شیشه BK7
شیشه اپتیکی BK7 یک ماده با کیفیت بالا است که به دلیل سختی، شفافیت عالی در طیف مرئی، نزدیک به مادون قرمز و برخی طولموجهای فرابنفش، و همچنین هزینه تولید پایین به دلیل نیاز نداشتن به مراقبت ویژه، برای استفاده در اجزای اپتیکی استاندارد و سفارشی مناسب است.
جدولهای مقایسه ضریب شکست و ویژگیهای حرارتی و مکانیکی مواد اپتیکی مانند سیلیکا، BK7، و یاقوت کبود نشان میدهند که هر ماده برای کاربردهای خاص بر اساس شفافیت نوری، مقاومت حرارتی و مکانیکی، و ضریب انبساط حرارتی انتخاب میشود.
شیشه BK7 در کاربردهای نوری مرئی و دماهای متوسط ایدهآل است، در حالی که کوارتز و یاقوت کبود برای دماهای بالا و پایداری مکانیکی برتر مناسبتر هستند.
فهرست مطالب
Toggleشیشه BK7 یا شیشه نوری BK7 یا شیشه اپتیکی BK7
یک شیشه اپتیکی با کیفیت بالا است که در مواردی استفاده میشود که نیازی به مزایای اضافی سیلیکا ذوبشده نباشد.
از آنجا که شیشه BK7 در تمام آزمایشهای شیمیایی عملکرد خوبی دارد و به هیچگونه مراقبت یا پردازش ویژهای نیاز ندارد، هزینههای تولید کاهش مییابد.
این ماده نسبتاً سخت است، دارای محتوای حباب و ناخالصی بسیار پایین بوده و در عین حال از انتقال نور فوقالعاده در طیف مرئی، نزدیک به مادون قرمز و تا ۳۵۰ نانومتر در فرابنفش برخوردار است.
برای تمام اجزای اپتیکی استاندارد یا زمانی که شیشه اپتیکی به صورت عمومی برای عناصر سفارشی درخواست میشود، شرکت Glass Dynamics از شیشه اپتیکی BK7 با کیفیت بالا استفاده میکند.
جدول ضریب شکست (Index of Refraction) برای سیلیکا/کوارتز ذوبشده، شیشه BK7 و یاقوت کبود
طولموج (نانومتر) | سیلیکا/کوارتز ذوبشده | شیشه BK7 | یاقوت کبود |
---|---|---|---|
213.86 | 1.53427 | – | – |
230.21 | 1.52005 | – | – |
239.94 | 1.51337 | – | – |
265.20 | 1.50000 | – | 1.83360 |
280.35 | 1.49403 | – | 1.82427 |
302.15 | 1.48719 | – | 1.81351 |
334.15 | 1.47976 | – | 1.80184 |
346.62 | 1.47746 | – | 1.79815 |
365.02 | 1.4752 | 1.53626 | 1.79358 |
404.66 | 1.46962 | 1.53024 | 1.78582 |
435.84 | 1.46669 | 1.52669 | 1.78120 |
546.706 | 1.46008 | 1.51872 | 1.77078 |
706.52 | 1.45516 | 1.51289 | 1.76303 |
852.11 | 1.45247 | 1.50981 | 1.75885 |
1013.98 | 1.45025 | 1.50731 | 1.75547 |
1529.52 | 1.4427 | 1.50094 | 1.74660 |
1970.09 | 1.43853 | 1.49500 | 1.73833 |
2325.42 | 1.43293 | 1.48929 | 1.73055 |
3243.90 | 1.41315 | – | 1.70437 |
3507.00 | 1.40566 | – | 1.69504 |
4954.00 | – | – | 1.62665 |
5577.00 | – | – | 1.58638 |
نکات:
- طولموجها بر حسب نانومتر ارائه شده است.
- مقدار “-” به معنی در دسترس نبودن داده برای آن ماده در طولموج مربوطه است.
این جدول ضریب شکست (Index of Refraction) را در طولموجهای مختلف برای سه نوع ماده اپتیکی:
سیلیکا/کوارتز ذوبشده (Fused Silica/Quartz)،
شیشه BK7،
و یاقوت کبود (Sapphire)
نشان میدهد. تحلیل سریع:
- سیلیکا/کوارتز ذوبشده (Fused Silica/Quartz):
- در طولموجهای کمتر از 300 نانومتر عملکرد بهتری دارد و ضریب شکست کمتری نشان میدهد.
- مناسب برای کاربردهایی است که به شفافیت در ناحیه ماوراءبنفش (UV) نیاز دارند.
- شیشه BK7:
- دارای ضریب شکست بالاتر در مقایسه با سیلیکا در طولموجهای بیشتر از 365 نانومتر است.
- مناسب برای نواحی مرئی و مادون قرمز نزدیک (NIR).
- یاقوت کبود (Sapphire):
- بالاترین ضریب شکست را در این میان دارد، به خصوص در طولموجهای پایین.
- ایدهآل برای کاربردهایی با استحکام مکانیکی بالا و تحمل حرارت زیاد.
در کل، انتخاب ماده به طولموج مورد نظر و نیازهای کاربردی بستگی دارد.
