各種玻璃特性詳細(xì)介紹

2016-10-25 admin1

  玻璃的制造已有五千年的歷史,一般認(rèn)為最早的制造者是古代的埃及人。我國在東周時代已能制造玻璃,玻璃組成中都含有氧化鉛和氧化鋇,與其他國家的古代玻璃有明顯的區(qū)別。我國歷史上有把玻璃稱為琉璃、頗黎、假水晶料器、硝子等名稱。


  玻璃具有一系列非??少F的特性:透明、堅(jiān)硬、良好的化學(xué)穩(wěn)定性;可通過化學(xué)組成的調(diào)整,大幅度調(diào)節(jié)玻璃的物理和化學(xué)性能,以適應(yīng)各種不同的使用要求;可以用吹、壓、拉、鑄、槽沉、離心澆注等多種成形方法,制成各種形狀的空心和實(shí)心制品;可以通過焊接和粉末燒結(jié)等加工方制成形狀復(fù)雜、尺寸嚴(yán)格的器件。而且,制造玻璃的原料豐富,價(jià)格低廉。因此,作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料,玻璃在建材、輕工、交通、醫(yī)藥、化工、電子、航天、原子能等領(lǐng)域獲得了極其廣泛的應(yīng)用。 


  B270/K9

  K9玻璃是用K9料制成的玻璃制品,用于光學(xué)鍍膜等領(lǐng)域,K9料屬于光學(xué)玻璃,由于它晶瑩剔透,所以衍生了很多以K9料為加工對象的工廠,他們加工出來的產(chǎn)品,在市面上稱為水晶玻璃制品。 


  K9的組成如下: 

  SiO2=69.13%B2O3=10.75%BaO=3.07%Na2O=10.40%K2O=6.29%As2O3=0.36%,它的光學(xué)常數(shù)為:折射率=1.51630色散=0.00806阿貝數(shù)=64.06。

無色光學(xué)玻璃--B270技術(shù)要求

牌 號

厚度

(mm) 

λtj

(nm)

λ0

(nm)

Tλ0

(%)

K

B270

1-5

310±10

400

≥89.5

≥1.0

 

  石英玻璃
濾光片

 

  石英玻璃以其優(yōu)良的理化性能,被大量廣泛用于半導(dǎo)體技術(shù),新型電光源,彩電熒光粉生產(chǎn),化工過程,超高電壓收塵、遠(yuǎn)紅外輻射加熱設(shè)備、航空航天技術(shù)、某些武器及光學(xué)儀器的光學(xué)系統(tǒng)、原子能技術(shù)、浮法玻璃及元堿玻璃窖的耐火材料,特種玻璃用坩堝,儀器玻璃成型部料碗,紫外線殺菌燈,各種有色金屬的生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域。石英玻璃SiO2含量大于99.5%,熱膨脹系數(shù)低,耐高溫,化學(xué)穩(wěn)定性好,透紫外光和紅外光,熔制溫度高、粘度大,成型較難。多用于半導(dǎo)體、電光源、光導(dǎo)通信、激光等技術(shù)和光學(xué)儀器中。 


  石英玻璃在整個波長有特別好的透光性,在紅外區(qū)(特殊的紅外玻璃除外),光譜透射范圍比普通玻璃大。在可見光區(qū)透過率達(dá)93%。在紫外光譜區(qū),特別是在短波,紫外光譜區(qū)透過率比其他玻璃好的多。石英玻璃的光學(xué)性能在很大程度上取決于它的化學(xué)性能,哪怕是0.001%的雜質(zhì)就明顯地影響產(chǎn)品質(zhì)量。過度金屬雜質(zhì)會改變波長方向移動,羥基的存在會吸收2.73μm光帶。


國產(chǎn)光學(xué)石英玻璃有三個牌號:

JGS1紫外光學(xué)石英玻璃,應(yīng)用波段185-2000nm,用合成石制造,Sicl4為原料。

JGS2紫外光學(xué)石英玻璃,應(yīng)用波段220-2500nm,用水晶做原料,氣煉法生產(chǎn);

