Caractéristiques des principaux types de verre. Principales caractéristiques et caractéristiques de la production de verre optique

Transmission de la lumière (transparence) - c'est la propriété qui était appréciée par les gens avant et aujourd'hui.

Les propriétés optiques du verre sont caractérisées par la transmission de la lumière (transparence), la réfraction de la lumière, la réflexion, la dispersion, etc.

La source de lumière et de chaleur sur Terre est le Soleil - un corps céleste chauffé à 6 000 K, d'où émanent des ondes électromagnétiques - le rayonnement solaire. La gamme de longueurs d'onde du rayonnement solaire traversant l'atmosphère et affectant la surface de la Terre est de 300 à 2 500 nm, l'intervalle de 300 à 380 nm correspondant au rayonnement ultraviolet (UV), l'intervalle de 380 à 760 nm - lumière visible et l'intervalle de 760 nm. -2500 nm - rayonnement infrarouge ou thermique (IR).

Le rayonnement incident sur le verre est partiellement transmis à travers celui-ci (85 à 90 %), partiellement réfléchi par sa surface (environ 8 %) et partiellement absorbé (1 % (2 à 7 %). (feuille de verre transparente de 4 mm d'épaisseur (selon la marque du verre)).

Les rayonnements UV et IR jusqu'à 2 500 nm ne traversent le verre que partiellement (environ 75 et 80 %, respectivement), et aux longueurs d'onde supérieures à 2 500 nm, ils sont presque entièrement absorbés.

Le verre ordinaire transmet jusqu'à 70 % des rayons UV nocifs, qui provoquent la décoloration des tapis, des rideaux, des peintures et des meubles. Le verre doté de revêtements à faible émissivité réduit dans une certaine mesure les effets nocifs des UV, même si même le meilleur verre de ce type laisse passer la majeure partie de ce rayonnement. La protection UV est particulièrement importante dans les vitrines de magasins contenant des vêtements, des meubles et d'autres articles susceptibles de se décolorer, ainsi que dans les vitrages des bibliothèques, des galeries d'art et des musées. Une idée fausse très répandue est celle selon laquelle les rayons UV traversent les fenêtres. Leurs propriétés bactéricides n’ont aucun fondement scientifique. En fait, seules des doses élevées de rayonnement UV dur, obtenues grâce à une irradiation à long terme avec des lampes à quartz, peuvent débarrasser une pièce de certains types de bactéries. Le reste des UV est absorbé. Le verre de quartz est transparent dans la région UV, partiellement transparent dans la région IR.

Longueur d'onde UV 280-400 nm.

Le verre à vitre bloque presque complètement la partie lointaine de 100 à 200 nm, l'ultraviolet moyen et les ondes courtes du proche 200 à 380 nm, mais transmet assez bien la partie à ondes longues du proche ultraviolet.

Les vitres ordinaires bloquent fortement les rayons ultraviolets. Ceci peut être vu sur le tableau de la transmission du rayonnement ultraviolet à travers une vitre de 2 mm d'épaisseur (selon Lehman) : nm ……………………………………..380 360 340 320 300 280 260

Transmission en %% pour le verre 88 82 62 22 2 0 0

Comparaison qualitative des propriétés du quartz et des verres techniques

Transmission des rayons ultraviolets

Verre à quartz - Très bon

Verre 96% Si-O2 - Bon

Borosilicate - Moyen

Plomb - Mauvais

Chaux-sodium – Mauvais

DERRIÈRE LES UV se trouvent les rayons X.

Les verres de lunettes traditionnels en CR-39 sont transparents aux rayons UV à partir de 350 nm (courbe 3) et leur absorption lumineuse à la limite de la plage UV est de 55 % (voir tableau).

IR absorbe. La caméra thermique détecte la température du verre, pas la batterie chaude située derrière.

Si l'élément chauffant en spirale est placé dans un flacon ou un tube en verre de quartz, la limite pour le passage sans entrave des ondes infrarouges passe à 3,3 microns.

Le rayonnement absorbé est renvoyé par le verre vers l'espace environnant externe et interne par convection et sous forme de rayonnement thermique secondaire. Le taux d’absorption lumineuse du verre est faible. Il n'augmente que lorsque le verre est produit à l'aide de divers colorants, ainsi que de méthodes spéciales de traitement des produits finis.

Le niveau d'absorption détermine la capacité du verre à transférer la chaleur : plus le verre absorbe, plus il transfère (restitue) dans l'espace et plus ses propriétés d'isolation thermique sont mauvaises.

Les verres silicatés ordinaires, à l'exception des verres spéciaux, transmettent toute la partie visible du spectre et ne transmettent pratiquement pas les rayons ultraviolets et infrarouges.

L'indice de réfraction du verre de construction (1,50-1,52) détermine l'intensité de la lumière réfléchie et la transmission lumineuse du verre à différents angles d'incidence de la lumière. Lorsque l'angle d'incidence de la lumière passe de 0 à 75°, la transmission lumineuse du verre diminue de 92 à 50 %.

La diffusion de la lumière est la déviation des rayons lumineux dans différentes directions. Le taux de diffusion de la lumière dépend de la qualité de la surface du verre. Ainsi, en traversant une surface rugueuse, le faisceau est partiellement diffusé et un tel verre semble donc translucide. Cette propriété est généralement utilisée dans la fabrication d'abat-jour en verre et d'abat-jour pour lampes.

Pourquoi le verre est-il transparent...

Inconvénients du verre. Traitement chimique, thermique et chimico-thermique du verre.

Le verre dans les structures des bâtiments est plus souvent soumis à la flexion, à l'étirement et aux chocs et moins souvent à la compression, c'est pourquoi le principal indicateur qui détermine ses propriétés doit être considéré comme la résistance à la traction et la fragilité.

La fragilité est le principal inconvénient du verre.

Fragilité- une propriété typique du verre, dont la destruction ne s'accompagne pas de déformation plastique sous diverses méthodes de chargement mécanique, notamment dynamique et statique.

La fragilité est un état d'un matériau dans lequel, sous l'influence de forces extérieures, le matériau ne présente aucune déformation résiduelle et est détruit.

En règle générale, une mesure de fragilité est considérée comme la résistance aux charges (impact). La résistance à la traction du verre lors d'un impact est caractérisée par le travail total des impacts provoquant la destruction d'une unité de volume de verre. La résistance aux chocs dépend de l'état de la surface, de l'épaisseur de l'échantillon, du degré de recuit et de la viscosité spécifique (composition chimique) du verre.

La manifestation de la fragilité des matériaux est la conséquence d’une combinaison de plusieurs facteurs.

Les plus importants d'entre eux sont : la faible valeur du rapport entre la résistance à la traction du matériau et son module élastique (pour le verre 7,5-10) ainsi que la vitesse élevée et l'absence d'obstacles à la propagation des fissures.

Le principal indicateur de fragilité est le rapport entre le module élastique et la résistance à la traction E/Yr. U

pour le verre, c'est 1300... 1500 (pour l'acier 400...460, le caoutchouc 0,4...0,6).

Et d'autres oxydes. Le verre optique est utilisé pour la fabrication de lentilles, de prismes, de cuvettes, etc. Les verres optiques spéciaux sont fabriqués à partir d'un groupe de matériaux céramiques transparents inorganiques, de nanopoudres d'oxyde, de verres organiques, minéraux-organiques et d'autres matériaux. Certaines variétés se caractérisent par une transparence sélective à différents rayons des parties visibles et invisibles du spectre lumineux, une transparence particulière et d'autres propriétés particulières (par exemple, dureté, élasticité, compatibilité biologique différentes). Des exigences particulières sont imposées aux lunettes pour la fabrication de lentilles de contact, aux lunettes optiques en silicium, aux apochromates, aux lentilles pour rayons IR, rayons X, etc.

