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带您认识玻璃折射率与温度、热历史的关系是什么?

作者:admin 发布日期:2019/7/16 关注次数: 二维码分享

玻璃的折射率是温度的函数,它们之间的与玻璃组成及结构有密切的关系。


内蒙古玻璃发现当温度上升时,玻璃的折射率将受到作用相反的两个因素的影响:一方面由于温度上升,玻璃受热膨胀使密度减小,折射率下降;另一方面由于温度升高,导致阳离子对O2-的作用减小,极化率增加,使折射率变大。且电子振动的本征频率随温度上升而减小,使(因本征频率重叠而引起的)紫外吸收极限向长波方向移动,折射率上升。因此,玻璃折射率的温度系数值有正负两种可能。


对固体(包括玻璃)来说,这两种因素可用下式表示:


公式


从公式可知,玻璃折射率的温度系数取决于玻璃折射度随温度的变化(∂R/∂t)和热膨胀系数随温度的变化(∂d/∂t),前者主要与玻璃的紫外吸收极限有关。一般光学玻璃的热膨胀系数变化不大[为(60~80)×10-7℃-1],故其折射率的温度系数主要取决于(∂R/∂t)。随着温度的上升,原子外层电子产生跃迁的禁带宽度下降,紫外吸收极限向长波移动,折射率上升。


若某种情况下玻璃的紫外吸收极限在温度上升时变化不大,而玻璃热膨胀系数有明显的差别,则后者(∂d/∂t)对折射率温度系数起主要作用。热膨胀系数大的,由于折射率的温度系数主要取决于(∂d/∂t),折射率随温度上升而下降。例如硼氧玻璃和磷氧玻璃,其热膨胀系数较大[(150~160)×10-7℃-1],折射率温度系数为负值。热膨胀系数较小的石英玻璃,折射率主要取决于(∂R/∂t),故折射率温度系数为正值。如下图所示是几种氧化物折射率与温度的关系。


几种氧化物折射率与温度的关系


热历史对玻璃折射率的影响表现为以下几方面:


①如将玻璃在退火区内某一温度保持足够长的时间后达到平衡结构,以后若以无限大的速率冷却到室温,则玻璃仍保持此温度下的平衡结构及相应的平衡折射率。

②把玻璃保持于退火温度范围内的某一温度,其趋向平衡折射率的速率与所保持的温度有关,温度越高,趋向该温度下的平衡折射率速率越快。

③当玻璃在退火温度范围内达到平衡折射率后,不同的冷却速率将得到不同的折射率。冷却速率快,其折射率低;冷却速率慢,其折射率高。

④当成分相同的两块玻璃处于不同退火温度范围内保温时,分别达到不同的平衡折射率后,以相同的速率冷却时,则保温时的温度越高,其折射率越小,保温时的温度越低,其折射率越高。


由于热历史不同而引起的折射率变化,最高可达几十个单位(每个折射率单位为0.0001)。因此内蒙古玻璃提示大家,可通过控制退火温度和时间来修正折射率的微小偏差,以达到光学玻璃的使用要求。

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