JGS3紅外光學(xué)石英玻璃,應(yīng)用波段260-3500nm,采用水晶或高純度石英砂為原料,真空加壓爐生產(chǎn)。


國外還有一種全波段光學(xué)石英玻璃,應(yīng)用波段180-4000nm,采用等離子(無水無H2狀態(tài)下)化學(xué)相沉積法生產(chǎn),用特純Sicl4為原料,在石英玻璃中摻入少量Tio2,可以把220nm下的紫外線濾掉,稱無臭氧石英玻璃,因?yàn)?20nm以下的紫外線能使空氣中的氧變成臭氧,在石英玻璃中摻入少量鈦、銪等元素??梢园?40nm以下的短波過濾掉。用它制電光源對人的皮膚有保健作用。這種玻璃可以做到完全無氣泡。具有優(yōu)良的透紫外線性能,特別是在短波紫外區(qū),其透過性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過所有的其他玻璃。在185nm處的透過率可達(dá)85%。是185-2500nm波段的優(yōu)良光學(xué)材料。由于這種玻璃含OH基團(tuán),所以紅外透過性能差,特別是在2.7μm;附近有一很大的吸收峰。 

 

  石英玻璃的光學(xué)性能 

 ?。?)光譜特性 

  各種有色光學(xué)玻璃在規(guī)定的光譜區(qū)內(nèi)的透過和吸收性能稱為光譜特性。它是有色光學(xué)玻璃的。

 ?。?)主要特性

  石英玻璃是透紫外線,可見光,近紅外線性能最好的玻璃,可以根據(jù)需要從168nm-3500nm波段范圍任意選擇所須品種。 

  牌號名稱應(yīng)用光譜波段(毫微米) 

  JGS1遠(yuǎn)紫外光學(xué)石英玻璃應(yīng)用光譜波段185-2500nm 

  JGS2紫外光學(xué)石英玻璃應(yīng)用光譜波段220-2500nm 

  JGS3紅外光學(xué)石英玻璃應(yīng)用光譜波段260-3500nm 

  遠(yuǎn)紫外光學(xué)石英玻璃JGS1Reflectiveglass 

  在紫外和可見光譜范圍內(nèi)透明;在185-2500nm波段范圍內(nèi)無吸收帶;在2600-2800nm波段范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收帶;非發(fā)光,光輻射穩(wěn)定。 

  紫外光學(xué)石英玻璃JGS2 

  在紫外和可見光譜范圍內(nèi)透明;在220-2500nm波段范圍內(nèi)無吸收帶;在2600-2800nm波段范圍內(nèi)有強(qiáng)吸收帶;非發(fā)光,光輻射穩(wěn)定。紫外光學(xué)石英玻璃:是用氫氧焰熔化高級水晶粉料而成的光學(xué)石英玻璃,它是220-2500nm波段范圍內(nèi)良好的光學(xué)材料。其紅外透過性能同遠(yuǎn)紫外石英玻璃。 


  紅外光學(xué)石英玻璃JGS3

  在可見和紅外光譜范圍內(nèi)透明;在2600-2800nm波段范圍內(nèi)無明顯吸收帶; 

  和普通硅酸鹽玻璃相比,透明石英玻璃在整個波長頭優(yōu)良的透過性能。在紅外區(qū)光譜透過比普通玻璃大;在可見區(qū),石英玻璃的透過率也是比較高的。在紫外光譜區(qū)特別是在短波紫外區(qū),光譜透過比其他玻璃好的多。光譜透過率受三個因素影響:反射,散射和吸收。石英玻璃的反射一般為8%,紫外區(qū)大一些,紅外區(qū)小一些。所以石英玻璃的透過率一般不大于92%。石英玻璃的散射比較小,一般可以忽略。光譜吸收和石英玻璃的雜質(zhì)含量和生產(chǎn)工藝有密切的關(guān)系;在低于200鈉米波段的透過率的高低,代表金屬雜質(zhì)含量的多少;240鈉米的吸收表示缺氧結(jié)構(gòu)的多少;可見波段的吸收是由于過渡金屬離子的存在造成的,2730鈉米的吸收是羥基的吸收峰,可以用于計(jì)算羥基含量。

 

石英玻璃物理性能

 

表1.

機(jī) 械 性 能

標(biāo) 準(zhǔn) 值

密度

2.2g/cm3

抗壓強(qiáng)度

1100Mpa

抗彎強(qiáng)度

67Mpa

抗拉強(qiáng)度

48Mpa

泊松比

0.14~0.17

楊氏模量

72000Mpa

剛性模量

31000Mpa

莫氏硬度

5.5~6.5

 

表2.