Création d'une industrie spéciale - production de verre optique

Des équipements et des technologies spéciaux sont utilisés pour traiter le verre optique. En raison des exigences exceptionnellement élevées en matière de qualité d'image et de l'élargissement du champ d'application des dispositifs optiques, il est devenu nécessaire de fabriquer une large gamme de types de verre spéciaux, différents par leurs propriétés et leur composition. Le verre optique, contrairement au verre ordinaire, doit avoir une transparence, une pureté, une uniformité particulièrement élevées, un indice de réfraction donné et, dans les cas nécessaires, une transparence sélective à certains spectres de longueurs d'onde (par exemple, dans les appareils de vision nocturne - transparence au rayonnement IR, dans les filtres , revêtements en apochromates, etc.). Le respect de ces exigences modifie considérablement sa composition chimique, applique une technologie de fabrication et de traitement avancées des verres optiques, permettant leur production. La composition du verre optique à base de matériaux inorganiques optiques tels que l'oxyde de silicium (SiO 2), la soude, l'acide borique, les sels de baryum, l'oxyde de plomb, les fluorures, l'oxyde de germanium, les matériaux organiques optiques - matériaux polyméthacrylate de méthyle(PMMA), verres optiques minéraux-organiques, permet d'améliorer les capacités optiques des systèmes optiques avec de nouvelles propriétés supplémentaires.

Types de verre optique

Les lunettes optiques sont divisées en :

Verre fabriqué à partir de matières inorganiques (Verre inorganique);

Verre fabriqué à partir de matières organiques (Verre organique);

Verres en matériaux minéraux-organiques (verre minéral-organique).

Verres optiques fabriqués à partir de matériaux inorganiques

Verre à quartz

Les lentilles en verre de quartz optique possèdent un certain nombre de propriétés optiques supplémentaires nécessaires aux systèmes optiques spéciaux et de précision, par rapport au groupe principal de lentilles en verre de quartz naturel utilisé dans le spectre de la lumière visible et diffèrent par :

L'indice de réfraction le plus bas parmi les verres à base de SiO 2 ( nD= 1,4584) et la transmission lumineuse la plus élevée, notamment pour les rayons ultraviolets.

Haute stabilité thermique, coefficient de dilatation thermique linéaire inférieur à 1·10 -6 K -1 (dans la plage de température de 20 à 1400°C).

La température de ramollissement du verre de quartz est de 1400°C.

En tant que bon diélectrique, la conductivité électrique à 20 °C est de 10 −14 - 10 −16 Ohm -1 m -1, la perte diélectrique tangente à une température de 20 °C et une fréquence de 10,6 Hz est de 0,0025 à 0,0006.

Verre de silicium

Actuellement, des technologies modernes de production et de transformation sont utilisées dans la production de divers verres. L'utilisation de nouveaux outils abrasifs, notamment des outils diamantés, des pâtes spéciales pour le meulage, la superfinition et le polissage, a permis d'établir la production de verres optiques durs et ultra-durs, combinant une isotropie ultra-élevée, une faible dispersion avec l'indice de réfraction le plus élevé ( par exemple, les lunettes, les lentilles, les miroirs en silicium, dans la plage de longueurs d'onde de 1 à 7 microns, ont un indice de réfraction n D = 3,49 !, des lentilles paraboliques en silicium ont été créées pour réfracter et focaliser les rayons X - Éléments optiques en silicium).

Les verres optiques en silicium ont :

isotropie ultra-élevée;

faible dispersion;

le plus grand indice de réfraction avec une valeur absolue n D =3,49 ! ;

échelles d'ondes électromagnétiques transparentes dans la région IR 2 mm - 760 nm ;

résistance au fonctionnement dans la zone de rayonnement X ;

la capacité de conserver longtemps ses propriétés et caractéristiques sous l'influence possible de facteurs externes (mécaniques, climatiques, radiologiques, chimiques, bactériologiques, etc.) ;

haute densité = 2,33 g/cm3.

compatibilité biologique à usage médical (bioglass).

Verre en germanium

Le germanium sous forme de dioxyde de GeO 2 est largement utilisé dans la fabrication de dispositifs optiques tels que lentilles, objectifs, etc., utilisés dans l'industrie optique.

Propriétés du verre optique GeO 2

Indice de réfraction n = 1,7 ;

En outre, une transparence élevée aux rayons de lumière infrarouge ;

Faible dispersion ;

Haute dureté.

Cela le rend utile comme matériau optique pour la fabrication d’objectifs grand angle et l’utilisation de lentilles dans un microscope optique.

Des compositions à base de dioxyde de silicium et de dioxyde de germanium (« quartz-germanium ») sont utilisées comme matériaux optiques pour les fibres optiques des guides d'ondes optiques.

Le dosage correct des impuretés de dioxyde de germanium avec des éléments de quartz, des composants de silicium, etc. lors de la préparation d'une charge pour la fusion du verre vous permet de contrôler et d'ajuster avec précision la valeur de l'indice de réfraction des lentilles. Par exemple, les verres en quartz-germanium ont une viscosité plus faible et un indice de réfraction plus élevé que les verres en quartz pur.

Dans la fabrication de fibres optiques, le germanium remplace désormais le titane comme dopant au quartz pour les fibres de silice, éliminant ainsi le besoin de traitement post-thermique qui rend les fibres cassantes.

Sital lunettes optiques

Les verres optiques Sitall sont produits à base de verres du système Li 2 O-Al 2 O 3 -SiO 2 avec des additifs photosensibles (composés Au, Ag, Cu), qui, sous l'influence de l'irradiation UV et d'un traitement thermique ultérieur du verre, contribuent à la formation d'une structure avec une phase finement cristalline lors de la fusion du verre grâce à la cristallisation sélective. Grâce à cela, des matériaux optiques vitrocéramiques ont été obtenus, dotés d'un large éventail de caractéristiques des matériaux verriers. Ils trouvent des applications dans la microélectronique, l'optique, la technologie des fusées et de l'espace, l'impression en tant que matériaux sensibles à la lumière (par exemple pour la fabrication de circuits imprimés optiques, comme filtres de lumière), la construction, etc.

Matériaux céramiques transparents

Verres en céramique transparents- matériaux céramiques translucides obtenus à base de nanopoudres à base de nanopoudres, formés avec une symétrie cubique d'arrangement atomique et de limites intercristallines lors du processus de pressage à haute température avec une densité proche des monocristaux de ces composés et ayant une diffusion minimale des rayons lumineux transmis , haute transparence dans la zone des ondes électromagnétiques courtes et autres, dureté, dispersité, avec un indice de réfraction n = 2,08 (CASIO EXILIM EX-S100 et CASIO EXILIM EX-S500). .

Verres optiques en silicate de soude

Les verres optiques en soda-silicate sont communément appelés couronnes. Le verre fabriqué avec l'ajout d'anhydride de phosphore est appelé couronne de phosphore, l'anhydride borique est appelé couronne de borosilicate, etc. Le verre optique, qui contient du plomb, est appelé Silex; lorsque sa teneur atteint 50 % de silex léger et plus de 50 % de silex lourd. Le silex a un indice de réfraction plus élevé que la couronne.

