I inne tlenki. Szkło optyczne wykorzystywane jest do produkcji soczewek, pryzmatów, kuwet itp. Specjalne szkła optyczne produkowane są na bazie grupy nieorganicznych, tlenkowych, przezroczystych materiałów ceramicznych, szkieł organicznych, mineralno-organicznych i innych materiałów. Niektóre odmiany charakteryzują się selektywną przezroczystością na różne promienie widzialnych i niewidzialnych części widma światła, specjalną przezroczystością i innymi specjalnymi właściwościami (na przykład różną twardością, elastycznością, zgodnością biologiczną). Specjalne wymagania stawiane są szkłu do produkcji soczewek kontaktowych, silikonowym okularom optycznym, apochromatom, soczewkom do promieni IR, promieni rentgenowskich itp.
Utworzenie specjalnej branży - produkcja szkła optycznego
Do obróbki szkła optycznego wykorzystywane są specjalne urządzenia i technologie. Ze względu wyłącznie wysokie wymagania wymagania dotyczące jakości obrazu, poszerzając zakres zastosowań urządzenia optyczne zaistniała potrzeba produkcji szerokiej gamy specjalnych rodzajów szkła, różniących się właściwościami i składem. Szkło optyczne w odróżnieniu od zwykłego szkła musi charakteryzować się szczególnie wysoką przezroczystością, czystością, jednorodnością, danym współczynnikiem załamania światła, a w razie potrzeby selektywną przezroczystością dla określonych widm długości fal (np. w noktowizorach – przezroczystość na promieniowanie IR, w filtrach , powłoki w apochromatach itp.). Spełnienie tych wymagań znacząco zmienia jego skład chemiczny, stosuje zaawansowaną technologię wytwarzania i obróbki szkieł optycznych, umożliwiającą ich produkcję. Skład szkła optycznego na bazie optyki materiały nieorganiczne takie jak tlenek krzemu (SiO2), soda, kwas borowy, sole baru, tlenek ołowiu, fluorki, tlenek germanu, optyczne materiały organiczne - materiały polimetakrylan metylu(PMMA), mineralno-organiczne szkła optyczne, pozwalają na poprawę możliwości optycznych układów optycznych o dodatkowe nowe właściwości.
Rodzaje szkła optycznego
Okulary optyczne dzielą się na:
Szkło wykonane z materiałów nieorganicznych (szkło nieorganiczne);
Szkło wykonane z materiałów organicznych (szkło organiczne);
Szklanki wykonane z materiałów mineralno-organicznych (szkło mineralno-organiczne)
Okulary optyczne wykonane z materiałów nieorganicznych
Szkło kwarcowe
Soczewki wykonane z optycznego szkła kwarcowego posiadają szereg dodatkowych właściwości optycznych niezbędnych w specjalnych, precyzyjnych układach optycznych, w porównaniu do stosowanej w tej dziedzinie głównej grupy soczewek wykonanych z naturalnego szkła kwarcowego widmo widzialne lekkie i różnią się:
Najniższy współczynnik załamania światła wśród szkieł na bazie SiO 2 ( n D= 1,4584) i najwyższą transmisję światła, szczególnie dla promieni ultrafioletowych.
Wysoka odporność termiczna, współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej poniżej 1,10 -6 K -1 (w zakresie temperatur od 20 do 1400°C).
Temperatura mięknienia szkła kwarcowego wynosi 1400°C.
Jako dobry dielektryk - przewodność elektryczna w temperaturze 20 °C wynosi 10 −14 - 10 −16 Ohm -1 m -1, tangens strat dielektrycznych w temperaturze 20 °C i częstotliwości 10 6 Hz wynosi 0,0025-0,0006.
Szkło silikonowe
Obecnie w produkcji wykorzystuje się różne rodzaje szkła nowoczesne technologie odbieranie i przetwarzanie. Zastosowanie nowych narzędzi ściernych, w tym narzędzi diamentowych, specjalnych past do szlifowania, dogładzania i polerowania, umożliwiło rozpoczęcie produkcji twardych i supertwardych szkieł optycznych, łączących ultrawysoką izotropię, niską dyspersję z najbardziej wysoka wartość współczynnik załamania światła (np. okulary, soczewki, zwierciadła wykonane z krzemu, w zakresie długości fal 1-7 mikronów mają współczynnik załamania n D = 3,49!, stworzono soczewki paraboliczne wykonane z krzemu, które załamują i skupiają promienie X - Optyczne elementy wykonane z krzemu).
Okulary optyczne wykonane z krzemu posiadają :
ultrawysoka izotropia;
niska dyspersja;
największy z całkowita wartość współczynnik załamania światła n D =3,49!;
przezroczysty w obszarze IR 2 mm - skale 760 nm fale elektromagnetyczne;
odporność na działanie w strefie promieniowania rentgenowskiego;
zdolność do zachowania swoich właściwości i właściwości przez długi czas przy możliwej ekspozycji czynniki zewnętrzne(mechaniczne, klimatyczne, radiacyjne, chemiczne, bakteriologiczne itp.);
wysoka gęstość = 2,33 g/cm3.
biokompatybilność do zastosowań medycznych (bioszkło).
Szkło wykonane z germanu
German w postaci dwutlenku GeO 2 znajduje szerokie zastosowanie w produkcji urządzeń optycznych takich jak soczewki, obiektywy itp. stosowanych w przemyśle optycznym.
Właściwości szkła optycznego GeO 2
Współczynnik załamania światła n=1,7;
Dodatkowo wysoka przejrzystość promieni światła podczerwonego;
Niska dyspersja;
Wysoka twardość.
Dzięki temu jest przydatny jako materiał optyczny do produkcji soczewek szerokokątnych i stosowania soczewek w mikroskopie optycznym.
Kompozycje na bazie dwutlenku krzemu i dwutlenku germanu („kwarc-german”) stosowane są jako materiały optyczne na włókna optyczne w falowodach.
Prawidłowe dozowanie domieszek dwutlenku germanu z pierwiastkami kwarcowymi, składnikami krzemowymi itp. podczas przygotowywania wsadu do topienia szkła pozwala na dokładną kontrolę i regulację wartości współczynnika załamania światła soczewek. Na przykład okulary wykonane z kwarcu i germanu mają niższą lepkość i wyższy współczynnik załamania światła niż okulary wykonane z czystego kwarcu.
W produkcji światłowodów german zastępuje obecnie tytan jako domieszkę kwarcową do włókien krzemionkowych, eliminując potrzebę późniejszej obróbki cieplnej, która powoduje, że włókna stają się kruche.
Sitall okulary optyczne
Szkła optyczne szklano-ceramiczne produkowane są na bazie szkieł układu Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 z dodatkami światłoczułymi (związki Au, Ag, Cu), które pod wpływem promieniowania UV i dalej obróbka cieplna szkła, przyczyniają się do powstania struktury z fazą drobnokrystaliczną podczas topienia szkła w wyniku selektywnej krystalizacji. Dzięki temu uzyskano szklano-ceramiczne materiały optyczne, posiadające szeroki zakres właściwości materiałów szklanych. Znajdują zastosowanie w mikroelektronice, optyce, rakietach i technologia kosmiczna, druk jako materiały światłoczułe (na przykład do produkcji optycznych płytek drukowanych, jako filtry światła), budownictwo itp.
Przezroczyste materiały ceramiczne
Przezroczyste soczewki ceramiczne- półprzezroczyste materiały ceramiczne otrzymywane na bazie nanoproszków na bazie nanoproszków, uformowanych o sześciennej symetrii układu atomów i granic międzykrystalicznych w procesie prasowania w wysokiej temperaturze o gęstości zbliżonej do monokryształów tych związków i charakteryzujących się minimalnym rozproszeniem przechodzących promieni świetlnych , wysoka przezroczystość w strefie krótkich i innych długości fal elektromagnetycznych, twardość, dyspersja, współczynnik załamania światła n = 2,08 (CASIO EXILIM EX-S100 i CASIO EXILIM EX-S500) .
