Brak uporządkowania struktury w przestrzeni szkła zbliża je do cieczy; sztywność postaci i kruchość do ciał stałych.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Brak uporządkowania struktury w przestrzeni szkła zbliża je do cieczy; sztywność postaci i kruchość do ciał stałych."

Janina Mazurek
7 lat temu
Przeglądów:

1 Szkło Definicja: 1. ciało bezpostaciowe o właściwościach mechanicznych zbliżonych do ciała stałego, powstałe w wyniku przechłodzenia stopionych surowców, głównie mineralnych i innych surowców nieorganicznych bez krystalizacji składników. 2. produkt pozostający w swej masie w stanie nieskrystalizowanym, otrzymany z substratów po stopieniu i ostudzeniu poniżej temperatury wykrywalnej krystalizacji. Brak uporządkowania struktury w przestrzeni szkła zbliża je do cieczy; sztywność postaci i kruchość do ciał stałych.

2 Szkło optyczne przezroczystość i bezbarwność, izotropowość właściwości optycznych, jednorodność (nieobecność naprężeń, smug, pęcherzy), mała zmienność właściwości optycznych przy zmianach temperatury, możliwość uzyskiwania określonych właściwości optycznych przez komponowanie składu chemicznego i dobór parametrów procesu technologicznego wytwarzania, satysfakcjonujące właściwości mechaniczne (wytrzymałość mechaniczna, twardość itd.), duża odporność na działanie wilgotnej atmosfery.

3 Szkło optyczne Właściwości fizyko-chemiczne stanu szklistego: izotropowość (anizotropia właściwości fizycznych pojawia się jako efekt zaburzenia jednorodności); brak jednoznacznie zdefiniowanej temperatury topnienia charakterystycznej dla kryształów; podczas ogrzewania szkła miękną stopniowo przechodząc w stan ciągliwy o dużej lepkości a potem ciekły. Zmiany te zachodzą w pewnym przedziale temperatury, w którym również inne właściwości zmieniają się w sposób ciągły, a nie skokowo jak w kryształach; odwracalność procesu krzepnięcia i topnienia (o ile nie towarzyszy mu krystalizacja lub likwacja)

4 Szkło optyczne Właściwości fizyko-chemiczne stanu szklistego

5 Szkło optyczne Właściwości fizyko-chemiczne stanu szklistego

6 Szkło optyczne Właściwości fizyko-chemiczne stanu szklistego

7 Liniowa prędkość wzrostu kryształów dn Kv = Vdt dl Kg = dτ Liczba zarodków krystalizacji powstających w jednostce czasu i jednostce objętości (samowolna krystalizacja) Czynniki określające podatność szkła na krystalizację

8 Szkła nieorganiczne pierwiastkowe: S, Se, Te, tlenkowe: SiO 2, B 2 O 3, GeO 2, P 2 O 5,2 chalkogenkowe: np. GeS 2, SnSe, GeTe, fluorkowe: BeF 2, ZnCl 2, PBr 5, ZrF 4, ThF 4, halogenkowe: chlorki z fluorkami, bromkami, jodkami, inne: TlSO 4, PbSO 4.

9 Podstawowe składniki szkła tlenkowego Szkłotwórcze: SiO 2, B 2 O 3, P 2 O 5, Al 2 O 3, GeO 2, ZrO 2, As 2 O 3, Modyfikatory: Na 2 O, K 2 O, LiO 2, CsO 2, TiO 2, ThO 2, CaO, MgO, BaO, ZnO, PbO, Klarujące: tlenki As i Sb, NaSO 4, NaNO 3, KNO 3, Barwniki: fiolet - Mn, Ni, Nd, niebieski - Co, Cu, zielony - Fe,Cr, żółty S, Ag, czerwony Cu, Au, Se, S

13 Obliczanie składu zestawu

15 Wytapianie w donicy ceramicznej Przygotowanie surowców i zestawu Wypalanie donicy Wykonanie donicy Topienie Mieszanie Klarowanie Studzenie w donicy Odlewanie do formy Rozbijanie donicy Odprężanie Formowanie Łamanie bloku Odprężanie Szlifowanie i polerowanie Trasowanie Cięcie Prasowanie półfabrykatów MAGAZYN Odprężanie dokładne

