Изготовление и контроль оптических деталей - Ефремов А.А.
Скачать (прямая ссылка):
Основными оптическими свойствами стекла являются показатель преломления Пе и коэффициент дисперсии ve. Показатель преломления пе равен отношению синуса угла падения луча из воздуха в стекло к синусу угла преломления. Он нормируется для основной линии е спектра ртути при длине волны Яе=546,07 нм. Дисперсия света оценивается разностью показателей преломления двух разных длин волн. Коэффициент дисперсии определяют из соотношения: ve=ne—1 In f — п С', где tif — п с—средняя дисперсия для фиолетового и красного лучей с длинами волн 480 и 643,8 нм.
2.2. Классификация и номенклатура оптического стекла
Классификация. Оптическое стекло отличается от любого стекла другого назначения своей высокой однородностью, отклонение от которой выражается в десятых долях процента.
Стекла принято условно делить на две группы: кроны и флинты. В каждой группе стекла делят на типы. В основу классификации стекол положены значения показателя преломления пе и коэффициента дисперсии уе- Наименования же типов остались сложившимися исторически, отражая особенности химического состава стекол. Первоначально к группе флинтов относили стекла с содержанием окислов свинца РЬО более 3%, а к группе кронов — стекла с РЬО<3%.
Каждому стеклу определенного химического состава присваивают марку, состоящую из обозначения типа и порядкового номера. Например, ТК1 — тяжелый крон один. Если при одинаковых значениях пе и \е двух стекол их химический состав различен, то им присваивают разные марки. Это связано с тем, что состав стекла определяется совокупностью всех его свойств — физических,
16
физико-химических, технологических, а эта совокупность различна у стекол разного состава.
Оптическое бесцветное стекло разделено на 16 типов (рис. 2.1): лк — легкий крон, ФК — фосфатный крон, ТФК — тяжелый фосфатный крон, К — крон,
БК — баритовый крон, ТК — тяжелый крон, СТК — сверхтяже-лый крон, КФ — кронфлинт,
БФ — баритовый флинт, ТБФ — тяжелый баритовый флинт, ЛФ— легкий флинт, Ф — флинт, ТФ — тяжелый флинт, СТФ — сверх-тяжелый флинт, ОК — особый крон, ОФ — особый флинт.
В каталоге оптического бесцветного стекла, принятом в СССР, включено около 160 марок (табл. 2.1).
Рис. 2.1. Диаграмма типов оптических бесцветных стекол
2.1. Наиболее распространенные марки оптического бесцветного стекла
Марка пе nD пр'-пс' "г ~пС
Легкие кроны
Л Кб 1,4721 1,4704 0,00708 0,00704
ЛК7 1,4846 1,4828 0.00732 0.00728
Фосфатные кроны
ФК14 1,5821 1,5799 0,00898 0.00891
Кроны
К8 1,5183 1.5163 0,00812 0,00806
кюо 1,5237 1,5215 0,00882 0.00875
Баритовые кроны
БК6 1,5421 1,5399 0,00913 0,00905
БКПО 1,5713 1,5688 | 0,01024 0,01015
Тяжелые кроны
ТК2 1.5749 1,5724 0,01005 0,00996
• ТК121 1,6600 1,6568 0.01299 0.01285
Сверхтяжелые кроны
. СТК9 ' 1,7460 1.7424 | 0.01492 | 0,01478
Кронфлинты
КФ4 1,5203 1,5181 0,00886 0,00879
2—2421
17
Продолжение
Марка
БФ12
ТБФ4
ЛФ5
Ф1
ТФ1
ТФ105
ОФ4
Баритовые флинты 1,6298 | 1,6259 | 0,01622
Тяжелий баритовый флннт 1,7836 | 1.7786 | 0.02072
Легкие флинты 1.5783 | 1,5749 ) 0,01409
Флинты 1.6169 I 1.6128 | 0,01681
Тяжелые флинты
1,6522
1,7617
1.6541
1.6475 1,7550
0,01940
0,02788
Особые флинты
| 1.6505 [ 0,01513
0,01601
0.02045
0.01392
0.01659
0,01912
0.02743
0,01497
Обычные стекла имеют порядковые номера марок от 1 до 99. Стекла с порядковыми номерами 100 и 200 мало темнеют под действием ионизирующего излучения, например от радиации ядерного взрыва. Самым распространенным и дешевым стеклом является стекло К8, из которого изготовляют положительные линзы, призмы, пластины и т. д. Оно обладает достаточной твердостью, хорошей однородностью и повышенными оптическими характеристиками. Флинтовые стекла марки Ф1 обладают большой дисперсией; их применяют для отрицательных линз, уменьшающих хроматические аберрации. Твердые стекла марок J1K7 с большим содержанием окиси кремния близки по свойствам к кварцевому стеклу, имеют малое значение коэффициента линейного расширения; их применяют для зеркал интерферометров, пробных стекол и других ответственных оптических деталей.
2.3. Сырьевые материалы стекловарения
Сырьевые материалы условно делятся на главные и вспомогательные. Главные — служат для введения в стекломассу окислов, являющихся основой для образования стеклообразного вещества. Это кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы.
Главные кислотные окислы, вводимые в шихту. Двуокись кремния (кремнезем) является главной составной частью большинства оптических стекол, используют природный кристалличе-
18
ский кварц (горный хрусталь) и синтетическую двуокись кремния. Из кускового кварца приготовляют кварцевую муку, измельчая его до размеров зерен 0,1—0,5 мм.
Содержание двуокиси кремния в кусковом кварце должно быть не менее 99,5%. Наиболее вредными примесями являются окислы хрома, титана и железа, которые окрашивают стекло и понижают его светопропускание. Их содержание в сырьевых материалах должно быть минимальным; в кварцевой муке не более 0,01%.
Для удаления примесей измельченные природные сырьевые материалы подвергают обогащению, сушке, просеиванию. Обогащение кварцевой муки производят флотационной оттиркой, электромагнитной сепарацией и химическими методами. Флотационная оттирка основана на различной смачиваемости водой поверхностей минералов. Частицы минералов, поверхность которых не смачивается водой (гидрофобные), прилипают к пузырькам воздуха и вместе с ними всплывают, образуя пену. Электромагнитной сепарацией отделяют зерна, содержащие железо, при движении частиц в магнитном поле. Химический метод обогащения основан на обработке кварцевой муки концентрированными фтористой, серной и соляной кислотами.
