專利名稱：自聚焦透鏡玻璃及其生產(chǎn)方法和使用的離子交換爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)玻璃，尤其是涉及一種自聚焦透鏡玻璃及其生產(chǎn)方法和使用的離子交換爐。
背景技術(shù)：
徑向變折射率透鏡即自聚焦透鏡，之所以受到人們的特別關(guān)注，主要是因為它的直徑小、焦距短、數(shù)值孔徑大，而且具有對光束聚焦、對物體成像的能力。因此，它是一種很重要的微小光學(xué)基礎(chǔ)元件，在光纖通信、光纖傳感、光信息處理和其他許多領(lǐng)域中有重要應(yīng)用。然而，實際光學(xué)系統(tǒng)成像與理想光學(xué)系統(tǒng)成像之間存在著偏差，這種光學(xué)系統(tǒng)成像的偏差，稱為系統(tǒng)的像差。用于內(nèi)窺的自聚焦透鏡成像后，導(dǎo)致圖像清楚度不均勻，像差主要是畸變和球差。目前改善自聚焦透鏡像差的方法主要是二次離子交換法和熱處理方法，但這都是在第一次離子交換后再進(jìn)一步處理，所以增加了程序使工藝復(fù)雜化。由于不是從根本上即玻璃配方上進(jìn)行改進(jìn)，折射率分布曲線會出現(xiàn)折點，不是平滑連續(xù)，尤其是熱處理法，雖然它可以對邊緣區(qū)的較陡峭的折射率變化予以修正，但中心折射率仍會下降，而且對于不同的配方未必都適用。
由于Tl2O的電極化率大，易于離子交換，通常選用Tl+用在自聚焦透鏡玻璃中，為了提高玻璃的折射率，以增加自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑，需要加入玻璃中Tl+的量很大，這樣勢必帶來交換后透鏡的色差增大，即像差增大，這就嚴(yán)重影響了透鏡的成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種自聚焦透鏡玻璃，提高了玻璃的化學(xué)性能和折射率。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種自聚焦透鏡玻璃，其特征在于該玻璃按重量配比，包括30-45％的SiO2，0-6％的K2O，5-12％的Na2O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl2O，2-10％的B2O3，0-5％的Nb2O5。
所述的玻璃配方中，氧多面體平均橋氧數(shù)Y為3。
所述的玻璃配方中SiO2與B2O3的含量之和按照摩爾百分比為50-59％。
本發(fā)明還提供一種自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)方法，減少了生產(chǎn)工藝，節(jié)約時間，并且生產(chǎn)出的玻璃成像清晰。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種上述玻璃配方進(jìn)行自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)的方法，該方法順序包括下述步驟①玻璃配料，②熔煉，③澆注，④退火，⑤光學(xué)冷加工，⑥磨拋成圓柱棒，⑦拉絲，⑧離子交換，⑨光學(xué)冷加工，⑩鍍膜。
本發(fā)明還提供一種自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)方法使用的離子交換爐，恒溫區(qū)長，溫差小，保障經(jīng)交換處理的透鏡均勻一致。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種用于上述自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)方法的離子交換爐，在交換爐內(nèi)設(shè)置三根“K”分度熱電偶，爐內(nèi)裝有耐酸不銹鋼內(nèi)膽，爐壁上裝有三只熱電偶，以及鎧裝熱電偶。
本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明在玻璃配方中加入了Nb2O5，降低了Tl2O的含量，增大透明度，這樣使像差大大改善。
具有近程有序和遠(yuǎn)程無序是玻璃態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點，無序與有序，連續(xù)與不連續(xù)，均勻性與不均勻性是玻璃結(jié)構(gòu)矛盾的兩個方面，他們同時存在于玻璃這一統(tǒng)一體中，而且在一定條件下，其中一個方面可能起主導(dǎo)作用，而且在外部性質(zhì)上突出地反映出來。當(dāng)條件改變時，它可以為另一方面所替代。玻璃的折射率在轉(zhuǎn)變溫度以下，與溫度成直線關(guān)系并受外界影響較小，主要決定于玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)外離子的配位狀態(tài)的統(tǒng)計規(guī)則。玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中含有多種氧多面體時，離子極化率比例變化不大，所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不均勻性愈嚴(yán)重，對網(wǎng)絡(luò)外體遷移的阻力愈大。