Ces deux types de verre sont les plus populaires dans la fabrication de dispositifs optiques, par exemple de lentilles destinées à réduire l'aberration chromatique, fonctionnant dans la gamme de longueurs d'onde du spectre de la lumière visible. Les lentilles positives (qui sont plus épaisses au centre que sur les bords) sont en couronne, les lentilles négatives sont en silex. Lors du développement d’un dispositif optique, un type spécifique de verre optique est sélectionné pour chaque lentille selon le catalogue du fabricant. La figure montre le diagramme d'Abbe pour les types de verre les plus courants, en coordonnées la dépendance de l'indice de réfraction (nD) sur le coefficient. dispersion de la lumière (vD). Voir également le diagramme d'Abbe nd (Vd) - Schott 2000 de LOMO.

Tableau des principales caractéristiques des lunettes optiques

Production de verre optique inorganique

Pour obtenir du verre coloré, des substances contenant du cuivre, de l'or, du sélénium, etc. sont ajoutées à la composition du verre blanc lors de la cuisson.

Le verre optique est fondu à partir d'un lot dans des pots réfractaires spéciaux placés dans un four de fusion de verre. Le lot peut contenir jusqu'à 40 % de calcin de même composition que le verre à bouillir. Le processus de cuisson dure environ 24 heures. Le chauffage s'effectue généralement à l'aide de brûleurs à hydrogène et la température dans le four atteint 1 500 °C. Pendant le processus de fusion, le verre fondu est continuellement agité avec un agitateur en céramique pour obtenir un état homogène et un échantillon est prélevé plusieurs fois pour le contrôle qualité. L'une des étapes de la cuisson est la clarification. A ce stade, une grande quantité de gaz est libérée dans la masse de verre à partir des substances clarifiantes ajoutées à la charge. Les grosses bulles qui se forment remontent rapidement à la surface, capturant au passage les plus petites, qui se forment de toute façon pendant la cuisson. Une fois la fusion du verre terminée, le pot est retiré du four et soumis à un refroidissement lent, d'une durée de 6 à 8 jours. En raison du refroidissement inégal de la masse, des tensions s'y forment, ce qui provoque la fissuration du verre en un grand nombre de morceaux.

Après refroidissement, les morceaux de verre sont triés par taille et qualité, puis ceux qui conviennent sont envoyés pour un traitement ultérieur. Afin de réduire le temps d'usinage, les pièces optiques ne sont pas fabriquées à partir de morceaux de verre ordinaires obtenus après fusion, mais à partir de carreaux ou d'ébauches pressés spéciaux. Pour éviter les tensions provoquées par un refroidissement irrégulier de la masse, les pièces ainsi obtenues sont chauffées à 500 °C puis soumises à un refroidissement extrêmement lent dans des fours électriques, appelé recuit. Si la température baisse fortement, une tension apparaîtra dans le verre, ce qui entraînera une anisotropie. ( Anisotropie(du grec ánisos - inégal et tróros - direction) - la dissemblance des propriétés physiques (physico-chimiques) du milieu (par exemple, conductivité électrique, conductivité thermique, etc.) dans différentes directions au sein de cet environnement. La raison de l'anisotropie est qu'avec un arrangement ordonné d'atomes, de molécules ou d'ions, les forces d'interaction entre eux et les distances interatomiques sont inégales dans différentes directions). Il peut également former moucheron secondaire .

Après recuit, la pièce obtenue est examinée à l'aide d'instruments de contrôle optique de la qualité et une carte des défauts est établie, qui indique la taille, l'emplacement et la nature des défauts du verre.

Traitement du verre inorganique optique

Habituellement, guidé par une carte des défauts, la pièce est découpée avec des scies diamantées en rectangulaires plus petites ou des cylindres en sont découpés à l'aide de scies circulaires. Ils tentent de donner aux ébauches obtenues une forme aussi proche que possible de la forme du futur produit optique avec une petite marge. De plus, bien souvent, les flans rectangulaires sont chauffés jusqu'à un état de déformation plastique et, par pressage, on en obtient des produits d'une forme proche de celle requise. Ensuite, ces flans sont fixés en blocs (généralement en gypse) et polis. Le ponçage comporte plusieurs étapes ; Sur chacun des grains suivants, des grains abrasifs de plus en plus fins sont utilisés. Après chaque étape de broyage, le verre est lavé. Une fois le verre poli, sa forme est contrôlée puis la pièce est polie. Le polissage du verre est un processus physique et chimique à long terme qui peut durer jusqu'à 3 jours. Après polissage, la surface de travail finie du produit est obtenue, prête à l'emploi. Cette surface est protégée, la pièce est retirée du bloc et le bloc est remonté, mais les pièces sont fixées avec l'autre côté vers le haut et les autres surfaces de travail sont meulées et polies de la même manière.

Défauts du verre inorganique optique

Le verre optique est soumis à des exigences accrues en matière d'homogénéité et d'isotropie. Défauts du verre (Défauts du verre- le nom technique des défauts du verre qui perturbent son homogénéité et son isotropie. Une attention particulière est portée à l'élimination des défauts du verre lors de la production de verre optique ; alors que dans la production de verre épaissi et de verre artistique en général, des bulles, des inclusions et d'autres inhomogénéités peuvent servir à créer des effets optiques spéciaux) se produisent également dans les conditions réelles de production de verre (fusion) en raison du temps limité nécessaire pour établir l'équilibre dans la masse de verre refroidissement rapide, etc. .d.

Le verre destiné aux éléments optiques critiques nécessite des matières premières pures et des techniques spéciales de fusion et de refroidissement. Ainsi, le verre des ébauches des plus grands miroirs des télescopes optiques est refroidi pendant plusieurs mois pour soulager les contraintes internes.

Lunettes optiques fabriquées à partir de matériaux organiques

Le verre organique optique (plexiglas) est un matériau dur, cassant et purement amorphe, caractérisé par sa formation dans certaines conditions lors de la surfusion du matériau fondu. polyméthacrylate de méthyle(PMMA) (polymère synthétique méthacrylate de méthyle). Le plexiglas optique (PMMA) est souvent utilisé comme alternative au verre optique silicaté car il:

Résistant aux influences extérieures (humidité, froid, etc.) ;

Plus doux que le verre ordinaire et sensible aux rayures (ce défaut peut être corrigé en appliquant des revêtements résistants aux rayures) ;

Usinabilité facile avec des outils de coupe de métaux conventionnels ;

Facile à découper au laser et pratique pour la gravure ;

Bonne transparence et transmet les rayons ultraviolets et X, tout en réfléchissant les rayons infrarouges ; la transmission lumineuse du plexiglas est quelque peu inférieure (92-93 % contre 99 % pour les meilleurs types de verre silicaté) ;

Faible résistance à l’alcool, à l’acétone et au benzène ;

Le plexiglas est un matériau optique ;

Matériau non éclatant (sûr et utilisé dans tous types de transports (notamment dans la construction aéronautique) ;

Facilement moulé lorsqu'il est chauffé ;

Matériau imperméable ;

Neutre aux rayons lumineux, aux conditions météorologiques, aux effets de l'essence et des huiles d'aviation.

Il existe deux types de plexiglas : moulé et extrudé.

Verres optiques en matériaux minéraux-organiques

Les lentilles de contact sont actuellement fabriquées à partir de matériaux élastiques qui maintiennent indépendamment la courbure nécessaire.

Le soi-disant doux Les lentilles sont constituées de matériaux organiques spéciaux en hydrogel de silicone qui, grâce à la combinaison de propriétés hydrophiles et d'une perméabilité élevée à l'oxygène, peuvent être utilisés en continu pendant 30 jours 24 heures sur 24.

