Fotonik ve bilgi teknolojisi alanlarında temel bir malzeme olan optik cam, ışık iletimi, optik depolama ve fotoelektrik görüntüleme gibi uygulamalarda hızla ilerlemeler kaydetti. Bu ilerleme büyük ölçüde optiğin elektronik bilgi bilimi ve yeni malzeme bilimiyle bütünleşmesinden kaynaklanmaktadır ve optik camı özellikle fotonik bilgi teknolojisinde bilgi teknolojisinin gelişiminde temel bir taş haline getirmektedir.

1. Beklentiler

Optik cam, fotonik teknoloji endüstrisinin kritik bir bileşenidir. 1990'lardan bu yana, optiğin elektronik bilgi bilimi ve yeni malzeme bilimiyle birleşmesi, optik camın ışık iletimi, optik depolama ve fotoelektrik görüntülemede kullanımını ilerletmiştir. Bu, optik camı Bilgi toplumunda, özellikle fotonik bilgi teknolojisinde temel bir unsur olarak belirlemiştir. Yurt içi ekonominin sürekli ve istikrarlı büyümesi, Çin'in optik cam üretim endüstrisinin hızlı gelişimini teşvik etmiştir. Öncelikli olarak yurt içi satışlara odaklanan endüstri, güçlü bir büyüme yörüngesini koruyarak finansal krize karşı direnç göstermiştir.

2. Giriş

Optik cam, optik aletler veya mekanik sistemler için mercekler, prizmalar, aynalar ve pencereler üretmek için kullanılır. Renksiz optik cam (genellikle optik cam olarak adlandırılır), renkli optik cam, radyasyona dayanıklı optik cam, anti-radyasyon camı ve optik kuvars camı. Optik cam, yüksek şeffaflık, kimyasal ve fiziksel tekdüzelik ve belirli optik sabitlerle karakterize edilir. Silikat, borat, fosfat, florür ve kalkojenür serilerine sınıflandırılabilir. Çeşitlilik kapsamlıdır ve öncelikle kırılma indisi (nD)-Abbe sayısı (VD) diyagramındaki konumlarına göre kategorize edilir. Geleneksel olarak, nD > 1.60 ve VD > 50 ve nD < 1.60 ve VD > 55 olan camlar taç (K) camlar olarak sınıflandırılırken, diğerleri çakmak taşı (F) camlar olarak sınıflandırılır. Taç camlar genellikle dışbükey mercekler için ve çakmak taşı camlar içbükey mercekler için kullanılır. Taç camlar genellikle alkali borosilikat sistemine, hafif taç camlar alüminosilikat sistemine, ağır taç ve baryum çakmak taşı camlar alkali içermeyen borosilikat sistemine ve çoğu çakmak taşı cam kurşun-potasyum silikat sistemine aittir. Optik camın uygulama alanları genişledikçe çeşitleri de artmaya devam ediyor ve periyodik tablodaki hemen hemen tüm elementleri bünyesinde barındırıyor.

3. Optik Camın Sınıflandırılması

• Renksiz Optik Cam: Görünür bölgede yüksek geçirgenlik ve seçici emilim renklendirmesi olmayan belirli optik sabitler gereklidir. Abbe numarasına göre taç ve çakmaktaşı camlarına sınıflandırılır, her biri kırılma indisine göre daha da bölünür. Genellikle teleskoplarda, mikroskoplarda ve kameralarda mercekler, prizmalar ve aynalar için kullanılır.
• Radyasyon Önleyici Optik Cam: Yüksek enerjili radyasyon için yüksek emilim kapasitesi, yüksek kurşunlu cam ve CaO-B2O2 sistem camı dahil. Birincisi γ ışınlarına ve X ışınlarına karşı koruma sağlar, ikincisi yavaş ve termal nötronları emer, nükleer endüstride ve tıbbi alanlarda kalkanlama ve görüntüleme penceresi malzemeleri olarak kullanılır.
• Radyasyona Dayanıklı Optik Cam:G-ışını ve X-ışını ışınlaması altında görünür bölge geçirgenliğinde minimum değişim, renksiz optik camlara benzer çeşit ve derecelerde, yüksek enerjili radyasyon optik aletlerinde ve görüntüleme pencerelerinde kullanılır.
• Renkli Optik Cam: Filtre camı olarak da bilinir, UV, görünür ve IR bölgelerinde belirli dalga boylarını seçici olarak emer ve iletir. Spektral özelliklerine göre seçici emilim, kesme ve nötr gri tiplerine ve renklendirme mekanizmasına göre iyon renklendirme, metal kolloid renklendirme ve kükürt selenit renklendirme olarak sınıflandırılır ve esas olarak filtre üretiminde kullanılır.
• UV ve IR Optik Cam: UV veya IR bantlarında özel optik sabitlere ve yüksek geçirgenliğe sahip, UV ve IR optik aletlerde veya pencere malzemesi olarak kullanılan malzemelerdir.
• Optik Kuvars Camı: Esas olarak silisyum dioksitten oluşur, yüksek sıcaklık direnci, düşük genleşme katsayısı, yüksek mekanik mukavemet ve iyi kimyasal özellikler ile karakterize edilir, prizmalarda, lenslerde, pencerelerde ve özel geçirgenlik gereksinimleri olan aynalarda kullanılır. Ayrıca, büyük ölçekli entegre devre üretiminde, LCD panellerde ve optik disk alt tabakalarında kullanılır.

