Свойства и разработка новых оптических стекол - Царевский Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
70
и продуктами восстановления различных красящих примесей в сырье. В связи с этим последующие операции получения гомогенного стекла необходимо проводить в сухой бескислородной атмосфере при пониженных температурах: 950—1000° С для фторфосфатных и 750—800° С для фторбериллатных стекол. Студка и выработка также должны проводиться в условиях полной изоляции от воздуха.
Основные положения, изложенные выше, были подтверждены многочисленными опытными варками фторбериллатных и фтор-’ фосфатных стекол. В результате были получены заготовки стекол' с выходом по бессвильности до 100%, не содержащие пузырей и не имеющие светорассеяния.
После установления оптимальных условий получения фторсо-держащих стекол хорошего оптического качества были осуществлены исследования структуры некоторых из них рядом методов: При этом внимание было уделено более перспективным для техники фторфосфатным стеклам, представлявшим комбинации фторидов с метафосфатом бария или алюминия.
ИЗУЧЕНИЕ ФТОРФОСФАТНЫХ Ct-ЕКОЛ, ПОЛУЧАЕМЫХ НА ОСНОВЕ МЕТАФОСФАТА АЛЮМИНИЯ
Установление областей стеклообразования. В двойных системах А1 (РОз)з—RF2, где R —щелочноземельный металл, стекла получаются только с BaF2, в интервале его концентраций 65— 75%.
В трехкомпонентных системах А1 (Р03)3—MgF2—CaF2, И А1 (Р03)з—MgF2—SrF2 имеются только очень узкие области сильно кристаллизующихся стекол. В системе А1(Р03)3—CaF2—; SrF2 стекол не получено, поэтому объектом исследований былц выбраны системы А1(Р03)3—BaF2—(Mg, Са, Sr)F2t в которых имеются сравнительно большие области стеклообразования (табл. 2).
Таблица .2
Стеклообразование в системах Al(POs)3—BaF2—RF24
Система Пределы содержания ком-no неитов, %
А1 (Р0з)з BaF2 j MgF2 CsFj SrF2
А1 (Р03)3—В aF2—MgF2 А1(Р03)9—BaF2—CaFa А1(Р03)3—BaF2—SrF3 8,0-40 15-37 25—40 28—80 30—75 20—75 0—52 0—40 0-52
Из таблицы видно, что ширина областей стеклообразования убывает с увеличением ионного радиуса катиона добавляемого фтот риДа. Фтористый барий является обязательным компонентом
71
стекол в данных системах — при его отсутствии стекла получить невозможно.
Физико-химические свойства стекол. Исследование кристаллизационной способности политермическим методом показало, что склонность стекол к расстекловыванию возрастает в ряду магниевые—кальциевые—стронциевые. Введение в состав двухкомпонентного стекла 30А1 (P03)3-70BaF2 до 10% фторидов Mg, Са, Sr за счет BaF2 вызывает ослабление склонности стекол к кристаллизации; дальнейшее увеличание концентрации RF2 усугубляет ее. Введение в состав стекол, лежащих на разрезе 20% А1 (Р03)3, до 40 мол. % MgF2 значительно повышает устойчивость стекол к расстекловыванию, что объясняется способностью MgF2 выполнять, в известной степени, функции стеклообразователя.
Кристаллизационная способность выше у стекол, сваренных на воздухе, вследствие гидролиза фторидов двухвалентных металлов, причем в наибольшей степени подвержены гидролизу магниевые стекла.
Плотность стекол изменяется в пределах 3,66—4,22 г/см3 и снижается при замене BaF2 на RF2 при постоянном содержании А1 (Р03)3.
Во всех случаях плотность магниевых стекол выше, чем у кальциевых. О большей компактности структуры магнийсодержащих стекол свидетельствует также значительное уменьшение мольного объема при повышении концентрации фтористого магния.
Оптические постоянные полученных стекол лежат в области 1,51—1,58 для nD и 69,2—77,9 для v, т. е. между соответствующими характеристиками фторбериллатных и фторфосфатных кронов.
Величина показателя преломления определяется в основном содержанием А1 (Р03)3, а при постоянном содержании его увеличивается в ряду Mg—Са—Sr. Средняя дисперсия стекол (nF —
— Ч) уменьшается по мере увеличения доли фторидов в стекле. Наименьшими значениями (0,00565—0,00832) характеризуются магниевые стекла, для которых величина коэффициента дисперсии v достигает 77,9.
Для стекол изученных систем наблюдается антибатный ход зависимости плотности и показателя преломления от состава стекла при замене А1 (Р03)3 фторидами.
По микротвердости стекла превосходят тяжелые силикатные флинты и фторидные сверхлегкие кроны и приближаются к баритовым кронам (Н = 410-н530 кг/мм2). Микротвердость значительно снижается при увеличении содержания в стекле фторидов, приближаясь к значениям Н фторбериллатных стекол. При замене BaF2 на RF2 микротвердость возрастает, причем по степени увеличения значений микротвердости добавляемые фториды располагаются в ряд Sr—Са—Mg.
Все стекла систем А1 (Р03)3—BaF2—RF2 имеют высокое электрическое сопротивление (1012—1013 Ом-см при температуре 300° С), близкое к сопротивлению известных электроизоляцион-
72
ных стекол. При замене BaF2 на фторид магния энергия активации электропроводности Еа и сопротивление стекол возрастают.
Замещение А1 (Р03)3 фторидами двухвалентных металлов приводит к уменьшению сопротивления стекол и значений энергии активации Еа. Экстраполяция значений энергии активации к составу стекла, не содержащего А1 (Р03)3, дает значения Еа, близкие по величине к энергии активации проводимости чистых кристаллических фторидов щелочноземельных металлов.
