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发布时间:2020-07-06 01:47:30

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作者:宋秋芝 编著

出版社:化学工业出版社

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玻璃镀膜技术

玻璃镀膜技术试读:

前言

玻璃是应用广泛的透明材料,玻璃经过各种工艺加工以后,其光学、热学、电学、力学及化学的性能改变,可以制得具有某设定值的太阳光反射率、透射率;辐射热的反射率、透射率;热传导率;表面电阻;机械强度;晶莹高雅的颜色或图案。因此加工玻璃制品具有隔热、控光、导电、隔声、防结露、防辐射、减反射、安全、美观舒适的功能。

随着我国国民经济的迅速发展和城乡居民生活水平的不断提高,对加工玻璃的数量和质量的要求也不断提高。进入21世纪,玻璃精细加工行业发展迅猛。玻璃的加工过程,常是运用热学、化学、电子学、磁学、分子动力学、离子迁移学的处理过程,更多时是运用多种工艺方法共同处理的过程。也就是说,玻璃加工行业已从简单的生产,发展为各学科、各技术相互渗透与交融的高新技术产业。在新的形势面前,为了使广大的生产、科研、使用者能够充分了解玻璃加工技术的发展,掌握其产品性能、生产工艺、检测手段和使用方法,我们在参考国内外有关玻璃深加工方面文献的基础上,并结合玻璃加工技术实践经验,组织编著了这套玻璃加工技术丛书,以飨读者。

本套丛书按照玻璃加工工艺及专业分为四册,即《玻璃冷加工技术》、《玻璃强化及热加工技术》、《玻璃镀膜技术》和《玻璃复合及组件技术》。本套丛书在编写过程中,力求做到既介绍玻璃加工基础知识,又联系生产实际,希望能为从事玻璃加工研究、开发设计、生产、施工、管理、监理等广大同仁提供一些帮助。

由于我们学识水平所限,难免在丛书的整体结构方面,各分册具体技术的阐述方面存在这样和那样的问题及不足,敬请有识之士批评、指正。

借此丛书出版之际,谨向所有关心我们的老领导、老前辈以及同事、朋友表示深切的谢意!刘志海2013年5月前言

随着我国建筑事业的迅速发展,对玻璃的性能要求越来越高,玻璃已由原来单一的遮风挡雨发展到现在具有环保、节能、隔声、美观等多种功能。由此,镀膜玻璃应运而生,并以其显著的节能和良好的装饰效果受到国内外建筑行业的关注及广泛采用。在建筑玻璃功能化发展的过程中,镀膜工艺起到了关键作用,它可以有效地改善玻璃对光、热、电的控制功能,有效实现玻璃的复合功能。

玻璃镀膜是在普通平板玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜,以改变玻璃的光学、热学、电学等性能,满足某种特定要求。其产品主要配套用于建筑业、汽车业和电子高新技术等领域。其中被广泛应用的品种有热反射膜玻璃、低辐射膜玻璃、阳光控制膜玻璃、ITO透明导电膜玻璃以及TiO薄膜自洁净玻璃等。2

镀膜玻璃的广泛应用极大地推动了玻璃镀膜技术的飞速发展。为满足玻璃镀膜技术从业人员的需要,笔者在参考了有关文献资料,并结合实践经验的基础上,编写了本书。

本书以各种玻璃镀膜的性能、技术原理、制备方法、制备过程及装备、产品质量检验检测为主线,较为详细地介绍了玻璃低辐射膜、阳光控制膜、自洁净膜以及透明导电膜的镀膜技术,以期对从事玻璃镀膜加工生产的技术人员、操作人员有所帮助。

本书在编写中,得到了马军、刘世民、王彦彩、王立坤、冀杉、刘笑阳、付一轩等同志的大力支持和帮助,在此一并致以衷心的感谢!

