火石玻璃、冕牌玻璃

àì夳堔傛蜴生んèń 2022-04-10 09:13 1764阅读 0赞

光学玻璃作为光学仪器最主要的部件，其性能参数直接影响到镜子的成像质量. 光学玻璃最早按照氧化铅含量划分为冕牌玻璃和火石玻璃，低于3%的为冕牌玻璃，高于3%的为火石玻璃，后来随着玻璃种类的增多改用折射率（refractive index）和色散系数（dispersion）划分，冕牌玻璃折射率通常小于1.6，色散系数（也称阿贝数，数值越大，色散越小）大于50，火石玻璃则相反。

冕牌玻璃（crown glass 缩写中最后一个字母为K）：这个名字很容易让人误解为一个品牌，其实只是一种制作工艺，因此也有人翻译成皇冠玻璃：是先把玻璃液吹成一个皇冠状或者空心球状，再放在在一个快速旋转的平板中心重新加热，利用离心力将其展开铺平，形成一块直径1.5米左右的玻璃圆板，较为平薄的边缘就切成合适的形状做窗玻璃，中间的圆形凸起就是透镜的雏形了，不过也有人并不介意图像的扭曲，并称之为Bullseye windows （牛眼玻璃窗）。这种生产方法在1320年左右就被法国鲁昂附近的玻璃工匠发展成熟，但是作为商业秘密没有公布，于是一水之隔的英国人整整进口了三百年的窗玻璃，直到1628年伦敦才出现同样的工艺。

火石玻璃（Flint glass 也译作燧石玻璃，缩写以F结尾）：在十七世纪中叶，英格兰东南部白垩纪沉积层中的火石矿被广泛用于制造铅玻璃（火石含铅量通常为4%-60%），故名。但是铅玻璃在生产和处理过程中会对环境造成污染，现在一般用二氧化钛、氧化锆等替代。

由于德国蔡司公司的玻璃型号齐全，性能稳定，一般沿用其命名标准。K代表冕牌，F代表燧石，Z为重，B代表硼，Ba代表钡，L代表镧 ，P代表磷，N代表无铅， 比如双筒望远镜中广泛采用的BK7棱镜，其所用的材料是硼硅酸盐玻璃（borosilicate 德语为 borkron)中的第7号；而视场更亮的BaK4棱镜则采用第4号轻钡冕玻璃（light barium crown ，德语中是baritleichtkron）。其他种类还包括氟冕(FK)、轻冕(QK)、重磷冕 (ZPK)、重冕(ZK)、特冕(TK)、轻火石(QF)、重火石(ZF)、重钡火石 (ZBaF)、冕火石(KF)、特种火石(TF)等等。

在以色散系数为横坐标，折射率为纵坐标的阿贝图中分布如下：

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还有一个不得不提的材料是Fluorite——萤石，其实就是氟化钙晶体（这种物质在我们的牙齿中就有，对防治龋齿有重要作用），它的色散非常（阿

贝数为95.3），这使得它非常适合用作光学材料，萤石矿分布比较广泛，但可满足光学精度要求的很少，加上其可加工性与化学稳定性较差（微溶于水），因而非常昂贵。 除了光学玻璃，常见的还有一些复合镜片，将几片光学性能不同的镜片胶合在一起使用以克服单一种类的缺陷：比如尼康公司的超低色散镜片ED（Extra-low Dispersion）、佳能公司的UD（Ultra Dispersion）、腾龙公司的LD（Low Dispersion）、适马公司的SLD、美能达公司开发的AD等等，也许是方便炒作吧，我不知道更多的技术细节，就不展开了。

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冕牌玻璃是由包含大约10%的碱石灰硅酸盐的氧化钾，它有着较低的折射率（大约是1.52）和低色散（阿贝数大约是60）。 除了具体以材料命名

的冕牌玻璃之外，其他的光学玻璃也有与被称为冕牌玻璃性质相似的产品。通常，只要阿贝数在50－85之间的玻璃，像是肖特硼硅酸盐玻璃：BK7

，是一种很常见，用在精密透镜上的冕牌玻璃。硼硅酸盐玻璃包含大约10%的含硼氧化物，有良好的光学和机械特性，并且对化工和环境的伤害具

有抵抗性。用于冕牌玻璃的其它添加物还有氧化锌、五氧化二磷、 氧化钡、和萤石。 燧石玻璃的凹透镜经常与冕牌玻璃的凸透镜组合成消色差透

镜。两种玻璃的色散作用会相互的补偿（抵消）以消除色差，并且和单镜有着相同的焦距。 火石玻璃用二氧化硅、氧化钾（K2O）和氧化铅（PbO

）等原料熔炼而成，其特点是折射率高，色散大。由于含铅，玻璃的比重也大，手掂时感到沉重，火石玻璃中所含的铅越多，折射率越高，而且比

重也越大，例如，有含铅达92%，折射率高达2，比重达到8的玻璃，它几乎和钢铁一样比重，遗憾的是，这种含铅量太高的火石都带有黄色，这就

限制了它在某些领域（例如制作光学仪器元件）中应用。   火石玻璃的缺点是硬度低，甚至用小刀也可以划出伤痕，并且不稳定，容易发霉或被酸

和酸的蒸气及其它化学药剂腐蚀，同时火石玻璃的价格比冕牌要贵得多。   火石玻璃主要用于光学仪器工业，磨制各种透镜和棱镜，在玉石行业中

，火石玻璃的高折射率和大色散非常有用，用它磨成的假玉石不仅特别光亮，而且因色散大会从玉石内反射出五颜六色的彩色闪光。此外，用火石

玻璃制造工艺品也是非常合适的