CN100384765C - 用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃 - Google Patents

用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃 Download PDF

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Abstract

发明公开了一种皮料玻璃的组成，该玻璃可以采用酸溶法来制造柔性光纤传像束。本发明皮料玻璃具有以下显著的特点：(1)与芯料玻璃配合可以获得要求的数值孔径；(2)良好的化学稳定性；(3)良好的抗析晶性能；(4)采用三坩埚制造单丝可以使该玻璃和芯料玻璃和酸溶玻璃形成良好的匹配，制成三层同轴纤维，不会与芯料玻璃和酸溶玻璃产生浸渗现象。

Description

用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃
技术领域
本发明涉及一种用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃的组成，属于柔性光纤传像束制造领域。
背景技术
柔性光纤传像束一般有两种生产工艺。一是排丝法，即将双层同轴单丝有序缠绕，然后用有机胶粘剂粘合后切断成束。二是酸溶法，该方法首先制造三层同轴单丝，然后排列成束，热熔拉制成复丝，最后浸入酸液中去除酸溶玻璃以形成柔性光纤束。酸溶法中三层同轴单丝的制造也有两种方法：其一是管棒法，将酸溶玻璃、皮料和芯料分别制成管和棒，然后套合在一起，热熔成纤。该方法成本高、效率低。其二是坩埚法，就是将酸溶玻璃、皮料和芯料玻璃制成棒，在一个特制的三套坩埚内直接制造三层同轴光纤，优点是分辨率高、产品性能好、生产效率高。
酸溶法柔性光纤传像束的单丝是由芯料玻璃、皮料玻璃和酸溶玻璃复合而成的同轴纤维，它们在传像束中起到了不同的作用。
利用现有的商用皮料光学玻璃是无法满足制造酸溶法柔性光纤传像束的特殊要求。例如，使用BK7光学玻璃(硅酸盐手册[日]素木洋一著轻工业出版社)，其化学组成为：SiO268.9，B2O310.1，Na2O8.8，K2O8.4，BaO2.8，As2O31.0，该玻璃可以与芯料玻璃配合获得要求的数值孔径，也具有良好的抗析晶性能，但由于工艺性能的不匹配，无法与芯料玻璃和酸溶玻璃形成三层同轴纤维。此外，采用酸溶法柔性制备光纤传像束，要求皮料玻璃(厚度通常＜1μ)在最后的酸熔工序中不受侵蚀，不可产生任何破损，否则无法保证每根单丝的光绝缘性，端面图像就会出现暗点，因此该玻璃必须具备非常优异的耐酸特性。CN1103325酸溶法光纤传象束单纤维酸溶玻璃附着方法提出了另一个问题，即三坩埚法制成单丝存在着的三层玻璃间浸渗现象，一旦产生这种现象，传像束的性能就会大幅度地下降，甚至于根本无法工作。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可用于酸溶法制备柔性光纤传像束的皮料玻璃。
本发明的技术方案如下：本发明的一种用于酸溶法制备柔性光纤传像束的皮料玻璃，其特征在于，皮料玻璃的组份包括：(以重量份数计)
  组成   份数
  SiO<sub>2</sub>   100
  B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   8～20
  CaO   8～15
  Na<sub>2</sub>O   15～20
  K<sub>2</sub>O   5～10
  Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O   20～30
  CaO+MgO   10～16
本发明进一步改进的技术方案为：
在以上的主要组成中添加如下添加剂，可以使该玻璃的性能更加优化：
 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1～2
 MgO   2～4
 ZnO   2～4
 TiO<sub>2</sub>   1～2
本发明更进一步改进的技术方案为：
在上述方法的组成范围内，更优选的组成范围是：
  组成   份数
  SiO<sub>2</sub>   100
  B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   12～18
  CaO   10～12
  Na<sub>2</sub>O   16～18
  K<sub>2</sub>O   6～8
  Na<sub>2</sub>O+K<sub>2</sub>O   22～26
  CaO+MgO   12～15
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1～2
  MgO   2～4
  ZnO   2～4
  TiO<sub>2</sub>   1～2