شیشه نوری BK7
جدول ویژگیهای مکانیکی و حرارتی مواد اپتیکی شامل کوارتز ذوبشده، سیلیکا ذوبشده، شیشه BK7، Pyrex، و یاقوت کبود (Sapphire)
ویژگی | واحد | کوارتز ذوبشده | سیلیکا ذوبشده | شیشه BK7 | Pyrex® | یاقوت کبود (Sapphire) |
---|---|---|---|---|---|---|
نقطه نرمشدن | °C | 1180 | 1120 | 550 | 565 | – |
نقطه آنیلینگ | °C | 1180 | 1120 | 550 | 565 | – |
نقطه کرنش | °C | 1075 | 1025 | 624 | 515 | – |
دمای بیشینه (پیوسته) | °C | 1000 | 950 | 350 | 230 | 1100 |
دمای بیشینه (لحظهای) | °C | 1300 | 1200 | 490 | – | – |
رسانایی حرارتی (@ 20°C) | 0.0033 | 0.0033 | 0.0026 | 0.0027 | 0.0065 | |
(@ 200°C) | 0.0037 | 0.0037 | – | – | – | |
(@ 950°C) | 0.0064 | 0.0064 | – | – | – | |
حرارت ویژه (0°-100°C) | cal/g °C | 0.18 | 0.18 | 0.21 | 0.20 | – |
(0°-900°C) | cal/g °C | 0.25 | 0.25 | – | – | – |
ضریب انبساط حرارتی | ||||||
(-50°-0°C) | cm/cm °C | 2.7 × 10⁻⁷ | 2.7 × 10⁻⁷ | – | – | – |
(-50°-300°C) | cm/cm °C | 5.9 × 10⁻⁷ | 5.9 × 10⁻⁷ | 86 × 10⁻⁷ | 33 × 10⁻⁷ | – |
(-50°-900°C) | cm/cm °C | 4.8 × 10⁻⁷ | 4.8 × 10⁻⁷ | – | – | – |
نکات:
- “-” به معنای داده در دسترس نیست یا اندازهگیری نشده است.
- ویژگیها شامل دماهای کلیدی، رسانایی حرارتی، حرارت ویژه، و ضریب انبساط حرارتی میباشند.
تفسیر جدول ویژگیهای مکانیکی و حرارتی مواد اپتیکی
این جدول مشخصات مواد اپتیکی پرکاربرد مانند کوارتز ذوبشده، سیلیکا ذوبشده، BK7، Pyrex® و یاقوت کبود (Sapphire) را نشان میدهد. هر ماده دارای ویژگیهای منحصربهفردی است که آن را برای کاربردهای خاص مناسب میسازد. در ادامه به تفسیر دادههای جدول میپردازیم:
1. نقطه نرمشدن، آنیلینگ، و کرنش
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: این مواد دماهای بالاتری برای نقطه نرمشدن (1180°C) و نقطه آنیلینگ (1120°C) دارند، به همین دلیل برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت حرارتی بالاست، مناسب هستند.
- BK7 و Pyrex®: BK7 نقطه نرمشدن پایینتری (550°C) نسبت به کوارتز و سیلیکا دارد. این امر باعث میشود برای کاربردهایی با دمای متوسط مناسب باشد. Pyrex® نیز مشابه BK7 عمل میکند.
- یاقوت کبود (Sapphire): دادههای این ماده برای نقاط نرمشدن و آنیلینگ ارائه نشده است، اما در دمای بالاتر از 1100°C میتواند به صورت پیوسته کار کند.
2. دمای بیشینه (پیوسته و لحظهای)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: دمای بیشینه پیوسته برای این مواد تا 1000°C میرسد که بسیار بالا است.
- شیشه BK7: حداکثر دمای کارکرد پیوسته این ماده تنها 350°C است که نشاندهنده محدودیت آن در دماهای بالا است.
- Pyrex®: با حداکثر دمای پیوسته 230°C، بیشترین کاربرد را در محیطهای با دمای پایینتر دارد.
- یاقوت کبود: مقاومت حرارتی بسیار بالایی دارد (1100°C)، بنابراین برای کاربردهای حرارتی شدید مناسب است.
3. رسانایی حرارتی
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: رسانایی حرارتی این دو ماده در 20°C برابر 0.0033 است، که نشاندهنده انتقال حرارت کم و خاصیت عایق بودن آنهاست.
- BK7 و Pyrex®: رسانایی حرارتی در BK7 (0.0026) و Pyrex® (0.0027) مشابه کوارتز و سیلیکا است.
- یاقوت کبود: با رسانایی حرارتی 0.0065، عملکرد بهتری در انتقال حرارت نسبت به دیگر مواد دارد.
4. حرارت ویژه
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: حرارت ویژه 0.18 cal/g°C نشاندهنده ظرفیت گرمایی مناسب این مواد است.
- شیشه BK7 و Pyrex®: BK7 حرارت ویژه بیشتری (0.21 cal/g°C) نسبت به کوارتز دارد، به این معنی که میتواند گرمای بیشتری را بدون تغییر دما ذخیره کند.
5. ضریب انبساط حرارتی
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: این مواد ضریب انبساط حرارتی بسیار کمی (2.7 × 10⁻⁷ cm/cm°C) دارند، که به معنای پایداری بالا در برابر تغییرات دما است.
- BK7 و Pyrex®: BK7 دارای ضریب انبساط بیشتری (86 × 10⁻⁷ cm/cm°C) است که آن را کمتر پایدار میکند. Pyrex® نیز با ضریب انبساط 33 × 10⁻⁷ عملکرد بهتری دارد.
نتیجهگیری
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: برای کاربردهای با دمای بالا و پایداری حرارتی عالی ایدهآل هستند.
- شیشه BK7: مناسب برای کاربردهای اپتیکی که مقاومت حرارتی بالا نیاز ندارند اما شفافیت نوری بالا مدنظر است.
- Pyrex®: برای محیطهای دمای پایینتر و مقاومت شیمیایی مناسب است.
- یاقوت کبود (Sapphire): برای محیطهای بسیار سخت و دماهای بالا، بهترین انتخاب است.
هر ماده بر اساس مشخصات فیزیکی و حرارتی خود در زمینههای خاصی استفاده میشود و انتخاب ماده به نیازهای کاربردی بستگی دارد.
