что такое оптическое стекло
Оптическое стекло
Оптическое стекло уже давно используется нами практически ежедневно. Это особый вид стекла, предназначенный для производства прозрачных частей оптики, которая отвечает за формирование изображений.
Основная отличительная черта оптического стекла – однородность и прозрачность в сравнении с техническим стеклом. С одной стороны производство стекла – несложная задача, но выдвижение целого ряда требований нормативной литературой к производству стекла в значительной мере усложняет изготовление и удорожает процесс.
Основные свойства оптического стекла
Среди характеристик стекла стоит различать:
Кроме бесцветного следует различать цветное и оптическое стекло для трансформации излучения. Из цветного стекла производятся абсорбционные светофильтры. Основное различие цветного оптического стекла от художественного или технического – высокий показатель оптической однородности.
Стекло для трансформации излучения делится на:
Для всех эти стекол характерно явление фото- и радиационного окрашивания и люминисценции.
Изготавливаются стекла для сферы оптического производства из неорганических и органических материалов.
Поэтому стоит различать основные виды оптического стекла:
Основное отличие неорганического стекла – состав веществ, которые образуют материал. К ним относятся оксиды (TeO2, B2O3) и фториды (AlF3). К неорганическим стеклам относится и оптическое кварцевое стекло. Химическая формула его основной образующей всем знакома – SiO2 (кварцевый песок). Такое стекло может образоваться и в природе (попадание молнии в кварцевый песок), но оно не считается оптическим.
На производстве оптическое кварцевое стекло носит сокращенное наименование – кварц. Такое стекло обладает наименьшим показателем преломления и наибольшей характеристикой светопропускания.
Кварцу характерна высокая стойкость к термической обработке. Благодаря широкому диапазону прозрачности данный вид оптического стекла применяется в сфере телекоммуникаций (вспомните оптическое волокно). Современное производство оптических линз считает именно силикатное стекло незаменимым в изготовлении оптических систем разной сложности.
Силикатное стекло бывает:
Кремниевое стекло также производится на базе Si, как и кварц, но отличается от него оптическими свойствами. Кремний – один из наиболее востребованных материалов, которые служит основой для производства оптических агрегатов и деталей.
В некоторых случаях кремниевые элементы просто незаменимы. Так, они способны пропускать ИК излучение и преломлять Х-лучи. Другие материалы не способны настолько эффективно работать в столь широком диапазоне, как оптические стекла на основе кварца.
Оптическое органическое стекло
Органическое стекло (ПММА) – синтетический материал полимерной группы. Оргстекло – прозрачный, твердый в меру хрупкий материал, относящийся к классу термопластов. Материал нередко применяется в качестве замены кварцевому стеклу.
В отличие от минерального стекла полимерное оргстекло обладает повышенной устойчивостью к агрессивным условиям, но при этом обладает довольно хорошими оптическими характеристиками.
Поэтому, оргстекло нашло широкую область применения во многих сферах деятельности:
Минерало-органическое стекло. Оптические свойства стекла позволили применять материал в сегменте офтальмологии. Яркий пример – контактные линзы. Мягкие линзы производятся из материалов, которые обладают бифазной структурой.
Линзы из оптического стекла
Процесс изготовления линз из оптического стекла довольно сложный, требует определенных знаний и навыков.
Процесс изготовления линз можно описать в нескольких пунктах:
Чтобы продукт получился качественным, к нему ставится ряд требований. Смесь должна быть гомогенной, без добавок (газов), что обеспечивает линзам полную чистоту.
Однородность – один из главных показателей для оптического стекла. Именно этот параметр определяет характеристики будущего продукта. Так, если в нем будут пузырьки газа или иные включения, сложно гарантировать прозрачность и высокое преломление.
Однородность материала значит, что коэффициент преломления стекла будет равным во всех точках. Изотропность материала – свойство, обеспечивающее одинаковые физические параметры стекла во всех направлениях.
Многие компании, занимающиеся производством фотографических агрегатов, самостоятельно разрабатывают свои методики изготовления оптических материалов, техники нанесения специальных покрытий на стекло.
Характеристики оптического стекла
Современные технологии позволяют зарубежным и отечественным производителям создавать материалы с невероятными характеристиками.
Самый распространенный материал в оптике – бесцветное оптическое стекло. Ассортимент материала постоянно расширяется, номенклатура растет не по годам. Это позволяет выбрать наиболее подходящее стекло для определенных нужд в той или иной сфере применения оптического материала.
