CN1031993A - 吸收紫外和红外辐射的滤光片玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明是一种以铝硅酸盐为主要成分，能有效地 吸收紫外和红外辐射的滤光片玻璃。在本发明的滤 光片玻璃中，以FeO作为主要的着色剂。本发明的 滤光片玻璃的突出优点是具有优越的吸收中红外辐 射的性能。在良好地吸收紫外和红外辐射的同时，又 保证了相对较好的可见光透过率。本发明滤光片可 适用于焊接及其它有关的领域。

Description

本发明涉及一种具有吸收紫外和红外辐射性能的滤光片玻璃，尤其是适用于焊接工作的护目镜滤光片玻璃。

以往对于焊接防护用的护目滤光片玻璃多注意其对紫外辐射的滤除。近来对焊接时产生的红外辐射，尤其是波长在1300-2000nm范围内的中红外辐射对人体的损害已越来越引起重视。在1979年的国际标准ISO4850中，对焊接护目镜的技术标准已明确规定了对紫外、可见光和红外（包括近红外和中红外）区段的透光性能的要求。焊接工作的性质决定了其护目滤光片玻璃在性能上要同时兼顾两方面，即紫外与红外辐射应有尽可能小的透过率，而可见光在允许的范围内能有尽可能大的透过率，以保证在未焊接前通过滤光片能看清楚焊点位置，而焊接时又能最大限度地对人体起到防护作用。目前所使用的这类滤光片玻璃的主要缺点是不能同时兼顾这两方面的要求，如以重庆某光学仪器厂生产的电焊护目镜滤光片中广泛使用的9号遮光号滤光片为例，其光谱性能数据如表1所示。

表1

紫外透过率（％）		可见光平均透过率（％）	红外透过率（％）
					313nm	365nm	780-1300nm	1300-2000nm
0	0		0.00187	0.37					9.5
		样品厚度：2.02mm

由表1可以看出，可见光透过率低于国际标准，而红外区，特别是中红外区的透过率则大大高于允许的透过率。类似的滤光片玻璃在苏联专利SU 912694和SU 908754中也有个绍，它们都是以硼硅酸盐基质玻璃为基础，添加Cr₂O₃，Cl，V₂O₃，Mn₂O₃，FeO等成分组成。这些附加成分的添加不仅提高了成本，也使熔制条件和方法复杂化，或有某些特殊的条件要求。而更重要的是如此得到的玻璃，其透光性能远远不能令人满意。如SU 908754中所记载，样片厚度为10mm时，紫外、可见光和红外区段的透光率分别为5～15%，74～77%和44～55%。英国专利GB 1512704介绍了在钙碱硅酸盐玻璃中添加了Fe₃O₄Na₂SeO₃Co₂O₃Ni₂O₃NaCl和KNO₃等成分，同样存在成分复杂，成本高，但透光性能不良的缺点。其对光波的吸收范围主要是在紫外区段，红外区段的透过率大于40%，而且只限于在近红外区有吸收。苏联专利SU 547399中记载的滤光片玻璃，组成虽与本发明的玻璃接近，但其透光性能如附图1的光谱曲线（2）所示，在中红外区的吸收性能很差，透过率接近40%，达不到防护要求。

