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光学塑料材料Word文档下载推荐.docx

1、在 0.5%-0.7%.機械性能性能數值密度1.2kg/m3線膨脹係數7.0*10-5K吸水率0.24%熱變形溫度135-143 C拉伸強度61.74MPa長期使用最高溫度110C彎曲強度93.1MPa電阻率108Q *m缺口耐衝擊強度127.4J/m擊穿電壓強度90mv/m表面硬度M70耐電弧性120/s熱性能結晶熔點263C可燃性自熄熔融溫度220-230 C平均線膨脹係數(25-85 C) K -1-5 -16.53*10 5 K1脆化溫度-100 C玻璃化溫度145-150 C載荷下變形溫度181.8986*10 4Pa 時45.4746*10 4Pa 時138C143C最高使用溫度1

2、35C比熱容1172J/(kg.k)熱導率0.1975w/(m.k)PC在室温下耐水,稀酸,氧化剂,还原剂,盐,油,脂肪烃的侵蚀, 不耐碱,胺,酮,芳香烃的侵蚀,在很多有机液体为蒸气中溶胀,并导致应力开裂,溶于二氯甲烷,二氯霉素乙烷,甲酚,二恶烷中, 长期致于水中会水解破裂导致脆化.PC在水中正常吸濕性爲 0.15%,溫水中肖水爲0.35%,沸水中吸 水爲0.58%,能耐60攝氏度的水溫.由於PC的光學常數與PS相似,所以可以和PMMA組成消色差透 鏡.光學塑膠的折射率是波長 入(卩m)的函數,可以用下列公式計係數PMMAPSPCA02.1859362.4459842.428386A1-68.

3、0*10 6-52.2*10-3.9*10A21.45315*10-22.72989*10-22.87574*10-2A3-4-5.6315*10 43.0121*10-1.979*10A49.4903*10 58.8893*101.48359*10A5-3.9023*10 6-1.7571*101.3865*10-8二種塑膠係數如下4,苯乙烯和丙烯酸脂的共聚物,簡稱:NAS70 %勺苯乙烯和30%勺丙烯酸脂的共聚物,它和各性能优于聚 苯乙烯.透过率可达90%折射率nd可达1.533 1.567之间变 化,vd=35,可以被用来作样正色差的第二种材料,但它一般只用 来作薄透镜.5,烯丙基二甘醇

4、碳酸脂(Allgl diglycol carbonate, 简称 ADC或 CR-39)它是目前在光学领域中最主要的一种热固性材料 ,因此这种材 料通常用浇铸的方法成形,澆注在玻璃模具中,一般在140C的 溫度下用17H的時間固化成型.Nd=1.498,vd=53-57,白光透過率92%耐磨性,抗衝擊,化學腐 蝕的能力強,能經受持續100C的高溫,短時間內能耐150C ,由 於它的收縮率很大(在固化時收縮率達14%)因此它主要用於眼 鏡片.6.新品種1聚三環癸甲基丙烯酸脂 0A1000及1011,1012,1013等系列.是日本日立化工公司開發出一種新型脂環樹脂.2ARTON由日本合成橡膠公司

5、(JSR)開發的,在熱塑性樹脂中它的比重 最輕,吸水率很小,優於PMMA有良好的透過,色差小,雙折射率 比PC的小,耐熱性好於PMMA口 PC,拉伸強度優於PMMA彎曲彈 性模量優於PC,因此它很適合作非球面透鏡.3環烯烴共聚物,簡稱COCCOC勺主要性能nd1.5351.02kg/cm3M84-86vd56吸水率(24H0.01%75-170 C透過率(厚3mm,400-700n92%m彈性模量2.756-3.4483*10 Pa玻璃轉化|度溫85-180 C光彈性係數*1018cm2/N室溫-2 至-7缺口耐衝擊強度J/m22-276-7*10-5/K環烯烴聚合物(Cyclo olefin