鉴于玻璃镀膜技术发展势头强劲,加之笔者学识有限,实践经验不足,难免在某些问题的界定、分类以及表述等方面存在疏漏和不妥之处,敬请有识之士不吝赐教,给予批评指正。编者2013年6月第1章 玻璃镀膜技术基础知识1.1 概述

在玻璃上镀膜,是为了使玻璃表面产生可控的光学、电学、化学和力学性质的特殊变化,获得特殊的功能。其功能大致可分为三种,主动元件功能(比如透镜、节能镀膜玻璃)、被动元件功能(比如干涉滤光片的衬底)和装饰功能。

玻璃镀膜的真正发展很难追溯到准确的年代,不过已知最早的玻璃镀膜镀的是减反射膜,是1817年Fraunhofer在德国用浓硫酸或硝酸处理抛光玻璃时偶然得到的,只可惜当时并没有找到技术应用。而目前大家公认玻璃镀膜开始的年代是1835年德国化学家利比格手工涂镀玻璃银镜的发明。之后,20世纪相继发明了各种物理的、化学的或物理-化学的镀膜方法。在玻璃上镀膜的目的,是为了使玻璃产生可以控制光学、电学、化学和力学性质的特殊变化。

1935年美国的Strong和德国的Smaküla几乎同时发明在真空下将氟化钙蒸发和凝结到玻璃表面上的方法,制成单层减反射涂层。1942年美国的Lyon用沉积到预先加热的玻璃上的方法,制备出第一个稳定的和耐磨的单层减反射涂层,第二次世界大战后,这种材料和沉积技术变成了标准工艺。

1938年美国研制多层减反射涂层,不久在欧洲也取得了成功。但是,对多层系统达到技术上完美的解决,是1949年首先由Auwärter获得的这种被称为“Transmax”的优质减反射双层涂层,此产品一出现立即供不应求。1965年宽带三层减反射系统研制成功,那时借助于现代电子计算机,已能较容易而快速地设计出膜系统。

高反射涂层的工业研制早于减反射涂层,利用高反射金属膜可以使玻璃的反射率显著提高。1835年以前,已用化学湿选法沉积出银镜膜。1912年Pohl和Pringsheim首先尝试了在真空条件下,用各种金属的蒸发和凝结来沉积镜面膜,他们用陶瓷坩埚作为蒸发源。1928年Ritsch也蒸发出银镜。1933年Strong找到了一种既简单又富有成效的蒸发铝的技术,他把铝加在螺旋形的钨丝蒸发器上,这种技术目前仍经常使用。用铝蒸发技术制镜在各方面都优于银,在可见光范围内,铝的反射率差不多与银相同,但在紫外区却比银高得多,铝与玻璃的黏附强于银,而且当暴露在大气中时不失去光泽。其他性能如可见光区域反射率和透射率均匀,使铝膜有了更广泛地应用。例如,第一盏镀铝灯是美国通用电气公司的Wringt在1937年制成的。在此期间,Auwärter在W.C.Heraeus GmbH公司制成第一个蒸发的抗腐蚀硬铑镜,这种镜在医学上有重要应用。几年之后,Walkenhorst于1941年指出,对可见光,铝膜的反射率随沉积率的增加而增加。后来发现,要达到紫外高反射率,必须快速沉积。

在同一时期,1955~1961年Hass等人发明了氧化硅保护铝表面镜。除了天文应用的镜面之外,防机械损伤保护涂层在其他镜面制造上十分重要。最后,对于近紫外范围应用,主要的是需防止纯铝膜暴露于空气中发生氧化而引起的性能衰退,应在其上覆以MgF或LiF保2护层。

1939年德国的Schott和Genossen、Geffcken等人沉积出第一个薄膜金属介质窄带Fabry-Perot型干涉滤光片,对后来薄膜干涉系统的发展有重要作用。实际上,要制造对环境稳定的复杂薄膜干涉系统,如多层减反射涂层、各种干涉镜组件、分束镜及某些高、低通边沿滤光片等,需要坚硬而耐腐蚀的涂层材料。1952年Auwärter用化学气相沉积工艺,很容易地制出了这些膜。