因此，考慮使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)使氧多面體的平均橋氧數(shù)Y要適中，不宜大，因為Y越小，網(wǎng)絡(luò)連續(xù)越疏松，網(wǎng)絡(luò)空穴越大，網(wǎng)絡(luò)改變離子在網(wǎng)絡(luò)空穴中越易移動，也就越容易交換。ZnO引入到玻璃中可提高折射率，降低高溫粘度，同時降低了熔化溫度，它在硅酸鹽中很難形成[ZnO4]，以替代[SiO4]進(jìn)入結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，但含B2O3的玻璃就可以形成[ZnO4]進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于離子交換。
生產(chǎn)方法中采用一次離子交換，節(jié)省時間，節(jié)省能源，而且一次離子交換生產(chǎn)出來的透鏡圖像清晰。
離子交換爐采用三根“K”分度熱電偶進(jìn)行三區(qū)加熱，恒溫區(qū)長，爐內(nèi)裝有耐酸不銹鋼內(nèi)膽，可進(jìn)一步保證恒溫區(qū)溫度均勻，并可起到保護(hù)爐絲，延長爐子使用壽命。采用兩套測溫裝置，溫控在±1度內(nèi)。
具體實施例方式實施例一至二十按照本發(fā)明自聚焦透鏡玻璃，其重量配比，包括30-45％的SiO2，0-6％的K2O，5-12％的Na2O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl2O，2-10％的B2O3，0-5％的Nb2O5。具體實施例的配比組成見表1。
進(jìn)一步，氧多面體平均橋氧數(shù)Y優(yōu)選為3。SiO2與B2O3的含量之和按照摩爾百分比優(yōu)選為為50-59％。
自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)的方法，該方法順序包括下述步驟①玻璃配料，按照上述配方配料，②熔煉，將配料在石英坩堝中熔化成玻璃塊，然后再將玻璃塊投到鉑坩堝中熔化，③澆注，④退火，⑤光學(xué)冷加工，⑥磨拋成圓柱棒，⑦拉絲，⑧離子交換，拉絲后在高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度接近玻璃軟化溫度的溫度下進(jìn)行離子交換，⑨光學(xué)冷加工，⑩鍍膜。最后檢驗、包裝。
本發(fā)明是用的離子交換爐，在交換爐內(nèi)設(shè)置三根“K”分度熱電偶，進(jìn)行三區(qū)加熱，三只數(shù)顯儀表，可指示溫度并調(diào)節(jié)施加功率。爐內(nèi)裝有耐酸不銹鋼內(nèi)膽，可進(jìn)一步保證恒溫區(qū)溫度均勻，并可起到保護(hù)爐絲，延長爐子使用壽命。采用兩套測溫裝置，一是在爐壁上裝有三只熱電偶，二是鎧裝熱電偶用來直接測量爐壁三區(qū)溫控儀控制的熔鹽中心的溫度。
較佳實施例玻璃配方中氧多面體平均橋氧數(shù)Y為3，SiO2與B2O3的含量之和按照摩爾百分比為59％，在1390度溫度下在石英坩堝中化成玻璃塊然后再以1400度在鉑坩堝中熔化，熔化后滴料成玻璃塊，退火后再進(jìn)行精退火，拉絲后放入KNO3熔鹽中進(jìn)行離子交換，離子交換溫度以玻璃粘度為109-10泊時的溫度為宜。
附表1

權(quán)利要求
1.一種自聚焦透鏡玻璃，其特征在于該玻璃按重量配比，包括30-45％的SiO2，0-6％的K2O，5-12％的Na2O，6-12％的ZnO，32-46％的Tl2O，2-10％的B2O3，0-5％的Nb2O5。
2.如權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡玻璃，其特征在于所述的玻璃配方中，氧多面體平均橋氧數(shù)為3。
3.如權(quán)利要求1所述的自聚焦透鏡玻璃，其特征在于所述的玻璃配方中SiO2與B2O3的含量之和按照摩爾百分比為50-59％。
4.一種利用權(quán)利要求1至權(quán)利要求3任一權(quán)利要求所述的玻璃配方進(jìn)行自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)的方法，其特征在于該方法順序包括下述步驟①玻璃配料，②熔煉，③澆注，④退火，⑤光學(xué)冷加工，⑥磨拋成圓柱棒，⑦拉絲，⑧離子交換，⑨光學(xué)冷加工，⑩鍍膜。
5.一種用于權(quán)利要求4所述自聚焦透鏡玻璃生產(chǎn)方法的離子交換爐，其特征在于在交換爐內(nèi)設(shè)置三根“K”分度熱電偶，爐內(nèi)裝有耐酸不銹鋼內(nèi)膽，爐壁上裝有三只熱電偶，以及鎧裝熱電偶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自聚焦透鏡玻璃及其生產(chǎn)方法和使用的離子交換爐，該玻璃按重量配比，包括30－45％的SiO
文檔編號C03B19/02GK1986469SQ20061016740
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者蔡春平, 高秀敏, 徐秋霜, 強西林 申請人:徐秋霜