Optyczne okulary sodowo-krzemianowe
Powszechnie nazywane są optycznymi szkłami sodowo-krzemianowymi korony. Szkło wykonane z dodatkiem bezwodnika fosforu nazywa się koroną fosforową, bezwodnik borowy nazywa się koroną borokrzemianową itp. Szkło optyczne zawierające ołów nazywa się Krzemień; gdy jego zawartość wynosi do 50% - krzemień lekki, a powyżej 50% - ciężki krzemień. Flint ma wyższy współczynnik załamania światła niż korona.
Te dwa rodzaje szkła są najpopularniejsze w produkcji urządzeń optycznych, na przykład soczewek redukujących aberrację chromatyczną, pracujących w zakresie długości fal widma światła widzialnego. Soczewki pozytywowe (które są grubsze w środku niż na krawędziach) wykonane są z korony, soczewki ujemne z krzemienia. Opracowując urządzenie optyczne, do każdej soczewki dobierany jest konkretny rodzaj szkła optycznego, zgodnie z katalogiem producenta. Na rysunku przedstawiono diagram Abbego dla najpopularniejszych rodzajów szkła, we współrzędnych zależność współczynnika załamania światła (nD) od współczynnika. rozproszenie światła (vD). Zobacz także diagram Abbego nd (Vd) - Schott 2000 firmy LOMO.
Tabela głównych właściwości okularów optycznych
Produkcja nieorganicznego szkła optycznego
Aby uzyskać kolorowe szkło, podczas gotowania do kompozycji białego szkła dodaje się substancje zawierające miedź, złoto, selen itp.
Szkło optyczne z partii topi się w specjalnych garnkach ogniotrwałych umieszczonych w piecu do topienia szkła. Wsad może zawierać do 40% stłuczki o takim samym składzie jak gotowane szkło. Proces gotowania trwa około 24 godzin. Ogrzewanie odbywa się zwykle za pomocą palników wodorowych, a temperatura w piecu sięga 1500 °C. Podczas procesu topienia stopione szkło miesza się w sposób ciągły mieszadłem ceramicznym do uzyskania stanu jednorodnego, a następnie kilkakrotnie pobiera się próbkę do kontroli jakości. Jednym z etapów gotowania jest klarowanie. Na tym etapie w masie szklanej uwalnia się duża ilość gazów pochodzących z substancji klarujących dodanych do wsadu. Tworzące się duże pęcherzyki szybko wypływają na powierzchnię, wychwytując po drodze mniejsze, które i tak powstają podczas gotowania. Po zakończeniu topienia szkła naczynie wyjmuje się z pieca i poddaje powolnemu chłodzeniu, trwającemu 6-8 dni. W wyniku nierównomiernego chłodzenia masy powstają w niej naprężenia, które powodują pękanie szkła na dużą liczbę kawałków.
Po schłodzeniu kawałki szkła sortuje się pod względem wielkości i jakości, a następnie te, które się nadają, wysyłane są do dalszej obróbki. Aby skrócić czas obróbki, części optyczne wykonuje się nie ze zwykłych kawałków szkła otrzymanych po przetopieniu, ale ze specjalnych prasowanych płytek lub półfabrykatów. Aby uniknąć naprężeń powstałych na skutek nierównomiernego chłodzenia masy, otrzymane w ten sposób detale podgrzewa się do temperatury 500°C, a następnie poddaje wyjątkowo powolnemu chłodzeniu w piecach elektrycznych, tzw. wyżarzaniu. Jeśli temperatura gwałtownie spadnie, w szkle pojawi się napięcie, co doprowadzi do anizotropii. ( Anizotropia(z greckiego ánisos - nierówny i tróros - kierunek) - odmienność właściwości fizycznych (fizykochemicznych) ośrodka (na przykład przewodność elektryczna, przewodność cieplna itp.) w różnych kierunkach w tym środowisku. Powodem anizotropii jest to, że przy uporządkowanym układzie atomów, cząsteczek lub jonów siły interakcji między nimi i odległości międzyatomowe są nierówne w różnych kierunkach). Może również powstać wtórna muszka .
Po wyżarzaniu powstały przedmiot obrabiany jest badany za pomocą optycznych przyrządów do kontroli jakości i sporządzana jest mapa defektów, która wskazuje wielkość, lokalizację i charakter defektów szkła.
Obróbka szkła optycznego nieorganicznego
Zwykle kierując się mapą wad, obrabiany przedmiot tnie się piłami diamentowymi na mniejsze prostokątne lub wycina się z niego cylindry za pomocą pił tarczowych. Starają się nadać powstałym wykrojom kształt jak najbardziej zbliżony do kształtu przyszłego produktu optycznego z niewielkim marginesem. Również dość często prostokątne półfabrykaty nagrzewa się do stanu odkształcenia plastycznego i poprzez prasowanie uzyskuje się z nich produkty o kształcie zbliżonym do wymaganego. Następnie te półfabrykaty są mocowane w bloki (zwykle wykonane z gipsu) i polerowane. Szlifowanie składa się z kilku etapów; Na każdym kolejnym stosowane są coraz drobniejsze ziarna ścierne. Po każdym etapie mielenia szkło jest myte. Po wypolerowaniu szkła sprawdza się jego kształt, a następnie poleruje się obrabiany przedmiot. Polerowanie szkła jest czasochłonne proces fizyczny i chemiczny, który trwa do 3 dni. Po wypolerowaniu uzyskujemy wykończoną powierzchnię roboczą produktu, gotową do użycia. Powierzchnia ta jest zabezpieczana, przedmiot obrabiany jest usuwany z bloku, a blok jest ponownie składany, ale elementy obrabiane są mocowane drugą stroną do góry, a pozostałe powierzchnie robocze są podobnie szlifowane i polerowane.
Wady optycznego szkła nieorganicznego
Szkło optyczne podlega podwyższonym wymaganiom dotyczącym jednorodności i izotropii. Wady szkła (Wady szkła - nazwa techniczna defekty szkła naruszające jego jednorodność i izotropię. Specjalna uwaga w produkcji szkła optycznego priorytetem jest eliminacja wad szkła; podczas gdy przy produkcji szkła zagęszczonego i ogólnie szkła artystycznego, pęcherzyki, wtrącenia i inne niejednorodności mogą służyć do tworzenia specjalnych efektów optycznych) powstają w rzeczywistych warunkach produkcji szkła (topienia) ze względu na ograniczony czas ustalenia równowagi w masie szklanej, zbyt szybkie chłodzenie itp.
Szkło przeznaczone na krytyczne elementy optyczne wymaga czystych surowców oraz specjalnych technik topienia i chłodzenia. A więc szkło na półfabrykaty największe lustra teleskopy optyczne są chłodzone przez wiele miesięcy w celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych.
Okulary optyczne wykonane z materiałów organicznych
Optyczne szkło organiczne (pleksi) jest twardym, kruchym, czysto amorficznym materiałem, charakteryzującym się powstawaniem w określonych warunkach podczas przechłodzenia stopionego materiału polimetakrylan metylu(PMMA) (syntetyczny polimer metakrylan metylu). Pleksiglas optyczny (PMMA) jest często stosowany jako alternatywa dla krzemianowego szkła optycznego, ponieważ To:
Odporna na wpływy zewnętrzne(wilgoć, zimno itp.);
Bardziej miękkie od zwykłego szkła i wrażliwe na zarysowania (wadę tę można skorygować nakładając powłoki odporne na zarysowania);
Łatwa obróbka konwencjonalnymi narzędziami do cięcia metalu;
Łatwe do cięcia laserowego i wygodne do grawerowania;
Dobra przezroczystość i przepuszcza promieniowanie UV i promieniowanie rentgenowskie, zastanawiając się promienie podczerwone; przepuszczalność światła plexi jest nieco niższa (92-93% w porównaniu do 99% dla najlepszych rodzajów szkła krzemianowego);
Niska odporność na alkohol, aceton i benzen;
Pleksiglas jest materiałem optycznym;
Materiał nieodpryskujący (bezpieczny i stosowany we wszystkich rodzajach transportu (szczególnie w budowie samolotów);
Łatwo formowane po podgrzaniu;
Wodoodporny materiał;
Neutralny na promienie świetlne, warunki atmosferyczne, działanie benzyny lotniczej i olejów.