4. Dağılım Sınıflandırması

Dağılımlarına göre taç (K) ve çakmak taşı (F) sınıflarına ayrılır:

• Crown Optik Cam: Florürlü kuron (FK), hafif kuron (QK), fosfatlı kuron (PK), ağır fosfatlı kuron (ZPK), kuron (K), ağır kuron (ZK), baryumlu kuron (BaK), lantanlı kuron (LaK), titanyum kuron (TiK) ve özel kuron (TK) içerir.
• Flint Optik Cam: Hafif çakmaktaşı (QF), çakmaktaşı (F), ağır çakmaktaşı (ZF), baryum çakmaktaşı (BaF), ağır baryum çakmaktaşı (ZBaF), lantan çakmaktaşı (LaF), ağır lantan çakmaktaşı (ZLaF), titanyum çakmaktaşı (TiF), taç çakmaktaşı (KF) ve özel çakmaktaşı (TF) içerir.

5. Radyasyon Direnci

Radyasyona dayanıklı cam, anti-radyasyon ve radyasyona dayanıklı camları da içeren geniş bir optik cam kategorisidir.

• Radyasyon Önleyici Cam: Öncelikle γ-ışınlarını ve X-ışınlarını emer. γ-ışınları veya X-ışınları cama girdiğinde, iç fotoelektrik etkiler elektron-pozitron çiftleri oluşturarak ışınların enerjisini ve nüfuziyetini azaltır ve koruma sağlar. Radyasyon önleyici camın yoğunluğunun artırılması, genellikle ≥4.5g/cm³ yoğunluklarla koruma kabiliyetini artırır.
• Radyasyona Dayanıklı Optik Cam: γ-ışını ışınımı altında renklenmeye karşı dayanıklıdır. Adını, Roentgen birimlerinde radyasyon direnci eklenmiş optik cam sınıflarına dayandırır, örneğin, K509 10 Roentgen γ-ışınına dayanabilir. CeO2, elektronları yakalamak ve renk merkezi oluşumunu önlemek için eklenir, ancak aşırı CeO2, genişletilmiş UV ve IR emilim bantları nedeniyle sararmaya neden olabilir.

6. İşlenmemiş içerikler

Yüksek kaliteli kuvars kumu, diğer malzemelerle desteklenen ana hammaddedir. Yüksek kırılma indislerine, düşük dağılıma ve iyi kimyasal kararlılığa sahip nadir toprak elementleri, üst düzey kameralar, video kameralar ve teleskoplar için optik cam üretmek için kullanılır. Örneğin, %60 La2O3 ve %40 B2O3 içeren lantan camı, üst düzey kamera ve periskop lensleri için olmazsa olmazdır. Nadir toprak elementlerinin radyasyon direnci, anti-radyasyon cam üretiminde de kullanılır.

7. Soğuk İşleme

Kimyasal buhar ısıl işlemi ve soda-kireç-silika camı kullanarak, renk ve geçirgenliği etkilemeden moleküler yapıyı değiştiren, yangına dayanıklı cam için ultra sertlik standartlarına ulaşan bir yöntem. İşlem, soda-kireç-silika camının kesilmesi ve kenar taşlanması, kimyasal buhar ısıl işlemi, yangına dayanıklı kaplama ve özel fiziksel temperlemeyi içerir.

8. gelişme

Optik camın gelişimi optik aletlerle yakından bağlantılıdır. Optik sistemlerdeki yeni reformlar genellikle optik camdaki ilerlemeleri yönlendirir ve yeni cam çeşitleri de optik alet gelişimini destekleyebilir. Başlangıçta, optik bileşenler için doğal kristaller kullanıldı ve cam 16. yüzyıldan itibaren birincil malzeme haline geldi. 17. yüzyılda camda kurşun oksit kullanılmaya başlandı ve bu da taç ve çakmak taşı camlarının sınıflandırılmasına yol açtı. 19. yüzyılda yeni oksitlerin tanıtılması, cam çeşitlerinin genişletilmesi ve daha karmaşık optik aletlerin mümkün kılınmasıyla önemli ilerlemeler kaydedildi. II. Dünya Savaşı'ndan sonra, nadir toprak ve nadir oksit elementlerinin tanıtılması optik camı daha da çeşitlendirerek gelişmiş optik aletlerin taleplerini karşıladı.

Gelecekteki yönlendirmeler:

1. Ultra yüksek kırılma indeksli cam geliştiriyoruz.
2. Özel bağıl kısmi dispersiyonlu cam üretimi.
3. Kızılötesi ve morötesi optik camların genişletilmesi.
4. ThO2, BeO ve Sb2O3 gibi zararlı bileşenlerin yerine kullanılır.
5. Kimyasal kararlılığın artırılması.
6. Şeffaflığı artırmak ve radyasyon kaynaklı renklenmeyi önlemek.
7. Yeni cam çeşitlerinin maliyetlerini düşürmek için üretim süreçlerini iyileştirmek.