شیشه بستر BK7
جدول ویژگیهای مکانیکی و سختی مواد اپتیکی
ویژگی | کوارتز ذوبشده | سیلیکا ذوبشده | شیشه BK7 | Pyrex® | یاقوت کبود |
---|---|---|---|---|---|
سختی مو (Mohs) | 5.5 – 6.5 | 5.5 – 6.5 | 5 | 9 | 9 |
میکرو سختی (Microhardness) | 9.4 × 10⁴ kg/cm² | 9.4 × 10⁴ kg/cm² | 9.4 × 10⁴ kg/cm² | 9.4 × 10⁴ kg/cm² | 1525 – 2000 kg/cm² |
سختی کونوپ (Knoop) | 605 kg/cm² | 615 kg/cm² | 520 kg/cm² | 481 kg/cm² | 1525 – 2000 kg/cm² |
چگالی (Density) | 2.203 g/cm³ | 2.203 g/cm³ | 2.203 g/cm³ | 2.201 g/cm³ | 3.98 g/cm³ |
گرانش ویژه (Specific Gravity) | 2.203 | 2.201 | 2.53 | 2.23 | 3.98 |
استحکام فشاری (Compressive Strength) | 1.13 × 10⁴ kg/cm² | 1.13 × 10⁴ kg/cm² | 2.04 × 10⁴ kg/cm² | ||
استحکام کششی (Tensile Strength) | 500 kg/cm² | 500 kg/cm² | 282 kg/cm² | 7000 kg/cm² | |
استحکام پیچشی (Torsional Strength) | 300 kg/cm² | 300 kg/cm² | 1.5 × 10⁶ kg/cm² | ||
استحکام خمشی (Bending Strength) | 680 kg/cm² | 680 kg/cm² | |||
مدول یانگ (Young’s Modulus) | 7.45 × 10⁵ kg/cm² | 7.45 × 10⁵ kg/cm² | 8.63 × 10⁵ kg/cm² | 7 × 10⁶ kg/cm² | 79 × 10⁵ kg/cm² |
مدول برشی (Shear Modulus) | 3.2 × 10⁵ kg/cm² | 3.2 × 10⁵ kg/cm² | |||
مدول حجمی (Bulk Modulus) | 3.76 × 10⁵ kg/cm² | 3.76 × 10⁵ kg/cm² | |||
ضریب پواسون (Poisson’s Ratio) | 0.17 | 0.17 | 0.208 | 0.2 | 0.02 |
توضیحات:
- سختی مو (Mohs Hardness):
- یاقوت کبود دارای سختی بالایی است (9) که آن را برای مقاومت در برابر خراشیدگی بسیار مناسب میکند. در حالی که کوارتز و سیلیکا ذوبشده با سختی بین 5.5 تا 6.5 بیشتر برای کاربردهای شفاف و کمتر مستعد خراش انتخاب میشوند.
- میکرو سختی (Microhardness):
- یاقوت کبود میکرو سختی بسیار بالاتری نسبت به دیگر مواد دارد (1525-2000 kg/cm²)، که آن را برای محیطهای سخت و فشار بالا مناسب میسازد.
- چگالی (Density) و گرانش ویژه (Specific Gravity):
- یاقوت کبود با چگالی بیشتر (3.98 g/cm³) سنگینتر از دیگر مواد است، در حالی که کوارتز و سیلیکا با چگالی 2.203 g/cm³ سبکتر هستند.
- استحکام فشاری (Compressive Strength):
- یاقوت کبود استحکام فشاری بالاتری نسبت به سایر مواد دارد، در حالی که سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده دارای استحکام فشاری مشابهی هستند.
- استحکام کششی (Tensile Strength):
- یاقوت کبود دارای استحکام کششی بسیار بالایی است، در حالی که BK7 و سیلیکا استحکام کششی کمتری دارند.
- مدول یانگ (Young’s Modulus):
- یاقوت کبود دارای مدول یانگ بالاتری است، که نشاندهنده سختی بیشتر و مقاومت در برابر تغییرات ابعادی تحت فشار است.
این جدول میتواند برای انتخاب مواد اپتیکی متناسب با نیازهای خاص در پروژههای مختلف مفید باشد.
تفسیر جدول ویژگیهای مکانیکی و سختی مواد اپتیکی شیشه BK7
این جدول ویژگیهای سختی، استحکام، چگالی، و مدولهای مختلف مواد اپتیکی از جمله کوارتز ذوبشده، سیلیکا ذوبشده، BK7، Pyrex® و یاقوت کبود را نشان میدهد. این ویژگیها برای انتخاب مواد در کاربردهای اپتیکی بسیار مهم هستند، زیرا هر ماده بسته به نیازهای خاص، ویژگیهای مختلفی از خود نشان میدهد. در ادامه، به تفسیر دادههای جدول میپردازیم.
1. سختی مو (Mohs Hardness)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: سختی این مواد در محدوده 5.5 تا 6.5 است که نشاندهنده مقاومت متوسط به خراشیدگی و فرسایش میباشد.
- شیشه BK7: سختی BK7 به مقدار 5 است، که کمتر از سیلیکا و کوارتز است و بنابراین حساستر به خراشیدگی است.
- یاقوت کبود (Sapphire): سختی یاقوت کبود بسیار بالا (9) است که آن را به یکی از مقاومترین مواد در برابر خراش تبدیل میکند.
2. میکرو سختی (Microhardness)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: میکرو سختی این مواد برابر 9.4 × 10⁴ kg/cm² است که نشاندهنده مقاومت خوبی در برابر فشار محلی است.
- شیشه BK7: میکرو سختی BK7 مشابه مواد سیلیکایی است (9.4 × 10⁴ kg/cm²).
- یاقوت کبود (Sapphire): میکرو سختی یاقوت کبود بسیار بالاتر (1525 – 2000 kg/cm²) است که نشاندهنده قدرت بالای آن در برابر فشار محلی میباشد.
3. سختی کونوپ (Knoop Hardness)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: سختی کونوپ برای کوارتز و سیلیکا به ترتیب 605 و 615 kg/cm² است.
- شیشه BK7: سختی کونوپ BK7 برابر 520 kg/cm² است که از کوارتز و سیلیکا کمتر است.
- یاقوت کبود (Sapphire): سختی کونوپ یاقوت کبود بسیار بالا (481 kg/cm²) است که آن را به مادهای با مقاومت بالا در برابر فشار تبدیل میکند.
4. چگالی (Density) و گرانش ویژه (Specific Gravity)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: چگالی این مواد برابر 2.203 g/cm³ است که نشاندهنده سبک بودن آنها است.
- شیشه BK7: چگالی BK7 مشابه سیلیکا و کوارتز است (2.203 g/cm³).
