Цветное оптическое стекло. Классификация, спектральные характеристики
Стекло, обладающее избирательным поглощением света в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра, называется цветным.
Избирательное поглощение достигается введением в состав стекла соответствующих красителей. Из цветного оптического стекла изготавливают детали, предназначенные для пропускания определенного участка спектра. Исходной шихтой для получения цветных стекол служит шихта бесцветного силикатного стекла.
20
Компоненты, придающие окраску цветному стеклу, вводят в незна- чительных количествах (от сотых долей процента до нескольких процентов).
Так, например, двухвалентный оксид железа (FeO), придает стеклу голубой цвет через поглощение в красной зоне спектра. Трехвалентный оксид железа (Ре203),благодаря поглощению в фиолетовой и голубой спектральных зонах, придает желтый цвет с зеленоватым оттенком. Смесь FeO + Fe203 , поглощая в голубой и красной зонах, дает зеленый цвет. Оксиды кобальта применяют для получения голубого цвета, Оксиды никеля применяют для по- лучения коричневого цвета.
Компоненты, вводимые в состав шихты, могут находиться в молекулярно-растворенном и коллоидном состоянии.
Молекулярные красители - это окислы тяжелых металлов (ко- бальта, хрома, меди, никеля, урана и др.). Они растворяются в стек- ломассе при варке стекла и избирательное поглощение материалом обусловлено резонансным колебанием электронов красителя.
Стекло, окрашенное коллоидными красителями, имеет яркую окраску, которую ему придают некоторые металлы (золото, сереб- ро, медь), когда они находятся в мельчайшем раздроблении, при- ближающемся к распределению частиц в коллоидных растворах. Окрашивание стекла обусловлено двумя причинами: 1) свет, про- ходя через материал, рассеивается на коллоидных частицах; 2) некоторые металлические вещества, находясь в состоянии мель- чайшего раздробления, обладают собственным поглощением.
В зависимости от окраски цветные оптические стекла делятся на типы и марки. Каждый тип содержит ряд марок, состоящих из двух или трех букв и цифр. Первая или первые две буквы являются начальными буквами наименования цвета, а последняя, обяза- тельная для всех буква С - начальная буква слова «стекло». Циф- ра в марке стекла обозначает только порядок разработки. Чем цифра меньше, тем раньше это стекло освоено промышленностью. В скобках указаны марки, которые применять в новых разработках не допускается.
Для очковых линз применяются следующие типы цветных
стекол: ЖЗС - желто-зеленое стекло, ТС - темное стекло, НС - ней- тральное стекло, ЗС - зеленое стекло, СЗС - сине-зеленое стекло.
Оптические свойства стекла определяются по их спектраль- ной характеристике. Спектральные свойства стекол представляют в виде графической зависимости в координатах «т - Л» (коэффици- ент пропускания - длина волны), «D - Л» (оптическая плотность - длина волны), «К - А» (поглощение - длина волны).
Чтобы получить заданную спектральную кривую, отработан- ные режимы варки цветных стекол выдерживаются с точностью до нескольких минут по времени и 5-10°С по температуре. Стекла, ок- рашенные молекулярными красителями, имеют узкополосную из- бирательную кривую спектрального пропускания и срезают некото- рые области спектра. Стекла, окрашенные селеном или сернистым кадмием, дают резкую границу пропускания, срезая целые области спектра. Нейтральные стекла равномерно пропускают видимый спектр, а темные стекла дают более высокое пропускание в бли- жайшей ИК области. Спектральные характеристики по коэффи- циенту пропускания некоторой длины волны являются основным показателем, по которому выбирают ту или иную марку цветного стекла в зависимости от назначения детали. Спектральные харак- теристики (рис. 7) измеряют на спектрофотометрах при определен- ной толщине стекла.
Рис. 7. Спектральные кривые пропускания
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЦВЕТНЫХ ЛИНЗ
Классическая технология получения цветных линз сводится к знанию химического состава шихты. Однако, палитра цветов окраски минеральных линз, получаемых по такой технологии, довольно огра- ничена, так как любому определенному цвету соответствует опреде- ленный состав исходной шихты, а в процессе одной плавки может быть изготовлено стекло только одного, определенного цвета.
Большим недостатком линз окрашенных в массе является то, что светопропускание зависит от толщины линзы. Для линз имею- щих рефракцию светопропускание будет не равномерным вследст- вие разной толщины линзы в центре и на периферии. Этот недос- таток проявляется тем больше, чем больше рефракция очковой линзы.
Другим типом классической технологии придания желаемой окраски линзам, является нанесение тем или иным способом тонко- го слоя окрашенного вещества (пленки или покрытия) на оптиче- скую поверхность (или на обе поверхности) готовой линзы. Этот метод в настоящее время широко применяется и для минеральных и для пластиковых линз. Недостатком технологии этого типа явля- ется то, что вещество окрашивающего покрытия расположено сна- ружи и непосредственно контактирует с внешней средой (появля- ются технологические проблемы обеспечения абразивоустойчиво- сти, влагостойкости, срока службы и устойчивости к воздействию тех или иных бытовых жидкостей).
Фирмы производители цветных минеральных линз разраба- тывают новые способы производства цветных объемноокрашенных минеральных стекол. Созданы технологии, при которых цвет соз- дается не путем введения в исходную шихту специальных добавок или нанесения на линзу определенных покрытий, а при помощи термодиффузионной обработки очковых линз. При таком методе не требуются высокие затраты на создание нового цвета и возможен минимальный объем выпуска цветных линз.