20 世纪60年代末,欧洲玻璃制造商在实验室成功研制出基于离线生产的低辐射镀膜。1978年,美国Interqane 公司成功地将低辐射膜玻璃首先应用于建筑物上。世界上在线镀膜技术生产工艺始于1973年,英国Pilkington 公司首先研制、开发和生产出电浮法玻璃,1978年又采用浮法在线高温热解沉积法镀膜工艺研制成功在线低辐射膜,1985年正式实现商业化生产,并最早在德国Gladbek工厂的浮法玻璃生产线上使用。在线低辐射玻璃投放市场以后,在国际玻璃市场上引起了强烈反响,迅速得以推广。在线低辐射玻璃在英国市场上1992年的销量比1991年骤然增加60%以上,为了满足市场需求,Pilkington在本部的盛海伦工厂建了一条在线低辐射玻璃生产线,又在美国的子公司LOF玻璃厂和德国的子公司威尔海姆工厂安装了在线低辐射玻璃生产设备。与此同时,英国的Pilkington将使用在线低辐射玻璃生产技术许可证同时出售给美国的PPG公司和法国的圣戈班公司。1994年法国又开始向市场提供第二代低辐射膜玻璃。进入21世纪后,英国、法国、美国、德国和日本对离线技术进行升级,很快研制成功离线镀膜工艺并生产出“硬膜”,比如,2003年瑞士的Glas Trosch公司用磁控溅射法研制出具有抗反射的低辐射膜。

TCO(透明导电氧化物)薄膜最早出现于20世纪初,1907年Badeker首次制成了氧化镉(CdO)透明导电薄膜,引起了人们的较大兴趣。但是,直到第二次世界大战,由于军事上的需要,TCO薄膜才得到广泛的重视和应用。1950年前后出现了SnO基和InO基薄膜。223ZnO基薄膜兴起于20世纪80年代。相当长一段时间内,这几种材料在TCO薄膜中占据了统治地位。直到20世纪90年代中期,才有新的TCO薄膜出现,开发出了多元TCO薄膜、聚合物基体TCO薄膜、高迁移率TCO薄膜以及P型TCO薄膜。SnO基和InO基材料也通过掺加223新的元素而被制成高质量的TCO薄膜。近年来ZnO薄膜的研究也不断深入,掺铝的ZnO薄膜(简称AZO膜)被认为是最有发展潜力的材料之一。同时,人们还开发了ZnSnO、InSnO、MgInO、24431224CdInO等多元透明氧化物薄膜材料。

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1972年,Fujishima和Honda首先报道了用TiO作为光催化剂分解2水制备氢气。1977年Bard用TiO作光催化剂将CN—氧化为OCN—,2开创了用光催化剂处理污水的先河。1995年美国的Paz研制了玻璃表面上光催化TiO膜,同年日本东京汽车展上,汽车制造商展出了赛车2上用自洁净玻璃风挡。2001年美国的PPG玻璃工业公司和ATOFINA公司采用气相沉积法在线制备自洁净膜。2001年年底,北美皮尔金顿公司经过30年研究,公布了能分解尘埃的窗玻璃。2002年,日本旭硝子公司采用气相沉积法制备出自洁净膜,但锐钛矿型TiO晶体含2量低,自清洁效果差。之后,英国皮尔金顿公司和法国圣戈班公司均采用气相沉积法相继研究制备出自洁净膜。

一般来说,由于各种原因,如要求玻璃等材料有独特的光学和电学性质,或要求材料保存,或要求满足某些工程设计(比如建筑节能)需要等,对其镀膜是所希望的或必需的。所以为了改进建筑物的节能和性能,玻璃镀膜越来越受到人们的关注。1.2 玻璃的光学性质

玻璃的光学性质是指玻璃的折射、反射、吸收和透射等性质。玻璃是常用的透光材料,对其光学性质的研究在理论上和实践上都具有重要意义。

玻璃是一种高度透明的物质,可以通过调整成分、着色、光照、热处理、光化学反应以及涂膜等物理和化学方法,获得一系列重要的光学性能,以满足各种光学材料对特定的光性能和理化性能的要求。

玻璃的光学性能涉及范围很广,以下仅在可见光范围内(包括近紫外和近红外)讨论玻璃的折射率、色散、反射、吸收和透射。1.2.1 玻璃的折射率

当光照射到玻璃时,一般产生反射、透过和吸收,这三种基本性质与折射率有关。

玻璃的折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的降低(以真空中的光速为准)。如果用折射率来表示光速的降低,则:

式中 n——玻璃的折射率;

c——光在真空中的传播速度;

v——光在玻璃中的传播速度。

一般玻璃的折射率为1.5~1.75。

光在真空中的传播速度不同于在玻璃中的传播速度,因为光波是电磁波,而玻璃内部有着各种带电的质点,如离子、离子基团和电子。对玻璃来说,光波是一个外加的交变电场,故光通过玻璃时,必然会引起玻璃内部质点的极化变形。在可见光的频率范围内,这种变化表现为离子或原子核外电子云的变形,并且随着光波电场的交变,电子云也反复变形,如图1-1所示。玻璃内这种极化变形需要能量,这个能量来自光波,因此,光在通过玻璃的过程中,光波给出了一部分能量,于是引起光速降低,即低于在空气或真空中的传播速度。图1-1 在光波作用下玻璃中离子的电子云变形示意

玻璃的折射率也可以用光的入射角的正弦与折射角的正弦之比来表示,如式(1-2)和图1-2所示。

式中 ∠AOB——入射角;

∠COD——折射角。图1-2 光在玻璃中的折射示意

玻璃的折射率与入射光的波长以及玻璃的密度、温度、热历史和玻璃的组成有密切的关系。1.2.1.1 玻璃折射率与组成的关系

总体来说,玻璃折射率取决于玻璃内部离子的极化率和玻璃的密度。玻璃内部各离子的极化率(即变形性)越大,当光波通过后被吸收的能量也越大,传播速度降低也越大,则其折射率也越大。另外,玻璃的密度越大,光在玻璃中的传播速度也越慢,其折射率也越大。

若把玻璃近似看成是各氧化物均匀的混合物,则就每一种氧化物来说,它的极化率α、密度d与折射率n之间有如下关系。iii

式中 N——阿伏加德罗常数;

M——氧化物分子量。i

用V代表,用R代表,则得:ii

式中 R——氧化物的分子折射度;i

V——氧化物的分子体积。i

经整理后,式(1-4)可改写成。

从式(1-5)可知,氧化物(组分)的折射率n是由它的分子体i积V和分子折射度R决定的。分子折射度越大,玻璃折射率越大;分ii子体积越大,则玻璃折射率越小。

玻璃的分子体积标志着结构的紧密程度。它取决于结构网络的体积以及网络外空隙的填充程度。它们都与组成玻璃的各种阳离子半径的大小有关。对原子价相同的氧化物来说,其阳离子半径越大,玻璃的分子体积越大(对网络离子是增加体积,对网络外离子是扩充网络)。

玻璃的折射度是各组成离子极化程度的总和。阳离子极化率取决于离子半径以及外电子层的结构。原子价相同的阳离子其半径越大,2+3+则极化率越高。而外层含有惰性电子对(如Pb、Bi等)或18电子2+2+2+结构(Zn、Cd、Hg等)的阳离子比惰性气体电子层结构的离子有较大的极化率。此外,离子极化率还受其周围离子极化的影响,这对阴离子尤为显著。氧离子与其周围阳离子之间的键力越大,则氧离子的外层电子被固定得越牢固,其极化率越小。因此当阳离子半径增大时不仅其本身的极化率上升,而且也提高了氧离子的极化率,因而促使玻璃分子折射度迅速上升。

由于当原子价相同的阳离子半径增加时分子体积与分子折射度同时上升,前者降低玻璃的折射率,而后者使其增高,故玻璃折射率与离子半径之间不存在直线关系(图1-3)。从图1-3可看出,当原子价相同时,阳离子半径小的氧化物和半径大的氧化物都具有较大的折射率,而离子半径居中的氧化物在同族氧化物中具有较低的折射率。这是因为离子半径小的氧化物对降低分子体积起主要作用,而离子半径大的氧化物则对提高极化率起主要作用。综合这两种效果,故玻璃的4+3+5+折射率与离子半径之间呈“马鞍形”。Si、B、P 等网络形成体离子,由于本身半径小,电价高,它们不易受外加电场的作用而极化。2-2-不仅如此,它们还紧紧束缚周围的O的电子云,使O不易受外电场的作用而极化。鉴于上述原因,网络形成离子对玻璃折射率起降低作4+用。例如在石英玻璃中除了Si属于网络形成离子外,其余的都是桥氧离子,这两种离子的极化率都很低,因此石英玻璃的折射率很小,2-仅为1.4589。受外电场作用而变形的O,主要是非桥氧,一般来说非桥氧越多,折射率越高。通常提高碱金属氧化物的含量,可使非桥氧的数量增多,玻璃的折射率即增大。图1-3 阳离子半径与玻璃折射率的关系曲线=0.1nm2-