本发明的目的是提供一种透光性能符合国际标准要求，尤其是对中红外辐射具有良好的防护性能，同时又具有成分简单易得，熔制加工方便的滤光片玻璃。

本发明的滤光片玻璃以铝硅酸盐基质玻璃为基础，其组成如下（重量%）：

SiO₂56-69，Al₂O₃0.5-3.5，Na₂O 1-16，

K₂O 0-25，Na₂O+K₂O＝13-28，CaO 0-4，MgO 0-2.5，

ZnO 0-4，P₂O₅0-2，FeO 1-14，Fe₂O₃0-6。

众所周知，在组成玻璃的各种成分中，每种成分的有无和增减，以及各成分之间的配比的改变，都会导致玻璃在某些性能上发生极大的变化。因而按照玻璃中主要成分的不同而分成了不同系列的基质玻璃。以此为基础再添加不同的辅助成分，以满足不同目的需要的各种性能要求。本发明的滤光片玻璃，以铝硅酸盐玻璃作为基质玻璃，在成分中有选择地加入少量的CaO，MgO，ZnO，可以改变玻璃的稳定性能和熔制条件。适当地引入P₂O₅可以提高玻璃对红外辐射的吸收率。FeO和Fe₂O₃在本发明的滤光片玻璃中是重要的着色剂。目前已不知同价态的铁在吸收红外和紫外辐射上有不同的作用。Fe³⁺能有效地阻止紫外辐射的透过，Fe²⁺则对红外辐射有很强的吸收能力。按上述组成方式恰当地安排二者的配比以及它们与玻璃中其它成分的比例关系，是实现本发明的滤光片玻璃在紫外、可见光和红外（包括近红外和中红外）区段透光性能的关键。除上述各原料成分的配比外，本发明的滤光片玻璃在熔制上并无特殊要求，即：从熔化、成型到退火等一系列过程中，不需要特殊的设备，也无需特别的氧化、还原气氛或其它特殊条件，与普通光学玻璃的熔制方法相同。在本发明的滤光玻璃片中，可以单独采用FeO作着色剂，由于熔制是在普通空气的条件下进行，其间由部分Fe²⁺转化而来的Fe³⁺，就可以满足对紫外辐射吸收的基本要求。若能配合适量的Fe₂O₃，则可以提高吸收性能。

经研究发现，原料成分中K₂O的加入，除了可以起到普通碱性元素改善玻璃熔制条件的作用外，还可以影响玻璃在红外光谱区的吸收性能。特别是当K₂O/SiO₂接近或等于1/4时，可以使本发明的滤光片玻璃在红外光谱区具有更佳的吸收性能。

通过以下的实施例可以进一步说明本发明的滤光片玻璃。

图1    滤光片透过率光谱曲线示意图

表2中列举了三种本发明滤光片玻璃的具体组成（重量%）及其透光性能的数据（采用日立330分光光度计测得）。在这些原料组成中除FeO直接以其粉末引入使用外，其余原料均可以采用相应的碳酸盐或氧化物的形式。将制备好的玻璃粉料于1420～1460℃在陶瓷坩埚中熔化、均化，然后浇注于铁模内，在500℃下进行徐冷，最后取样测试。整个熔制过程与普通光学玻璃的熔制相同。

在图1的光谱曲线中，（1）为本发明滤光片玻璃（厚度为0.47mm）的透过率曲线，（2）为SU    547399滤光片玻璃（厚度为0.53mm）的透过率曲线。由表2中的透光性能数据和图1的光谱曲线可以看出，本发明的滤光片玻璃在紫外、可见光和红外三个光谱区内的透光性能均符合国际标准ISO    4850的要求，尤其是对红外区，特别是中红外区的辐射有优越的防护性能，透过率远远小于该国际标准中所规定的指标。由表2和图1还可以看出，本发明的滤光片玻璃在有良好的紫外和红外吸收的同时，又有相对较好的可见光透过率，使在一般条件下未焊接前通过滤光片可以看清焊点。这就不仅有效地解决了对人身的防护，也为焊接人员创造了舒适有利的工作条件，保证了焊接质量。本发明的滤光片玻璃不仅原料组成简单，而且均为普通化工原料，价廉易得。在熔制上也无需特殊的设备，没有特别的条件要求。这些都使得玻璃的成本大为降低，有利于进行商品化的生产。通过调整着色剂的含量和/或滤光片的厚度，可以很容易地获得适用于各种焊接条件下的滤光片系列产品。

本发明的滤光片玻璃除可以用作焊接护目滤光片外，同样可以适用于其它有类似性能要求的领域。

Claims (2)

1、一种以铝硅酸盐为基础成分，具有吸收紫外和红外辐射性能的滤光片玻璃，其特征在于玻璃的组成为(重量%)：

SiO₂56-69 MgO 0-2.5

Al₂O₃0.5-3.5 ZnO 0-4

Na₂O 1-16 P₂O₅0-2

K₂O 0-25 FeO 1-14

Na₂O+K₂O 13-28 Fe₂O₃0-6

CaO      0-4

2、如权利要求1所述的滤光片玻璃，其特征在于组分中K₂O/SiO₂≈1/4。

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