Istnieją dwa rodzaje plexi – odlewane i wytłaczane.
Szkła optyczne wykonane z materiałów mineralno-organicznych
Soczewki kontaktowe są obecnie wykonane z materiałów elastycznych, które niezależnie utrzymują niezbędną krzywiznę.
Tak zwana miękki Soczewki składają się ze specjalnych silikonowo-hydrożelowych materiałów organicznych, które dzięki połączeniu właściwości hydrofilowych i wysokiej przepuszczalności tlenu mogą być używane nieprzerwanie przez 30 dni przez całą dobę.
Materiał soczewki z reguły jest przezroczysty lub lekko zabarwiony (dzięki czemu upadła soczewka, praktycznie niewidoczna w powietrzu, a zwłaszcza w środowisku wodnym, jest łatwiejsza do znalezienia). Istnieją jednak odmiany soczewek, w których środek jest kolorowy różne kolory lub kombinacje kolorów. Dzięki temu możesz zmienić kolor oczu lub nadać mu zupełnie nietypowy kolor, niespotykany w naturze (a nawet zastosować wzór). Wzorzyste soczewki kontaktowe na ogół nie mają mocy optycznej i są używane do celów rekreacyjnych.
Soczewki mogą być oznaczone oznaczeniami wskazującymi stronę przednią, a czasami także jej właściwości optyczne.
Właściwości optyczne szkła. Okulary optyczne
Dla nas słowo „szkło” nie jest postrzegane jako coś zamrożonego lub spiekanego. Stało się dla nas synonimem słowa „światło”. Oznacza to, że już na poziomie podświadomości oceniamy jego właściwości optyczne. Do tychwłaściwości obejmują: odbicie światła i jego załamanie, przezroczystość i absorpcję światła, a także dyspersję i rozkład.
Pojęcie właściwości optycznych szkła
Przez okno widzimy wszystko na ulicy, a ta właściwość przepuszczania promieni świetlnych nazywa się przezroczystością szkła. Ale wychodząc z pokoju na ulicę, zauważamy, że kolory są tam jaśniejsze, a odcienie inne. Okazuje się, że część światła nie dociera i ginie po drodze. Gdzie?
Dlaczego zapomnieliśmy o słonecznych „zajączkach”, o oknach świecących o zachodzie słońca? Część światła odbija się bez przedostawania się do szyby. Jest to częste zjawisko, gdy promienie optyczne odbijają się na granicy dwóch ośrodków (w naszym przypadku powietrza i szkła). Przy ściśle prostopadłym padaniu część promieni powraca, a przy padaniu pod kątem szkolny „kąt padania” równy kątowi refleksje”.
Po wejściu do szkła wiązka światła ulega załamaniu (pamiętaj, jak kierunek kawałka patyka zanurzonego w wodzie wizualnie zmienia się w wodzie). To prawda, że \u200b\u200bgrubość szyby okiennej jest niewielka, więc praktycznie nie zauważamy załamania światła. Im większa gęstość szkła, tym większe załamanie światła. Oznacza to, że szkło kryształowe i kwarcowe mają większe załamanie światła niż zwykłe szkło okienne.
Ale jeśli przyjmiesz całe światło padające na szkło jako 100%, to sumując światło odbite i załamane, okaże się, że otrzymasz tylko około 88-91%, a nie sto. Gdzie poszła znaczna część padających promieni? I zostały pochłonięte przez szkło. W szkle zawsze są zanieczyszczenia, z których każdy ma swój własny kolor. Selektywnie pochłaniają promienie o określonej długości fali, co jest stratą.
Czy zauważyłeś, że abażury i lampy matowe łagodzą światło? Faktem jest, że wiązka światła przemieszcza się po linii prostej. Dlatego intensywne oświetlenie będzie uciążliwe dla naszych oczu. Jeśli promienie te zostaną rozproszone w różnych kierunkach, oświetlenie będzie miało tę samą intensywność, ale będzie miękkie.
Światło nie jest rozkładane przez szybę okienną, potrzebny jest do tego pryzmat. Jeśli na szkle widzimy tęczowe kolory, to znaczy, że nie jest ono jednolite, czyli jest wadliwe. Widmo w zwykłym szkle możemy obserwować jedynie na jego powierzchniach.
Szkło optyczne
Do tego typu zalicza się szkło wykonane ze specjalnych składów i stosowane w instrumentach optycznych. Oczywiste jest, że musi różnić się od zwykłego szkła okiennego o rząd wielkości przezroczystością, czystością, jednolitością i bezbarwnością. Dla nich należy je utrzymać ustalone na podstawie wymagania współczynnik załamania światła i dyspersja (rozkład). Są to główne obowiązkowe cechy każdego konkretnego szkła optycznego, a ich wdrożenie komplikuje produkcję.
Główne składniki szkieł optycznych: krzemionka, kwas borowy, soda, sole baru i sole fluorkowe, kwas borowy i tlenek ołowiu. Skład określa ich właściwości i dzieli je na dwa rodzaje: korony i krzemienie. Korony są szkłami krzemianowo-sodowymi i charakteryzują się niskim współczynnikiem załamania światła oraz dużą dyspersją. Szkło zawierające ołów nazywa się krzemieniem. Charakteryzują się wysokim współczynnikiem załamania światła i niskim współczynnikiem dyspersji.
Istnieją już nowe rodzaje szkła optycznego, które nie są krzemianowe. Mają zasadę fluorkową, fosforanową lub boranową. Zaletą takich okularów jest to, że są mniej zauważalne Informacja zwrotna pomiędzy załamaniem a dyspersją, to znaczy można przekazać właściwości takie jak niskie załamanie światła przy niskiej dyspersji.
Więcej o szkle i produktach szklanych:
-
-
-
, średnia wariancja I współczynnik dyspersji. W niektórych przypadkach służy do charakteryzowania okularów optycznych. częściowe odchylenia i względny częściowe odchylenia.
Współczynnik załamania światła
Szkło optyczne z partii topi się w specjalnych garnkach ogniotrwałych umieszczonych w piecu do topienia szkła. Wsad może zawierać do 40% stłuczki o takim samym składzie jak gotowane szkło. Proces gotowania trwa około 24 godzin. Ogrzewanie odbywa się zwykle za pomocą palników wodorowych, a temperatura w piecu sięga 1500 °C. Podczas procesu topienia stopione szkło miesza się w sposób ciągły mieszadłem ceramicznym do uzyskania stanu jednorodnego, a następnie kilkakrotnie pobiera się próbkę do kontroli jakości. Jednym z etapów gotowania jest klarowanie. Na tym etapie w masie szklanej uwalnia się duża ilość gazów pochodzących z substancji klarujących dodanych do wsadu. Tworzące się duże pęcherzyki szybko wypływają na powierzchnię, wychwytując po drodze mniejsze, które i tak powstają podczas gotowania. Po zakończeniu topienia szkła naczynie wyjmuje się z pieca i poddaje powolnemu chłodzeniu, trwającemu 6-8 dni. W wyniku nierównomiernego chłodzenia masy powstają w niej naprężenia, które powodują pękanie szkła na dużą liczbę kawałków.
Po schłodzeniu kawałki szkła sortuje się pod względem wielkości i jakości, a następnie te, które się nadają, wysyłane są do dalszej obróbki. Aby skrócić czas obróbki, części optyczne wykonuje się nie ze zwykłych kawałków szkła otrzymanych po przetopieniu, ale ze specjalnych prasowanych płytek lub półfabrykatów. Aby uniknąć naprężeń powstałych na skutek nierównomiernego chłodzenia masy, otrzymane w ten sposób detale podgrzewa się do temperatury 500°C, a następnie poddaje wyjątkowo powolnemu chłodzeniu w piecach elektrycznych, tzw. wyżarzaniu. Jeśli temperatura gwałtownie spadnie, w szkle pojawi się napięcie, co doprowadzi do anizotropii. Może również powstać wtórna muszka.