機(jī) 械 性 能

標(biāo) 準(zhǔn) 值

變形點(diǎn)

1280℃

軟化點(diǎn)

1780℃

退火點(diǎn)

1250℃

比熱(20~350℃)

670J/kg.℃

熱導(dǎo)率(20℃)

1.4W/m.℃

折射率

1.4585

熱膨脹系數(shù)

5.5×10-7cm/cm.℃

熱加工溫度

1750~2050℃

短期使用溫度

1300℃

長期使用溫度

1100℃

 

表3.

電 學(xué) 性 能

標(biāo) 準(zhǔn) 值

電阻率

7×107Ω.cm

絕緣強(qiáng)度

250~400Kv/cm

介電常數(shù)

3.7~3.9

介電吸收系數(shù)

<4&times;104

介電損耗系數(shù)

<1&times;104

濾光片

  鋼化玻璃

  鋼化玻璃它是玻璃經(jīng)過再加工處理而成一種預(yù)應(yīng)力玻璃,具有較強(qiáng)的強(qiáng)度和抗拉度,不容易破碎。隨著玻璃的繼續(xù)冷卻,表層已經(jīng)硬化停止收縮,而內(nèi)層仍在降溫收縮,直至到達(dá)室溫。這樣表層因受內(nèi)層的壓縮形成壓應(yīng)力,內(nèi)層則形成張應(yīng)力,并被永久的保留在鋼化玻璃中。由于玻璃是抗壓強(qiáng)而抗拉弱的脆性材料,當(dāng)超過抗張強(qiáng)度時玻璃即行破碎,所以內(nèi)應(yīng)力的大小及其分布形式是影響玻璃強(qiáng)度及炸裂的主要原因。 


  另一種情況是玻璃在可塑狀態(tài)下冷卻時,不論是加熱不均,還是冷卻不均,只要在同一塊玻璃上有溫差,就會有不同的收縮量。在降至室溫時,溫度越高的地方降溫越多,收縮量越大,玻璃也就越短。相反溫度越低的地方降溫少,收縮量也小,玻璃也就長。一塊玻璃如各處長短不一則勢必發(fā)生板面翹曲。這樣我們就不難理解玻璃為什么會變形以及怎樣防止變形。鋼化玻璃強(qiáng)度高,其抗壓強(qiáng)度可達(dá)125MPa以上,比普通玻璃大4~5倍;抗沖擊強(qiáng)度也很高,用鋼球法測定時,1kg的鋼球從1m高度落下,玻璃可保持完好。


  浮法玻璃

  浮法玻璃是用海沙、石英砂巖粉、純堿、白云石等原料,按一定比例配制,經(jīng)熔窯高溫熔融,玻璃液從池窯連續(xù)流至并浮在金屬液面上,攤成厚度均勻平整、經(jīng)火拋光的玻璃帶,冷卻硬化后脫離金屬液,再經(jīng)退火切割而成的透明五色平板玻璃。玻璃表面特別平整光滑、厚度非常均勻,光學(xué)畸變很小的特點(diǎn)。浮法玻璃按外觀質(zhì)量分為優(yōu)等品、一級品、合格品三類。按厚度分為3、4、5、6、8、10、12mm七種。 


  普通平板玻璃外觀質(zhì)量等級是根據(jù)波筋、氣泡、劃傷、砂粒、疙瘩、線道等缺陷多少而判定。浮法玻璃外觀質(zhì)量等級是根據(jù)光學(xué)變形、氣泡、夾雜物、劃傷、線道、霧斑等缺陷多少來判的。 


  浮法生產(chǎn)的成型過程是在通入保護(hù)氣體(N2及H2)的錫槽中完成的。熔融玻璃從池窯中連續(xù)流入并漂浮在相對密度大的錫液表面上,在重力和表面張力的作用下,玻璃液在錫液面上鋪開、攤平、形成上下表面平整、硬化、冷卻后被引上過渡輥臺。輥臺的輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動,把玻璃帶拉出錫槽進(jìn)入退火窯,經(jīng)退火、切裁,就得到平板玻璃產(chǎn)品。浮法與其他成型方法比較,其優(yōu)點(diǎn)是:適合于高效率制造優(yōu)質(zhì)平板玻璃,如沒有波筋、厚度均勻、上下表面平整、互相平行;生產(chǎn)線的規(guī)模不受成形方法的限制,單位產(chǎn)品的能耗低;成品利用率高;易于科學(xué)化管理和實(shí)現(xiàn)全現(xiàn)機(jī)械化、自動化,勞動生產(chǎn)率高;連續(xù)作業(yè)周期可長達(dá)幾年,有利于穩(wěn)定地生產(chǎn);可為在線生產(chǎn)一些新品種提供適合條件,如電浮法反射玻璃、退火時噴涂膜玻璃、冷端表面處理等。