6、 polymer 簡稱COP)是日本瑞翁公司開發的另一種非晶型聚烯烴 (Zeonex480等)Zeonex480與PC,PMMA勺性能比較單位Zeo ner480PC(光學級)PMMA光學級Nd-1.5251.5861.491Vd55.83457.2光學彈性係數*1018Cm2/N6.57.26.0雙折射nm256520Kg/m31.011.201.19飽和吸水率%0.010.20.3玻璃轉化溫度140145105荷重彎曲溫度12312190K17*10 58*105MPa1019311564.36473透過率92鉛筆硬度HB3H最咼長期.作溫度c工8279-88124171熱 導W/M.K率

7、).210.1-0.1380.120.190.167混濁度(3.2mm厚2%3%5%1.5%61.7%透過率(厚92%90%88%吸水性室:(23度浸泡一周溫高2.0低0.7中等0.40.110-5 K-18.36.5-6.77.0優點透過好性折射率咼折射率範圍大1|穩定耐衝擊參化學定性好穩透光圍大範熱穩疋性光學玻璃和光學塑膠的光學性能特性光學玻璃光學塑膠1.44-1.951.49-1.6120-9026-57折射率穩定性10-4+5*104折射率均勻性10-55*10-4光壓常數Pa -16*10-123.5*10-12應力雙折射係數Pa-13*10-124.0*10-12熱光學常數(dn/

8、dt)(-10 - +10)*10 -6(-100 - -160)*10 -6密度kg/cm32.3-6.21.05-1.32(50-80)*10 3(2-4)*10 3硬度N/mm2(3-7)*10 3120-190熱膨脹係數(5-10)*10 -6(70-100)*10 -6熱穩定性910-1030360-420熱導率W/m.K-10.5-1.40.14-0.23比熱容J/kg. K -10.3081.2-1.4光学塑料的优点:1,能进行大批量生产,降低制造成本.2,可以设计非常复杂的形状.3,重量轻,耐冲击.4,可以同时压出光学面和定位面.减少系统装配成本.5,零件的质量一致.光学塑料的

9、缺点:1,对温度和湿度等环境的变化更为灵敏经济危机学塑料的热膨 胀系数比玻璃大出一个数量级,光学塑料的折射率温度系数比 玻璃要大6倍到50倍.一般来讲塑料光学零件的最高连续工作 温度不得高于 80-120 摄氏度 . 光学塑料的吸湿性也比玻璃大 得多.2,注射成型过程影响表面面形精度 . 由于材料在成型过程中的 流动模式和冷却, 固化收缩,光学零件的面形精度 会受到影响。 大多数光学塑料零件在成型时的收缩率一般是模具尺寸的 0.1%0.6%,随材料和生产过程的不同而不同 .3,由于聚合时分子的取向性和模压时产生的内应力 , 模压成型 光学塑料零件存在不同程度的双折射 .有关折射率的问题 ;1,

10、 在光学塑料中由于它的品种少 , 折射率的选择受到限制 .2,dn/dt 称为折射率的温度系数 , 它既影响了光学系统的焦距 也改变了系统的像质 .dl/dt 称为线膨胀系数 , 透镜几何尺寸随温度的变化 , 也直接 影响到系统的焦距 .由于光学塑料折射率的温度系数为负值 , 折射率随温度升高而 降低 , 所以导致焦距的增长 .dl/dt 的结果也是使焦距随温度的升高而加长 . 但折射率的 影响要大的多.对PMM来说,折射率的影响几乎是线膨胀的四倍 就是说在焦距的变化中 , 有 80%是由于折射率变化所引起的 . 为了减小对焦距的影响 , 可以采取以下措施 :1), 设法使该系统不易受到温度的

11、影响 . 故很多光学系统都采用 光学塑料非球面零件和光学玻璃球面零件组成的混合系统 . 此 时光学塑料非球面一般用来校正像差 , 而系统的光焦度主要由 玻璃球面零件来承担 ( 一般为 70%-80%).2), 用互相抵消的设计方案 ( 如用折射 - 衍射混合结构 ).3), 采用补偿机构补偿焦点的变动 . 有关吸湿性的问题 : 吸湿引起的变化 , 一是形状 ; 二是折射率 , 机械强度以用表面状 态等物理性能 的变化 .消色差的问题 : 由于光学塑料的折射率比较低 , 差别也不大 , 阿贝数也还有一些 差别. 假如光学系统全部采用光学塑料零件的话 , 系统的色差能得到一定的校正 , 但要同时校

