Детальная информация по характеристикам стекла

      Данный обзор ставит своей целью ознакомить традиционных и постоянных покупателей с номенклатурой и основными характеристиками стекол, выпускаемых ОАО "ЛЗОС", допусками на показатели качества, формой поставки, с целью оказания помощи покупателям в правильном и экономически целесообразном выборе необходимой им продукции.
      Оптическое бесцветное неорганическое стекло является основным материалом для изготовления линз, призм, пластин и других деталей оптических приборов и систем, принимающих, передающих и трансформирующих оптическое излучение.
      Благодаря использованию в составах различных химических соединений оптические стекла обладают многообразием оптических и других физико-химических свойств, что позволяет создавать оптические системы с высокой степенью разрешения передачи изображения.
      Высокое качество производимого стекла обеспечивается передовой технологией, применением высокочистых сырьевых материалов и нормированием допусков на основные параметры оптического стекла.
      Стекло по желанию заказчика поставляется в виде блоков, пластин, или заготовок - прессовок, близких по форме и размерам к готовой детали.
      Детальная информация:

• Оптические постоянные характеристики стекла
• Вторичный спектр стекла
• Система обозначения и классификации стекол
• Физико-химические свойства
• Механические свойства
• Термические свойства
• Химическая устойчивость

Показатель преломления.
      Показатель преломления n определяется как отношение скорости распространения электромагнитного излучения в воздухе к скорости его распространения в стекле. Показатель преломления зависит от длины волны излучения.
      В качестве основного показателя преломления оптического стекла конкретной марки в соответствии с ИСО 7944-84 установлен показатель преломления n_e для длины волны 546,97 нм спектральной линии ртути e. Эта линия расположена в зеленой части спектра света в области максимума чувствительности глаза человека.
      В обзоре даны значения n для длин волн различных спектральных линий химических элементов в диапазоне 365 - 2325,4 нм, а также для длин волн, генерируемых лазерами наиболее употребимых типов.
      Значения показателя преломления относятся к стеклу, прошедшему тонкий отжиг (температура выдержки соответствует вязкости 10*13 дПа/с, скорость охлаждения 2,5 град/ч). Измерение показателя преломления осуществляется при температуре 20+/- 3 ^oС и приведенном к атмосферному давлении 760 мм.рт.ст.

Средняя дисперсия.
      Дисперсионные свойства стекла характеризуются величиной средней дисперсии, представляющей разность показателей преломления для двух относительно далеко отстоящих длин волн. В качестве основной средней дисперсии принята разность показателей преломления n_f-n_c для длин волн 479,99 и 643,85 нм спектральных линий F и C кадмия, ограничивающих видимую часть спектра (ИСО 7944 - 84) принят:

      где n2 и n3 - показатели преломления для длин волн, ограничивающих какой-либо диапазон спектра, а n1 - показатель преломления для длины волны, расположенной внутри диапазона.

      В качестве основного коэффициента дисперсии, называемого также числом Аббе (ИСО 7944-84) принят:

      Как замечено Аббе, если нанести на диаграмму зависимость значений относительных частных дисперсий P_x,y от коэффициента дисперсии v_e, рассчитанных для одних и тех же длин волн, то обнаруживается, что для большинства стекол точки лежат близко к некоторой прямой линии, называемой "нормальной". Тангенс угла т наклона этой прямой выражается в виде уравнения:

      В обзоре принято, что "нормальная" прямая определяется по значениям P_x,y и ve стекол марок К18 и Ф13. Оптические характеристики этих стекол даны ниже:

марка стекла	ve	Px,y на участках
		i - F	y - F	F - e	F - r
К18	60,15	1,697	0,4811	0,5086	1,223
Ф13	36,09	1,921	0,5168	0,5223	1,205

      Для исправления вторичного спектра delta S объектива апохромата необходимым условием является то, чтобы разность относительных частных дисперсий стекол была минимальной и значение tg т было близким к нулю.
      Это возможно только при наличии стекол, имеющих "аномальные" свойства с характеристиками, не лежащими на нормальной прямой. Такие стекла получили название "особых" и выделены в каталоге в отдельные типы.
      В каталоге приведены отклонения относительных частных дисперсий и коэффициентов дисперсий от "нормальной" прямой для четырех участков спектра в УФ и видимой областях.

наименование типа стекла	краткое обозначение
легкий крон	ЛК
фосфатный крон	ФК
тяжелый фосфатный крон	ТФК
крон	К
баритовый крон	БК
тяжелый крон	ТК
сверхтяжелый крон	СТК
особый (с особым ходом дисперсии) крон	ОК
кронфлинт	КФ
баритовый флинт	БФ
тяжелый баритовый флинт	ТБФ
легкий флинт	ЛФ
флинт	Ф
тяжелый флинт	ТФ
сверхтяжелый флинт	СТФ
особый (с особым ходом дисперсии) флинт	ОФ

      По мере увеличения номенклатуры выпускаемых стекол и применения в качестве стеклообразующей основы наряду с кремнеземом других веществ появилась необходимость разграничения стекол флинт и крон на типы, а внутри типов на марки.
      Оптические бесцветные стекла классифицируют по типам в зависимости от значений показателя преломления и коэффициента дисперсии.
      Марка присваивается стеклам определенного типа, имеющим различный химический состав и оптические характеристики. Обозначение марки содержит буквенное наименование типа стекла, порядковый номер. Для обозначения марок стекол используют также код, представляющий собой шестизначную цифру, в которой первые три цифры соответствуют трем цифрам после запятой значение показателя преломления n_e, вторые три - трем цифрам значения коэффициента преломления v_e.
      Например, ТФ5 или 762273 - стекло типа тяжелый флинт, имеющее пятый номер в этом типе, показатель преломления 1,76171, коэффициент дисперсии 27,32.