Бесцветное оптическое стекло производится в трех сериях (0, 100 и 200). Стекла с маркировкой «0» пригодны для производства деталей и аппаратов, которые используются в обычных условиях. Стекла серии «100» применяются в изготовлении деталей, которые будут работать при незначительном ионизирующем излучении. А оптика класса «200» широко востребована в изготовлении агрегатов, основная задача которых – работа в условиях интенсивного излучения.
Независимо от серии, выпущенные стекла могут иметь разный химический состав. Поэтому на производстве каждому виду оптического стекла присваивается свой номер (марка). Наименование материала состоит из букв и цифр. Буквы значат принадлежность к определенному типу оптического материала.
Стоит отметить, что в связи с показателем дисперсии были введены два типа стекол для оптики:
На современном этапе производство оптических материалов выделяет класс кронфлинтов. Это промежуточная группа между вышеупомянутыми оптическими стеклами.
Также в оптике упоминаются так называемые «особые» стекла. Основное отличие таких материалов – независимые друг от друга показатель преломления и значение дисперсии. Обе характеристики могут быть высокими или низкими в одном оптическом материале, что до недавнего времени противоречило всем канонам оптики.
Производство оптических материалов жестко регламентируется. Стекло оптическое ГОСТ 3514-94 – ныне действующий документ, который распространяется на бесцветные и неорганические материалы для оптики. Нормативным документом предусматривается урегулирование производства заготовок с диаметром не более 500мм. Данный ГОСТ действует в совокупности с другим нормативным документом – ГОСТ 13240, предусматривающим выпуск продукции для экспорта и нужд экономики государства.
Стекло оптическое ГОСТ 13659-78 охватывает производство оптических бесцветных материалов, стандартизирует физические и химические свойства и прочие параметры стекол.
Нормативная литература способна полностью урегулировать процесс производства оптики, поэтому беспокоиться о качестве продукции отечественных производителей не стоит.
Производство оптических стекол
Оптические стекла играют важную роль на современном этапе развития человечества. Производство таких материалов – важная и ответственная задача, которая под силу лишь профессионалам. Как правило, стекло для оптических аппаратов изготавливается методом варки. Довольно широко применяются экструзионный метод и технология литья.
Варение стекла происходит в предназначенных для этой задачи огнеупорных горшках из шихты (смеси исходных материалов). Эти горшки со смесью помещаются в специальную печь для варения стекла.
Нередко в шихту включают стеклобой. Суммарное содержание битого стекла не должно превышать 40%. При этом стеклобой должен обладать таким же составом, что и исходный продукт.
Т.е. при варке кварца битое стекло тоже должно быть силикатным. Производство оптического стекла протекает с использованием спецоборудования — водородных горелок.
Сотрудники компании тщательно перемешивают смесь до гомогенного состояния. Процесс проводится непрерывно с помощью специального керамического прибора. В это же время несколько раз берутся пробы сырья для контроля качества.
Одним из самых важных этапов варки считается осветление. Процесс протекает сам по себе посредством выделения газов при варке оптического стекла с добавлением осветителей.
После этого огнеупорные горшки достаются из печи. Смесь, находящая в них, медленно охлаждается. Обычно, охлаждение длится 6-8 дней, но случается так, что процесс затягивается на несколько месяцев.
Из-за того, что горячая смесь остывает неравномерно, стекло трескается. Его осколки тщательно сортируются, пристально осматриваются и отбираются пригодные для дальнейшей обработки куски.
Чтобы сократить время на производство оптического стекла, предприятия перед механической обработкой прессуют отобранные осколки в небольшие плиты.
Пресс работает с нагретым до 500 градусов Цельсия материалом. В дальнейшем стекло снова поддается медленному охлаждению. Процесс остывания проходит в электрических печах, носит название «отжиг». Далее проводится контроль качества, обнаружение дефектов.
При варке цветного стекла в смесь добавляются вещества, в составе которых высокое содержание золота, меди, селена или другого цветного металла.
Способ заливки применяется в производстве органического стекла. Однородную смесь с отвердителями и красителями (мономер) заливают между пластинами из кварцевого стекла. В это время происходит полимеризация материала, которая имеет продолжительность до получения готового листового органического стекла. Современные технологии позволяют получать оргстекло с необходимыми параметрами.
Экструзионный способ также применяется для изготовления полимерного стекла. Технологический процесс проходит непрерывно на специальных экструзионных линиях. Это обусловлено автоматизацией производства. С помощью технологии можно получить листы высокого качества с заданными параметрами. Как правило, толщина листового стекла после производства на линии экструзирования от 1,8мм до 10мм.