16 Szkło optyczne technologia wytopu Donica platynowa Piec wannowy

17 Szkło optyczne technologia wytopu

18 TECHNOLOGIA PRODUKCJI PRASÓWEK OKULAROWYCH Gęstość w 25 0 C wg/cm 2.56 Liniowy współczynnik rozszerzalności 20 0 C/300 0 C x10-7 / 0 C 90 Lepkość T t poise (dpas) w 0 C 540 Odporność chemiczna na wodę PN-82/B (ISO ) na kwasy BN-81/ /98 1 Współczynniki załamania linie widmowe λ[nm] Kolor Wartość F ' kadm 479,99 niebieski F wodór 486,13 niebieski e rtęć 546,07 zielony d hel 587,56 żółty C ' kadm 643,85 pomarańczowy C wodór 656,27 czerwony Liczba Abbego v e 61.7 v 61.9 d Transmitancja (Grubość 2 mm) UV Krawędź (T=1%) Transmitancja dla 350 nm Transmitancja w zakresie widzialnym ( nm 91,4% - źródło światła D nm 35% 91,4%

19 TECHNOLOGIA PRODUKCJI PRASÓWEK OKULAROWYCH Schemat pieca wannowego Automat do formowania prasówek

20 Szkło optyczne dane katalogowe Ogólne informacje o sposobie normowania i zapisu właściwości materiałów: opis sposobu normowania niejednorodności optycznej i klasyfikacja wad (pęcherzowatość, smużystość, dwójłomność naprężeniowa) komentarz do zapisu charakterystyki spektralnej opis sposobu definiowania właściwości termooptycznych, elektrooptycznych, magnetooptycznych, elastooptycznych klasyfikacja znormowanych właściwości chemicznych wyjaśnienie zapisów dyspersji współczynników załamania wykres Abbego lista szkieł zawartych w katalogu z wartościami współczynnika załamania i współczynnika dyspersji oferowane typowe wymiary półfabrykatów Zbiór kart z danymi liczbowymi charakteryzującymi właściwości poszczególnych szkieł

21 Szkło optyczne karta katalogowa

22 Szkło optyczne karta katalogowa

23 Wykres Abbego

24 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkła serii 100 wg BN-76/ lub G wg Schotta uodpornione na działanie promieniowania γ Oznaczenie: symbol typowego szkła optycznego i symbol dodatkowy, np.: BK lub BK7 G 18 (1,8% zawartości CeO 2 ). Wymagania: określony przyrost gęstości optycznej po naświetleniu promieniami γ o określonej dawce, solaryzacja zmiana zabarwienia nie więcej niż o jedna kategorię pod wpływem promieniowania UV. Wg. Schotta: badania obejmują naświetlanie promieniami γ, protonami i neutronami.

25 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkła optyczne lustrzane Przeznaczenie: kondensory, elementy urządzeń sygnalizacyjnych, zwierciadła, prasówki do szkieł okularowych itp. Wymagania: współczynnik załamania n d = 1,523±0,002 współczynnik dyspersji ν d > 58 liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej α < 9*10-6 odporność na nagłe zmiany temperatury T > 80 C

26 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkło odporne termicznie typ L1 Wymagania: współczynnik załamania n d = 1,49±0,005 współczynnik dyspersji ν d > 61 liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej α < 5*10-6 odporność na nagłe zmiany temperatury T > 160 C

27 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkło krzemionkowe (szkło kwarcowe) Terminologia: fused quartz oznacza szkło otrzymane po topieniu mineralnego kwarcu (kryształu górskiego), fused silica syntetyczny kwarc otrzymywany np. z SiCl 4 Właściwości: współczynnik załamania n d = 1,460 współczynnik dyspersji ν d = 68 liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej α < 5,6*10-7 odporność na nagłe zmiany temperatury 800 C C zakres spektralny przepuszczania 0,18-4,5µm Nazwy katalogowe: Schott: Q1, Q2, SQ, Heraeus: Suprasil, Infrasil, Herasil

28 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkło krzemionkowe (szkło kwarcowe) firmy Heraeus Suprasil Infrasil

29 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkła techniczne Szkła o dużej zawartości SiO 2, np.: PYREX (lub Termisil) SiO 2-81%, B 2 O 3-12%, α = 3,2*10-6, n d = 1,472, ν d = 68, odporność na zmiany temperatury 250 C VYCOR SiO 2-95%, B 2 O 3-3% uzyskiwane techniką spiekania materiałem wyjściowym jest szkło o składzie 70-75% SiO 2, 20-25% B 2 O 3 i ok. 5% Na 2 O; po likwacji w temperaturze ok. 750 C wytrawia się kwasami wydzieloną fazę boranową (B 2 O 3 -Na 2 O); powstały porowaty (szkło mikroporowate) szkielet jest spiekany w temperaturze ok C)

30 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkła fotoczułe Szkła z efektem nieodwracalnym: tworzenie się koloidów metali szlachetnych (np. szkło SiO 2 -Na 2 O-CaO z dodatkiem Cu, Ag, Au, Pd, oraz CeO 2 i SnO 2, częściowa krystalizacja (np. szkło Li 2 O-SiO 2, BaO-SiO 2, Li 2 O-BaO- SiO 2 z sensybilizatorami Cu 2 O, Ag 2 O, lub Au 2 O z CeO 2 ). Szkła fotochromowe: borokrzemianowe dotowane halogenkami srebra, borokrzemianowe dotowane molibdenianem lub wolframianem srebra, borokrzemianowe dotowane halogenkami miedzi lub kadmu, krzemianowe aktywowane ziemiami rzadkimi (np. europem, cerem).

