什么是冕玻璃?與冕牌玻璃有何聯(lián)系?
光學(xué)冕玻璃是一種光學(xué)介質(zhì)材料,與普通玻璃不同,他對于原料的純度要求高,要求有害雜質(zhì)含量控制在100ppm以下,不含氧化鉛,同時(shí)在物理與化學(xué)性質(zhì)上要達到高度均勻性,要滿(mǎn)足低折射率、低色散,以保證在光學(xué)系統中滿(mǎn)足光學(xué)成像質(zhì)量的要求。
光學(xué)冕玻璃指不含氧化鉛、折射率低、色散值不大的光學(xué)玻璃,這種玻璃有多種類(lèi)型,根據成分不同,可以分為輕質(zhì)、重質(zhì)和磷質(zhì)等。輕質(zhì)的的含有氧化鋇10%左右,含硅74%。重質(zhì)的含有氧化鋇44%左右。磷質(zhì)的含有五氧化二磷70%左右。冕玻璃因其特性,常用于制造顯微鏡、望遠鏡、照相機和瞄準器等光學(xué)儀器中的透鏡、棱鏡、反射鏡等。與燧石玻璃合用,可消除透鏡的像差和色差。
光學(xué)玻璃最早的劃分是按照氧化鉛含量劃分,低于3%的為冕牌玻璃,高于3%的為火石玻璃,后來(lái)隨著(zhù)玻璃種類(lèi)的增多改用折射率(refractive index)和色散系數(dispersion)劃分,冕牌玻璃折射率通常小于1.6,色散系數(也稱(chēng)阿貝數,數值越大,色散越?。┐笥?0,火石玻璃則相反。
冕牌玻璃的發(fā)展起源與歷史
冕牌玻璃之前的吹筒法玻璃
公元一世紀,在吹制鐵管的基礎上,敘利亞工匠發(fā)展出了吹筒法玻璃:
1、先通過(guò)吹制、搖晃、在桌面上滾動(dòng)將“氣球”做成一個(gè)壁盡量薄的圓柱體;
2、然后切割掉圓柱兩端,將冷卻了的圓柱沿縱向切開(kāi);
3、再將其放入平板爐內重新加熱并展開(kāi)成為平板玻璃。
這種方法,圓柱的尺寸僅受吹制工肺活量的影響。圓柱尺寸最大為長(cháng)2m,直徑300mm。缺點(diǎn)是玻璃回爐加熱過(guò)程會(huì )接觸爐底,導致污染。
公元4世紀,敘利亞工匠發(fā)明了冕牌玻璃。
1、將玻璃泡吸附在玻璃制造者的鐵棒上;
2、然后脫離吹制鐵管,增大玻璃泡的孔洞形成邊緣;
3、將這種鐘形物體再次加熱,并以一定速度旋轉成一個(gè)圓盤(pán);
由于生產(chǎn)出的圓盤(pán)不平整,玻璃制造者要根據其質(zhì)量把這塊“冕牌”玻璃切成若干小矩形、菱形或邊形。中心厚,牛眼狀且更小的玻璃塊可以作為無(wú)須再切割的小圓窗玻璃出售。與圓筒法玻璃相比,由于冕牌玻璃沒(méi)有接觸爐底,因此可以生產(chǎn)出更均勻平整,純度更高、表面更有光澤的玻璃,這兩種方法都一直沿用到19世紀中葉。
這種生產(chǎn)方法在1320年左右就被法國魯昂附近的玻璃工匠發(fā)展成熟,但是作為商業(yè)秘密沒(méi)有公布,于是一水之隔的英國人整整進(jìn)口了三百年的窗玻璃,直到1628年倫敦才出現同樣的工藝。
由于德國蔡司公司的玻璃型號齊全,性能穩定,一般沿用其命名標準。K代表冕牌,F代表燧石,Z為重,B代表硼,Ba代表鋇,L代表鑭 ,P代表磷,N代表無(wú)鉛, 比如雙筒望遠鏡中廣泛采用的BK7棱鏡,其所用的材料是硼硅酸鹽玻璃(borosilicate 德語(yǔ)為 borkron)中的第7號;而視場(chǎng)更亮的BaK4棱鏡則采用第4號輕鋇冕玻璃(light barium crown ,德語(yǔ)中是baritleichtkron)。
(圖源成都光明)
光學(xué)玻璃分類(lèi)光學(xué)玻璃按平均色散系數分為兩類(lèi):色散較小的為冕類(lèi)(K),色散較大的為火石類(lèi)(F)。
冕類(lèi)(K)光學(xué)玻璃根據折射率高低或其特殊性能分為輕冕(QK)、重冕(ZK)、特冕(TK)。根據其摻雜的元素劃分為氟冕(FK)、磷冕(PK)、重磷冕(ZPK)、鋇冕(Bak)、鑭冕(LaK)、鈦冕(TiK)
(2) 火石類(lèi)光學(xué)玻璃分為輕火石(QF)、重火石(ZF)、特種火石(TF),化學(xué)摻雜分鋇火石(BF)、重鋇火石(ZBaF)、鑭火石(LaF)、重鑭火石(ZLaF)鈦火石(TIF)、冕火石(KF)等。
制備工藝生產(chǎn)光學(xué)玻璃的原料是一些氧化物、氫氧化物、硝酸鹽和碳酸鹽,并根據配方的要求,引入磷酸鹽或氧化物。為了保證玻璃的透明度,必須嚴格控制著(zhù)色雜質(zhì)的含量,如鐵、鉻、銅、錳、鈷、鎳等。配料時(shí)要求準確稱(chēng)量、均勻混合。主要的生產(chǎn)過(guò)程是熔煉、成型、退火和檢驗。
因此,從兩者看,冕玻璃更多注重的是原料的純度以及物理與化學(xué)性質(zhì),而冕牌玻璃更多來(lái)自于它的制作方式,冕玻璃與冕牌玻璃在本質(zhì)上是相似的光學(xué)玻璃材料,具有相似的光學(xué)性質(zhì)和應用范圍,但在具體命名、成分和性能等級上可能存在一些細微區別。
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