- یاقوت کبود (Sapphire): چگالی یاقوت کبود بالاتر (3.98 g/cm³) است که آن را سنگینتر از دیگر مواد میسازد.
5. استحکام فشاری (Compressive Strength)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: استحکام فشاری برابر 1.13 × 10⁴ kg/cm² است که نشاندهنده مقاومت خوب آنها در برابر فشار است.
- شیشه BK7: استحکام فشاری BK7 مشابه سیلیکا است (1.13 × 10⁴ kg/cm²).
- یاقوت کبود (Sapphire): استحکام فشاری یاقوت کبود بسیار بالاتر (2.04 × 10⁴ kg/cm²) است که نشاندهنده مقاومت عالی آن در برابر فشار است.
6. استحکام کششی (Tensile Strength)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: استحکام کششی این مواد برابر 500 kg/cm² است.
- شیشه BK7: استحکام کششی BK7 برابر 282 kg/cm² است که نسبت به دیگر مواد کمتر است.
- یاقوت کبود (Sapphire): استحکام کششی یاقوت کبود بسیار بالا (7000 kg/cm²) است.
7. استحکام پیچشی (Torsional Strength)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: استحکام پیچشی این مواد برابر 300 kg/cm² است.
- شیشه BK7: استحکام پیچشی BK7 برابر 1.5 × 10⁶ kg/cm² است که بسیار بالا است.
- یاقوت کبود (Sapphire): استحکام پیچشی یاقوت کبود بسیار بالا (1.5 × 10⁶ kg/cm²) است.
8. استحکام خمشی (Bending Strength)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: استحکام خمشی برای این مواد برابر 680 kg/cm² است.
- شیشه BK7: استحکام خمشی BK7 مشابه سیلیکا و کوارتز است (680 kg/cm²).
- یاقوت کبود (Sapphire): استحکام خمشی یاقوت کبود بسیار بالاتر است که آن را مقاوم در برابر خمیدگی میسازد.
9. مدول یانگ (Young’s Modulus)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: مدول یانگ این مواد برابر 7.45 × 10⁵ kg/cm² است که نشاندهنده انعطافپذیری خوب آنها است.
- شیشه BK7: مدول یانگ BK7 برابر 8.63 × 10⁵ kg/cm² است که نشاندهنده انعطافپذیری کمی بیشتر از سیلیکا و کوارتز است.
- یاقوت کبود (Sapphire): مدول یانگ یاقوت کبود بسیار بالاتر است (7 × 10⁶ kg/cm²)، که آن را به مادهای سخت و مقاوم تبدیل میکند.
10. مدول برشی (Shear Modulus) و مدول حجمی (Bulk Modulus)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: این مواد دارای مدولهای برشی و حجمی بالایی هستند، که نشاندهنده مقاومت آنها در برابر تغییرات ساختاری است.
- BK7: BK7 نیز مشابه سیلیکا و کوارتز از مدولهای بالایی برخوردار است.
- یاقوت کبود (Sapphire): یاقوت کبود دارای مدولهای برشی و حجمی بسیار بالاتر است که آن را مقاومتر میسازد.
11. ضریب پواسون (Poisson’s Ratio)
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: ضریب پواسون برای این مواد 0.17 است که نشاندهنده تغییرات کوچک در ابعاد تحت فشار است.
- شیشه BK7: ضریب پواسون BK7 برابر 0.208 است، که نشاندهنده حساسیت بیشتر آن به تغییرات ابعادی است.
- یاقوت کبود (Sapphire): ضریب پواسون یاقوت کبود بسیار پایین (0.02) است که نشاندهنده عدم تغییر ابعاد آن تحت فشار است.
نتیجهگیری
هر ماده در این جدول بسته به ویژگیهای سختی، استحکام، و مدولهای مختلف، کاربردهای خاص خود را دارد. برای مثال، یاقوت کبود با سختی و استحکام بالا در برابر فشار و کشش، انتخابی مناسب برای کاربردهایی با نیاز به مقاومت زیاد است، در حالی که BK7 برای کاربردهای اپتیکی با نیاز به شفافیت و کمترین تداخل حرارتی مناسب است.
BK7
جدول ویژگیهای الکتریکی مواد اپتیکی شیشه BK7
ویژگی | کوارتز ذوبشده | سیلیکا ذوبشده | شیشه BK7 | Pyrex® | یاقوت کبود |
---|---|---|---|---|---|
استحکام دی الکتریک (Dielectric Strength) | @ 20°C: 250 – 400 kV/cm | @ 20°C: 250 – 400 kV/cm | @ 500°C: 150 – 200 kV/cm | ||
عدد دی الکتریک (Dielectric Constant) | 3.7 | 3.7 | 5.1 | 8.6 – 10.6 | |
مشتق از دست دادن دی الکتریک (Dielectric Loss Tangent) | 1 MHz: 1 × 10⁻⁴ | 1 MHz: 1 × 10⁻⁴ | 1 × 10⁻⁴ | 1 MHz: 8.6 × 10⁻⁶ | 1 MHz: 102 MHz |
مقاومت (Resistivity) | @ 20°C: 1 × 10¹⁸ Ω/cm | @ 20°C: 1 × 10¹⁸ Ω/cm | @ 600°C: 8 × 10⁷ Ω/cm | @ 1000°C: 1 × 10⁶ Ω/cm | @ 1000°C: 1 × 10⁶ Ω/cm |
نکته کلیدی:
تمام ویژگیها در دمای ۲۰ درجه سلسیوس اندازهگیری شدهاند، مگر اینکه به طور خاص ذکر شده باشد.
توضیحات:
- استحکام دی الکتریک (Dielectric Strength):
- سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده هر دو دارای استحکام دی الکتریک مشابهی (250 – 400 kV/cm) در دمای ۲۰ درجه سلسیوس هستند که آنها را برای کاربردهای الکتریکی به ویژه در شرایط ولتاژ بالا مناسب میکند.
- عدد دی الکتریک (Dielectric Constant):
- شیشه BK7 دارای عدد دی الکتریک بالاتر (5.1) نسبت به سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده (3.7) است که میتواند در شرایط خاص برای تنظیم جریانهای الکتریکی و میدانهای الکترومغناطیسی مفید باشد.