      Для удобства выбора типов и марок стекол строится диаграмма Аббе в координатах ne, ve. Стекла каждого типа располагаются на поле диаграммы на строго ограниченных участках, за исключением стекол типа ОФ и ОК, которые могут находиться на разных участках поля диаграммы.

Светопропускание.
      Спектральный коэффициент внутреннего (чистого) пропускания т_i определяется, как отношение выходящего потока излучения Ф_ex к входящему потоку Ф_in. При этом потери на отражение от граничных поверхностей исключены.

      В обзоре представлены значения т_i для толщины стекла 10 и 25 мм в области длин волн от 320 до 1500 нм. Эти значения являются средними из множества варок данной марки стекла и соответствуют категории 4 по показателю ослабления (коэффициенту пропускания) таблицы № 5 (???). Для отдельных варок они могут отклоняться от средних в сторону больших или меньших значений. При желании заказчика иметь большее пропускание необходимо это оговаривать при заказе.
      Интегральный коэффициент внутреннего пропускания для белого света т_a стандартного источника типа А (Т = 2856 К) определяется по показателю ослабления м_а, представляющему собой величину, обратную расстоянию, на котором поток излучения источника света типа А ослабляется в результате поглощения и рассеивания в стекле в 10 раз.

      Нормируемые значения показателя ослабления м_а и интегрального коэффициента внутреннего пропускания для белого света т_a приведены в разделе Нормируемые показатели качества стекла

Устойчивость стекол к воздействию радиационного излучения.
      При воздействии жесткого радиационного излучения большинство оптических стекол окрашиваются (темнеют), уменьшается светопропускание до определенного значения, зависящего от дозы радиации и химического состава.
      Устойчивость стекол к воздействию радиационного излучения характеризуется приращение оптической плотности DD на 1 см толщины стекла при облучении дозой гамма-лучей 10"4 и 10"5 Р от источника Со60.

      D_о - оптическая плотность стекла в толщине 10 мм до облучения и приращение DD после облучения.
      Повышение радиационной устойчивости стекол достигается введением в их состав добавок, обычно окиси церия СеО₂, предотвращающих образования центров окраски. по оптическим характеристикам и физико-химическим свойствам радиационно-стойкие стекла практически не отличаются от своих аналогов основных стекол.
      Для обозначения радиационно-стойкого стекла к порядковому номеру марки основного стекла добавляется цифра 100 или 200 в зависимости от степени устойчивости. Например, радиационно-стойкое стекло марки Ф1 обозначается Ф101.

Плотность
      p (г/см³) - отношение массы стекла к его объему.

Относительная твердость по сошлифовыванию H_o
      Определяется как отношение объема сошлифованного свободным абразивом стекла марки К8 к объему стекла данной марки, сошлифованному в тех же условиях. Значение H_o является технологическим критерием скорости съема стекла при шлифовании.

Прочностные свойства
      Прочностные свойства стекла как конструкционного материала характеризуются стандартными параметрами: модулем упругости Е и модулем сдвига G, связанным между собой соотношением E=2G(1+mu), где mu - коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона).

Фотоупругие свойства
      Фотоупругость стекла характеризуется фотоупругими постоянными С₁ и С₂, выражающими приращение значений показателя преломления стекла для лучей света, поляризованных в направлениях, параллельном и перпендикулярном действию напряжения, равного 10⁵ Па, а также оптическим коэффициентом напряжения В=С₁ - С₂. Оптический коэффициент напряжения В определяет разность оптического хода лучей в стекле и характеризует двулучепреломление, возникающее при напряжении 10⁵ Па.

Температурный коэффициент линейного расширения a_t
      Характеризует относительное удлинение образца стекла при нагревании его на 1^oC.
      Значения a_t изменяется в зависимости от диапазона температуры, в котором он измеряется. В каталоге даны значения a_t для диапазона температур от +20 до -60 ^oС и от +20 до +120 ^oС.

Коэффициент теплопроводности lambda
      Характеризует способность стекла передавать тепло от нагретых участков к менее нагретым. Он определяется количеством тепла (в килокалориях), проходящего через площадь в 1м² за один час при условии, что градиент температуры, вызывающий тепловой поток, равен 1^oС. Теплопроводность зависит от температуры.

• устойчивость полированной поверхности детали к воздействию влажной атмосферы без конденсации паров (~ 85 % относительной влажности);
• устойчивость к действию пятнающих агентов: нейтральной воде, слабокислым и щелочным водным растворам.