Po wyżarzaniu powstały przedmiot obrabiany jest badany za pomocą optycznych przyrządów do kontroli jakości i sporządzana jest mapa defektów, która wskazuje wielkość, lokalizację i charakter defektów szkła.
Wady technologiczne
Do wad technologicznych szkieł optycznych zaliczają się kamienie, bąbelki, muszki, zamglenia, smugi i naprężenia.
- Kamienie to małe, nieprzezroczyste cząstki oddzielone od garnka podczas topienia szkła lub niestopione cząstki wsadu. Niewielka liczba i niewielki rozmiar kamieni, jeśli nie znajdują się w płaszczyźnie ogniskowej lub w jej pobliżu, nie wpływają na jakość obrazu, gdyż blokują jedynie niewielką część światła przechodzącego przez szkło.
- Bąbelki powstają podczas procesu topienia szkła w wyniku uwolnienia gazów z części składowych wsadu, które wchodzą do reakcji. Prawie nieuniknione w produkcji szkła. Pęcherzyki powodują rozpraszanie światła i pewną utratę jasności obrazu, ponieważ promienie świetlne załamujące się na powierzchniach bąbelków pod znacznie większymi kątami niż na pozostałej powierzchni obiektywu są prawie całkowicie pochłaniane przez wewnętrzne powierzchnie aparatu i oprawki obiektywu.
- Komar reprezentuje duże skupisko w masie szkła znajdują się drobne pęcherzyki, które zajmują znaczną część jego objętości. Muszka powoduje rozproszenie duża ilośćświatło przechodzące przez szybę.
- Dymki mieć wygląd pajęczyny lub lekkiej falistej mgły w szklanym otoczeniu. Powstają głównie w wyniku spiekania fałd powstałych w procesie prasowania, a także ze spiekania niezauważonych wcześniej pęknięć.
- Svili obserwowane są w masie szklanej w postaci przezroczystych pasków lub nitek na skutek nierównego współczynnika załamania światła masy szklanej. Porównanie z kroplą nasyconego roztworu cukru wprowadzoną do szklanki wody może dać wyobrażenie o wilu. Po rozpuszczeniu kropla roztworu utworzy w wodzie wyraźnie widoczny ślad w postaci falistych pasków i nitek.
- Napięcia powstają na skutek niejednorodności szkła, zwykle spowodowanej jego nierównomiernym chłodzeniem w procesie produkcyjnym. Mechanicznie stan napięty szkło powoduje tak zwaną dwójłomność. W normalnych warunkach dwójłomność jest niewidoczna dla oka i określana jest poprzez sprawdzenie szkła za pomocą specjalne urządzenie- polaryskop. Bezpośrednio w elementach optycznych naprężenia (i związana z nimi dwójłomność) mogą powstać pod wpływem masy własnej elementu lub nacisku na szkło podczas mocowania go w oprawkach.
Dla okularów optycznych ustalono kategorie i klasy jakości (GOST 23136-93). Oznacza to, że cały zakres wad jest podzielony na zakresy (ze względu na ich liczbę, wielkość, kształt), które powinny obejmować marki szkła. W przypadku bezbarwnego szkła optycznego obowiązują standardy GOST 3514-94 (dawniej GOST 3514-76). Do kolorowego szkła optycznego - GOST 9411-91 (dawniej GOST 9411-76).
Ponieważ szkło optyczne produkowane jest do określonych celów, standaryzowana jest nie tylko obecność wad, ale także odchylenia wskaźników optycznych od normy. Łatwiej dobrać szkło do swoich potrzeb, jeśli wcześniej ustalisz kryteria jakości.
Leczenie
Zwykle kierując się mapą wad, obrabiany przedmiot tnie się piłami diamentowymi na mniejsze prostokątne lub wycina się z niego cylindry za pomocą pił tarczowych. Starają się nadać powstałym wykrojom kształt jak najbardziej zbliżony do kształtu przyszłego produktu optycznego z niewielkim marginesem. Również dość często prostokątne półfabrykaty nagrzewa się do stanu odkształcenia plastycznego i poprzez prasowanie uzyskuje się z nich produkty o kształcie zbliżonym do wymaganego. Te półfabrykaty są następnie mocowane w bloki (zwykle wykonane z gipsu) i polerowane. Szlifowanie składa się z kilku etapów; Na każdym kolejnym stosowane są coraz drobniejsze ziarna ścierne. Po każdym etapie mielenia szkło jest myte. Po oszlifowaniu szkła obrabiany przedmiot jest polerowany, a następnie kontrolowany jest jego kształt (figura). Polerowanie szkła to długotrwały proces fizykochemiczny, który trwa do 3 dni. Po wypolerowaniu uzyskujemy wykończoną powierzchnię roboczą produktu, gotową do użycia. Powierzchnia ta jest zabezpieczana, przedmiot obrabiany jest usuwany z bloku, a blok jest ponownie składany, ale elementy obrabiane są mocowane drugą stroną do góry, a pozostałe powierzchnie robocze są podobnie szlifowane i polerowane.
Powłoka optyczna
Po polerowaniu monitoruje się jakość powierzchni szkła, a następnie w celu poprawy właściwości produktu można doprecyzować optykę poprzez nałożenie cienkich przezroczystych folii, zwykle dielektrycznych. Folie te poprawiają właściwości optyczne i mogą poprawiać właściwości mechaniczne, na przykład chroniąc szkło przed zmętnieniem pod wpływem długotrwałego wystawienia na działanie wilgotnej atmosfery.
Fabuła
Jedną z pierwszych poważnych prób uzyskania szkła optycznego, czyli szkła o wystarczającej jednorodności chemicznej i fizycznej oraz posiadającego określone właściwości optyczne, można przypisać XVII wiek. Tak więc praca niemieckiego chemika Johannesa Kunckla „Ars vitraria eksperymentalna” (1689) wymienia kwasy borowe i fosforowe jako składniki szkła oraz koronę borokrzemianową, która ma skład podobny do niektórych współczesnych odmian. W 1663 roku patent Anglika Tilsona wspomniał o wprowadzeniu tlenku ołowiu do „szkła Flint”, a w XVIII wieku szkło to zaczęto wykorzystywać do produkcji soczewek achromatycznych, najpierw Chester Moore Hall (1729), a następnie , z większym sukcesem, przez Petera Dollonda (1758).
Początek produkcja przemysłowa szkło optyczne można uznać za wynik wielu lat pracy Szwajcara Guinana, któremu wspólnie z Fraunhoferem udało się wprowadzić w firmie Utzschneider mniej lub bardziej niezawodną metodę wytwarzania dobrego szkła optycznego w doniczkach o pojemności do 400 kg w Benediktbeuern (Bawaria). Kluczem do sukcesu była wynaleziona przez Guinana technika mechanicznego mieszania stopu podczas gotowania, za pomocą okrężnych ruchów glinianego pręta zanurzonego pionowo w szkle. W 1811 roku Guinan i Fraunhofer wprowadzili na rynek dwa rodzaje szkła optycznego: koronowe (72% SiO 2, 18% K 2 O, 10% CaO) i krzemieniowe (45% SiO 2, 12% K 2 O, 43% PbO)
Zaprojektowany proces technologiczny pozwoliło wyprodukować całkiem zadowalające soczewki o średnicy dochodzącej do 200-250 mm. Jednakże asortyment szkieł optycznych produkowanych przez huty szkła w pierwszej połowie XIX wieku ograniczał się praktycznie do dwóch typów.
W drugiej połowie XIX wieku niemiecki chemik Otto Schott przeprowadził, za namową Ernsta Abbe, fundamentalne badania wpływu różnych składników na właściwości szkła, a w 1884 roku O. Schott i E. Abbe i K. Zeiss założył w Jenie fabrykę, która rozpoczęła produkcję różnego rodzaju szkła optycznego
Spinki do mankietów
Fundacja Wikimedia. 2010.