- مشتق از دست دادن دی الکتریک (Dielectric Loss Tangent):
- Pyrex® و یاقوت کبود دارای مقادیر پایینتر از دست دادن دی الکتریک هستند که در کاربردهای حساس به انحرافات انرژی و حرارت بسیار مهم است.
- مقاومت (Resistivity):
- سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده مقاومت بالاتری در دماهای پایین دارند، اما در دماهای بالا، مقاومت سایر مواد (مثلاً BK7 و Pyrex®) پایینتر میآید.
این اطلاعات به انتخاب مناسبترین ماده برای کاربردهای الکتریکی و اپتیکی مختلف در شرایط مختلف دما و فشار کمک میکند.
تفسیر جدول ویژگیهای الکتریکی مواد اپتیکی:
- استحکام دی الکتریک (Dielectric Strength):
- استحکام دی الکتریک به میزان مقاومت یک ماده در برابر جریان الکتریکی در دماهای مختلف اشاره دارد. برای سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده، استحکام دی الکتریک در دمای ۲۰ درجه سلسیوس در حدود ۲۵۰ – ۴۰۰ کیلوولت بر سانتیمتر است. این نشاندهنده مقاومت بالای این مواد در برابر ولتاژهای بالا است.
- در دمای ۵۰۰ درجه سلسیوس، برای سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده، استحکام دی الکتریک کاهش مییابد و در حدود ۱۵۰ – ۲۰۰ کیلوولت بر سانتیمتر است.
- عدد دی الکتریک (Dielectric Constant):
- عدد دی الکتریک نشاندهنده توانایی یک ماده برای ذخیره انرژی الکتریکی در میدان الکتریکی است. BK7 دارای عدد دی الکتریک بالاتری (۵.۱) نسبت به سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده (۳.۷) دارد. این ویژگی برای مواد مورد استفاده در مدارهای الکتریکی یا میدانهای مغناطیسی مفید است، زیرا نشان میدهد که این مواد چگونه به میدانهای الکتریکی واکنش نشان میدهند.
- برای یاقوت کبود و Pyrex®، عدد دی الکتریک بسیار بالاتر است (۸.۶ – ۱۰.۶) که این ویژگی را برای برخی از کاربردهای خاص مناسب میسازد.
- مشتق از دست دادن دی الکتریک (Dielectric Loss Tangent):
- مشتق از دست دادن دی الکتریک (یا تانژانت تلفات دی الکتریک) نشاندهنده میزان اتلاف انرژی در یک ماده به دلیل خاصیت دی الکتریک آن است. Pyrex® و یاقوت کبود دارای مقادیر بسیار کم از این خاصیت هستند که به این معناست که این مواد انرژی کمتری را به صورت گرما از دست میدهند و بنابراین برای استفاده در شرایط حساس به انرژی مناسب هستند.
- سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده نیز مقدار کمی از این ویژگی دارند، اما در مقایسه با Pyrex® و یاقوت کبود، اتلاف انرژی بیشتری دارند.
- مقاومت (Resistivity):
- مقاومت یک ماده نشاندهنده مقاومت آن در برابر عبور جریان الکتریکی است. در دماهای پایین (۲۰ درجه سلسیوس)، سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده دارای مقاومت بسیار بالاتری هستند (۱ × ۱۰¹⁸ Ω/cm)، که این ویژگی آنها را برای کاربردهای الکتریکی با ولتاژ بالا مناسب میسازد.
- در دماهای بالا، مقاومت کاهش مییابد. به عنوان مثال، در دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس، مقاومت برای سیلیکا ذوبشده، کوارتز ذوبشده، و BK7 به ۱ × ۱۰⁶ Ω/cm میرسد، که نشاندهنده رفتار مشابه این مواد در دماهای بالا است.
نتیجهگیری:
- مواد مختلف در این جدول دارای ویژگیهای متفاوتی در برابر ولتاژ، میدان الکتریکی و حرارت هستند. برای کاربردهای خاص، انتخاب مناسبترین ماده بستگی به نیازهای الکتریکی، دمای عملیاتی، و خواص دی الکتریک ماده دارد. به عنوان مثال، سیلیکا ذوبشده و کوارتز ذوبشده برای کاربردهای حساس به ولتاژ بالا و دماهای پایین مناسب هستند، در حالی که Pyrex® و یاقوت کبود میتوانند در شرایط حساس به انرژی و حرارت عملکرد بهتری داشته باشند.
جدول Striae و همگنی شیشهها | شیشه BK7
در این جدول، ویژگیهای مربوط به Striae (خطوط ریز در شیشه که به دلیل تغییرات در ساختار داخلی آن به وجود میآیند) و همگنی (یکدست بودن ماده از نظر ترکیب و ساختار) برای انواع مختلف شیشههای اپتیکی ذکر شدهاند. این ویژگیها در صنایع اپتیکی اهمیت زیادی دارند زیرا مستقیماً بر کیفیت و عملکرد نوری شیشه تأثیر میگذارند.
کد ماده | نوع شیشه | Striae/MIL – G -174A | تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶) |
---|---|---|---|
S1 – UVA | Fused Silica | A | 6 |
S1 – UVB | Fused Silica | A | 10 |
A1 | Fused Quartz یا Fused Silica | B | 10 |
G1 | Fused Quartz یا Fused Silica | C – D | 20 |
I2 – IR | Fused Quartz | A | 4 |
شیشه BK7 | Optical Glass | A | (مقدار تغییر شاخص شکست به طور معمول پایین است) |
توضیحات:
- Striae/MIL – G -174A: یک معیار استاندارد برای اندازهگیری خطوط ریز یا ناهماهنگی در شیشه است. این معیار از درجهبندی A (بهترین کیفیت) تا D (کمترین کیفیت) متغیر است.
- Δn (تغییر شاخص شکست): این مقدار نشاندهنده تغییرات در ضریب شکست شیشه در طول فرآیند تولید است. مقادیر پایینتر، معمولاً نشاندهنده کیفیت بالاتر و همگنی بهتر هستند.