12、正场曲就很困难 . 因此大多数宽波 段系统都采用光学塑料PMM和PS等火石类光学塑料或和火石 类光学玻璃的混合结构 , 也可以采用折射 - 衍射混合透镜来校正 色差. 在单色光的情况下可以采用全部是光学塑料零件的系统 .设计规格 : 设计含光学塑料的光学系统时 , 要遵守以下几条规则 :1), 为了减小塑料收缩引起的变形 , 光学零件的中心厚度与边缘 厚度要尽可能接近 . 一般情况下 , 它们的厚度比值小于或等于 2:1 时, 它们的成型质量比较容易得到保证 . 因此 , 为了减小中心 厚度与边缘厚度的差别 , 应更多地采用厚度比不大的弯月透镜 而不是厚度比很大的双凸或双凹透镜 . 实际上由于

13、非球面只承 担很少一部分系统的光焦度 , 所以这个要求是容易实现的 . 另外 , 还应避免采用平面 .2) ,对于长而薄的零件,设计人员必须考虑由此而产生的影响和 由于重力造成的变形.3) ,零件的实际直径应大于有效孔径,以便减小光学零件边缘出 现的热性能的差异对光学性能的影响.4) ,制造大而厚的光学零件是困难的.厚度超过12mr的塑料光学 零件在注塑中容易出现流痕和凹坑等缺陷注塑成型塑料光学零件的精度技术指标能达到的精度焦距正负(0.5八1.0)%曲率半径面形(直径小于100mm)光圈数(0.8 2)/cm面形不规则(直径小于100mm)光圈数(0.4-0.8)/cm表面疵病(美国军标)划

14、痕/麻点40/20偏心差/()正负1中心厚度公差(直径小于25mm)/mm正负0.012直径或长度公差儿(直径小于100mm)/mm 正负0.025重复精度(0.3 0.5)%光学塑料零件的镀膜技术光学塑料的镀膜特性1)在光学塑料零件表面上进行真空镀膜时 ,首先要考虑的是 这些材料在抽气和沉积过程中的放气特性 . 在抽真空时 , 材 料会不断地放气 , 从而使真空度急剧降低 , 同时也使膜层的 质量下降 .2)光学塑料表面和所镀薄膜之间的附着力差 . 这首先是由于塑料的表面能一般都比较低 , 表面极性差 . 其次是塑料零件 软而且化学稳定性差 , 它的清洗受到限制 , 不易得到真正清 洁的表面

15、.3)光学塑料的耐热性差 , 不能像玻璃一样将基底加热到较高 的温度,因此光学塑料一般在 35C 45C的温度下进行镀膜.4) 光学塑料易带静电 , 表面易吸附灰尘 . 因此要求镀膜工作室 有较高的洁净度 .5) 光学塑料的热膨胀系数大 , 若基底与膜层膨胀系数的差异 太大时 , 使膜层产生应力 , 从而会引起变形甚至膜层开裂 .6) 光学塑料零件在成型中易产生内应力 , 不仅产生双折射 , 而 且会给镀在其上面的膜层造成一些缺陷 , 严重时会使膜层 产生裂纹.光学塑料零件镀膜前的清洗方法:1) 用碱性水溶液或氟利昂脱脂 , 也可以有和中性低腐蚀性的 洗涤剂脱脂 .2) 用干燥的空气流或氮气吹

16、除表面污物 .3) 在大批量生产时最好采用超声波进行短时间的清洗 . 其工 艺流程见下表.零件经蒸馏水冲洗后,最好用以过过滤的压 缩空气吹干经吹干的零件再放入烘箱中烘干,以除去冷凝 在零件表面的水分(烘干的同时还起到退火的作用)4)在真空镀膜前进行辉光放电处理或用低压离子辅助装置进 行镀前的离子轰击超声波清洗流程及参数清洗顺序溶液成分清洗时间/min溶液温度/r手工超声波12%青洗剂,1%碱5602蒸馏水1%青洗剂,0.1%醋酸410630离子辅助沉积技术离子辅助沉积技术是近年来发展的技术通过电子显微镜对 一般热蒸发的薄膜进行分析,可以看到这时薄膜的微观结构 不同于大块材料,是一种柱状加空穴的

