作者:维尔克斯 时间:2024-6-4 9:58:36
光学熔融石英的主流品牌有美国的康宁(Corning)、日本的小原(OHARA) 以及德国的肖特(Schott),主要的熔融石英镜片材料型号和标号有国内的JGS1、JGS2、JGS3、康宁7980、小原SK-1300以及肖特BF33等。本文主要介绍JGS1、JGS2、JGS3、7980、SK-1300和BF33光学熔融石英的物理参数、热参数和光学参数,帮助读者了解石英玻璃材料。
以下为JGS1、JGS2、JGS3、7980、SK-1300和BF33熔融石英镜片材料的参数
一、美国康宁(Corning) 7980石英玻璃
1、机械参数
注意:除非另有说明,所有数值均为 25 °C 时的值
弹性(杨氏)模量 |
73 GPa |
剪切模量 |
31 GPa |
磨损或磨蚀后的断裂模量 |
52.4 MPa |
体积模量 |
35.9 GPa |
泊松比 |
0.16 |
密度 |
2.20 g/cm3 |
克努普硬度(100克负载) |
522 kg/mm2 |
拉伸强度 |
54 MPa |
抗压强度 |
1.14 GPa |
2、热参数
玻璃材料编号 |
7980 |
粘度 |
软化点 |
1585 ˚C |
107.6泊 |
退火点 |
1042 ˚C |
1013泊 |
应变点 |
893 ˚C |
1014.5泊 |
比热 |
0.770 J/(g K) |
|
导热性 |
1.38 W/(m K) |
|
热扩散率 |
0.0075 cm2 /s |
|
热膨胀(ppm/C): |
||
5 ˚C to 35 ˚C |
0.52 x 10-6 |
|
0 ˚C to 200 ˚C |
0.57 x 10-6 |
|
-100 ˚C to +200 ˚C |
0.48 x 10-6 |
3、光学参数
nF'-nC' |
0.006797 |
应力系数 |
35.0 nm/cm MPa |
阿贝常数:Ve |
67.6 |
阿贝常数:Vd |
67.8 |
宽光谱内部透射率
紫外线内部透过率
折射率和热膨胀系数计算
多项式频散方程常数1 , 22 ˚C |
|
A0 |
2.104025406E+00 |
A1 |
-1.456000330E-04 |
A2 |
-9.049135390E-03 |
A3 |
8.801830992E-03 |
A4 |
8.435237228E-05 |
A5 |
1.681656789E-06 |
A6 |
-1.675425449E-08 |
A7 |
8.326602461E-10 |
Sellmeier 分散方程常数2 , 22 ˚C |
|
A1 |
0.68374049400 |
A2 |
0.42032361300 |
A3 |
0.58502748000 |
B1 |
0.00460352869 |
B2 |
0.01339688560 |
B3 |
64.49327320000 |
∆n/∆T 分散方程常数3 , 20-25 ˚C |
|
C0 |
9.390590 |
C1 |
0.235290 |
C2 |
-1.318560E-03 |
C3 |
3.028870E-04 |
多项式方程: n2= A0+ A1λ4+ A2λ2+ A3λ-2 + A4λ-4 + A5λ-6 + A6λ-8 + A7λ-10 with λ in μm
Sellmeier公式: n2-1 = A1λ2/( λ2 - B1) + A2λ2/( λ2 – B2) + A3λ2/( λ2 – B3) with λ in μm
∆n/∆T 等式: ∆n/∆T [ppm/C] = C0 + C1λ-2 + C2λ-4 + C3λ-6 with λ in μm
上述色散方程与波长范围185~ 1129 nm 的 20 个波长的折射率进行了拟合
二、JGS1、JGS2、JGS3石英玻璃
1、机械参数
密度 |
2.20g/cm3 |
阿贝常数 |
67.6 |
硬度 |
5.5 - 6.5 莫氏硬度等级 570 KHN 100 |
设计拉伸强度 |
4.8x107 Pa (N/mm2) (7000 psi) |
设计抗压强度 |
大于1.1x109 Pa (160,000 psi) |
体积模量 |
3.7x1010 Pa (5.3x106 psi) |
杨氏模量 |
3.1x1010 Pa (4.5x106 psi) |
泊松比 |
0.17 |
电感应强度 |
7x107 ohm.cm (350°C) |
介电特性(20°C 和 1 MHz) 恒定 强度 损耗因数 耗散因数 |
3.75 5x107 V/m 小于4x10-4 小于1x10-4 |
