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5种典型的特种玻璃材料分析

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  特种玻璃是通过光、电、磁、热和化学等作用而表现出特殊功能的玻璃,是重要生产和生活的关键性和基础性材料。由于拥有普通玻璃无可比拟的高新特性,特种玻璃在现代科学技术领域占据着其他材料无法替代的地位,其突出特征与新兴产业和国防需求紧密联系。目前,世界各国越来越关注高新性能特种玻璃材料的开发和应用,特种玻璃的研发和生产水平已成为一个国家材料发展水平的重要标志之一。
  
  下面,为您简要介绍5种典型的特种玻璃材料。
  
  1.透红外玻璃
  
  红外材料是红外技术产业的基础,红外技术的发展是以红外材料的发展为先导和标志的。目前应用的红外材料,按物质形态、性能及制备方法主要分为单晶、多晶和红外玻璃。其中红外玻璃不仅具有较好的红外透过性能、优良的光学均匀性、较高的机械强度,而且制造成本低廉、光学加工工艺简单、可加工成复杂异形制品而备受关注。
  

  目前,红外玻璃作为视窗、透镜、整流罩等在红外探测技术和红外成像技术中获得广泛应用。上世纪90年代以来,俄罗斯、美国和英国等西方发达国家都投入巨资对红外玻璃展开了研究,并将红外玻璃材料装配于重点型号战机的光电(词条“光电”由行业大百科提供)探测系统,极大提升了作战能力。
  
  例如,美国海军实验室研制的大尺寸(00mm)钡稼锗酸盐红外玻璃吊舱、俄罗斯莫斯科技术玻璃研究院研制的口径(250mm铝酸钙玻璃整流罩均已批量装备机载光电雷达系统。
  
  2.耐辐照玻璃
  
  耐辐照玻璃是一种经高能射线辐照或粒子轰击后,可见光透过率衰减很小的特种玻璃。耐辐照玻璃具有耐辐照稳定性强、透光性大及物化性能稳定等特点,主要用于航天、核工业和医学等领域的窗口材料。
  

  目前,美国Corning公司和英国Pilkington公司在耐辐照玻璃的研究和生产领域处于世界领先水平,它们均采用配合料熔融后直接拉制成形的工艺方法,生产的玻璃板面宽度可达400mm,最小厚度为0.05mm,由于成形表面为自由表面,玻璃的抗弯强度(词条“抗弯强度”由行业大百科提供)达到130一150MPa。
  
  3.特殊色散玻璃
  
  大部分光学玻璃在相对色散二二与阿贝数v的关系图中处于一条直线上,这一直线被称为“正常线”。特殊色散玻璃就是一类偏离正常线较远的光学玻璃。特殊色散玻璃主要性能特点是具有较大的相对部分色散偏离值,在光学系统中与其他玻璃组合可以减少玻璃透镜片数,简化光学系统结构,尤其重要的是,能够消除二级光谱,提高成像质量和几何精度,满足长焦距、大视场和高精度光学系统的性能要求。
  

  目前,德国Schott公司的特殊色散玻璃制备技术居世界领先水平,先后推出产品牌号有N-KZFS2,N一KZFS4和N-KZFS11,其中N一KZFS11玻璃具有适中的阿贝数、较大的相对部分色散偏离值、性能稳定和可加工性好等特点,被广泛应用于遥感卫星的立体测绘相机的透镜、空间望远镜的透镜以及非球面镜面形检测的补偿镜头等。
  

  4.透紫外玻璃
  
  大部分无色光学玻璃在可见光范围具有很高的透过率,但对紫外线存在不同程度的吸收,原因是在高能量紫外线照射下,激发了电子在大于3eV能级之间跃迁,吸收紫外线。因此只有少数具有特殊成分的玻璃具有较好好的紫外透过性能。透紫外玻璃具有250nm以上波段的高透过、高抗热冲击、高硬度和优异化学稳定性(词条“化学稳定性”由行业大百科提供)等优点,适合与可伐合金进行高频封接,主要用于紫外光谱仪、地质勘探、无损检验以及要求紫外-可见光透过率都很高的光学仪器、摄像镜头等。
  

  目前,报道的透紫外玻璃大多数属于磷酸盐系统,代表德国Schott公司的8337B玻璃。该玻璃的在254nm处的透光率高达70%,而且膨胀系数为47X10-7/℃,适宜与可伐合金进行高频封接。但由于含有一定量的P2Q5,8337B玻璃的化学稳定性较差,仅为V级,其应用环境受到极大限制,无法满足重点武器装备的使用环境要求。
  