  鍍膜玻璃

  鍍膜玻璃是在玻璃表面涂鍍一層或多層金屬、合金或金屬化合物薄膜,以改變玻璃的光學(xué)性能,滿足某種特定要求。


  超白玻璃

  超白玻璃是一種超透明低鐵玻璃,也稱低鐵玻璃、高透明玻璃。它是一種高品質(zhì)、多功能的新型高檔玻璃品種,透光率可達(dá)91.5%以上,具有晶瑩剔透、高檔典雅的特性,有玻璃家族&ldquo;水晶王子&rdquo;之稱。超白玻璃同時具備優(yōu)質(zhì)浮法玻璃所具有的一切可加工性能,具有優(yōu)越的物理、機(jī)械及光學(xué)性能,可像其它優(yōu)質(zhì)浮法玻璃一樣進(jìn)行各種深加工。無與倫比的優(yōu)越質(zhì)量和產(chǎn)品性能使超白玻璃擁有廣闊的應(yīng)用空間和光明的市場前景。

 

  相關(guān)知識:

  光學(xué)玻璃物理特性

  1 :折射率(ND)

  玻璃的折射率是以鈉元素的特征譜線D=589.3nm測定的,以ND表示。

  2: 比重(s)

  用流體靜力學(xué)稱量法測定玻璃的比重。

  3: 色度值(x,y,Y)

  依據(jù)國際照明委員會(CIE)1931年和1964年規(guī)定的方法,測定出在A和D65標(biāo)準(zhǔn)光源照明下玻璃的色度值。

  4 :熱特性

  5: 當(dāng)玻璃溫度升高1℃其長度相對變化率。本目錄所列膨脹系數(shù)&alpha; ,均為20℃ ~ 30℃溫度范圍內(nèi)的平均值。

  6: 轉(zhuǎn)變溫度(Tg)

  當(dāng)玻璃的膨賬量發(fā)生驟變時,所對應(yīng)的溫度即為試樣的轉(zhuǎn)變溫度。此溫度時玻璃的粘度近于10 13帕.秒。

  7: 軟化溫度(Ts)

  當(dāng)玻璃的物理性質(zhì)發(fā)生急劇變化,其膨賬量也趨近于零時的溫度,即為玻璃的軟化溫度,這時玻璃的粘度趨近于10 11帕.秒。

  8:色溫變換能力(V)

  色溫玻璃由升色溫和降色溫兩類玻璃玻璃組成,其變換能力以密勒德(Mired)值來表示。升色溫玻璃呈藍(lán)色,牌號為SSB,具有負(fù)密勒德值。降色溫玻璃呈琥珀色,其密勒德為正值。


  色溫玻璃的序號是依據(jù)密勒德值來排列的。例如SSB130表示由3200K升至5400K,其變換能力為負(fù)130Mired值的升色溫玻璃。SJB130表示由5400K降至3200K,其變換能力為正130Mired的降色溫玻璃。


  石英玻璃的折射性和色散性

  石英玻璃的折射率NB=1.45845,阿貝數(shù)=67618, 特點(diǎn)是折射率低,色散率高;原料和制造方法對折射率和色散率影響不大,折射率和色散率表見下表 

波長(微米)/ 折射率 

色散率 

波長(微米)/(DN/D波長)

0.20 1.54727

0.3 -2.471*10-5

0.25 1.50745

0.4 &ndash;1.102*10-5

0.30 1.48594

0.5 &ndash;0.512*10-5

0.34 1.47867

0.6 &ndash;0.350*10-5

0.40 1.46968

0.7 &ndash;0.163*10-5

0.48 1.46318

 

0.55 1.46013

 

0.59 1.45845

 

0.65 1.45640

 

0.70 1.45517

 

0.80 1.453371

 

0.90 1.451808

 

1.0   1.450473

 

1.30 1.446980

 

1.60 1.443492

 

2.00 1.438174

 

2.40 1.431730

 

2.80 1.423891

 