Заводы по производству оптического стекла
Современное производство оптического стекла заняло свою нишу на мировой арене. Индустрия хорошо развита во многих странах Европы, Америки, СНГ. Зарубежные и государственные компании ежегодно вносят свой вклад в развитие сегмента изготовления оптических материалов.
Среди множества производителей стекла для оптических аппаратов, лишь немногие достойны называться лучшими. Конечно же, можно выпускать качественный товар, но не получить признание на мировом уровне. Главное, чтобы продукция была качественной и отвечала всем государственным и международным стандартам.
Одним из немногих производителей, которые заслужили мировое признание, стал Ленинградский завод оптического стекла. Предприятие работает еще со времен царской России.
Историческое предприятие было основано в рамках фарфорового завода и считалось изначально всего лишь одним из производственных цехов. На сегодня завод прекратил свое существование, но его правопреемником считается ГОИ – Государственный оптический институт.
Лыткаринский завод оптического стекла – один из самых крупных производителей оптического стекла в стране. Это уникальное предприятие широкого профиля, которое добилось успеха в сфере производства стекла. Оптическая индустрия РФ во многом обязана именно этому предприятию.
Лыткаринский завод оптического стекла – одна из немногих компаний, которые обеспечивают обороноспособность государства. Завод смог добиться высочайшего качества продукции, за что он признан на мировой арене оптической индустрии.
ОАО ЛЗОС также имеет хорошую научно-техническую базу. На производстве разрабатываются новые виды оптических материалов, методики изготовления.
Все производство предприятия делится на три отрасли:
Производитель ценится за многолетний опыт в отрасли. Именно благодаря опыту и современному оборудованию ЛЗОС выпускает более 250 наименований продукции для использования в оптике.
Производитель осуществляет поставки цветного и бесцветного стекла как государственным предприятиям, так и компаниям Европы, Азии, СНГ и Америки. Довольно широко представлен выпуск оптического стекла с особыми характеристиками.
Гордостью завода считается изготовление и поставка приборов ночного видения, объективов авиационного назначения и космического оборудования из оптических линз крупных габаритов.
Благодаря современным разработкам и техническому оснащению компания еще в середине 90-х вышла на мировую арену. А вначале 2000-х компания взялась за более чем 20 крупных международных проектов.
Компания Флюорит – одно из самых известных предприятий по производству оптического стекла на просторах РФ. Завод оптического стекла известен качеством оптических линз, призм и микрооптики. Высокоточные оптические элементы – основа работы завода.
Производитель изготавливает зеркала для большого ассортимента аппаратов:
Продукция компании «Флюорит» с успехом эксплуатируется организациями и научно-исследовательскими центрами по всему миру. Особенность предприятия в том, что оно берется за производство крупных партий товара (более 1 тыс. единиц) и мелких заказов (от 1 шт.)
Качество продукции «Флюорит» полностью соответствует стандартам и требованиям международного уровня. Основные заказчики компании – крупные производители оптических приборов. Как показывает практика более успешно использование продукции производителя в изготовлении электронных приборов.
В целом же многие российские предприятия могут похвастаться достижениями на региональном уровне, но основной показатель востребованности и качества – выход на международный уровень.
Особенности производства оптического стекла
Оптическое стекло – это материал, который производится с применением специального состава, который используется в производстве разных оптических систем. В производстве используются неорганические, оксидные нанопорошковые прозрачные керамические материалы, органические, минералоорнаические стекла. В зависимости от сора, материал может иметь особую прозрачность к различным лучам видимых и невидимых участков, светоспектра, а также может разниться по показателю упругости, твердости, биологической совместимости. Главное отличие оптического стекла от технического материала – однородность, а также одинаковые физические свойства в любом направлении.
Как делают оптическое стекло
Изготовление оптического стекла – довольно сложный процесс, для реализации которого требуется специальное оборудование и высокие температуры.
На завершающем этапе оптическое стекло шлифуется и полируется. Этот процесс занимает примерно 3 суток. Только после завершения всех вышеперечисленных процессов, получается поверхность, которая полностью готова для использования и производства деталей.
Применение оптического стекла
Стекло для производства оптического оборудования создавалось еще в 18 веке. Но несмотря на это, производство оптических стеклянных материалов связано с изобретением ученым из Швейцарии П. Гинаном способа механического размешивания стеклянных масс в процессе варки и охлаждения круговыми движениями глиняного стержня, погруженного в стекло в вертикальном положении.