Le matériau de la lentille, en règle générale, est rendu transparent ou légèrement coloré (de sorte qu'une lentille tombée, pratiquement invisible dans l'air et surtout dans le milieu aquatique, soit plus facile à retrouver). Cependant, il existe des variétés de lentilles dans lesquelles le centre est peint de différentes couleurs ou combinaisons de couleurs. Cela vous permet de changer la couleur de vos yeux ou d'en faire une couleur complètement inhabituelle que l'on ne trouve pas dans la nature (et même d'appliquer un motif). Les lentilles de contact à motifs n'ont généralement aucune puissance optique et sont utilisées à des fins récréatives.

Les lentilles peuvent être marquées de marquages ​​indiquant la face avant et, parfois, ses propriétés optiques.

Le verre optique a une composition absolument homogène et certaines constantes optiques. Conçu pour la fabrication de diverses pièces optiques. C’est précisément parce que le verre optique est homogène et possède les mêmes propriétés physiques dans toutes les directions qu’il se différencie du verre technique. Chaque type de verre optique possède ses propres constantes, c'est-à-dire des indices de réfraction pour chaque onde dans une région spectrale particulière.

Selon la pièce à laquelle le verre optique (lentille) est destiné, ces constantes sont maintenues le plus soigneusement possible, tous les paramètres techniques de production sont observés avec la moindre précision, sinon la qualité de la pièce sera extrêmement faible ou pas du tout adaptée à son objectif prévu.

Caractéristiques et indicateurs

Parmi les principales caractéristiques du verre optique, il convient de noter :

• . indice de réfraction ;
• . dispersion

Les indices de réfraction des verres optiques peuvent être trouvés dans des catalogues spéciaux ; si l'on parle d'une brève désignation de l'indice de réfraction, alors le plus souvent ils indiquent l'indice de réfraction n D. coefficient de dispersion ν : ν = n D -1/(n F -nC). Sur la base de cette formule, il convient d'indiquer que plus l'indicateur ν est faible, plus la dispersion est élevée. Et par conséquent, plus ν est élevé, plus la dispersion est faible. Les types de verre se distinguent également par leur dispersion. Lorsque ν est supérieur à 50, le type de verre optique est appelé couronne, inférieur à 50 - silex.

Entre autres choses, tous les indicateurs de ces verres peuvent être renforcés. Autrement dit, il n'existe pas de verre avec un indice de réfraction supérieur à 1,93 et ​​inférieur à 1,45. Le coefficient de dispersion ne peut pas être supérieur à 71 et inférieur à 19. Si des constantes sont requises qui ne rentrent pas dans le cadre ci-dessus, des cristaux spéciaux sont utilisés, par exemple des fluorites.

Éclaircissement

Le revêtement du verre optique est nécessaire, car le rapport d'ouverture des différents types de verre peut ne pas être entièrement précis en fonction de ses caractéristiques. Il est basé sur le phénomène de l’optique physique – l’interférence. Dans ce cas, des films diélectriques spéciaux sont appliqués. Le revêtement a un effet positif sur la qualité du verre, cela est particulièrement vrai pour les optiques utilisées dans les objectifs photographiques et autres équipements similaires. De plus, cette technologie de verre optique offre une bonne protection contre les contraintes physiques et mécaniques.

Propriétés et variétés

En termes de propriétés optiques, le verre doit avoir un haut niveau de transparence ; il ne doit contenir aucun défaut interne artificiel - bulles d'air, fissures, stries, cailloux, etc. La densité optique du verre (une mesure de sa transparence) doit être élevée et répondre à toutes les normes nécessaires.

Le verre optique peut être coloré ou transparent. L'incolore est plus populaire ; il est le plus souvent utilisé pour la production de divers systèmes optiques :

• . lentilles;
• . dossiers;
• . pièces pour systèmes d'observation;
• . pièces pour instruments de mesure.

Ce n'est pas la liste complète des choses dans lesquelles le verre optique incolore peut être utilisé. Le verre optique coloré est utilisé pour fabriquer des filtres de lumière. Le plus souvent réalisé sous forme d'ébauches et de pièces optiques. Le verre coloré peut être

• . jaune;
• . orange;
• . rouge;
• . infrarouge.

Il convient de noter en particulier le quartz optique verre. Sa composition principale est la silice, grâce à ce matériau le verre ne se déforme pas et ne se fissure pas même en cas de changements brusques de températures élevées. Des souvenirs, des voyants, des pipes et des tiges en sont fabriqués. Il existe deux types de ce produit : transparent et opaque.

Les équipements et équipements fabriqués à partir de ce type de verre sont d'une grande valeur dans l'énergie nucléaire, l'industrie chimique, l'aviation et la radioélectronique. Grâce à leurs propriétés uniques, leur praticité et leur durabilité, les objets en verre de quartz ont pris une place de premier plan dans la fabrication d'instruments et la construction de la technologie spatiale.

Il convient de noter que chaque type de verre optique a son propre GOST. Pour chaque type, il existe une catégorie et une classe spécifiques ; pour le verre coloré et incolore, elle est différente. Par conséquent, si vous devez acheter un produit de qualité, vous devez absolument faire attention et prendre en compte toutes ces caractéristiques et paramètres. Si vous décidez à l'avance pourquoi exactement vous avez besoin de verre et de quelle qualité il doit être, choisir l'un ou l'autre type de ce matériau sera beaucoup plus facile.

Caractéristiques de production

La production d’un tel verre n’est pas un processus facile. Sa production nécessite des températures élevées et des équipements spéciaux. Il est bouilli dans des récipients spéciaux à une température d'au moins 1 500 degrés Celsius. Le processus lui-même prend au moins une journée. Après la cuisson, les récipients sont sortis du four et soumis à un refroidissement lent (7 à 8 jours).

Une fois le matériau refroidi, il est soigneusement trié par taille et envoyé pour traitement. Même après cela, le processus n'est pas terminé, car les pièces sont ensuite chauffées (jusqu'à 500 degrés) puis refroidies lentement. Le verre obtenu est ensuite soigneusement inspecté pour identifier d’éventuels défauts et fissures.

La dernière étape de la production est le meulage et le polissage. Le dernier processus prend beaucoup de temps, environ 3 jours. Ce n’est qu’après cela que l’on obtient une surface finie, complètement prête à l’utilisation et à la production de pièces.

Le verre optique est utilisé depuis longtemps presque quotidiennement. Il s'agit d'un type spécial de verre conçu pour produire les parties transparentes des optiques responsables de la formation des images.

La principale caractéristique du verre optique est son uniformité et sa transparence par rapport au verre technique. D'une part, la production de verre est une tâche simple, mais l'introduction d'un certain nombre d'exigences dans la littérature réglementaire relative à la production de verre complique considérablement la production et augmente le coût du processus.

Propriétés de base du verre optique

Parmi les caractéristiques du verre, il convient de distinguer :

• L'indice de réfraction est une caractéristique déterminée par une paire de raies spectrales appelée « doublet de sodium » ;


• La dispersion moyenne est un indicateur déterminé par la différence des caractéristiques réfractives des raies bleues et rouges du spectre ;


• Le coefficient de dispersion est un nombre donné par le rapport de la caractéristique de réfraction à l'indice de dispersion moyen.

Outre le verre incolore, il convient de distinguer le verre coloré du verre optique pour la transformation par rayonnement. Les filtres absorbants sont en verre coloré. La principale différence entre le verre optique coloré et le verre artistique ou technique réside dans sa grande uniformité optique.

Le verre pour la transformation par rayonnement est divisé en :

• Photochromique ;
• Générer du luminescent ;
• Magnétique-optique.

Tous ces verres sont caractérisés par le phénomène de coloration et de luminescence par photo-radiation.