氟离子的可极化性低于氧离子,F-的折射度(2.4)低于O的折射度(7.0),因此氟化物玻璃具有很低的折射率。

玻璃的折射率也可根据加和公式进行计算。

式中 p,p,…,p——玻璃中各氧化物的组成(摩尔分12i数),%;

n,n,…,n——玻璃中各氧化物成分的折射率计算系数(表12i1-1)。表1-1 玻璃中各氧化物成分的折射率计算系数① 干福熹等.光学玻璃.北京:科学出版社,1964.

表1-1所列仅为一部分氧化物的折射率计算系数,其中PbO、AlO、BO、SiO等氧化物,需按特定方法计算。23221.2.1.2 玻璃的色散

玻璃折射率随入射光波长的不同而不同的现象,称为色散。在测量玻璃的折射率和色散值时,是指一定的波长而言的。

由于色散的存在,白光可被棱镜分解成七色光谱。若入射光不是单色光,通过透镜时,由于色散,将在屏上出现模糊的彩色光斑,造成色差而使透镜成像失真。这点在光学系统设计中必须予以考虑,并常用复合透镜予以消除。光波通过玻璃时,其中某些离子的电子要随光波电场变化而发生振动。这些电子的振动有自己的自然频率(本征频率),当电子振子的自然频率与光波的电磁频率相一致时,振动就加强,发生共振,结果大量吸收了相应频率的光波能量。玻璃中电子振子的自然频率在近紫外区,因此,近紫外区的光受到较大削弱。绝大多数的玻璃,在近紫外区中折射率最大并逐步向红外区降低,如图1-4所示。在可见光区玻璃的折射率随光波频率的增大而增大。这种折射率随波长减小而增大,当波长变短时,变化更迅速的色散现象,叫正常色散。大部分透明物质都具有这种正常色散现象。当光波波长接近于材料的吸收带时所发生的折射率急剧变化,在吸收带的长波侧,折射率高,在吸收带的短波侧的折射率低,这种现象称为反常色散,如图1-5所示。

玻璃内部相邻离子相互间的作用,对于电子的振动也有影响。因此,不同类型玻璃的色散曲线相似,但又不尽相同,如图1-6所示。图1-4 在有吸收带时玻璃折射率与光波波长的关系图1-5 色散曲线示意图1-6 不同类型玻璃的色散曲线示意1—K517/641;2—BK534/554;3—F620/363;4—2F755/2751.2.1.3 玻璃折射率与温度、热历史的关系

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。

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;2-另一方面由于温度升高,导致阳离子对O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。

从式(1-7)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-7-1[为(60~80)×10℃],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)×-7-110℃],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。如图1-7所示是几种氧化物折射率与温度的关系。图1-7 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,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。1.2.2 玻璃的光学常数

玻璃的光学常数包括玻璃的折射率、平均色散、部分色散和色散系数。

玻璃的折射率以及与此有关的各种性质都与入射光的波长有关。因此,为了定量地表示玻璃的光学性质,首先必须确立某些特殊谱线的波长作为标准波长。在可见光部分中,玻璃折射率和色散的测定值通常采用如表1-2所示波长,这些波长代表着氢、氦、钠(双线的平均值)、钾(双线的平均值)、汞等发射的某些谱线,其数据见表1-2。表1-2 各种光源的谱色

在如表1-2所示波长下测得的玻璃折射率分别用n、n、n、DdFn、n、n表示。在实际应用中比较不同玻璃波长时,一律以n为CgGD准。

玻璃的色散,有下列几种表示方法。

① 平均色散 即n与n之差(n-n),有时用Δ表示,即Δ=n-n。FCFCFC

② 部分色散 常用的是n-n、n-n、n-n和n-n等。dDDCgGFC

③ 色散系数(阿贝数)以符号ν表示:

④ 相对部分色散 如等。

光学常数中最基本的是n和n-n,由此可算出阿贝数,阿贝数DFC是光学系统设计中消除色差经常使用的参数,也是光学玻璃的重要性质之一。1.2.3 玻璃的反射、吸收和透过

