Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
57
были изучены оптические свойства ряда стекол на основе системы Ge02—Ba03-Laa0s—Ta205—ВаО и три из них (ОФ1877, ОФ1929 и ОФ1932) предложены для практического использования. При этом оказалось, что по значениям пп и vD эти стекла принадлежат к типу тяжелых баритовых флинтов и по положению на диаграмме Аббе приближаются к ториевым стеклам зарубежных фирм [5]. Несколько ранее оптические свойства ряда стекол на основе
системы GeO,
-В205—La203—Ta206
Таблица 7
Приращения оптических постоянных при замещении компонентов
Замещение Приращение на 1 мол. % защищающего окисла
&nD 10* Л (Пр-~„с) Ю‘
В203 -*¦ А!203 — 1,8 +3,7
В203 ->• Ga203 + 19,2 + 16,7
В203 -*¦ 1п203 +42,0 +82,5
La203 Y203 — 19,3 —6,8
La203 Gd203 -5,0 —1,8
Y203 -> Gd203 + 14,3 + 5,0
Ge02 -> Si0.2 —15,6 —8,2
Ge02 -* Ti02 +39,4 +35,4
Ge02 -> Zr02 +25,3 + 11,7
Ge02 -»¦ Hf02 +20,0 +9,4
B203 -> Ta.,0 , +74,7 + 50,9
ЭпОт, где Э — В, Zr,
Ge02—La203—ЭП1От, —Э'пгОт2,
Та,
и
Э'
с меньшим содержанием В 203были изучены А. Милном и Р. Перри *.
Однако в указанных работах не содержалось систематических данных о зависимости оптических постоянных от состава в том объеме, который был необходим для выяснения возможных пределов значений констант германатных стекол и для оптимизации составов промышленных стекол.
В 1968—1970 гг. автором настоящей статьи совместно с Е. К- Мазуриной, Л. И. Игнатьевой, Н. П. Роговой и Э. П. Максимовой было предпринято систематическое исследование зависимости оптических свойств стекол ** от состава в тройных системах типа Ge02—La203 — четверных системах типа и Э" — В, А1, La, In,
Ва, Zn, где
Y, Gd, Si, Ti, Zr, Hf, Nb, Та и др.
Это исследование строилось на основе принципа замещения одного компонента другим (преимущественно аналогом по периодической системе). Вид диаграммы состав-свойство при этом оказывался, как правило, линейным. Это позволило составить таблицу приращений оптических постоянных (табл. 7), пригодных для эмпирического расчета констант по составу стекла по формулам аддитивности: По = яЬ + 2 Ап,-*,- и nF — tic = n°F + п°с + X А (nF —
* Патент Англии № 860121.
** Параллельно Н. Г. Гуткиной, Л. К. Шматок и С. В. Немиловым с сотрудниками проводилось исследование фазовых равновесий и вязкости стекол в тех же тройных и некоторых четверных системах.
58
— nc)iXi, где величины пд и п%—п0с относятся к исходному составу, nD и nF — пс — к рассчитываемому составу; А пг и A (nF — nc)i — изменение констант при замещении; x-t — молярные доли компонентов.
Данные табл. 7 могут подлежать дальнейшему уточнению в связи с тем, что измерения выполнены на образцах низкой оптической однородности, обусловливаемой трудностью выработки сильно кристаллизующихся стекол простых составов. Тем не менее погрешность такого расчета не превышает ±1*10-3 для nD и ± 1 • 10-* для средней дисперсии.
Соблюдение принципа аддитивности в сравнительно широких пределах обусловлено сохранением в значительной степени основных структурно-химических особенностей стеклообразующего каркаса при замещении аналогами по подгруппе периодической системы (что не имеет места при произвольном изменении соотношения компонентов с различной структурно-химической ролью в каркасе стекла). Направление изменения свойств совпадает при этом с ожидаемым на основании взаимного положения исходного и замещающего компонентов в периодической системе.
Результаты исследования оптических свойств этих стекол частично опубликованы в работах [1, 3].
Накопленный материал лег в основу разработки промышленных стекол типа ТБФ на германатнолантановой основе. Коллектив разработчиков, включавших автора данной статьи, Е. К- Мазурину, JI. И. Игнатьеву и Н. П. Рогову, поставил перед собой цель создать на базе вышеописанных исследований серию стекол типа ТБФ с показателями преломления от 1,80 до 1,90, закономерным образом располагающихся на диаграмме Аббе (через приблизительно равные интервалы изменения значений nD), не уступающих ториевым стеклам зарубежных фирм по коэффициентам дисперсии и обладающих наилучшими возможными при данном показателе преломления характеристиками по кристаллизационной способности, химической устойчивости и светопоглощению.
Разработка велась (в отличие от наиболее употребительной практики введения новых компонентов в виде добавок к исходному стеклу) путем замещения компонентов исходной системы. Такой путь давал возможность исключить взаимосвязанное изменение концентрации всех компонентов и сохранять на протяжении всего хода разработки максимально возможное содержание наиболее ценных окислов (например, Ьа203), вводя новые компоненты лишь за счет менее ценных. Это существенно упрощало отыскание составов с экстремальными свойствами.
Расчет констант, ожидаемых в результате изменения состава» легко осуществлялся с помощью данных табл. 7. Погрешность расчета, указанная выше, вполне достаточна для оценки целесообразности планируемого замещения. В ходе разработки нами были выработаны рекомендации по получению германатноборноланта-новых стекол, сочетающих максимальные значения коэффициента