Wielka encyklopedia politechnicznaszkło optyczne- - [L.G. Sumenko. Słownik angielsko-rosyjski dotyczący technologii informatycznych. M.: Przedsiębiorstwo Państwowe TsNIIS, 2003.] Tematyka technologia informacyjna ogólnie EN szkło optyczne... Przewodnik tłumacza technicznego
szkło optyczne- optinis stiklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Labai skaidrus, visiškai vienalytis stiklas. atitikmenys: pol. szkło optyczne rosyjskie szkło optyczne... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
szkło optyczne- optinis stiklas statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. szkło optyczne vok. optisches Glas, n rus. szkło optyczne, n pranc. verre optique, m … Fizikos terminų žodynas
Szkło o wysokiej przezroczystości, jednorodności i odporności chemicznej. Produkowany jest z precyzyjnie określonymi właściwościami optycznymi, współczynnikiem załamania światła (od 1,47 do 2,04) i współczynnikiem dyspersji (od 70 do 78), w zależności od kombinacji których O. s.... ... Wielka encyklopedia radziecka
Szkło o wysokiej przezroczystości, jednorodności i odporności chemicznej. Wyprodukowane z precyzyjnie określoną optyką. ze współczynnikiem załamania światła (od 1,47 do 2,04) i współczynnikiem dyspersji (od 70 do 25,4), w zależności od kombinacji O. s. podzielony na korony... ... Wielki encyklopedyczny słownik politechniczny
SZKŁO NIEORGANICZNE, quasi-amorficzne ciało stałe, które choć ma porządek krótkiego zasięgu (patrz PORZĄDEK KRÓTKOTERMINOWY), brakuje porządku dalekiego zasięgu (patrz PORZĄDEK DŁUGIEGO ZASIĘGU I PORZĄDEK KRÓTKO-KRÓTKI) w ułożeniu cząstek. W nowoczesne rozumienie koncepcja... ... słownik encyklopedyczny
Szkło: Szkło to stały, nieorganiczny materiał amorficzny (przezroczysty lub nieprzezroczysty), składający się z tlenków krzemu lub innych „tlenków tworzących szkło” z wtrąceniami „tlenków modyfikatorów” i niektórych substancji innego pochodzenia... ... Wikipedia
Termin ten ma inne znaczenia, patrz Szkło (znaczenia). Skitos. Kolorowe szkło. Wschodnia część Morza Śródziemnego. Pierwsza połowa I wieku Ermitaż… Wikipedia
Rodzaje szkła
Rodzaj szkła: Okno, Zastawa stołowa, Lustro, Perfumy, Butelka, Półkryształ, Laboratorium chemiczne, Typ żaroodporny, Opal, Termometryczny, Elektropróżnia, Włókno szklane.
W szczegółowym badaniu szkła bada się, w zależności od warunków technicznych: fizykochemiczne właściwości: lepkość, napięcie powierzchniowe, naprężenia wewnętrzne, temperatura mięknienia, środek ciężkości, wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie i zginanie, twardość, moduł sprężystości, przepuszczalność gazów, rozszerzalność cieplna, pojemność cieplna, przewodność cieplna, przewodność elektryczna, straty dielektryczne, współczynnik załamania światła, charakterystyki widmowe w widzialnej i niewidzialnej części widma, odporność chemiczna, krystalizacja zdolność i inne. Wytrzymałość na rozciąganie zależy od grubości szkła i jego obróbki cieplnej. Przezroczyste szkło kwarcowe ma najwyższą przewodność cieplną.
Charakterystyka głównych rodzajów szkła
SZKŁO OPTYCZNE -- przezroczyste szkło każdy skład chemiczny o wysokim stopniu jednorodności. Zawiera 46,4% PbO, 47,0% Si0 i inne tlenki; korony - 72% SiO, tlenki alkaliczne i inne.
Szkło optyczne wykorzystywane jest do produkcji soczewek, pryzmatów, kuwet itp. Szkło do przyrządy optyczne produkowane było już w XVIII wieku, jednakże pojawienie się właściwej produkcji szkła optycznego datuje się na początek XIX wieku, kiedy to szwajcarski naukowiec P. Guinan wynalazł metodę mechanicznego mieszania roztopionego szkła podczas gotowania i chłodzenia - ruch okrężny glinianego pręta zanurzonego pionowo w szkle. Technika ta, zachowana do dziś, umożliwiła uzyskanie szkła o wysokim stopniu jednorodności.
Produkcja szkła optycznego rozwinęła się dalej dzięki wspólnej pracy niemieckich naukowców E. Abbe i F. O. Schotta, w wyniku czego w 1886 roku w Jenie (Niemcy) powstała słynna huta szkła spółki Schott, która po raz pierwszy wyprodukował ogromną różnorodność nowoczesnych okularów optycznych.
Do 1914 roku produkcja szkła optycznego istniała tylko w Anglii, Francji i Niemczech. W Rosji produkcję szkła optycznego rozpoczęto w 1916 roku. Osiągnięto świetny rozwój dopiero po Wielkiej Rewolucji Październikowej rewolucja socjalistyczna dzięki pracy radzieckich naukowców D.S. Rozhdestvensky, I.V. Grebenshchikova, G.Yu. Żukowski, N.N. Kachalova i wsp. Głównym wymaganiem dla szkła optycznego jest wysoki stopień jednorodność. Brak jednorodności powoduje, że promienie świetlne odbiegają od swoich właściwy sposób, co powoduje, że szkło nie nadaje się do zamierzonego celu.
Jednorodność szkła optycznego jest zakłócana przez czynniki chemiczne i fizyczne. Niejednorodność chemiczna wynika z lokalnych zmian w składzie chemicznym i jest eliminowana poprzez mieszanie szkła optycznego podczas procesu gotowania. Niejednorodność fizyczna jest spowodowana naprężeniami powstającymi podczas procesu chłodzenia szkła optycznego i jest eliminowana poprzez staranne wyżarzanie. Szkło optyczne musi mieć określone właściwości optyczne – dokładne współczynniki załamania dla promieni o różnych długościach fal. Szeroka gama szkieł optycznych z różne wskaźniki refrakcja i średnia dyspersja mają ogromne znaczenie w obliczeniach i projektowaniu układów optycznych w celu ograniczenia ich wad, w szczególności w celu wyeliminowania szkodliwego wpływu widma wtórnego i prawidłowej jakości obrazu.
Właściwości optyczne szkła zależą od jego składu chemicznego. Stosując zróżnicowaną kombinację tlenków możliwe jest otrzymanie szkła o wymaganych wartościach stałych optycznych. Niektóre rodzaje szkła optycznego nie zawierają na przykład krzemionki (głównego składnika każdego szkła), inne zawierają powszechnie stosowane utleniacze, ale w wyjątkowo dużych ilościach.
Przezroczystość szkła optycznego musi być wysoka, około 90-97% na 100 mm drogi wiązki światła w szkle. Szkło optyczne musi być odporne chemicznie na działanie wilgotnej atmosfery i na to działanie słabe kwasy, charakteryzujące się ich „plamieniem”, czyli wrażliwością na dotyk dłoni.
Surowce użyte do produkcji szkła optycznego są takie same jak w przypadku innych rodzajów szkła. Jednak wymagania dotyczące czystości surowców są bardzo wysokie. Zwłaszcza szkodliwe zanieczyszczenia to związki żelaza i chromu, które barwią szkło i zwiększają jego absorpcję światła. Szkło optyczne topi się w piecach jedno- i dwugarnkowych.
Najważniejszą operacją w produkcji szkła optycznego jest mieszanie szkła podczas procesu topienia, a zwłaszcza podczas procesu chłodzenia. Do cięcia szkła optycznego stosuje się trzy metody:
- 1) ochłodzenie szkła wraz z garnkiem, a następnie rozbicie go na kawałki i uformowanie tych kawałków w stanie nagrzanym;
- 2) odlewanie stopionego szkła do żelaznej formy;
- 3) walcowanie stopionego szkła odlanego na stół w arkusz.