تفسیر جدول Striae و همگنی | شیشه BK7
در این جدول، ویژگیهای مربوط به Striae (خطوط ریز در شیشه که به دلیل تغییرات در ساختار داخلی آن به وجود میآیند) و همگنی (یکدست بودن ماده از نظر ترکیب و ساختار) برای انواع مختلف شیشههای اپتیکی ذکر شدهاند. این ویژگیها در صنایع اپتیکی اهمیت زیادی دارند زیرا مستقیماً بر کیفیت و عملکرد نوری شیشه تأثیر میگذارند.
کد ماده و نوع شیشه:
- S1 – UVA:
- نوع: Fused Silica
- Striae/MIL – G -174A: A
- تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶): 6
- S1 – UVB:
- نوع: Fused Silica
- Striae/MIL – G -174A: A
- تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶): 10
- A1:
- نوع: Fused Quartz or Fused Silica
- Striae/MIL – G -174A: B
- تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶): 10
- G1:
- نوع: Fused Quartz or Fused Silica
- Striae/MIL – G -174A: C – D
- تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶): 20
- I2 – IR:
- نوع: Fused Quartz
- Striae/MIL – G -174A: A
- تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶): 4
- شیشه BK7:
- نوع: Optical Glass
- Striae/MIL – G -174A: A
- تغییر شاخص شکست Δn (×10⁻⁶): در اینجا مقدار ذکر نشده است، ولی به طور معمول برای BK7 این مقدار پایین است و همگنی بالایی دارد.
توضیحات:
- Striae/MIL – G -174A: یک معیار استاندارد برای اندازهگیری خطهای ریز یا ناهماهنگی در شیشه است. این معیار از درجهبندی A (بهترین کیفیت) تا D (کمترین کیفیت) متغیر است.
- Δn (تغییر شاخص شکست): این مقدار نشاندهنده تغییرات در ضریب شکست شیشه در طول فرآیند تولید است. مقادیر پایینتر، معمولاً نشاندهنده کیفیت بالاتر و همگنی بهتر هستند.
نتیجهگیری:
این جدول نشان میدهد که شیشه BK7 از نظر ویژگیهای Striae و همگنی به عنوان شیشهای با کیفیت بالا طبقهبندی میشود.
در حالی که شیشههای دیگر مانند Fused Silica و Fused Quartz ممکن است دارای تغییرات بیشتری در ویژگیها و همگنی باشند، BK7 به طور معمول ویژگیهای بهتری از لحاظ همگنی دارد و برای کاربردهای دقیق اپتیکی انتخاب مناسبی است.
جدول حبابها و ناهمگنیها در مواد اپتیکی
این جدول ویژگیهای مربوط به حبابها و ناخالصیها (Inclusions) در شیشههای اپتیکی را نشان میدهد. وجود حباب و ناخالصیها میتواند بر کیفیت نوری و عملکرد اپتیکی مواد تأثیر منفی بگذارد. مشخصات زیر شامل قطر حداکثری و تعداد مجاز حبابها برای اندازههای مختلف قطعات است.
کد ماده | قطر قطعه | حداکثر قطر حباب (اینچ) | حداکثر تعداد حباب در هر قطعه | قطر قطعه (1.0″ تا 2.0″) | حداکثر قطر حباب (اینچ) | حداکثر تعداد حباب در هر قطعه | قطر قطعه (2.0″ تا 3.0″) | حداکثر قطر حباب (اینچ) | حداکثر تعداد حباب در هر قطعه |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
S1 – UVA | تا 1.0 اینچ | 0.006 | 0 | 1.0″ تا 2.0″ | 0.008 | 1 | 2.0″ تا 3.0″ | 0.01 | 1 |
S1 – UVB | تا 1.0 اینچ | 0.008 | 1 | 1.0″ تا 2.0″ | 0.015 | 1 | 2.0″ تا 3.0″ | 0.015 | 1 |
A1 | تا 1.0 اینچ | 0.01 | 1 | 1.0″ تا 2.0″ | 0.015 | 1 | 2.0″ تا 3.0″ | 0.02 | 2 |
G1 | تا 1.0 اینچ | 0.03 | 3 | 1.0″ تا 2.0″ | 0.04 | 3 | 2.0″ تا 3.0″ | 0.06 | 3 |
I2 – IR | تا 1.0 اینچ | 0.01 | 3 | 1.0″ تا 2.0″ | 0.015 | 3 | 2.0″ تا 3.0″ | 0.02 | 3 |
شیشه BK7 | تا 1.0 اینچ | 0.006 | 0 | 1.0″ تا 2.0″ | 0.006 | 0 | 2.0″ تا 3.0″ | 0.01 | 1 |
نکات کلیدی:
- این مشخصات بر اساس بدترین شرایط ممکن تعیین شدهاند.
- مواد میتوانند بر اساس نیازهای خاص مشتری انتخاب و با تضمین کیفیت ارائه شوند.
- حبابهایی که قطرشان کمتر از حداکثر مقدار مجاز باشد، بهصورت کسری از حد تعیینشده محاسبه میشوند.
- حبابهایی که قطرشان کمتر از 0.004 اینچ باشد، غیرقابل تشخیص در نظر گرفته میشوند.
توضیحات:
- حداکثر قطر حباب (Maximum Diameter): این مقدار نشاندهنده بزرگترین قطر حبابهای مجاز در قطعههای شیشهای با اندازههای مختلف است.
- حداکثر تعداد حباب در هر قطعه (Maximum Quantity Per Pc.): تعداد حبابهای مجاز در هر قطعه با اندازههای مختلف مشخص شده است.
- مواد مختلف:
- S1 – UVA و BK7: کیفیت بسیار بالایی دارند و حداکثر تعداد یا اندازه حبابها در آنها کمینه است.
- G1 و I2 – IR: در مقایسه با سایر مواد، بیشترین تعداد حباب و بزرگترین اندازه حبابها را دارند.
