Производство оптического кварцевого стекла принципиально отличается от производства других видов оптического стекла. Это единственное промышленное стекло простейшего химического состава, содержащее только один компонент — кремнезем. Высокая его тугоплавкость и высокая вязкость в расплавленном состоянии (при 1723°С вязкость составляет 1•106Па) не позволяют применять к кварцевому стеклу технологию обычных оптических стекол. Кварцевое стекло получается путем расплавления крупки природного или синтетического кварца в электрических печах или в кислородно-водородном пламени. В последнее десятилетие получил широкое промышленное применение способ наплава кварцевого стекла через газовую фазу. Исходным сырьем в данном случае является дешевое химическое соединение — тетрахлорид кремния, который легко испаряется и гидролизуется, образуя аморфный кремнезем и соляную кислоту. Конденсированный кремнезем сплавляется в стекло в кислородно-водородном пламени (в последнее время для этого используются и плазмотроны, обладающие тем преимуществом, что стекло, наплавляемое в плазме, содержит меньше гидроксильных групп и более прозрачно в инфракрасной части спектра). Готовая продукция имеет форму заготовок (блоков) цилиндрической формы.
Получение стекла через газовую фазу является пока единственным способом борьбы с наличием в объеме стекла поглощающих микровключений, снижающих его лучевую прочность.
Различные марки кварцевого стекла отличаются друг от друга не основным химическим составом, а технологией их получения и сырьем, из которого велся наплав, что определяет содержание примесей в стекле. В частности, стекло из тетрахлорида кремния содержит менее 4•10-5% примесей, в том числе железа менее 5•10-6%, но зато содержание гидроксильных групп в нем доходит до 0,13%, что снижает температуру размягчения стекла до 1060°С по сравнению с 1200°С для стекла КВ. В стекле из тетрахлорида кремния, полученном прямым его окислением в факеле низкотемпературной плазмы, имеется всего 0,001 % примесей гидроксильных групп.
ГОСТ 15130—79 установил пять марок оптического кварцевого стекла:
Особенности технологии оптического кварцевого стекла проявляются в том, что кроме нормирования по оптической однородности, двойному лучепреломлению, бессвильности и пузырности, ГОСТ 15130—79 предусматривает нормирование показателей качества, характерных только для кварцевого стекла — мелкозернистой неоднородности (ряби) и включений. Мелкозернистая неоднородность является следствием неодинаковой степени воздействия высокой температуры, газовой атмосферы и других физико-химических факторов при наплаве на центральную и периферийную части каждой крупинки, из которой состоит исходная шихта. В результате этого показатель преломления периферийной зоны отличается от центральной, что можно наблюдать в виде теневой или дифракционной картины. Стекло из тетрахлорида кремния свободно от ряби, но его оптическая однородность не выше третьей категории. Из этого стекла возможно получение заготовок не только для линзовой, но и для призменной оптики. Включения являются следствием того, что исходная крупка может содержать примеси, отличающиеся по химическому составу от кремнезема, которые в процессе наплава дают прозрачные, полупрозрачные, непрозрачные или стекловидные включения. В крупке, приготовленной из кристаллов кварца, полученных искусственно путем гидротермального синтеза, содержатся примеси щелочных металлов, которые образуют стекловидные включения. Стекловидные включения дают также полевой шпат, мусковит, турмалин, гранат.
По оптическим свойствам кварцевое стекло является обычным кроном с показателем преломления 1,4584 и коэффициентом дисперсии 67,83. Из-за малого коэффициента расширения (5,5•10-7°С-1) термооптические свойства кварцевого стекла плохие (V=213•10-7°С-1), но зато очень высока термостойкость. Кварцевое стекло обладает высокой механической прочностью в широком интервале температур; оно негигроскопично, устойчиво к воздействию воды и кислот, кроме плавиковой и фосфорной. Только при совместном воздействии высоких давлений и температур кварцевое стекло можно растворить в воде. При облучении плотным потоком быстрых нейтронов кварцевое стекло увеличивает показатель преломления до 1,4763. При нагреве стекла до 800°С его первоначальные свойства восстанавливаются. Кварцевое стекло — один из лучших материалов для изготовления крупногабаритных астрономических зеркал.
Легирование кварцевого стекла двуокисью титана дало возможность получить материал с практически нулевым коэффициентом термического расширения. Максимальный коэффициент расширения равен 0,4•10-7°С-1. На стадии опытного производства такое кварцевое стекло имеет марку КЛР, выпускается в заготовках диаметром до 200 мм по ТУ 17—74.
2005 - 2023. Все права защищены. При копировании материалов активная ссылка на сайт обязательна!