Szkła optyczne produkowane są przez huty szkła w postaci prostokątnych kawałków różnej wielkości „płytek” oraz w postaci wykrojów – „pras” (soczewek, pryzmatów). Do szkieł optycznych zalicza się także specjalnie barwione szkła kolorowe służące do produkcji precyzyjnych filtrów świetlnych, które w postaci płasko-równoległych płytek są często stosowane w przyrządach optycznych i służą do zmiany składu widmowego przechodzącego przez nie światła. Te kolorowe szkła są produkowane w fabrykach szkła optycznego przy użyciu tych samych technik, co szkło optyczne.
SZKŁO BUDOWLANE – wyroby szklane stosowane w budownictwie. Szkło budowlane wykorzystywane jest do przeszklania otworów świetlnych, konstruowania przezroczystych i półprzezroczystych przegród, okładzin i wykańczania ścian, schodów i innych części budynków. Do szkła budowlanego zalicza się także wykonane ze szkła materiały termoizolacyjne i dźwiękochłonne (szkło piankowe i wata szklana), rury szklane do ukrytych przewodów elektrycznych, wodociągowych, kanalizacyjnych i innych, detale architektoniczne, elementy stropów z betonu zbrojonego itp.
Większość asortymentu szkła budowlanego znajduje zastosowanie do przeszkleń lekkich otworów: szyby płaskie, lustrzane, faliste, zbrojone, wzorzyste, dwuwarstwowe, pustaki itp. Ten sam asortyment szkła można również wykorzystać do budowy przegród przezroczystych i półprzezroczystych .
Szkło okienne arkuszowe, najczęściej stosowane w budownictwie, produkowane jest ze stopionego stopionego szkła, głównie poprzez ciągłe rozciąganie w pionie lub poziomie wstęgi, z której po ochłodzeniu i stwardnieniu z jednego końca wycina się tafle o wymaganych rozmiarach. Istotną wadą szkła płaskiego jest obecność falistości, które zniekształcają oglądane przez nie przedmioty (szczególnie pod ostrym kątem).
Szkło lustrzane poddawane jest obróbce poprzez obustronne szlifowanie i polerowanie, dzięki czemu charakteryzuje się minimalnymi zniekształceniami optycznymi.
Najpopularniejsza obecnie metoda produkcji szkła lustrzanego polega na poziomym ciągłym walcowaniu wytopu szkła pomiędzy dwoma wałami, wyżarzaniu uformowanej taśmy w piecu tunelowym, szlifowaniu i polerowaniu na zmechanizowanych i zautomatyzowanych przenośnikach.Szkło lustrzane produkowane jest w grubości 4 mm. mm i więcej (cale) specjalne przypadki- do 40 mm), do jego gotowania użyto wysokiej jakości materiałów, dzięki czemu charakteryzuje się również wyższą przepuszczalnością światła niż zwykłe szkło okienne; stosowany głównie do oszklenia okien i drzwi w budynkach użyteczności publicznej, witryn sklepowych oraz do wyrobu luster; właściwości mechaniczne niewiele różnią się od właściwości mechanicznych szkła okiennego. Szkło walcowane wzorzyste ma wzorzystą powierzchnię uzyskaną poprzez walcowanie pomiędzy dwoma walcami, z których jeden jest rowkowany; produkowane są zarówno bezbarwne, jak i kolorowe; stosowane w przypadkach, gdy wymagane jest rozproszone światło. Szkło wzorzyste z wzorem matowym lub matowym stosowane jest do przegród wewnętrznych, paneli drzwiowych i przeszkleń klatek schodowych; Polega na obróbce powierzchni szkła okiennego lub lustrzanego.
Matowy wzór uzyskuje się poprzez obróbkę powierzchni strumieniem piasku pod szablonem. Wzór przypominający mroźny wzór na szkle uzyskujemy poprzez nałożenie na powierzchnię warstwy kleju zwierzęcego, który schodzi w procesie wysychania wraz z górne warstwy szkło Szkło wzmocnione zawiera siatkę drucianą w swojej grubości; jest trwalszy niż zwykle; po rozbiciu przez uderzenia lub pęknięciu podczas pożaru jego fragmenty rozsypują się, wiążąc się wzmocnieniem; Dlatego szkło zbrojone stosuje się do szklenia latarni w budynkach przemysłowych i użyteczności publicznej, kabin wind, klatek schodowych i otworów w ścianach przeciwpożarowych.
Produkowany jest metodą ciągłego walcowania pomiędzy walcami z walcowaniem siatki drucianej, nawiniętej z osobnego bębna. Zbrojone szkło faliste w kształcie przypominającym faliste arkusze azbestocementowe służy do budowy przegród, latarni, osłon szklanych galerii i pasaży.
Szyby podwójne (wsadowe) z warstwą przepuszczającą powietrze lub światło (na przykład wykonane z włókna szklanego) mają dobre właściwości termoizolacyjne; wykonywane są poprzez sklejenie 2 szyb okiennych z ramką z fizeliny. Grubość podwójnego szkła ze szczeliną powietrzną wynosi 12-15 mm. Pustaki szklane powstają poprzez prasowanie, a następnie zespawanie dwóch półpudełek szklanych; stosowany do wypełniania otworów świetlnych, głównie w budynkach przemysłowych; zapewniają dobre doświetlenie miejsc pracy i posiadają wysokie właściwości termoizolacyjne.
Bloczki układane są w otworach za pomocą zaprawy w postaci paneli wiązanych metalowymi spoiwami. Szkło licowe (marblit) jest nieprzezroczystym, kolorowym szkłem taflowym. Produkowany jest poprzez okresowe walcowanie wytopu szkła na stole odlewniczym, a następnie wyżarzanie w piecach tunelowych. Służy do wykańczania elewacji i wnętrz budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej. Szkło okładzinowe obejmuje również kolorowe szkło metalizowane.
SZKŁO KWARCOWE - zawiera co najmniej 99% SiO- (kwarc). Szkło kwarcowe topi się w temperaturach powyżej 1700° C z najczystszych odmian kwarcu krystalicznego, kryształu górskiego, kwarcu żyłkowego lub czystego piasku kwarcowego. Szkło kwarcowe jest przezroczyste promienie ultrafioletowe, ma bardzo wysoka temperatura wytrzymuje topnienie, ze względu na niski współczynnik rozszerzalności nagła zmiana temperaturowe, odporne na wodę i kwasy. Szkło kwarcowe wykorzystywane jest do produkcji szkła laboratoryjnego, tygli, przyrządów optycznych, materiałów izolacyjnych, lamp rtęciowych („górskich słońca”) stosowanych w medycynie itp.
SZKŁO ORGANICZNE (plexi) to przezroczysta, bezbarwna masa plastyczna powstająca podczas polimeryzacji estru metylowego kwasu metakrylowego. Łatwo poddaje się obróbce mechanicznej. Stosowane jest jako szkło arkuszowe w lotnictwie i budowie maszyn, do produkcji artykułów gospodarstwa domowego, wyposażenia ochronnego w laboratoriach itp.
SZKŁO ROZPUSZCZALNE - mieszanina krzemianów sodu i potasu (lub sam sód), roztwory wodne które nazywają się płynne szkło. Szkło rozpuszczalne stosowane jest do produkcji cementów i betonów kwasoodpornych, do impregnacji tkanin, do produkcji farb ogniochronnych, żelu krzemionkowego, do wzmacniania słabych gruntów, kleju biurowego itp.
SZKŁO CHEMICZNO-LABORATORYJNE - szkło o wysokiej odporności chemicznej i termicznej. Aby zwiększyć te właściwości, do składu szkła wprowadza się tlenki cynku i boru.
WŁÓKNO SZKLANE to sztuczne włókno o ściśle cylindrycznym kształcie i gładkiej powierzchni, otrzymywane przez rozciąganie lub rozczłonkowanie stopionego szkła. Szeroko stosowany w przemyśle chemicznym do filtrowania gorących roztworów kwaśnych i zasadowych, oczyszczania gorącego powietrza i gazów, wykonywania uszczelnień dławnic w pompach kwasowych, wzmacniania włókna szklanego itp.
I inne komponenty.