Сегодня подобные материалы применяется для изготовления:
В зависимости от того, для какой детали предназначено стекло, каждая оптическая константа выдерживается максимально тщательно, а производственные технические параметры соблюдаются в высочайшей точностью. Если пренебрегать этими правилами, то качество детали будет очень низким или вовсе материал не будет соответствовать назначению.
Также существует большое количество видов стекла, каждое из которых предназначены для разных сфер применение. Вы их также можете посмотреть и приобрести в нашей компании «Технопарк».
Немного об оптическом стекле
В зависимости от материала изготовления оптические стекла бывают неорганическими, органическими и минералоорганическими. Каждый вид оптического стекла имеет свои константы – показатели преломления волн в пределах одного спектрального участка.
В целом оптическое стекло – это материал с однородной структурой и определенными физическими константами. Основные характеристики материала – это дисперсия и показатель преломления. Применение оптического стекла затрагивает разные сферы. Преимущественно это изготовление линз, призм, кювет, отдельных элементов для оборудования.
По оптическим свойствам такое стекло должно отличаться высоким уровнем прозрачности, не содержать вкраплений, свилей, трещин и пузырьков воздуха. Оптическая плотность стекла, которая определяет его прозрачность, должна быть высокой и находиться в соответствии с принятыми нормами.
Технология изготовления оптических стекол
Рассмотрим, как делают оптическое стекло в условиях современного производства. По технологии производственный процесс происходит аналогично изготовлению листового стекла, при высоких температурах на специальном оборудовании. Смесь варят в емкостях при температуре выше 1500 градусов. Процесс занимает более суток, после того, как смесь готова, ее извлекают из печи и медленно охлаждают, что может занять до 8 дней.
Когда материал остыл, его сортируют по размерам и отправляют на доработку. Готовые детали из стекла производят из заготовок или прессованных плиток. Заготовки могут нагревать повторно до 500 градусов и медленно охлаждать. Готовое стекло проходит тщательный контроль на предмет выявления дефектов и трещин. После этого следует заключительный производственный этап – шлифовка и полировка изделия. На это требуется около трех дней.
Какие есть типы оптического стекла
Выделяют прозрачные оптические стекла и цветные – оранжевые, красные, желтые, инфракрасные. Бесцветные стекла используют при изготовлении линз, деталей для измерительных приборов и наблюдательных систем, пластинок.
Чтобы получить неорганические цветные стекла, в белое стекло при варке вводят вещества с содержанием селена, меди или золота. К числу неорганических относится также кварцевое стекло — материал, содержащий в составе кремнезем, благодаря которому повышается стойкость к деформациям и образованию трещин. Из прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла изготавливают сувениры, смотровые стекла, трубы, различное оборудование для приборостроения.
Оптическое стекло
От обычного технического стекла отличается особенно высокой прозрачностью, чистотой, бесцветностью, однородностью, а также строго нормированными преломляющей способностью, дисперсией, в необходимых случаях — цветом. Выполнение всех этих требований значительно усложняет и удорожает производство оптического стекла.
В силу исключительно высоких требований, предъявляемых к качеству изображения в оптических системах, естественно возникла необходимость в изготовлении широкого ассортимента специальных сортов стекла, различных по своим свойствам.
Связанные понятия
Наиболее доступным и компактным оборудованием для экспериментов in situ (с лат. — «на месте»), заключающихся в исследовании вещества, непосредственно находящегося при заданных температуре и давлении, является ячейка с алмазными наковальнями (англ. diamond anvil cell, DAC). Конструкция такой ячейки предполагает наличие двух алмазов конической формы, передающих сжимающее усилие на рабочие площадки диаметром менее миллиметра. Благодаря исключительной твёрдости алмаза таким образом могут быть достигнуты.
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Концентрационным переохлаждением (КП) называют явление, которое возникает при направленной кристаллизации расплава, содержащего примесь, и заключающееся в том, что в результате перераспределения примеси в расплаве перед фронтом кристаллизации образуется некий слой, в пределах которого расплав оказывается переохлаждённым. Этот участок расплава называется зоной КП.
Микрокана́льные пласти́ны (МКП) — вид изделий вакуумной микроэлектроники. Предназначены для работы в вакууме в качестве многоканальных детекторов, преобразователей и вторично-электронных усилителей пространственно-организованных потоков заряженных частиц и излучений. Основное применение — преобразователь и усилитель яркости изображения индивидуальных приборов ночного видения.