SiO2是玻璃形成体，形成了玻璃的网络结构，它是保证传像束的数值孔径、化学稳定性等最基本的要素，这里把它作为组成的基准。B2O3也是玻璃形成体，用B2O3取代SiO2可以降低玻璃的拉丝温度。当B2O3＜8，玻璃的拉丝温度过高；当B2O3＞20，玻璃很容易产生分相，不利于成纤。Al2O3是玻璃中间体，在玻璃中主要起着提高化学稳定性和抑制玻璃析晶的作用。当Al2O3＜1，玻璃很容易产生析晶；当Al2O3＞2，玻璃的拉丝温度过高。CaO是网络调整体，用它们取代Na2O和K2O等碱金属氧化物，可以提高玻璃的化学稳定性。当CaO＜8，玻璃的化学稳定性不好；当CaO＞15，拉丝温度过高，且析晶范扩大。MgO的作用与CaO相似，与CaO同时引入可以提高玻璃的化学稳定性。当MgO＜2，其作用很弱，当MgO＞4，玻璃很容易产生分相。在组成设计时，通常把CaO和MgO的含量综合起来考虑。当CaO+MgO＜10，玻璃的化学稳定性不好；当CaO+MgO＞16，玻璃的拉丝温度过高。ZnO可以降低玻璃的拉丝温度，使皮料玻璃比较容易与芯料玻璃结合。当ZnO＜2，降低拉丝温度的作用很弱；当ZnO＞4，玻璃易析晶分相，并且不利于获得合适的数值孔径。Na2O是网络调整体，是最有效的降低玻璃拉丝温度的组成，但过量将导致玻璃的化学稳定性变差。当Na2O＜15，玻璃的拉丝温度过高；当Na2O＞20，玻璃的化学稳定性差。K2O也可以降低玻璃拉丝温度，但作用不如Na2O。用K2O取代部分Na2O可以产生混合碱效应，提高玻璃的化学稳定性。当K2O＜5，混合碱效应太弱，当K2O＞10，因Na2O被过量取代而使玻璃的拉丝温度过高。通常也把Na2O和K2O的含量综合起来考虑，当Na2O+K2O＜20，玻璃的拉丝温度过高；当Na2O+K2O＞30，玻璃的化学稳定性不好。TiO2在皮料中的作用是提高玻璃的耐酸性能。当TiO2＜1，这种作用很弱；当TiO2＞2时，易引起玻璃着色并产生析晶。
有益效果
本发明的皮料玻璃具有优异的性能，可以解决以下的技术问题：
(1)除了与芯料玻璃配合可以获得要求的数值孔径，以及良好的抗析晶稳定性外，该玻璃具有良好的工艺性能，可以和芯料玻璃和酸溶玻璃形成良好的匹配，制成三层同轴纤维；
(2)该玻璃具有良好的化学稳定性，特别是耐酸性能，按照酸溶的工艺要求浸渍在酸溶液中不会受到腐蚀；
(3)该玻璃不会与芯料玻璃和酸溶玻璃产生浸渗现象。
以下通过实施例对本发明作进一步说明，但并不限制本发明的保护范围。
实施例1
采用市售分析纯化学试剂，按表1中的组成配料：
表1
  组成   份数
  SiO<sub>2</sub>   100
  B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   18
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1
  CaO   10
  MgO   4
  ZnO   2
  Na<sub>2</sub>O   18
  K<sub>2</sub>O   6
  TiO<sub>2</sub>   1
精确计算和称量原料，搅拌均匀后制成配合料待用。将电炉加热到1400℃，分数次加入配合料。完成加料后，电炉温度升至1500℃，然后启动搅拌器，玻璃澄清约8小时之后，缓慢降温至1400℃，出料铸成玻璃棒材，该棒材用于酸溶法柔性光纤传像束的制造呈现出优异的性能。
实施例2
采用市售分析纯化学试剂，按表2中的组成配料：
表2
  组成   份数
  SiO<sub>2</sub>   100
  B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   15
  Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>   1.5
  CaO   12
  MgO   3
  ZnO   2
  Na<sub>2</sub>O   17
  K<sub>2</sub>O   7
  TiO<sub>2</sub>   1.5
精确计算和称量原料，搅拌均匀后制成配合料待用。将电炉加热到1400℃，分数次加入配合料。完成加料后，电炉温度升至1500℃，然后启动搅拌器，玻璃澄清约8小时之后，缓慢降温至1400℃，出料铸成玻璃棒材。该棒材用于酸溶法柔性光纤传像束的制造呈现出特别优异的性能。

Claims (3)

1.一种用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃，其特征在于，所述的皮料玻璃的组成包括如下组份：
组成        份数
SiO2        100
B2O3        8～20
CaO         8～15
Na2O        15～20
K2O         5～10
Na2O+K2O    20～30。
2.如权利要求1所述的用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃，其特征在于，所述的皮料玻璃的组成增加如下组份：
组成   份数
Al2O   31～2
MgO    2～4
ZnO    2～4
TiO2   1～2。
3.如权利要求2所述的用于酸溶法柔性光纤传像束的皮料玻璃，其特征在于，所述的皮料玻璃的组成为：
组成      份数
SiO2      100
B2O3      12～18
CaO       10～12
Na2O      16～18
K2O       6～8
Na2O+K2O  22～26
CaO+MgO   12～15
Al2O3      31～2
MgO       2～4
ZnO       2～4
TiO2      1～2。
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