Podstawowe właściwości optyczne szkła
Główne właściwości szkła optycznego charakteryzują się współczynnik załamania światła, średnia wariancja I współczynnik dyspersji. W niektórych przypadkach służy do charakteryzowania okularów optycznych. częściowe odchylenia i względny częściowe odchylenia.
Współczynnik załamania światła
Rozróżnia się i wykorzystuje wskaźnik tłumienia promieniowania monochromatycznego oraz wskaźnik tłumienia światła białego standardowego źródła A.
Na podstawie wartości współczynnika tłumienia światła białego promieniowania ze źródła A ustala się osiem kategorii jakości, określonych wartościami dopuszczalnymi μ ZA (\ displaystyle \ mu _ (A)) .
Do pierwszego najwyższa kategoria, obejmują szkło, którego μ ZA (\ displaystyle \ mu _ (A)) mieści się w zakresie od 0,0002 do 0,0004 cm-1. W przypadku takich szkieł transmitancja wewnętrzna warstwy o grubości 10 cm waha się od 0,991 do 0,995.
Szkło należące do ósmej, najniższej kategorii μ ZA (\ displaystyle \ mu _ (A)), w zakresie od 0,0066 do 0,013 cm-1. Ten zakres wartości wskaźnika tłumienia odpowiada zakresowi wartości przepuszczalności wewnętrznej warstwy szkła o grubości 10 cm od 0,741 do 0,859.
Rodzaje okularów optycznych
Historyczna klasyfikacja szkieł optycznych opierała się na ogólnym zrozumieniu związku między składem chemicznym a stałymi optycznymi. Przed pracą Schotta szkła optyczne składały się prawie wyłącznie z krzemionki połączonej z tlenkami sodu, potasu, wapnia i ołowiu. Dla takich okularów jest zależność funkcjonalna pomiędzy współczynnikami załamania światła N i średnie współczynniki wariancji w, co znalazło odzwierciedlenie w tzw. diagramie Abbego. Na tym schemacie bezbarwne szkła optyczne rozmieszczone są w postaci szerokiego obszaru wydłużonego od lewego dolnego rogu diagramu do jego prawego rogu górny róg. W ten sposób można było zaobserwować związek pomiędzy zmianami dwóch głównych właściwości optycznych a składem chemicznym szkieł optycznych. Co więcej, wraz ze wzrostem współczynnika załamania światła współczynnik dyspersji z reguły maleje.
Pod tym względem zidentyfikowano dwa główne typy szkieł optycznych: korony(okulary o niskim współczynniku załamania światła i wysokich wartościach współczynnika dyspersji) oraz krzemienie(okulary o niskim współczynniku dyspersji i wysokim współczynniku załamania światła). Jednocześnie szkło sodowo-krzemianowe należało do grupy koronowej, a szkło zawierające ołów do grupy krzemiennej.
Później, w związku ze wzrostem liczby szkieł optycznych, konieczne było podzielenie diagramu Abbego na większą liczbę odcinków odpowiadających nowym typom. W ten sposób od koron oddzielono korony lekkie, ciężkie i superciężkie (LK, TK, STK), a od krzemień lekkie, ciężkie i superciężkie (LF, TF, STF). Ponadto pomiędzy koronami jasnymi a krzemieniami lekkimi pojawiła się grupa krzemień koronnych.
Pojawiły się nowe rodzaje szkieł, zarówno na bazie niekrzemianowych składników szkła (borany, fosforany, fluorki itp.), jak i zawierające nowe składniki (tlenki lantanu, tantalu, tytanu). Tego typu typy są często (zwykle w katalogach zagranicznych producentów) oznaczane za pomocą nazw pierwiastki chemiczne, którego tlenki nadają szkłu specyficzne właściwości.
Zastosowanie podobnych szkieł, które charakteryzują się różnymi kombinacjami głównego współczynnika załamania światła i współczynnika dyspersji, znacznie rozszerzyło obszar zajmowany przez szkła optyczne na diagramie Abbego. Ponadto związek pomiędzy spadkiem współczynnika dyspersji a wzrostem współczynnika załamania światła stał się mniej zauważalny.
„Specjalne” okulary
Oprócz tego istnieją tzw "specjalny" szkło lub szkło z „przez specjalny przebieg częściowego rozproszenia”. Większość z nich należy do dwóch typów, połączonych zbiorowymi terminami „lang-kron”(korony ze zwiększonymi względnymi wariancjami częściowymi) i „Kurtz-Flints”(krzemienie o zmniejszonych odchyleniach cząstkowych). Nazwy te, wywodzące się od niemieckich słów lang (długi) i kurz (krótki), są bardzo arbitralne i w przypadku większości „specjalnych” okularów nie są bezpośrednio związane z charakterystyką składu chemicznego i/lub struktury.
We współczesnych katalogach szkła optycznego wykresy (diagramy) zależności względnych dyspersji cząstkowych od średniego współczynnika dyspersji (na przykład w katalogu Schotta) służą do przedstawienia „specjalnych” cech. Na tych wykresach szkła optyczne rozmieszczone są wzdłuż tzw "normalna linia", bezpośrednio na którym znajduje się szkło z liniową zależnością P sol fa (\ displaystyle P_ (gF)) z ν re (\ displaystyle \ nu _ (d)).
Jednocześnie szkła z niewielkim odchyleniem w przebiegu częściowych dyspersji ( Δ ν λ 1 ≤ 3 (\ Displaystyle \ Delta \ nu _ (\ lambda _ (1)) \ równoważnik 3)) i znajdujące się w pobliżu normalnej linii, są zwykle nazywane "normalna", a te położone dalej (mające większe odchylenie w przebiegu rozproszeń cząstkowych) są „specjalne” („nienormalne”).
Diagram „względna wariancja częściowa – współczynnik dyspersji” zaproponował także Ernst Abbe, jednak aby uniknąć nieporozumień, nie jest zwyczajowo nazywać go nazwiskiem autora.
Spośród szkieł pierwszego typu (Lang-kron) na uwagę zasługują tzw. szkła niskodyspersyjne, różniące się składem, ale charakteryzujące się zarówno wysokimi wartościami średniego współczynnika dyspersji, jak i dużą wartością współczynnika dyspersji. względne rozproszenie częściowe (czyli znaczne odchylenie przebiegu rozproszenia częściowego od „normalnego”).
Grupa „Kurts-Flints” łączy także szkło o różnych składach. W szczególności prawie wszystkie okulary Schotta typu LaK, LaF, LaSF, a także rosyjskie STK i TBP z wysoka zawartość tlenki lantanu. Co więcej, odchylenia specjalnych krzemień od „normalnej linii prostej” są z reguły niewielkie.
Krzemienie „specjalne” o podwyższonych wartościach względnego rozproszenia częściowego ( Langa-Flintsa) - są to z reguły krzemienie ciężkie i superciężkie o maksymalnej zawartości tlenku ołowiu lub krzemienie tytanowe o dużej zawartości tlenku tytanu.
Produkcja
Aby uzyskać kolorowe szkło, podczas gotowania do składu szkła bezbarwnego dodaje się substancje zawierające miedź, złoto, selen itp.
Szkło optyczne z partii topi się w specjalnych garnkach ogniotrwałych umieszczonych w piecu do topienia szkła. Wsad może zawierać do 40% stłuczki o takim samym składzie jak gotowane szkło. Proces gotowania trwa około 24 godzin. Ogrzewanie odbywa się zwykle za pomocą palników wodorowych, a temperatura w piecu sięga 1500 °C. Podczas procesu topienia stopione szkło miesza się w sposób ciągły mieszadłem ceramicznym lub platynowym do uzyskania stanu jednorodnego, a następnie kilkakrotnie pobiera się próbkę do kontroli jakości. Jednym z etapów gotowania jest klarowanie. Na tym etapie w masie szklanej uwalnia się duża ilość gazów pochodzących z substancji klarujących dodanych do wsadu. Tworzące się duże pęcherzyki szybko wypływają na powierzchnię, wychwytując po drodze mniejsze, które i tak powstają podczas gotowania. Po zakończeniu topienia szkła naczynie wyjmuje się z pieca i poddaje powolnemu chłodzeniu, trwającemu 6-8 dni. Gdy masa stygnie nierównomiernie, powstają w niej naprężenia mechaniczne, które mogą spowodować pęknięcie szkła na dużą liczbę kawałków.
