Производство оптического стекла, которое растет как форма жизни
Вы знаете, как изготавливается стекло, которое используется для производства линз вашего объектива? Это очень сложный и интересный процесс, ведь для передачи света линза должна быть чрезвычайно прозрачной. Кроме того, важно, чтобы изменения формы и характеристик, вызванные изменением температуры линзы, были минимальными. Поэтому для изготовления линз требуются особенно качественные материалы. Это синтетическое кварцевое стекло.
Отличительной особенностью синтетического кварцевого стекла является то, что оно почти полностью изготовлен из диоксида кремния (SiO2). Из-за очень небольшого количества примесей прозрачность чрезвычайно высока, и стекло почти не деформируется из-за изменения температуры.
Так почему же синтетическое кварцевое стекло содержит меньше примесей, чем обычное стекло? Причина кроется в скрупулезном методе изготовления.
Используется два основных метода изготовления синтетического кварцевого стекла.
Первым из них является прямой метод (рис. 1). Он заключается в том, что испаренный материал (тетрахлорид кремния / SiCl4) реагирует с кислородом и водородом с образованием частиц кварцевого стекла, которые затем осаждаются сверху, так что можно изготовить большой блок.
Рисунок 1. Прямой метод
Вода и соляная кислота, оставшиеся после реакции, выводятся наружу из печи. Поскольку частицы кварцевого стекла не касаются стенок печи, загрязнение примесями практически отсутствует.
Другим методом является метод сажи (рис. 2). Используемые материалы те же, но стекло создается с помощью двух процессов: синтеза и спекания. Синтез почти такой же, как прямой метод. Однако из-за низкой температуры реакции кварцевое стекло осаждается с зазорами между частицами. Поэтому в процессе спекания устраняется влага в этих зазорах. Этот способ может дополнительно уменьшить количество воды, которая стала бы примесью, что позволяет получать кварцевое стекло более высокой чистоты.
Рисунок 1. Метод сажи
Оба способа изготовления приводят к получению цилиндрических слитков (массы синтетического кварцевого стекла). Слитки, изготовленные прямым способом, могут весить несколько сотен килограммов.
Как слиток готовится к отправке в качестве заготовок для линз
После синтеза (рис. 3) и резки (рис. 4) каждый слиток округляется с обеих сторон, а его внутреннее состояние проверяется индивидуальным осмотром (рис. 5). На этом этапе внутренняя структура слитка не является стабильной. Поэтому он нагревается в печи отжига и затем медленно охлаждается для стабилизации его структуры.
Рисунок 3. Синтез. Частицы осаждаются в высокотемпературной печи.
Рисунок 4. Резка слитка до необходимой толщины.
Рисунок 5. Осмотр на наличие дефектов и проверка перед отправкой.
После этого синтетическое кварцевое стекло снова проверяется и передается на завод по производству линз.