تفسیر جدول مربوط به حبابها و ناخالصیها
در این جدول، ویژگیهای مرتبط با کیفیت نوری مواد اپتیکی از نظر وجود حبابها و ناخالصیها بررسی شده است. این ویژگیها برای تعیین مناسب بودن مواد برای کاربردهای حساس اپتیکی، مثل لنزها، منشورها، یا دیگر ابزارهای دقیق نوری، اهمیت زیادی دارند. در ادامه، توضیحاتی درباره مفاهیم و ویژگیهای جدول ارائه شده است:
1. اهمیت حبابها و ناخالصیها در مواد اپتیکی:
- حبابها و ناخالصیها میتوانند باعث انحراف نور، کاهش شفافیت و ایجاد پراش (Diffraction) در مسیر نور شوند.
- وجود ناخالصیها در قطعات بزرگتر احتمال بیشتری دارد، اما این جدول نشان میدهد که برای هر اندازه، چه تعداد و چه اندازه حبابهایی قابل قبول هستند.
2. مواد مورد بررسی:
- S1 – UVA و S1 – UVB:
- این مواد از سیلیس ذوبشده (Fused Silica) ساخته شدهاند و کیفیت بسیار بالایی دارند.
- S1 – UVA: حداکثر اندازه و تعداد حباب در آن بسیار محدود است و به همین دلیل برای کاربردهای با دقت بالا مناسب است.
- S1 – UVB: نسبت به UVA کمی انعطافپذیرتر بوده و حبابهای بزرگتری در آن مجاز است.
- A1:
- ترکیبی از سیلیس ذوبشده یا کوارتز ذوبشده است که حبابهای بزرگتری نسبت به مواد قبلی دارد.
- برای کاربردهای با دقت متوسط مناسب است.
- G1 و I2 – IR:
- این مواد برای کاربردهای معمولیتر استفاده میشوند.
- تعداد و اندازه حبابهای مجاز در این مواد بیشتر است و به همین دلیل کیفیت نوری کمتری دارند.
- BK7:
- شیشه اپتیکی با کیفیت بالا است.
- این ماده دارای کمترین میزان حباب و ناخالصی است، به همین دلیل در سیستمهای نوری دقیق مانند تلسکوپها یا دوربینها به کار میرود.
3. تفسیر اعداد جدول:
- حداکثر قطر حباب:
این مقدار نشاندهنده بیشترین اندازه حبابهای مجاز در هر قطعه است. برای مثال:- در S1 – UVA، حداکثر قطر حباب برای قطعات تا 1 اینچ برابر با 0.006 اینچ است.
- در G1، این مقدار برای همان اندازه قطعات به 0.03 اینچ افزایش مییابد.
- حداکثر تعداد حباب:
تعداد حبابهایی که در هر قطعه با اندازه مشخص مجاز هستند.- در مواد با کیفیت بالا مثل BK7، تعداد حباب برای قطعات کوچکتر صفر است.
- در مواد دیگر مثل G1، تعداد بیشتری حباب مجاز است.
4. نتیجهگیری کلی:
- مواد با کیفیت بالا (مثل S1 – UVA و BK7):
این مواد دارای کمترین میزان حباب و ناخالصی هستند و برای کاربردهای حساس نوری، مثل ساخت لنزهای پیشرفته، مناسباند. - مواد با کیفیت متوسط (مثل A1):
برای کاربردهایی که به شفافیت کمتری نیاز دارند، استفاده میشوند. - مواد با کیفیت پایینتر (مثل G1 و I2 – IR):
برای کاربردهای عمومیتر، که دقت نوری کمتری موردنیاز است، مناسباند.
جمعبندی:
جدول نشان میدهد که مواد اپتیکی مختلف برای کاربردهای متنوعی طراحی شدهاند. بسته به نیاز، باید مادهای انتخاب شود که حداقل حباب و ناخالصی را داشته باشد تا عملکرد اپتیکی بهینه تضمین شود. شیشه BK7 و S1 – UVA بهترین گزینهها برای کاربردهای دقیق و حساس هستند.
خلاصه در قالب جدول:
ویژگی | کوارتز ذوبشده | سیلیکا ذوبشده | BK7 | Pyrex® | یاقوت کبود (Sapphire) |
---|---|---|---|---|---|
نقطه نرمشدن (°C) | 1180 | 1120 | 550 | 565 | – |
نقطه آنیلینگ (°C) | 1180 | 1120 | 550 | 565 | – |
نقطه کرنش (°C) | 1075 | 1025 | 624 | 515 | – |
دمای بیشینه (پیوسته) (°C) | 1000 | 950 | 350 | 230 | 1100 |
دمای بیشینه (لحظهای) (°C) | 1300 | 1200 | 490 | – | – |
رسانایی حرارتی (@ 20°C) | 0.0033 | 0.0033 | 0.0026 | 0.0027 | 0.0065 |
حرارت ویژه (cal/g°C) | 0.18 | 0.18 | 0.21 | 0.20 | – |
ضریب انبساط حرارتی (cm/cm°C) | 2.7 × 10⁻⁷ | 2.7 × 10⁻⁷ | 86 × 10⁻⁷ | 33 × 10⁻⁷ | – |
سختی مو (Mohs) | 5.5 – 6.5 | 5.5 – 6.5 | 5 | 9 | 9 |
میکرو سختی (kg/cm²) | 9.4 × 10⁴ | 9.4 × 10⁴ | – | – | – |
تحلیل اجمالی:
- کوارتز و سیلیکا ذوبشده: مناسب برای کاربردهای با دمای بالا و شفافیت نوری عالی.
- شیشه BK7: مناسب برای کاربردهای اپتیکی با شفافیت نوری بالا اما مقاومت حرارتی متوسط.
- Pyrex®: کاربرد در دماهای پایینتر و محیطهای شیمیایی.
- یاقوت کبود: ایدهآل برای محیطهای با استحکام مکانیکی بالا و دماهای شدید.
BK7 is a high quality optical glass that is used whenever the additional benefits of fused silica are not required. Since BK7 performs well in all chemical tests, and no additional or special handling is required, costs of manufacturing are reduced. It is a relatively hard material with extremely low bubble and inclusion content, while providing excellent transmittance through-out the visible and near infrared spectra and down to 350 nm in the ultraviolet.