17、结构形式一般认为这 是由于沉积中沉积的原子或分子在基板表面的有限迁移力所 造成的如果在沉积的过程中用离子源发出的离子束对生长 的膜层进行离子轰击,对沉积的原子或分子提供额外的激活 能,可望改变膜层的微观结构,使其接近于大块材料的连续结 构,这样就会使膜层的聚集密度得到提高,从而使膜层得到稳 定而接近于固体的折射率 离子源 离子源通常产生带能离子和被电激励的分子 ( 自由基 ). 带能 离子起到机械作用 , 能清洗基板表面 , 清除大部分水分和碳氢 化合物 , 能增加生长膜层的密度和去除膜层生长过程中的结 合力弱的分子 . 自由基起到化学作用 , 增加反应气体的反应能 力, 更好地控制薄膜的理想

18、配比 , 并能有更高的沉积速率 . 离子辅助沉积中用的离子源要满足以下的要求 :1)具有反应气体的兼容性 , 特别是氧气和氮气 .2)有足够的离子流密度 .3)为了控制不同的真空腔条件 ( 抽气速度 , 真空腔尺寸 ), 要能 够进行调节 . 有时需要高电流低电压 (100ev200ev), 或有 时要求能量高达 1000ev, 而电流则较低 .4)重复性要好 , 这对于大批量生产尤为重要 .5)清洗和维护的周期较长 .考夫曼 (Kaufman) 型热阴极离子源 , 这种离子源的离子束出口 半径小 , 离子束流具有方向性 , 到达轰击表面的离子束流均匀 性差 , 对基片的轰击角不一致 , 灯丝

19、的寿命会缩短 , 因此目前 已广泛采用冷阴极离子源 .20 世纪 90 年代初 , 德国莱宝 (Leybole) 首先研发了一种大面 积冷阴极等离子源,简称为APS原.APS等离子辅助沉积原理如下:APS等离子源位于真空室的中心位置,主要由一个大面积的 硼化镧 (LaB6) 阴极 , 圆柱形阳极和磁性线圈所组成 . 硼化镧阴 极经间接加热后 , 发射热电子 . 充入的工作气体 ( 通常为惰性 气体), 在 0.01Pa 的低压下 , 在阴极与阳极之间的直流电压作 用下被电离 , 产生辉光等离子体 . 受磁场的作用 , 等离子源产 生的电子被抽出 , 其中径向运动的电子被抑制 , 而轴向运动的

20、电子数量会增加 , 并沿磁力线的方向旋转飞出 , 向基片架和真 空室壁运动 . 在等离子体内 , 电子比正离子有更大的活动范围 和更高的运动速度 . 等离子体外围电子云与基片或真空室壁 相接触 , 又由于等离子源与真空室壁相绝缘 , 这样就使基片 , 工作架, 真空室壁相对于等离子源获得了一个负压 . 这一负偏 压具有自偏压的性质 . 经阴极与阳极之间放电而失去电子的 工作气体正离子 , 在自偏压电场的作用下没电力线方向加速 轰击基片表面 . 由于等离子体中的正离子将较大的动能传递 给到达基片的膜料粒子 , 正在生长膜的沉积粒子的迁移性得 到提高, 从而改善了膜层的致密性 . 还由于等离子体充满了整 个真空室 , 蒸发粒子在运动过程中受到正离子的轰击碰撞 , 受 到激活和离化 .离子辅助沉积的主要影响因素一 , 离子电流密度 (Ion Current Density, 简称 ICD)在离子辅助沉积中 , 镀膜的密度和质量与离子电流密度有 直接的关系 .ICD 与驱动电压有关 , 驱动电压又和离子源中用 的气体种类 , 压力以及系统的抽气速度有关 . 离子辅助沉积时 的气体可以是惰性气体氩 (Ar) 或反应气体氧

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