Po schłodzeniu kawałki szkła sortuje się pod względem wielkości i jakości, a następnie te, które się nadają, wysyłane są do dalszej obróbki. Aby skrócić czas obróbki mechanicznej, części optyczne wykonuje się nie ze zwykłych kawałków szkła otrzymanych po stopieniu, ale ze specjalnych prasowanych płytek lub półfabrykatów. Aby uniknąć naprężeń powstałych na skutek nierównomiernego chłodzenia masy, otrzymane w ten sposób detale podgrzewa się do temperatury 500°C, a następnie poddaje niezwykle powolnemu chłodzeniu w piecach elektrycznych, tzw. wyżarzanie. Jeśli temperatura gwałtownie spadnie, w szkle pojawią się naprężenia, które doprowadzą do anizotropii, w tym anizotropii współczynnika załamania światła. Może również powstać wtórna muszka.
Po wyżarzaniu powstały przedmiot obrabiany jest badany za pomocą optycznych przyrządów do kontroli jakości i sporządzana jest mapa defektów, która wskazuje wielkość, lokalizację i charakter defektów szkła.
Wady technologiczne
Do wad technologicznych szkieł optycznych zaliczają się kamienie, bąbelki, muszki, zamglenia, smugi i naprężenia.
- Kamienie to małe, nieprzezroczyste cząstki oddzielone od garnka podczas topienia szkła lub niestopione cząstki wsadu. Niewielka liczba i niewielki rozmiar kamieni, jeśli nie znajdują się w płaszczyźnie ogniskowej lub w jej pobliżu, nie wpływają na jakość obrazu, gdyż blokują jedynie niewielką część światła przechodzącego przez szkło.
- Bąbelki powstają podczas procesu topienia szkła w wyniku uwolnienia gazów z części składowych wsadu, które wchodzą do reakcji. Prawie nieuniknione w produkcji szkła. Pęcherzyki powodują rozpraszanie światła i pewną utratę jasności obrazu, ponieważ promienie świetlne załamujące się na powierzchniach bąbelków pod znacznie większymi kątami niż na pozostałej powierzchni obiektywu są prawie całkowicie pochłaniane przez wewnętrzne powierzchnie aparatu i oprawki obiektywu.
- Komar Jest to duże nagromadzenie drobnych pęcherzyków w masie szkła, zajmujących znaczną część jego objętości. Muszka powoduje rozproszenie dużej ilości światła przechodzącego przez szybę.
- Dymki mieć wygląd pajęczyny lub lekkiej falistej mgły w szklanym otoczeniu. Powstają głównie w wyniku spiekania fałd powstałych w procesie prasowania, a także ze spiekania niezauważonych wcześniej pęknięć.
- Svili obserwowane są w masie szklanej w postaci przezroczystych pasków lub nitek na skutek nierównego współczynnika załamania światła masy szklanej. Porównanie z kroplą nasyconej wody może dać wyobrażenie o svilu. Bezpośrednio w elementach optycznych naprężenia (i związana z nimi dwójłomność) mogą powstać pod wpływem masy własnej elementu lub nacisku na szkło podczas mocowania go w oprawkach.
Dla okularów optycznych ustalono kategorie i klasy jakości (GOST 23136-93). Oznacza to, że cały zakres wad jest podzielony na zakresy (ze względu na ich liczbę, wielkość, kształt), które powinny obejmować marki szkła. W przypadku bezbarwnego szkła optycznego obowiązują standardy GOST 3514-94 (dawniej GOST 3514-76). Do kolorowego szkła optycznego - GOST 9411-91 (dawniej GOST 9411-76).
Ponieważ szkło optyczne produkowane jest do określonych celów, standaryzowana jest nie tylko obecność wad, ale także odchylenia wskaźników optycznych od normy. Łatwiej dobrać szkło do swoich potrzeb, jeśli wcześniej ustalisz kryteria jakości.
Leczenie
Zwykle kierując się mapą wad, obrabiany przedmiot tnie się piłami diamentowymi na mniejsze prostokątne lub wycina się z niego cylindry za pomocą pił tarczowych. Starają się nadać powstałym wykrojom kształt jak najbardziej zbliżony do kształtu przyszłego produktu optycznego z niewielkim marginesem. Również dość często prostokątne półfabrykaty nagrzewa się do stanu odkształcenia plastycznego i poprzez prasowanie uzyskuje się z nich produkty o kształcie zbliżonym do wymaganego. Te półfabrykaty są następnie mocowane w bloki (zwykle wykonane z gipsu) i polerowane. Szlifowanie składa się z kilku etapów; Na każdym kolejnym stosowane są coraz drobniejsze ziarna ścierne. Po każdym etapie mielenia szkło jest myte. Po oszlifowaniu szkła obrabiany przedmiot jest polerowany, a następnie kontrolowany jest jego kształt (figura). Polerowanie szkła to długotrwały proces fizykochemiczny, który trwa do 3 dni. Po wypolerowaniu uzyskujemy wykończoną powierzchnię roboczą produktu, gotową do użycia. Powierzchnia ta jest zabezpieczana, przedmiot obrabiany jest usuwany z bloku, a blok jest ponownie składany, ale elementy obrabiane są mocowane drugą stroną do góry, a pozostałe powierzchnie robocze są podobnie szlifowane i polerowane.
Powłoka optyczna
Po polerowaniu monitoruje się jakość powierzchni szkła, a następnie w celu poprawy właściwości produktu można doprecyzować optykę poprzez nałożenie cienkich przezroczystych folii, zwykle dielektrycznych. Folie te poprawiają właściwości optyczne i mogą poprawiać właściwości mechaniczne, na przykład chroniąc szkło przed zmętnieniem pod wpływem długotrwałego wystawienia na działanie wilgotnej atmosfery.
Fabuła
Niektóre z pierwszych poważnych prób wytwarzania szkła optycznego, czyli szkła o wystarczającej jednorodności chemicznej i fizycznej oraz posiadającego określone właściwości optyczne, datuje się na XVII wiek. Tak więc praca niemieckiego chemika Johannesa Kunckla „Ars vitraria eksperymentalna” (1689) wymienia kwasy borowe i fosforowe jako składniki szkła oraz koronę borokrzemianową, która ma skład podobny do niektórych współczesnych odmian. W 1663 roku patent Anglika Tilsona wspomniał o wprowadzeniu tlenku ołowiu do „szkła Flint”, a w XVIII wieku szkło to zaczęto wykorzystywać do produkcji soczewek achromatycznych, najpierw Chester Moore Hall (1729), a następnie , z większym sukcesem, przez Petera Dollonda (1758).
Początek przemysłowej produkcji szkła optycznego można uznać za wynik wielu lat pracy Szwajcara Guinana, któremu udało się wraz z Fraunhoferem wprowadzić mniej lub bardziej niezawodną metodę wytwarzania dobrego szkła optycznego w doniczkach o pojemności do 400 kg w zakładzie Utzschneider w Benediktbeuern (Bawaria). Kluczem do sukcesu była wynaleziona przez Guinana technika mechanicznego mieszania stopu podczas gotowania, za pomocą okrężnych ruchów glinianego pręta zanurzonego pionowo w szkle. W 1811 roku Guinan i Fraunhofer wprowadzili na rynek dwa rodzaje szkła optycznego: koronowe (72% SiO 2, 18% K 2 O, 10% CaO) i krzemieniowe (45% SiO 2, 12% K 2 O, 43% PbO)
Opracowany proces technologiczny pozwolił na wyprodukowanie całkiem zadowalających soczewek o średnicy dochodzącej do 200-250 mm. Jednakże asortyment szkieł optycznych produkowanych przez huty szkła w pierwszej połowie XIX wieku ograniczał się praktycznie do dwóch typów.