For all standard optical glass components, or when optical glass is generically requested for custom elements, Glass Dynamics uses normal high quality BK7 optical glass.
سوالات مهم و پاسخها برای بخش FAQ شیشه اپتیکی BK7
سوال 1: چرا شیشه BK7 در مقایسه با مواد دیگر مانند سیلیکا یا یاقوت کبود بیشتر استفاده میشود؟
پاسخ: شیشه BK7 به دلیل شفافیت بالا در طیف مرئی، هزینه تولید پایین، و نیاز نداشتن به مراقبتهای خاص در فرآیند تولید، بسیار محبوب است. همچنین، این ماده سختی و پایداری حرارتی مناسبی دارد که آن را برای کاربردهای اپتیکی استاندارد ایدهآل میکند.
سوال 2: شیشه BK7 در چه محدودهای از طیف نوری کاربرد دارد؟
پاسخ: BK7 در طیف مرئی، نزدیک به مادون قرمز و برخی طولموجهای فرابنفش شفافیت بالایی دارد، که آن را برای سیستمهای اپتیکی در این بازهها مناسب میسازد.
سوال 3: چه زمانی باید به جای BK7 از سیلیکا یا یاقوت کبود استفاده کرد؟
پاسخ: سیلیکا برای کاربردهایی با نیاز به مقاومت حرارتی بسیار بالا و شفافیت نوری در طولموجهای فرابنفش مناسب است. یاقوت کبود نیز به دلیل استحکام مکانیکی و مقاومت بالا در برابر دماهای شدید، برای شرایط سختتر و صنعتی ایدهآل است.
سوال 4: آیا شیشه BK7 در برابر تغییرات حرارتی مقاوم است؟
پاسخ: شیشه BK7 مقاومت حرارتی خوبی دارد، اما برای دماهای بسیار بالا یا تغییرات دمایی ناگهانی بهتر است از مواد دیگری مانند سیلیکا یا یاقوت کبود استفاده شود که پایداری بیشتری در این شرایط دارند.
سوال 5: مهمترین ویژگی مکانیکی شیشه BK7 چیست؟
پاسخ: یکی از ویژگیهای برجسته BK7 سختی بالای آن است که باعث میشود در برابر خراشیدگی و سایش مقاومت کند و در عین حال قابلیت ماشینکاری و تولید آسان را حفظ کند. این ویژگیها BK7 را برای کاربردهای نوری استاندارد ایدهآل میسازد.
4 دیدگاه برای شیشه BK7
پاککردن فیلترهامحصولات مرتبط
شیشه بوروسیلیکات یا شیشه پیرکس
شیشه کوارتز – تخت-گرد-قطر-22-میلی-متر-و-ضخامت-2-میلی-متر
مقدار پیوندهای OH موجود در شیشه |
۱۵۰ppm |
---|---|
مقدار ناخالصی موجود در شیشه |
۲۰-۴۰ppm |
چگالی |
۲٫۲ g/ |
سختی شیشه |
۵٫۵ – ۶٫۵ Mohs' Scale 570 KHN 100 |
مدول بالک شیشه |
۳٫۷xPa |
مدول یانگ شیشه |
۷٫۲x Pa |
نسبت پواسون |
۰٫۱۷ |
ضریب انبساط گرمایی شیشه |
۵٫۵xcm/cm.°C (20°C-320°C) |
ضریب رسانایی گرمایی |
۱٫۴ W/m.°C |
گرمای ویژه |
۶۷۰ J/kg.°C |
دمای ذوب |
°C ۱۲۱۵ |
مقاومت ویژه |
۷x ohm.cm (350°C) |
پایداری شیمیایی |
مقاوم در برابر اسید |
مهدی –
از توضیحات کامل و عالیتون ممنونم
چرا شیشه BK7 در طراحی لنزهای نوری اینقدر محبوب است؟
beny1365 –
شیشه BK7 به دلیل شفافیت بالای خود در طیف مرئی، گزینهای ایدهآل برای طراحی لنزها است. این شیشه میزان بسیار کمی از نور را جذب میکند و با پراکندگی پایین، تصاویری شفاف و باکیفیت تولید میکند. همچنین، قیمت مناسب آن در مقایسه با مواد دیگر، این شیشه را به انتخابی اقتصادی برای تولیدکنندگان تبدیل کرده است.
حسن احمدی –
سلام و درود
روزتونب خیر
آیا شیشه BK7 برای کاربردهای لیزری مناسب است؟
beny1365 –
بله، شیشه BK7 یکی از مواد پراستفاده در اپتیک لیزری است. این شیشه دارای سطحی صاف و پوششپذیری عالی است که بازتاب نور را به حداقل میرساند. همچنین، به دلیل تحمل حرارتی بالا، در سیستمهای لیزری با توان کم تا متوسط عملکرد مطلوبی دارد.
قره داغی –
سلام
در چه محیطهایی استفاده از BK7 پیشنهاد نمیشود؟
beny1365 –
شیشه BK7 در محیطهایی با رطوبت بالا یا تماس با مواد شیمیایی قوی، عملکرد مطلوبی ندارد؛ زیرا ممکن است دچار خوردگی شود. اگر در چنین شرایطی به شیشهای مقاوم نیاز دارید، مواد جایگزینی مانند شیشه کوارتز یا مواد فلوئورایدی گزینههای بهتری خواهند بود.
محسن بختاری –
بابت مطلب خوبیتون ممنونم
چطور میتوان کیفیت شیشه BK7 را تشخیص داد؟
beny1365 –
برای بررسی کیفیت شیشه BK7، شفافیت، همگنی اپتیکی و کیفیت سطح آن را ارزیابی کنید. شیشههای باکیفیت معمولاً سطحی صاف و بدون خراش دارند و هنگام عبور نور، هیچگونه تغییر در جهت یا شکست غیرعادی ایجاد نمیکنند. همچنین، بررسی ضریب شکست با تجهیزات تخصصی میتواند به شما کمک کند تا اطمینان حاصل کنید که شیشه مطابق استاندارد است.