当光线通过玻璃时也像通过任何透明介质一样,发生光能的减少。光能之所以减少,部分是由于玻璃表面的反射,部分是由于光被玻璃本身所吸收,只剩下一部分光透过玻璃。玻璃对光的反射、吸收和透过可用反射率R、吸收率A和透射率T来衡量,这三个性质的数量关系可用下式表示,若以入射光的强度为100%,则:1.2.3.1 反射

根据反射表面的不同特征,光的反射可分为“直反射”和“漫反射”两种。光从平整光滑的表面反射时为直反射,从粗糙不平的表面反射时为漫反射。

从玻璃表面反射出去的光强与入射光强之比称为反射率,它取决于表面的光滑程度、光的投射角、玻璃折射率和入射光的频率等。它与玻璃折射率(n)的关系在光线与玻璃表面垂直时可用下式表示。

如果入射角<20°,式(1-9)也近似适用。

光的反射率大小取决于下列几个因素。

① 入射角的大小 入射角增加,反射率也增加。

② 反射面的光洁度 反射面越光滑,被反射的光能越多。

③ 玻璃的折射率 玻璃的折射率越高,反射率也越大。

为了调节玻璃表面的反射系数,常在玻璃表面涂以一定厚度的和玻璃折射率不同的透明薄膜,使玻璃表面的反射系数降低或增高。若在玻璃表面涂以比玻璃折射率小的物质且符合(n为薄f膜的折射率;n为玻璃的折射率)以及膜的厚度为λ/4(λ为波长)G时,则玻璃的反射系数降低,这层薄膜称增透膜(或减反膜)。这是由于在反射时两个不同界面的反射光将会引起干涉,由于两个表面反射光强相等,而波的相位差为半个波长,这种情况下就产生了消光,则表面不再有光反射出来。在涂膜过程中,要获得λ/4的膜厚有困难时,只要膜厚是λ/4的奇数倍即可。但即使薄膜厚度有误差,也能减少反射。

凡用单层增透膜不能获得满意效果时,可以涂多层增透膜。

如果光学仪器需要提高玻璃表面的反射光,则可涂以折射率比玻璃折射率大一些的物质。1.2.3.2 散射

由于玻璃中存在着某些折射率的微小偏差,因而产生光的散射。散射现象是由于介质中密度不均匀而引起。一般玻璃中的散射特别小,除乳白玻璃和光通信纤维玻璃等特殊玻璃以外,在实际上都可以不予考虑,但它可作为研究分相的重要手段。

光的散射服从瑞利散射定律,即:

式中 I——入射光以β角度投射于颗粒时的散射强度;β·r

d′——粒子的光密度;

d——介质的光密度;

M——颗粒的数量;

λ——入射光波长;

V——颗粒的体积;

r——观测点的距离。

由式(1-10)可知,散射光的强度与波长的四次方成反比,而与微粒体积的平方成正比。

如散射颗粒的大小与波长相差不多,则不遵守上述规律。

一般玻璃的乳白性主要取决于微粒的大小、折射率和微粒的体积,但影响最大的是微粒与玻璃的折射率之差,其差值越大乳浊性越大。如二氧化钛(金红石)的折射率(2.76)与玻璃的折射率(1.84)差别最大,是最有效的乳浊剂,常用于乳浊度要求高的玻璃仪器标度用的耐酸釉和搪瓷制品等。玻璃中常用的乳浊剂为氟化物,其折射率比玻璃小,因此适当增大玻璃的折射率(加入一些PbO、ZnO等)也可提高乳浊性。1.2.3.3 吸收和透过

当光线通过玻璃时,玻璃将吸收一部分光的能量,光强度随着玻璃的厚度而减弱,并有下列关系。

式中 I——开始进入玻璃时光的强度(已除去反射损失,即0I=1-R);0

l——光深入玻璃的深度直至光透出玻璃为止,又叫“光程长度”;

I——在光程长度为l处光的强度;

a——玻璃的吸收系数,由于I<I,因此a为负值。0

从式(1-11)可得:

则有-1

由式(1-12)可知,当l的单位为cm时,a的单位应是cm。对于平板玻璃来说,由于有两个表面,光将在表面反复反射和吸收,此时总透射率T为:

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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