Les verres destinés au domaine de la production optique sont fabriqués à partir de matériaux inorganiques et organiques.

Il convient donc de distinguer les principaux types de verre optique :

• Inorganique;
• Matières organiques ou soi-disant plexiglas ;
• Minéral-organique.

La principale différence entre le verre inorganique réside dans la composition des substances qui composent le matériau. Il s'agit notamment des oxydes (TeO2, B2O3) et des fluorures (AlF3). Le verre de quartz optique appartient également aux verres inorganiques. La formule chimique de son constituant principal est familière à tous - SiO2 (sable de quartz). Un tel verre peut également se former dans la nature (la foudre frappe le sable de quartz), mais il n'est pas considéré comme optique.

En production, le verre de quartz optique est abrégé en quartz. Ce verre a l'indice de réfraction le plus bas et la transmission lumineuse la plus élevée.

Le quartz se caractérise par une haute résistance au traitement thermique. En raison de sa large gamme de transparence, ce type de verre optique est utilisé dans les télécommunications (pensez à la fibre optique). La production moderne de lentilles optiques considère le verre silicaté comme indispensable dans la fabrication de systèmes optiques de complexité variable.

Le verre silicaté est :

• Transparent. À son tour, il est divisé en optique et technique. Le verre optique à partir de sable de quartz est obtenu par fusion de cristal de roche. Un tel matériau est complètement homogène ;


• Opaque. La couleur est conférée par de petites bulles de gaz situées à l'intérieur du matériau.

Le verre de silicium est également produit à base de Si, comme le quartz, mais en diffère par ses propriétés optiques. Le silicium est l'un des matériaux les plus populaires, qui sert de base à la production d'unités et de pièces optiques.

Dans certains cas, les éléments en silicium sont tout simplement irremplaçables. Ainsi, ils sont capables de transmettre des rayonnements IR et de réfracter les rayons X. D'autres matériaux ne sont pas capables de fonctionner aussi efficacement sur une plage aussi large que les verres optiques à base de quartz.

Verre organique optique

Le verre organique (PMMA) est un matériau synthétique du groupe des polymères. Le plexiglas est un matériau transparent, dur et moyennement fragile appartenant à la classe des thermoplastiques. Le matériau est souvent utilisé pour remplacer le verre de quartz.

Caractéristiques du PMMA :

• Le matériau résiste aux facteurs environnementaux agressifs (teneur en humidité élevée, basses températures) ;


• Le plexiglas est beaucoup plus souple que le verre technique et est assez sensible aux dommages mécaniques (chocs, rayures) ;


• Ce type de verre optique est beaucoup plus facile à traiter, même avec des outils de coupe de métaux conventionnels ;


• Il est pratique à utiliser lors de la découpe au laser, qui joue sans aucun doute un rôle clé dans la gravure ;


• Réfléchit efficacement les rayons infrarouges, mais la lumière ultraviolette le traverse. Les rayons X traversent également le plexiglas ;


• Le matériau résiste mal à l'alcool et à l'acétone ;


• Excellente clarté qui ne peut être égalée que par le quartz ;


• Matériau sûr en raison de sa nature incassable ;


• Haute résistance à l’eau ;


• Facilement traité lorsqu'il est chauffé.

Contrairement au verre minéral, le plexiglas polymère présente une résistance accrue aux conditions agressives, mais présente en même temps d'assez bonnes caractéristiques optiques.

Le plexiglas a donc trouvé un large éventail d’applications dans de nombreux domaines d’activité :

• Travaux de recherche ;
• Médecine;
• Fabrication d'unités optiques;
• Construction.

Verre minéral-organique. Les propriétés optiques du verre ont permis d'utiliser le matériau dans le segment de l'ophtalmologie. Un exemple frappant est celui des lentilles de contact. Les lentilles souples sont fabriquées à partir de matériaux ayant une structure biphasique.

Lentilles en verre optique

Le processus de fabrication de lentilles en verre optique est assez complexe et nécessite certaines connaissances et compétences.

Le processus de fabrication des lentilles peut être décrit en plusieurs points :

• Préparation des matières premières;
• Faire fondre le matériau, obtention du mélange initial ;
• Processus de fusion du verre ;
• Verser la matière fondue dans des moules (ébauches) ;
• Refroidissement du matériau (cette étape est la plus longue, dans certains cas elle peut prendre plusieurs mois) ;
• Traitement mécanique du verre refroidi;
• Application d'un revêtement spécial.

Pour qu'un produit soit de haute qualité, un certain nombre d'exigences lui sont imposées. Le mélange doit être homogène, sans additifs (gaz), ce qui assure une propreté totale des lentilles.

L'uniformité est l'un des principaux indicateurs du verre optique. C'est ce paramètre qui détermine les caractéristiques du futur produit. Ainsi, s'il contient des bulles de gaz ou d'autres inclusions, il est difficile de garantir une transparence et une réfraction élevée.

L'homogénéité du matériau signifie que l'indice de réfraction du verre sera égal en tous points. L'isotropie d'un matériau est une propriété qui garantit les mêmes paramètres physiques du verre dans toutes les directions.

De nombreuses entreprises impliquées dans la production d'unités photographiques développent indépendamment leurs propres méthodes de fabrication de matériaux optiques et leurs techniques d'application de revêtements spéciaux sur le verre.

Caractéristiques du verre optique

Les technologies modernes permettent aux fabricants étrangers et nationaux de créer des matériaux aux caractéristiques incroyables.

Le matériau le plus courant en optique est le verre optique incolore. La gamme de matériaux est en constante expansion, la gamme s'agrandit au fil des années. Cela permet de sélectionner le verre le plus adapté à des besoins spécifiques dans un domaine d'application particulier du matériau optique.

Le verre optique transparent est produit en trois séries (0, 100 et 200). Les verres marqués « 0 » conviennent à la production de pièces et d'appareils utilisés dans des conditions normales. Les verres de la série « 100 » sont utilisés dans la fabrication de pièces fonctionnant sous faible rayonnement ionisant. Et les optiques de classe « 200 » sont très demandées dans la fabrication d'unités dont la tâche principale est de travailler dans des conditions de rayonnement intense.

Quelle que soit la série, le verre produit peut avoir une composition chimique différente. Par conséquent, lors de la production, chaque type de verre optique se voit attribuer son propre numéro (marque). Le nom du matériau est composé de lettres et de chiffres. Les lettres indiquent l'appartenance à un type spécifique de matériau optique.

Il est à noter qu'en relation avec l'indice de dispersion, deux types de verres pour l'optique ont été introduits :

• Les couronnes sont des verres à faible indice de réfraction, mais à indice de dispersion élevé. En règle générale, ce sont des verres silicatés ;


• Silex - faible valeur de dispersion, mais indice de réfraction élevé. En règle générale, le verre contenant du plomb (plomb) est classé comme verre silex.

Au stade actuel, la production de matériaux optiques distingue la classe des silex de couronne. Il s'agit d'un groupe intermédiaire entre les verres optiques mentionnés ci-dessus.

En optique également, on évoque les verres dits « spéciaux ». La principale différence entre ces matériaux est que l'indice de réfraction et la valeur de dispersion sont indépendants l'un de l'autre. Les deux caractéristiques peuvent être élevées ou faibles dans un matériau optique, ce qui contredisait jusqu'à récemment tous les canons de l'optique.

