14、光学玻璃的成形设备.ppt

第十四章 光学玻璃生产  及加工设备 最初用于制造镜头的玻璃，就是普通窗户玻璃或酒瓶上的疙瘩，形状类似“冠”，皇冠玻璃或冕牌玻璃的名称由此而来。那时候的玻璃极不均匀，多泡沫。除了冕牌玻璃外还有另一种含铅量较多的燧石玻璃。 1790年左右法国人皮而·路易·均纳德发现搅拌玻璃可以制造质地均匀的玻璃。 1884年卡尔·蔡斯厂的恩斯特·阿贝和奥托?肖特（Otto Schott）在耶拿创建肖特玻璃厂（Schott Glaswerke AG ），在几年内研制了几十种光学玻璃，其中以高折射率的钡质冕牌玻璃的发明为肖特玻璃厂的重要成就。 光学玻璃是用高纯度硅、硼、钠、钾、锌、铅、镁、钙、钡等的氧化物按特定配方混合,在白金坩埚中高温融化,用超声波搅拌均匀,去气泡；然后经长时间缓慢地降温，以免玻璃块产生内应力。冷却后的玻璃块，必须经过光学仪器测量，检验纯度、透明度、均匀度、折射率和色散率是否合规格。合格的玻璃块经过加热锻压，成光学透镜毛胚。 1 光学玻璃概述 光学玻璃 optical glass 通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。 按光学特性分为： ①无色光学玻璃。对光学常数有特定要求，具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃，各类又按折射率高低分为若干种，并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。 光学玻璃照片 ②防辐照光学玻璃。对高能辐照有较大的吸收能力，有高铅玻璃和CaO-B2O3系统玻璃，前者可防止γ射线和X射线辐照，后者可吸收慢中子和热中子，主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。 ③耐辐照光学玻璃。在一定的γ射线、X射线辐照下，可见区透过率变化较少，品种和牌号与无色光学玻璃相同，用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。 ④有色光学玻璃。又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能，按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类； 按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类，主要用于制造滤光器。 ⑤紫外和红外光学玻璃。在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率，用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。⑥光学石英玻璃。以二氧化硅为主要成分，具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等特点，用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外，还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃；光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃；光按一定方向通过传输超声波的玻璃时，发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。 精密压制技术是多学科的复合技术，一般有如下几个方面：新型模具材料；超精密模具加工技术；适宜精密压制工艺的玻璃；预成形技术；精密成形(模具结构、压机、压制工艺条件)；非球面形状的检测技术；非球面镜头的光学设计。 玻璃的雏形制备应满足如下条件：在等温压制之前应具备平滑清洁表面；具备适当的几何形状(与压制模具内腔形状接近的形状)；具有适宜的体积。这此雏形可以是球状、半球状、圆片状等形状，冷硬时经过研磨或者在热态下成形均可。 模具材料与模具加工 要求模具材料无气孔可以研磨出平滑的光学镜面；高温下耐氧化而且其材料结构不变化可以保持表面的原状态；与玻璃不粘连、不反应、脱模性好；在高温保持高强度、高硬度。 模具材料一般采用超硬合金作为模具材料，在与玻璃接触的表面镀覆一层或几层陶瓷材料膜。其材质各公司不尽相同。 模具的加工采用高刚性、高于0.01分辨率的精密加工机床(专用的非球面加工)。其加工的过程如图8－15所示。合金模具采用金刚石磨轮研磨，待研磨加工完成后镀上陶瓷膜。图8－16为镀膜后的精磨加工过程。 精密模具压制玻璃设备 对模具的均匀加热为设备的重要性能。利用红外灯加热可以实现这一点，而且可以对大直径的合全模具均匀加热；对应玻璃的种类不同设备的最高加热温度应不低于800℃；通入N2气流量应可以调节，从而对冷却速度加以控制。 退火工艺及设备 精密退火 消除应力，达到光学均匀性。 尺寸确定。 光学玻璃精密退火炉应具备的特点 1. 炉内温度分布的高度均匀性。对于尺寸为150mm 以下的一般玻璃毛坯的退火，退火炉内温度差不应超多1～5℃ 。 2. 炉温控制的高度稳定性及降温的直线性。 3 . 炉内温度分布的对称性和中心与边缘部分的温度差的减小。降温过程中沿直径方向存在的温差，使降温后的玻璃产生残余径向应力及残余切向应力，使边缘部分的应力增大而出现边缘效应。 大块玻璃毛坯边缘应力的大小及其分布的对称性是衡量玻璃退火质量