31 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkło filtrowe

32 Szkła optyczne pozakatalogowe Szkło filtrowe

33 Szkła stosowane w podczerwieni tlenkowe krzemowe, fluorofosforowe, wapniowo-aluminiowe np. CaO-Al 2 O 3 -MgO (SiO 2 ) germanowe np. GeO 2 -Al 2 O 3 -CaO-BaO-ZnO tlenki metali ciężkich (Bi, Cd) halidowe (Cl, Br, I, F), BeF 2, ZnCl 2, AlF 3 (także BiCl 3, CdCl 2, ZnBr 2 ), ZrF 4, fluorki metali ciężkich na bazie Hf i Th chalkogenkowe (S, Se, Te w związkach z Ge, As, Si, Sb) As 2 S 3,, Ge-As-Se, Ge-Sb-Se

34 Szkła stosowane w podczerwieni

35 Szkła stosowane w podczerwieni

36 Szkła stosowane w podczerwieni

37 Dewitryfikaty

38 Dewitryfikaty skład chemiczny Ogólnie: składniki podstawowe masy szklanej, składniki poboczne, korygujące, modyfikatory, katalizatory. Katalizatory: metaliczne [Cu, Ag, Au, Pt, Pd (pallad), Ir (iryd), Os (osm)], tlenkowe (TiO 2, ZrO 2, P 2 O 5, ZnO, Cr 2 O 3, CeO 2, SnO 2, As 2 O 3, Sb 2 O 3, MoO 3, WO 2 ) fluorowe (kriolit Na 3 AlF 6, Na 2 SiF 6, CaF 2 ), inne (siarczki metali ciężkich, selenki, halogenki, węgiel).

39 Dewitryfikaty Klasyfikacja dewitryfikatów według szkłotwórczych układów fazowych: SiO 2 -Al 2 O 3 -Li 2 O i SiO 2 -BaO-Li 2 O(Na 2 O)K 2 O z katalizatorami z metali szlachetnych, SiO 2 -Al 2 O 3 -Li 2 O i SiO 2 -Al 2 O 3 -MgO z TiO 2 (niski współczynnik rozszerzalności termicznej), SiO 2 -Al 2 O 3 -MeO (CaO, ZnO, CdO, BaO, PbO, MnO, FeO, CoO) z TiO 2 lub ZrO duża grupa o różnorodnych właściwościach, SiO 2 -Na 2 O-K 2 O z fluorem duży współczynnik rozszerzalności, SiO 2 -MgO-Na 2 O, SiO 2 -MgO-K 2 O, SiO 2 -Al 2 O 3 -MgO-Na 2 O, SiO 2 -Al 2 O 3 - MgO-K 2 O, SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO-MgO z fluorem białe dewitryfikaty podobne do porcelany (tzw. rumuńska porcelana ze szkła), SiO 2 -Al 2 O 3 -Na 2 O z TiO 2, Cr 2 O 3 lub fluorem, SiO 2 -Al 2 O 3 -CaO-MgO-Na 2 O z siarczkami, SiO 2 -P 2 O 5 -Al 2 O 3 -CaO bez katalizatorów (ich rolę spełniają rozproszone, zastygłe kropelki szkła fosforowego odmieszanego przy studzeniu stopu), dewitryfikaty z małą zawartością SiO 2 i bezkrzemionkowe krystalizujące w niskich temperaturach (stosowane w łączeniu detali lamp próżniowych i kineskopów, z zawartością Nb 2 O 3 mają właściwości ferromagnetyczne).

40 Dewitryfikaty

41 Dewitryfikaty

42 ZERODUR Dewitryfikaty

43 Dewitryfikaty

44 Materiały o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej 92,5% SiO 2 + 7,5% TiO 2

45 Ceramika optyczna

46 Ceramika optyczna

Podobne dokumenty

Materiałoznawstwo optyczne SZKŁO

Materiałoznawstwo optyczne SZKŁO Szkło optyczne i fotoniczne, A. Szwedowski, R. Romaniuk, WNT, 2009 Technologia elementów optycznych, Z. Legun, WNT, 1982 Definicja 1. ciało bezpostaciowe o właściwościach