La production de matériaux optiques est strictement réglementée. Le verre optique GOST 3514-94 est un document en vigueur qui s'applique aux matériaux incolores et inorganiques pour l'optique. Le document réglementaire prévoit la réglementation de la production d'ébauches d'un diamètre ne dépassant pas 500 mm. Ce GOST fonctionne en conjonction avec un autre document réglementaire - GOST 13240, qui prévoit la production de produits destinés à l'exportation et aux besoins de l'économie de l'État.

Le verre optique GOST 13659-78 couvre la production de matériaux optiques incolores, normalise les propriétés physiques et chimiques et d'autres paramètres du verre.

La littérature réglementaire peut réglementer complètement le processus de production d'optiques, il n'y a donc pas lieu de s'inquiéter de la qualité des produits des fabricants nationaux.

Production de lunettes optiques

Les lunettes optiques jouent un rôle important au stade actuel du développement humain. La production de tels matériaux est une tâche importante et responsable que seuls des professionnels peuvent accomplir. En règle générale, le verre destiné aux appareils optiques est fabriqué par fusion. La méthode d'extrusion et la technologie de moulage sont assez largement utilisées.

Le verre est bouilli dans des pots ignifuges conçus à cet effet à partir d'une charge (un mélange de matières premières). Ces pots de mélange sont placés dans un four spécial pour la fabrication du verre.

Le calcin est souvent inclus dans le tarif. La teneur totale en verre brisé ne doit pas dépasser 40 %. Dans ce cas, le calcin doit avoir la même composition que le produit original.

Ceux. Lors de la cuisson du quartz, le verre brisé doit également être du silicate. La production de verre optique s'effectue à l'aide d'équipements spéciaux - des brûleurs à hydrogène.

Les employés de l'entreprise mélangent soigneusement le mélange jusqu'à ce qu'il soit homogène. Le processus est effectué en continu à l'aide d'un dispositif céramique spécial. Parallèlement, des échantillons de matières premières sont prélevés plusieurs fois pour le contrôle qualité.

L'une des étapes les plus importantes de la cuisson est la clarification. Le processus se déroule tout seul grâce à la libération de gaz lorsque le verre optique est fondu avec l'ajout d'illuminants.

Après cela, les casseroles ignifuges sont retirées du four. Le mélange qu'ils contiennent refroidit lentement. Habituellement, le refroidissement dure 6 à 8 jours, mais il arrive que le processus s'éternise pendant plusieurs mois.

En raison du refroidissement inégal du mélange chaud, le verre se fissure. Ses fragments sont soigneusement triés, inspectés de près et les pièces adaptées à un traitement ultérieur sont sélectionnées.

Pour réduire le temps nécessaire à la production du verre optique, les usines pressent des éclats sélectionnés en petites dalles avant l'usinage.

La presse travaille avec du matériel chauffé à 500 degrés Celsius. Ensuite, le verre est à nouveau soumis à un refroidissement lent. Le processus de refroidissement a lieu dans des fours électriques, appelé « recuit ». Ensuite, un contrôle qualité et une détection des défauts sont effectués.

Lors de la fusion du verre coloré, des substances contenant une teneur élevée en or, cuivre, sélénium ou autre métal non ferreux sont ajoutées au mélange.

La méthode de coulée est utilisée dans la production de verre organique. Un mélange homogène de durcisseurs et de colorants (monomère) est versé entre des plaques de verre de quartz. A ce moment, la polymérisation du matériau se produit, qui dure jusqu'à l'obtention de la feuille de verre organique finie. Les technologies modernes permettent d'obtenir du plexiglas avec les paramètres nécessaires.

La méthode d'extrusion est également utilisée pour la production de verre polymère. Le processus technologique se déroule en continu sur des lignes d'extrusion spéciales. Cela est dû à l'automatisation de la production. Grâce à la technologie, il est possible d'obtenir des feuilles de haute qualité avec des paramètres spécifiés. Généralement, l'épaisseur de la feuille de verre après production sur une ligne d'extrusion est comprise entre 1,8 mm et 10 mm.

Usines de verre optique

La production moderne de verre optique a trouvé sa place sur la scène mondiale. L'industrie est bien développée dans de nombreux pays d'Europe, d'Amérique et de la CEI. Les entreprises étrangères et publiques contribuent chaque année au développement du segment de la fabrication de matériaux optiques.

Parmi les nombreux fabricants de verre pour appareils optiques, seuls quelques-uns méritent d'être qualifiés de meilleurs. Bien sûr, vous pouvez fabriquer un produit de haute qualité, mais ne pas être reconnu au niveau mondial. L'essentiel est que les produits soient de haute qualité et répondent à toutes les normes nationales et internationales.

L'usine de verre optique de Leningrad est l'un des rares fabricants à avoir acquis une reconnaissance mondiale. L'entreprise existe depuis l'époque de la Russie tsariste.

L'entreprise historique a été fondée dans le cadre d'une usine de porcelaine et n'était initialement considérée que comme un des ateliers de production. Aujourd'hui, l'usine a cessé d'exister, mais son successeur est considéré comme le GOI - l'Institut national d'optique.

L'usine de verre optique Lytkarino est l'un des plus grands fabricants de verre optique du pays. Il s'agit d'une entreprise unique et diversifiée qui a connu du succès dans le secteur de la production de verre. L’industrie optique de la Fédération de Russie doit beaucoup à cette entreprise.

L'usine de verre optique Lytkarinsky est l'une des rares entreprises à garantir la capacité de défense de l'État. L'usine a réussi à produire des produits de la plus haute qualité, pour lesquels elle est reconnue dans l'industrie optique mondiale.

OJSC LZOS dispose également d'une bonne base scientifique et technique. De nouveaux types de matériaux optiques et de techniques de fabrication sont développés en production.

Toute la production de l'entreprise est divisée en trois secteurs :

• Fabrication de verre optique par fusion, production d'ébauches, incl. composants pour systèmes à fibres optiques;


• Traitement mécanique et chimique de pièces et de produits ;


• Production d'appareils spéciaux (mécaniques et électriques) pour diverses industries, incl. applications spatiales et de masse.

Le fabricant est apprécié pour ses nombreuses années d'expérience dans l'industrie. C'est grâce à son expérience et à ses équipements modernes que LZOS produit plus de 250 types de produits destinés à l'optique.

Le fabricant fournit du verre coloré et transparent aux entreprises publiques et aux sociétés en Europe, en Asie, dans la CEI et en Amérique. La production de verre optique présentant des caractéristiques particulières est assez largement représentée.

La fierté de l'usine est la production et la fourniture d'appareils de vision nocturne, de lentilles destinées à l'aviation et d'équipements spatiaux à partir de lentilles optiques de grande taille.

Grâce aux développements et aux équipements techniques modernes, l'entreprise est entrée sur la scène mondiale au milieu des années 90. Et au début des années 2000, l'entreprise a réalisé plus de 20 grands projets internationaux.

La société Fluorit est l'une des entreprises de production de verre optique les plus connues de la Fédération de Russie. La verrerie optique est reconnue pour la qualité de ses lentilles optiques, prismes et micro-optiques. Les éléments optiques de haute précision constituent la base du fonctionnement de l’usine.

Le fabricant produit des miroirs pour une large gamme d'appareils :

• Équipement laser;
• Analyseurs de composition de gaz ;
• détecteurs ;
• Équipement pour étudier l'écologie, etc.

Les produits fluorite sont utilisés avec succès par des organisations et des centres de recherche du monde entier. La particularité de l'entreprise est qu'elle entreprend la production de grandes quantités de marchandises (plus de 1 000 unités) et de petites commandes (à partir de 1 pièce)

La qualité des produits Fluorit est entièrement conforme aux normes et exigences internationales. Les principaux clients de l'entreprise sont de grands fabricants d'instruments optiques. Comme le montre la pratique, l'utilisation de produits manufacturiers dans la fabrication d'appareils électroniques est plus efficace.