  5.锂离子导电(词条“导电”由行业大百科提供)微晶玻璃
  
  锂离子导电微品玻璃是通过对其基础玻璃进行高温晶化处理而得到的,由导电主晶相、杂质相和残余玻璃相组成的一种新型能源材料。锂离子导电微晶玻璃具有高离子导电性、优异化学稳定性、宽使用温度范围和低成本等特点,被视为无机固体电解质的有力候选材料之一。锂离子导电微晶玻璃表现出极其诱人的应用潜力,有望在全固态锂电池、锂一空气、锂一水电池等产品中获得应用。
  

  近年来,日本Ohara公司、美国Dayton大学和新加坡国立大学等单位研究了锂离子导电微品玻璃的组份和晶化工艺对晶相组成、微观结构及电导率等的影响。


  我国特种玻璃的发展现状及趋势

  
  目前,我国特种玻璃研究和产业化已取得较大进展,理论创新、技术发明和新型品种不断涌现。但与欧美发达国家相比,我国特种玻璃在基础理论研究、产业化和应用开发等方面仍存在较大差距。当前制约特种玻璃发展的瓶颈还较多,主要表现为:
  
  (1)创新能力不足,跟踪为主,自主产品少。由于特种玻璃的基础研究薄弱,对其“组成一结构一性能"关系规律的认识不深,产品研制仍以跟踪为主,自主创新较差。特种玻璃小型浮法制备技术、高光学均匀胜控制技术、表面改性技术可控晶化技术等核心技术主要由美国Coring公司和德国Schott公司掌握。
  
  (2)工艺成熟性低,产品质量可控性较差。我国特种玻璃研究起步较晚,技术积淀薄弱,对相关共性关键性技术认识不足。工艺装备、基础设施配套和生产工艺成熟性低,难以满足特种玻璃的品种、技术和工艺的技术升级需要;特种玻璃标准体系和检测体系不健全,产品质量可控性较差,严重影响特种玻璃的推广应用。
  
  (3)企业国际竞争力亟待提高。特种玻璃属于典型的多品种、小批量产品。目前,我国特种玻璃的生产主要集中于科研院所和高等学校中,生产规模小,难以进行批量化生产。同时,由于拥有普通玻璃无可比拟的高新性能,特种玻璃主要应用于事关国家命脉和国防建设等关键领域,需求量小,盈利能力弱,导致特种玻璃相关企业的国际竞争力弱。
  
  展望未来,特种玻璃的发展趋势是高性能、大尺寸、功能集成化和品种系列化等。为攻克特种玻璃制备的共性问题、解决重点领域对特种玻璃的配套需求并缩小与国外高性能特种玻璃的差距,未来我国特种玻璃的发展重点为:
  
  (1))加强基础研究,提高自主研发能力。加大科研经费投入,鼓励高校、科研院所和企业重视特种玻璃基础研究,深入提示特种玻璃的“组分-制备-性能”关系规律,为产业化提供理论依据和实验指导;通过产学研相结合,增强特种玻璃的自主研发能力,在连续熔制、大尺寸成形和高光学均匀性等关键技术方面取得根本性突破。
  
  (2)升级传统产品,加快开发新型特种玻璃。通过组分优化、制备技术和装备提升,改善传统特种玻璃性能,降低制备成本,实现品种系列化;根据应用需求,开发具有重大市场前景的新型特种玻璃,尤其是硫系玻璃、低温封接玻璃、无碱玻璃基板和零膨胀微晶玻璃等。
  
  (3)提高产品附加值,实现功能集成化。高附加值己成为当代特种玻璃行业发展的重要特征之一。我国应加大特种玻璃材料和相关器件的应用研究,提升产品附加值,如硫系玻璃光纤产业化、红外玻璃镀膜(词条“玻璃镀膜”由行业大百科提供)和非线性玻璃的表面改性等,实现产品功能集成化。
  
  (4)加强科技创新,走绿色制造之路。通过科技创新,优化玻璃组分,实现特种玻璃中“无铅、无砷”;提升制备技术和装备水平,节能减排,确保特种玻璃整个制备过程绿色环保。
  (来源:中国幕墙网)



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