3.10 1.41694

 

3.50 1.40601

 

 

  石英玻璃的膨脹系數(shù)極小,相當(dāng)于普通玻璃的1/12-1/20,透明和不透明石英玻璃分別在1200℃,1100℃作急冷急熱實(shí)驗(yàn);不同溫度下,石英玻璃的膨脹系數(shù)見圖。在0-1000度范圍內(nèi),石英玻璃的膨脹系數(shù)是5.4*10-7/℃;摻鈦8%的石英玻璃膨脹系數(shù)在0-200℃幾乎為零。


  石英玻璃熱膨脹系數(shù)是:5.5x10-7cm/cm. ℃,是銅的1/34,是硼硅酸鹽的1/7,這一特性,使其用于光學(xué)鏡頭,高溫窗口以及要求對熱變化敏感達(dá)到最低的光學(xué)應(yīng)用。石英玻璃具有良好的抗熱沖擊性能,將1毫米厚的石英玻璃片加熱的1200度,迅速投入冷水中數(shù)次,也不會產(chǎn)生損壞。


  石英玻璃的機(jī)械性能和其他玻璃相似,其強(qiáng)度取決于玻璃中的微裂紋。彈性模數(shù),抗拉強(qiáng)度,抗折強(qiáng)度隨溫度增加而增加,1050-1200度達(dá)到最大值。推薦用戶使用的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為1.1*109Pa, 抗拉強(qiáng)度4.8*107Pa.


  石英玻璃的純度

  石英玻璃的純度主要取決與原料,用四氯化硅等高純原料生產(chǎn)的石英玻璃純度可以達(dá)到6個九(99.9999%),主要用于光纖的生產(chǎn);用提純的優(yōu)質(zhì)天然石英生產(chǎn)的石英玻璃純度可以達(dá)到4個九,用于半導(dǎo)體工業(yè);用優(yōu)質(zhì)天然石英生產(chǎn)的普通石英玻璃純度在3個九左右,用于高強(qiáng)電光源的生產(chǎn);純度在2個九的普通石英一般用于生產(chǎn)不透明石英玻璃。

  隨著對石英玻璃認(rèn)識的提高,對石英玻璃的純度有了新的理解;并不是所有的雜質(zhì)都是有害的;純度不一定是越高越好,人們有意識的加入一些雜質(zhì),生產(chǎn)具有特殊性能的產(chǎn)品。如摻入8%左右的氧化鈦的石英玻璃具有超低膨脹的性能;摻入200PPM的氧化鈦是無嗅氧石英玻璃;鈦鈰聯(lián)合摻雜可以生產(chǎn)濾紫外石英玻璃;摻鍺,硼,磷等石英玻璃是生產(chǎn)光纖的基礎(chǔ)材料,摻鉺石英玻璃是制造光纖放大器的核心。

 

  各種石英玻璃的純度

 

L1

Na

K

Fe

Al

Ca

Mg

Cu

Co

Mn

Ni

OH

氣煉石英石英A

0.55

1.8

1.5

0.55

18

2.6

0.65

0.25

0.02

0.05

0.03

160

氣煉石英玻璃B

1.98

4.3

1.7

1.1

18

6.2

0.45

0.11

 

 

 

180

連熔石英玻璃A

2.65

8.7

6.7

3.3

20

8.8

0.91

0.13

 

 

 

 

連熔石英玻璃B

2.02

4.4

1.2

2.2

22

3.7

0.53

0.04

0.04

0.05

0.04

150

合成石英玻璃

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

﹤0.1

1200

 

  玻璃 (glass) 玻璃是由熔融物冷卻、固化而得的非晶態(tài)固體。日常生活中應(yīng)用的玻璃大多是以SiO2為主要成分的硅酸鹽玻璃,屬Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)是硅氧四面體,通過共有頂角而互相連接,構(gòu)成不規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)。除了硅酸鹽玻璃之外,還有分別以B2O3,P2O5,Al2O3,GeO2,TeO2,V2O5等為主要成分的氧化物玻璃和以硫系化合物、鹵化物為主的非氧化物玻璃,以及由某些合金快速冷卻形成的金屬玻璃。 玻 璃 (glass) 微晶玻璃(glass ceramics) 石英玻璃(silica glass) 光致變色玻璃(photochromic glass) 光學(xué)玻璃(0ptical glass) 激光玻璃(laser glass) 

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