, если стекла идут одной партией, т. е. стекла навативают в одном горшке. В данном случае постоянство обеспечивается тепловым режимом варки стекла, выработкой стекла, отжигом, хим. составом. Т. е. стекла марки А, Б можно получать только в рез-те одной варки!!!
Однородность стекла
Хар-на высокая однородность. В оптическом стекле есть дефекты, которые вызваны неравномерностью хим. состава (свили, плавные неоднородности) и физ. характера (двойное лучепреломление, кот. вызывается механич. напряжениями и неоднородностью внутренних структур). Все эти неоднороднсти вызывают изменения nD и дисперсии, что дает искажение оптической системы.
Свиль – прозрачн. нитевидные или слоистые включения разного хим. состава, облад-щие разным nD.
Плавные неоднородности – вызваны плавным изменением хим. состава по всему объему стекла и nD.
По оптич. однородности стекла делят на 5 категорий: 1-ая – изгот-ют астрономич. объективы и интенференционные приборы, т. е. такие стекла изгот-ют для тех оптич. приборов, где оптич. сила прибора д. б. = теоретической (очень жёстк. треб-ния).
Двойное лучепреломление
- это когда луч, попадая в стекло, распадается на два луча поляризованных во взаимнопрерпендик-ных направлениях. Скорость хода лучей в этих направлениях будет разной и => по разности хода лучей, выраженной в нм/см хода луча, оценив-ся двойное лучепреломление и эта же величина явл-ся мерой остаточных напряжений и мерой кач-ва отжига стекла. По нему оценив-ся однородность стекла.
Двойное лучепреломление вызвано напряжениями, кот-ые возникают в стекле при его охлаждении. Стекло охлажд-ся с определенной скоростью: с пов-ти охлажд. быстрее, внутри – медленнее, => между слоями возникают напряжения, которые приводят к двойному лучепреломлению. Оно также возник. и засчет очень малых плотностей между слоями, => для снятия этих напряжений использ. тонкий отжиг.
Категории оптич. стекол: 1а – изгот. стекла для поляризациооных приборов; 1, 2, 3 – для призм; 4 – для линз окуляров, защитные стекла; 5 – зеркала.
|
|
|
Коэф. светопоглощения
Оптич. стекла отлич-ся высоким светопропук-ем, которое оценивается коэф. светопоглощения 
Поглощение света обусловлено наличием примесей, кот. попадают в стекло с сырьев. материалами, из атмосферы печи, из помещения, горшковых мешалок.
Окраска м. б. обусловлена присутствием в составе стекла Ме переменной валентности.
Красящая сила эл-ов при их одинаковой конц-ции: Fe – 1; Mn – 5; Cu – 20; Cr – 50; Ni – 100.Категории: 000, 00, 0, 1, 2, 3, 4.
По категории 000 с КА до 0,1% изгот-ют волоконно-оптические жгуты, с КА до 0,2% - военно-космические приборы, приборы с длиной пути света в стекле 200 мм не более. По 00 – оптич. приборы с длиной пути света 200 мм; по 10 - ||-||-|| до 50 мм; по остальным категориям – очки и др.
Хим. стойкость
| Группа | Разрушающий реактив | Время появления признаков порчи, час |
| 0,1 н р-р CH3COOH | >5 |
| 0,1 н р-р CH3COOH | 1-5 |
| 0,1 н р-р CH3COOH | |
| Вода |
Хим. стойкость опред-ют по пятнаемости: 
|
|
|