En général, de nombreuses entreprises russes peuvent se vanter de réalisations au niveau régional, mais le principal indicateur de la demande et de la qualité est l'accès au niveau international.

Et d'autres composants.

Propriétés optiques de base du verre

Les principales propriétés du verre optique sont caractérisées par indice de réfraction, écart moyen Et coefficient de dispersion. Dans certains cas, il est utilisé pour caractériser les verres optiques. écarts partiels et relatif écarts partiels.

Indice de réfraction

L'indice d'atténuation du rayonnement monochromatique et l'indice d'atténuation de la lumière blanche d'une source étalon A sont distingués et utilisés.

Sur la base de la valeur de l'indice d'atténuation de la lumière blanche du rayonnement de la source A, huit catégories de qualité sont établies, déterminées par les valeurs limites μ UNE (\displaystyle \mu _(A)) .

La première catégorie, la plus élevée, comprend le verre avec μ UNE (\displaystyle \mu _(A)) est compris entre 0,0002 et 0,0004 cm−1. Pour de tels verres, la transmission interne d'une couche de 10 cm d'épaisseur varie de 0,991 à 0,995.

Le verre appartenant à la huitième catégorie la plus basse a μ UNE (\displaystyle \mu _(A)), allant de 0,0066 à 0,013 cm−1. Cette plage de valeurs d'indice d'atténuation correspond à une plage de valeurs de transmission interne d'une couche de verre de 10 cm d'épaisseur allant de 0,741 à 0,859.

Types de lunettes optiques

La classification historique des verres optiques reposait sur une compréhension générale de la relation entre la composition chimique et les constantes optiques. Avant les travaux de Schott, les verres optiques étaient presque exclusivement constitués de silice combinée à des oxydes de sodium, de potassium, de calcium et de plomb. Pour de tels verres, il existe une relation fonctionnelle entre les indices de réfraction n et coefficients de variance moyens v, ce qui se reflète dans ce qu'on appelle le diagramme d'Abbe. Dans ce diagramme, les verres optiques incolores sont situés dans une large zone s'étendant du coin inférieur gauche du diagramme jusqu'à son coin supérieur droit. Ainsi, il a été possible de constater la relation entre les modifications de deux caractéristiques optiques principales et la composition chimique des verres optiques. De plus, avec une augmentation de l'indice de réfraction, le coefficient de dispersion diminue généralement.

A cet égard, deux principaux types de verres optiques ont été identifiés : couronnes(verres à faible indice de réfraction et valeurs de coefficient de dispersion élevées) et silex(verres à faibles coefficients de dispersion et indice de réfraction élevé). Dans le même temps, le verre sodo-silicate appartenait au groupe couronne et le verre contenant du plomb appartenait au groupe silex.

Plus tard, en raison de l'augmentation du nombre de verres optiques, il fut nécessaire de diviser le diagramme d'Abbe en un plus grand nombre de sections correspondant à de nouveaux types. Ainsi, les couronnes légères, lourdes et super-lourdes (LK, TK, STK) ont été séparées des couronnes, et les silex légers, lourds et super-lourds (LF, TF, STF) ont été séparés des silex. De plus, un groupe de silex de couronne est apparu entre les couronnes claires et les silex clairs.

De nouveaux types de verres sont apparus, à la fois à base de verriers non silicatés (borate, phosphate, fluorure...) et incluant de nouveaux composants (oxydes de lanthane, tantale, titane). Ces types sont souvent (généralement dans les catalogues de fabricants étrangers) désignés par les noms d'éléments chimiques dont les oxydes confèrent aux verres des propriétés spécifiques.

L'utilisation de verres similaires, caractérisés par différentes combinaisons de l'indice de réfraction principal et du coefficient de dispersion, a considérablement élargi la surface occupée par les verres optiques sur le diagramme d'Abbe. De plus, la relation entre une diminution du coefficient de dispersion et une augmentation de l'indice de réfraction est devenue moins perceptible.

Des lunettes "spéciales"

De plus, il existe ce qu'on appelle "spécial" verre ou verre avec « par un cours particulier de dispersions partielles ». La plupart d'entre eux appartiennent à deux types, unis par des termes collectifs "lang-kron"(couronnes avec écarts partiels relatifs accrus) et "Kurtz-Silex"(silex à écarts partiels réduits). Ces noms, dérivés des mots allemands lang (long) et kurz (court), sont très arbitraires et, pour la plupart des verres « spéciaux », ne sont pas directement liés aux caractéristiques de la composition chimique et/ou de la structure.

Dans les catalogues de verres optiques modernes, des graphiques (schémas) de la dépendance des dispersions partielles relatives sur le coefficient de dispersion moyen (par exemple, dans le catalogue Schott) sont utilisés pour afficher les caractéristiques « spéciales ». Dans ces graphiques, les verres optiques sont situés le long de ce qu'on appelle "ligne normale", directement sur lequel se trouve le verre à dépendance linéaire P g F (\ displaystyle P_ (gF)) depuis ν ré ( displaystyle nu _ (d)).

Dans le même temps, des verres présentant une légère déviation au cours des dispersions partielles ( Δ ν λ 1 ≤ 3 (\displaystyle \Delta \nu _(\lambda _(1))\leq 3)) et situés près de la ligne normale sont généralement appelés "normale", et ceux situés à une plus grande distance (ayant une plus grande déviation au cours des dispersions partielles) sont « spéciaux » (« anormaux »).

Le diagramme « variance partielle relative - coefficient de dispersion » a également été proposé par Ernst Abbe, cependant, afin d'éviter toute confusion, il n'est pas habituel de l'appeler par le nom de l'auteur.

Parmi les verres appartenant au premier type (Lang-kron), il convient de noter les verres dits à faible dispersion, de composition différente, mais caractérisés à la fois par des valeurs élevées du coefficient de dispersion moyen et une valeur élevée du dispersion partielle relative (c'est-à-dire un écart significatif au cours des dispersions partielles par rapport à la « normale »).

Le groupe des « Kurts-Flints » combine également du verre de différentes compositions. En particulier, presque tous les verres Schott des types LaK, LaF, LaSF, ainsi que les STK et TBP russes à haute teneur en oxyde de lanthane, relèvent de cette définition. De plus, les écarts des silex spéciaux par rapport à la « ligne droite normale » sont généralement faibles.

Silex « spéciaux » avec des valeurs accrues de dispersion partielle relative ( Lang-Silex) - il s'agit généralement soit de silex lourds et super-lourds avec une teneur maximale en oxyde de plomb, soit de silex de titane avec une teneur élevée en oxyde de titane.

Production

Pour obtenir du verre coloré, des substances contenant du cuivre, de l'or, du sélénium, etc. sont ajoutées à la composition du verre incolore lors de la cuisson.

Le verre optique est fondu à partir d'un lot dans des pots réfractaires spéciaux placés dans un four de fusion de verre. Le lot peut contenir jusqu'à 40 % de calcin de même composition que le verre à bouillir. Le processus de cuisson dure environ 24 heures. Le chauffage s'effectue généralement à l'aide de brûleurs à hydrogène et la température dans le four atteint 1 500 °C. Pendant le processus de fusion, le verre fondu est continuellement agité avec un agitateur en céramique ou en platine pour obtenir un état homogène et un échantillon est prélevé plusieurs fois pour le contrôle qualité. L'une des étapes de la cuisson est la clarification. A ce stade, une grande quantité de gaz est libérée dans la masse de verre à partir des substances clarifiantes ajoutées à la charge. Les grosses bulles qui se forment remontent rapidement à la surface, capturant au passage les plus petites, qui se forment de toute façon pendant la cuisson. Une fois la fusion du verre terminée, le pot est retiré du four et soumis à un refroidissement lent, d'une durée de 6 à 8 jours. Lorsque la masse refroidit de manière inégale, des contraintes mécaniques s'y forment, ce qui peut provoquer la fissuration du verre en un grand nombre de morceaux.