Интерфере́нция в тóнких плёнках – явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать. Тонкоплёночная интерференция объясняет цветовую палитру, видимую в свете, отраженном от мыльных пузырей и масляных плёнок на воде. Это явление также является основополагающим механизмом, используемым в объективах камер, зеркалах, оптических фильтрах и антибликовых покрытиях.
Основные характеристики и особенности производства оптического стекла
Оптическое стекло имеет абсолютно однородный состав и определенные оптические константы. Предназначено для изготовления разнообразных оптических деталей. Именно тем, что оптическое стекло однородно и имеет одинаковые физические свойства в любом направлении, оно отличается от технического. Каждый сорт оптического стекла имеет свои константы, то есть показатели преломления для каждой волны в пределах того или иного спектрального участка.
В зависимости от того, для какой детали предназначается оптическое стекло (линза), эти константы максимально тщательно выдерживаются, все технические параметры производства соблюдаются с малейшей точностью, в противном случае качество детали будет предельно низким или вовсе не соответствовать назначению.
Характеристики и показатели
Из основных характеристик оптического стекла стоит отметить:
Кроме всего прочего все показатели таких стекол можно ужесточить. То есть, не существует стекла с показателем преломления больше 1,93 и меньше 1,45. Коэффициент дисперсии не может быть более 71 и менее 19. В случае если требуются константы, которые не укладываются в выше обозначенные рамки, применяются особые кристаллы, например, флюориты.
Просветление
Просветление оптических стекол необходимо, так как светосила разных видов стекол по характеристикам может являться не совсем точной. Основано оно явлении физической оптики — интерференции. При этом наносятся специальные диэлектрические пленки. Просветление положительно влияет на качество стекла, особенно это актуально для оптики, которая используется в фотообъективах и другой подобной технике. Также такая технология оптического стекла способствует хорошей защите от физического и механического воздействия.
Свойства и разновидности
По своим оптическим свойствам стекло обязательно должно обладать высоким уровнем прозрачности, в нем не должно быть каких-либо искусственных внутренних дефектов — пузырьков воздуха, трещин, свилей, камней и прочего. Оптическая плотность стекла (мера его прозрачности) должна быть высокой и соответствовать всем необходимым нормам.
Оптическое стекло может быть цветным и прозрачным. Бесцветное пользуется большей популярностью, его наиболее часто используют для производства разных оптических систем:
Это далеко не весь перечень вещей, в которых может быть использовано оптическое бесцветное стекло. Для изготовления светофильтров используют цветное оптическое стекло. Чаще всего выпускается в виде заготовок и оптических деталей. Цветное стекло может быть
Особо стоит отметить оптическое кварцевое стекло. Его основной состав — кремнезем, благодаря этому материалу стекло не деформируется и не растрескивается даже при резких перепадах больших температур. Изготавливают из него сувениры, смотровые стекла, трубы и стержни. Всего различают два вида этого продукта: прозрачное и непрозрачное.
Оборудование и аппаратура из такого вида стекла имеет огромную ценность в атомной энергетике, химической промышленности, авиации, радиоэлектронике. Благодаря своим уникальным свойствам, практичности и прочности предметы, изготовленные из кварцевого стекла, заняли лидирующее место в приборостроении и строительстве космической техники.
Стоит отметить, что на каждый тип оптического стекла имеется свой гост. Для каждого типа установлена определенная категория и класс, для цветного стекла и бесцветного она своя. Поэтому если необходимо приобрести качественный продукт, то обязательно следует обращать внимание и учитывать все эти характеристики и параметры. Если вы заранее определитесь для чего именно вам необходимо стекло и какого качества оно должно быть, выбрать тот или иной тип данного материала будет значительно проще.
Особенности производства
Производство такого стекла процесс непростой. Для его изготовления необходима высокая температура и специальное оборудование. Варят его в специальных емкостях при температуре минимум 1500 градусов Цельсия. Сам процесс занимает не менее суток. После варки емкости извлекаются из печи и подвергаются медленному охлаждению (7-8 дней).
После того как материал остынет, его тщательно сортируют по размерам и отправляют на доработку. Даже после этого процесс не завершается, ведь заготовки потом подвергают нагреванию (до 500 градусов) и опять медленно охлаждают. Затем полученное стекло подвергается тщательному осмотру для выявления возможных дефектов и трещин.
Окончательный этап производства — шлифование и полирование. Последний процесс занимает немалое количество времени, примерно около 3-х суток. Только после этого получается уже готовая поверхность, которая полностью готова к использованию и производству деталей.