История стекла. От стеклянного оружия до стекол иллюминаторов космических кораблей

Поэтому стоит различать основные виды оптического стекла:

✓ неорганическое;

✓ органика или, так называемое, оргстекло;

✓ минерало-органическое.

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:

– прозрачное. В свою очередь делится на оптическое и техническое. Оптическое стекло из кварцевого песка получается средством плавки горного хрусталя. Такой материал полностью однороден;

– непрозрачное. Цвет придается маленькими пузырьками газа, которые находятся внутри материала.

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.

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.

Особенности ПММА:

– материал устойчив к агрессивным факторам окружающей среды (повышенное влагосодержание, пониженные температуры);

– оргстекло – значительно мягче в сравнении с техническим стеклом и довольно чувствительно к механическим повреждениям (удары, царапины);

– данный вид оптического стекла гораздо проще поддается обработке, даже обычным металлорежущим инструментом;

– его удобно применять при резке лазером, что, несомненно, играет ключевую роль в гравировке;

– Эффективно отражает инфракрасные лучи, но ультрафиолет проходит сквозь него. Рентгеновское излучение также проходит сквозь оргстекло;

– материал плохо противостоит спирту, ацетону;

– отличная прозрачность, с которой может сравниться только кварц;

– безопасный материал в силу своей безосколочности;

– высокая стойкость к воздействию воды;

– легко обрабатывается при нагревании.

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:

✓ научно-исследовательские работы;

✓ медицина;

✓ изготовление оптических агрегатов;

✓ строительство.

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.

Процесс изготовления линз из оптического стекла довольно сложный, требует определенных знаний и навыков.

Процесс изготовления линз можно описать в нескольких пунктах:

– подготовка сырья;

– расплавления материала, получение исходной смеси;

– процесс варения стекла;

– заливка расплавленного материала в формы (заготовки);

– остывание материала (данный этап наиболее продолжительный, в некоторых случая может потребоваться несколько месяцев);

– механическая обработка остывшего стекла;

– нанесение специального покрытия.

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.

Производство оптических стекол