Après refroidissement, les morceaux de verre sont triés par taille et qualité, puis ceux qui conviennent sont envoyés pour un traitement ultérieur. Afin de réduire le temps de traitement mécanique, les pièces optiques ne sont pas fabriquées à partir de morceaux de verre ordinaires obtenus après fusion, mais à partir de carreaux ou d'ébauches pressés spéciaux. Pour éviter les contraintes provoquées par un refroidissement irrégulier de la masse, les pièces ainsi obtenues sont chauffées à 500 °C puis soumises à un refroidissement extrêmement lent dans des fours électriques, appelés recuit. Si la température chute fortement, des contraintes apparaîtront dans le verre, ce qui entraînera une anisotropie, notamment une anisotropie de l'indice de réfraction. Il peut également former moucheron secondaire.

Après recuit, la pièce obtenue est examinée à l'aide d'instruments de contrôle optique de la qualité et une carte des défauts est établie, qui indique la taille, l'emplacement et la nature des défauts du verre.

Défauts technologiques

Les défauts technologiques des verres optiques comprennent les cailloux, les bulles, les moucherons, la brume, les stries et le stress.

• Pierres sont de petites particules opaques séparées du pot lors de la fusion du verre, ou des particules non fondues de la charge. Un petit nombre et une petite taille de pierres, si elles ne sont pas situées dans ou à proximité du plan focal, n'affectent pas la qualité de l'image, puisqu'elles ne bloquent qu'une petite partie de la lumière traversant le verre.
• Bulles se forment pendant le processus de fusion du verre en raison de la libération de gaz des éléments constitutifs de la charge qui entrent dans la réaction. Presque incontournable dans la production de verre. Les bulles provoquent une diffusion de la lumière et une certaine perte de luminosité de l'image, car les rayons lumineux, se réfractant sur les surfaces des bulles selon des angles nettement plus grands que sur le reste de la zone de l'objectif, sont presque entièrement absorbés par les surfaces internes de l'appareil photo et du cadre de l'objectif.
• Moucheron Il s’agit d’une grande accumulation de minuscules bulles dans la masse du verre, occupant une partie importante de son volume. Le moucheron provoque la diffusion d'une grande quantité de lumière traversant le verre.
• Dymki avoir l’apparence d’une toile d’araignée ou d’une légère brume ondulée dans un environnement vitré. Ils proviennent principalement du frittage des plis formés lors du processus de pressage, ainsi que du frittage de fissures jusque-là inaperçues.
• Séville sont observés dans la masse de verre sous forme de bandes ou de fils transparents en raison de l'indice de réfraction inégal de la masse de verre. Une comparaison avec une goutte d'eau saturée peut donner une idée du svil. Directement dans les pièces optiques, des contraintes (et la biréfringence correspondante) peuvent apparaître sous l’influence de la masse propre de la pièce ou de la pression exercée sur le verre lors de sa fixation dans les cadres.

Des catégories et des classes de qualité ont été établies pour les verres optiques (GOST 23136-93). C'est-à-dire que l'ensemble de la gamme de défauts est divisé en gammes (selon leur nombre, leur taille, leur forme) qui doivent inclure les marques de verre. Pour le verre optique incolore, il existe des normes GOST 3514-94 (anciennement GOST 3514-76). Pour verre optique coloré - GOST 9411-91 (anciennement GOST 9411-76).

Étant donné que le verre optique est fabriqué à des fins spécifiques, non seulement la présence de défauts est normalisée, mais également les écarts des indicateurs optiques par rapport à la norme. Il est plus facile de choisir le verre adapté à vos besoins si vous déterminez à l'avance les critères de qualité.

Traitement

Habituellement, guidé par une carte des défauts, la pièce est découpée avec des scies diamantées en rectangulaires plus petites ou des cylindres en sont découpés à l'aide de scies circulaires. Ils tentent de donner aux ébauches obtenues une forme aussi proche que possible de la forme du futur produit optique avec une petite marge. De plus, bien souvent, les flans rectangulaires sont chauffés jusqu'à un état de déformation plastique et, par pressage, on en obtient des produits d'une forme proche de celle requise. Ces flans sont ensuite fixés en blocs (généralement en plâtre) et polis. Le ponçage comporte plusieurs étapes ; Sur chacun des grains suivants, des grains abrasifs de plus en plus fins sont utilisés. Après chaque étape de broyage, le verre est lavé. Une fois le verre meulé, la pièce est polie puis sa forme (figure) est contrôlée. Le polissage du verre est un processus physique et chimique à long terme qui peut durer jusqu'à 3 jours. Après polissage, la surface de travail finie du produit est obtenue, prête à l'emploi. Cette surface est protégée, la pièce est retirée du bloc et le bloc est remonté, mais les pièces sont fixées avec l'autre côté vers le haut et les autres surfaces de travail sont meulées et polies de la même manière.

Revêtement optique

Après polissage, la qualité de la surface du verre est contrôlée puis, pour améliorer les caractéristiques du produit, l'optique peut être clarifiée en appliquant de minces films transparents, généralement diélectriques. Ces films améliorent les caractéristiques optiques et peuvent améliorer les caractéristiques mécaniques, par exemple en protégeant le verre du trouble lorsqu'il est exposé pendant une longue période à une atmosphère humide.

Histoire

Certaines des premières tentatives sérieuses de production de verre optique, c'est-à-dire de verre présentant une homogénéité chimique et physique suffisante et possédant des propriétés optiques spécifiques, remontent au XVIIe siècle. Ainsi, les travaux du chimiste allemand Johannes Kunckel « Ars vitraria experimentalis » (1689) mentionnent les acides borique et phosphorique comme composants du verre, ainsi que la couronne borosilicate, dont la composition est similaire à celle de certaines variétés modernes. En 1663, le brevet de l'Anglais Tilson mentionnait l'introduction de l'oxyde de plomb dans le « verre Flint », et au XVIIIe siècle ce verre commença à être utilisé pour la fabrication de lentilles achromatiques, d'abord par Chester Moore Hall (1729), puis , avec plus de succès, par Peter Dollond (1758).

Le début de la production industrielle de verre optique peut être considéré comme le résultat de nombreuses années de travail du Suisse Guinan, qui, avec Fraunhofer, a réussi à introduire une méthode plus ou moins fiable pour produire un bon verre optique dans des pots d'une capacité de jusqu'à 400 kg dans l'usine Utzschneider de Benediktbeuern (Bavière). La clé du succès était la technique inventée par Guinan consistant à mélanger mécaniquement la fonte pendant la cuisson, à l'aide de mouvements circulaires d'une tige d'argile descendue verticalement dans le verre. En 1811, Guinan et Fraunhofer lancent deux types de verre optique : couronne (72 % SiO 2, 18 % K 2 O, 10 % CaO) et silex (45 % SiO 2, 12 % K 2 O, 43 % PbO)

Le procédé technologique développé a permis de produire des lentilles tout à fait satisfaisantes d'un diamètre allant jusqu'à 200-250 mm. Cependant, la gamme de verres optiques produits par les verreries dans la première moitié du XIXe siècle était pratiquement limitée à deux types.