声横波速度 |
3.75x103 m/s |
声波/压缩波速度 |
5.90x103 m/s |
声波衰减 |
小于 11 db/m MHz |
渗透率常数 (cm3mm/cm2 秒厘米汞柱) 氦 氢 氘 氖 |
(700°C) 210x10-10 21x10-10 17x10-10 9.5x10-17 |
化学稳定性(氢氟酸除外) |
高耐水性和耐酸性 |
2、热参数
热膨胀系数 |
5.5x10-7cm/cm.°C (20°C-320°C) |
导热性 |
1.4 W/m.°C |
比热 |
670 J/kg.°C |
软化点 |
1683°C |
退火点 |
1215°C |
应变点 |
1120°C |
3、光学参数
材料型号 |
JGS1 |
JGS2 |
JGS3 |
最大尺寸 |
直径<200mm |
直径<300mm |
直径<200mm |
透射范围 (中等透射比率) |
0.17~2.10um (平均透过率>90%) |
0.26~2.10um (平均透过率>85%) |
0.185~3.50um (平均透过率>85%) |
OH-含量 |
1200 ppm |
150 ppm |
5 ppm |
荧光(激发波长254nm) |
几乎无荧光 |
强v-b |
强V-B |
杂质含量 |
5 ppm |
20-40 ppm |
40-50 ppm |
双折射常数 |
2-4 nm/cm |
4-6 nm/cm |
4-10 nm/cm |
熔融方法 |
合成CVD |
氢氧熔融 |
电气熔融 |
应用 |
激光基底:窗口片、透镜、棱镜、镜子... |
半导体和高温窗口片 |
红外线和紫外线衬底 |
JGS1透过率曲线
JGS2透过率曲线
JGS3透过率曲线
三、日本小原SK-1300石英玻璃
1、机械参数
物理特性 |
|
密度 |
2.2g/cm3 |
杨氏模量 |
72.4 GPa |
扭转刚度 |
30.9 GPa |
泊松比 |
0.17 |
抗压强度 |
1.1 GPa |
弯曲强度 |
69 MPa |
拉伸强度 |
55 MPa |
维氏硬度 |
8.8~10.1 GPa |
克努普硬度 |
6.4~7.0 GPa |
2、热参数
热膨胀系数 |
5.5×10-7 1/K |
软化点 |
1600°C |
退火点 |
1160°C |
应变点 |
1060°C |
比热(25℃) |
0.73 kJ/kg・K |
导热率 |
1.3 W/m・K(25℃) 1.4 W/m・K(100℃) |
3、光学参数
光学特性 |
|
气泡 |
0~0.03mm2/100cm3 |
条纹 |
单向 A 级(根据 Mil-G-174) |
比强度(应变) |
10 nm/cm及以下 |
荧光 |
不允许(激发波长254nm) |
SK-1300熔融石英镜片透过率曲线
四、德国肖特BF33石英玻璃
1、机械参数
密度 ρ (25摄⽒度时) |
2.23 g/cm3 |
杨氏模量E (根据标准DIN13316) |
64 kN/mm2 |
泊松比µ (根据标准DIN13316) |
0.2 |
努普硬度 HK0.1/20 (根据标准DIN ISO9385) |
480 |
弯曲强度(根据 DIN 52292 T 1 标准) |
25 MPa |
2、热参数
比热容 cp (20 –100 °C) |
0.83 kJ/(kg·K) |
热导率 λ (90 °C) |
1.2 W/(m·K) |
相变点温度 Tg* (根据 ISO 7884) |
525 °C |
努普硬度 HK0.1/20 (根据标准DIN ISO9385) |
480 |
线性热膨胀系数 (C.T.E.) α(20-300 °C) |
3.25 x 10-6 K-1 |
变形温度 |
525 °C |
退火点(1013 dPas) |
560 °C |
LITTLETON温度/软化点(107.6 dPas) |
820 °C |
导热系数 λ(90 °C) |
1.2 W/(m·K) |
比热容 cp (20–100 °C) |
0.83 kJ/(kg·K) |
最高工作温度 |
|
短期使用(<10 小时) |
500 °C |
长期使用(≥ 10 小时) |
450 °C |
3、光学参数
阿贝值 (ve = (ne – 1) / (nF’ – nC’)) |
65.41 |
折射率 (nd) |
1.471 |
色散 (nF – nC) |
71.4 x 10-4 |
应力光弹系数 (K) |
4.0 x 10-6 mm2 N-1 |
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