中国制造-光学玻璃退火炉

 　　一、什么是光学玻璃

　　能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃;广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。

　　用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料。包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。品种繁多，主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各类玻璃定为冕(K)玻璃，其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系，轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系，重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系，绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽，其品种在不断扩大，其组成中几乎包括周期表中的所有元素。

　　通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。

　　光学玻璃

　　二、生产方法：

　　生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐,并根据配方的要求,引入磷酸盐或氟化物。为了保证玻璃的透明度，必须严格控制着色杂质的含量，如铁、铬、铜、锰、钴、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。

　　①熔炼

　　有单坩埚间歇熔炼法和池窑连续熔炼法。单坩埚熔炼法又可分为粘土坩埚熔炼法和铂坩埚熔炼法。不论采用何种熔炼方式均需用搅拌器搅拌，并严格控制温度和搅拌，使玻璃液达到高度均匀。粘土坩埚能熔炼绝大部分冕玻璃和火石玻璃，成本低，且在玻璃的熔化温度超过铂的使用温度时采用。铂坩埚可熔炼质量较高、对粘土坩埚有严重侵蚀作用的玻璃，如重冕、重钡火石、稀土玻璃和氟磷玻璃。铂坩埚用电加热，一般采用硅碳棒或硅钼棒电炉。但制造析晶倾向大、要求迅速降温以及对气氛有一定要求的玻璃，则可采用高频加热。

　　②成型　光学玻璃的成型法有古典破埚法、滚压法和浇注法，但目前越来越广泛地采用漏料成型(用单坩埚或连熔流出料液)，能直接拉棒或滴料压型或漏料成型大尺寸的毛坯，提高料滴利用率和成品率。

　　③退火　为了最大限度地消除玻璃的内应力，提高光学均匀性，必须制定严格的退火制度，进行精密退火。

　　④检验　测定的指标有：光学常数、光学均匀度、应力双折射、条纹、气泡等。

　　三、光学玻璃质量优劣的重要影响因素

　　光学玻璃质量的好坏受哪些因素影响呢?我们可以从光学玻璃的熔炼过程开始分析，光学玻璃熔炼后，须制成一定大小和形状的毛坯，经退火，一些品种再经显色，检验后作为成品出货。成型和显色是有色光学玻璃生产过程中重要的工序之一，成型方法和显色的技术水平高低是决定成品率高低和质量好坏的重要因素之一。

　　玻璃的成型：

　　用坩埚熔炼的有色光学玻璃，成型都采用浇注法。浇注法又可分为大粘度浇注和稀粘度浇注。黑色透紫玻璃ZWB1，ZWB3成型采用稀粘度浇注，其他品种采用大粘度浇注。

　　玻璃的退火：

　　无色光学玻璃制造的光学零件要有高度的光学均匀性，必须进行精密退火。有色光学玻璃的光学均匀性要求没有无色光学玻璃的多。它的退火要求主要是消除在成型中产生的永久应力，采用慢速退火即可。退火温度、退火温度范围内保持的时间、降温速度应根据不同品种和玻璃毛坏的尺寸，通过实验方法制订。对于有特殊光学均匀性要求的有色光学玻璃也需进行精密退火。 有些着色剂(例如Mrl，Se等)的着色状态存退火阶段中还会发生变化，对含这类着色剂的玻璃，退火温度的确定不但要考虑应力的消除，也要考虑着色状态的变化。

　　玻璃的显色：

　　所谓显色，是指退火检验后的玻璃再重新加热到一定温度，在此温度下保持一定时间(显色时间)，使玻璃中的着色化合物呈现一定的光潜特性。需要一次显色的玻璃有黄色、橙色，红色和近红外截止型玻璃。 显色温度和显色时间通过实验确定。从退火后的大块玻璃中，取若干小块试样，在不同混度和不同时间下热处理。冷却后，研磨、抛光、涮定光谱特性、选定合适的温度和时间.不同炉号玻璃，由于熔炼、成型、退火时的热历史不完全相同，每个炉号玻璃的显色温度和时间都要通过实验确定。 显色玻璃的光谱特性受显色温度影响较大，为使大块玻璃的颜色达到均匀，显色应在精密退火炉内进行。精密退火炉的要求与无色光学玻璃退火用的精密退火炉相同。 对于显色温度较高的近红外截止型玻璃，显色时玻璃已接近软化，显色时放置玻璃过程中要用石棉纸把玻璃隔开.显色玻璃的条纹、气泡等质量检验应在显色前进行，因为显色后由于玻璃颜色深，难以检验。

　　因此，光学玻璃质量的优劣，主要受成型方法和显色的技术水平高低，玻璃的退火等诸多因素影响!

　　四、关键制造设备介绍

　　从上述描述不难看出退火工艺对光学玻璃性能的影响至关重要性。

　　江苏前锦炉业设备有限公司专业生产光学玻璃精密退火炉，是尼康公司中国指定生产商。另外还有成都光明集团、日本光硝子等一批实力雄厚的企业。

　　光学玻璃精密退火炉

　　上图为江苏前锦炉业设备有限公司为尼康公司专业定制的光学玻璃退火炉。

　　简单介绍一下此光学玻璃精密退火炉技术性能：

　　1、设备用途及性能概述

　　设备用途：光学玻璃在氧化性气氛 (空气)中的退火加热。

　　结构特征：全纤维炉膛结构、电阻丝加热、可控硅程序控温，配置热风循环系统。

　　主要优点：控温精确、炉温均匀、生产效率高、节能效果显著。

　　使用环境：限于干燥、清洁的室内使用，设备内部及四周无易燃、易爆和腐蚀性气体。

　　2、主要技术参数

　　额定温度： 750C

　　常用温度： 650C

　　额定功率： 35KW

　　额定电压： 380V

　　炉温稳定度： ≤±1℃

　　炉温均匀度： ≤±3℃

　　温度同步率： ≤±1℃

　　温度过冲值： ≤3℃

　　升温速率： 0～150℃/h (连续可调)

　　降温速率： 0.5～20℃/h(连续可调)

　　炉膛尺寸 (L×W×H)： 1320×950×980mm

　　工作区尺寸 (L×W×H)： 900×710×750mm

　　炉体外形尺寸 (L×W×H)： ～1850×1440×1655mm

　　设备外形尺寸 (L×W×H)： ～2400×1440×1655mm

　　3、结构简介

　　主要由炉体、炉门、装料架和导风罩、循环风机、控制系统、快速风冷组成

　　五、总结

　　在科技突飞猛进的今天，光学玻璃在我们身边无处不在，手机摄像头、家电、望远镜、光通讯、医学、大功率激光器、航天航空器、导弹技术、雷达技术等等领域都有光学玻璃的身影。也突显出光学玻璃在国民生产甚至上升到国家安全的至关重要性。

　　作为光学玻璃关键制造设备制造公司，江苏前锦努力做好中国制造，发扬工匠技术，掌握核心制造技术，做好每一台光学玻璃精密退火炉。　　

       作者：江苏前锦炉业设备有限公司