系統識別號 | U0002-3007200712492400 |
---|---|
DOI | 10.6846/TKU.2007.01014 |
論文名稱(中文) | 光學玻璃與模仁材料界面化學反應之探討 |
論文名稱(英文) | Investigation of Interfacial Reaction Between Various Optical glasses and Mold Materials |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 機械與機電工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 95 |
學期 | 2 |
出版年 | 96 |
研究生(中文) | 霍正邦 |
研究生(英文) | Cheng-Bang Huo |
學號 | 694341594 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2007-06-30 |
論文頁數 | 61頁 |
口試委員 |
指導教授
-
趙崇禮
委員 - 馬廣仁 委員 - 趙崇偉 委員 - 陳大同 委員 - 陳盈同 |
關鍵字(中) |
光學玻璃 模仁材料 界面反應 擴散 沾黏 網狀修飾劑 Pt/Ir薄膜 |
關鍵字(英) |
glass molding Optical glass mold materials Interfacial Reaction diffusion sticking problems network modifier Pt/Ir films |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
利用熱壓模造非球面玻璃鏡片具有高產值、降低成本與容易製作小尺寸鏡片等優點,但是其也具有相當嚴重的問題在於模仁與玻璃沾粘等待解決,傳統的玻璃模造其玻璃表面的化學反應、應力作用以及反覆的熱處理為三個主要影響模仁壽命的因素。包括玻璃沾黏於模仁表面、模仁的氧化與磨耗,這些都大大縮減了模仁的使用的壽命。本研究係利用不同光學玻璃與多種模仁材料和Pt/Ir鍍膜,在高溫濕潤的狀況來比較及探討兩者之界面化學反應。 通入保護氣氛下可改善玻璃與模仁沾黏之狀況。而每種光學玻璃與模仁材料之界面反應與沾黏程度皆不盡相同,本研究比較發現網狀修飾劑含量較多的光學玻璃在高溫的狀態下,較容易與模仁材料之元素相互擴散進而產生激烈之界面化學反應,使玻璃與模仁產生沾黏。而當光學玻璃內網狀修飾劑之特定元素與模仁材料具有較大之化學吸引力時,其界面擴散狀況程度也會較為劇烈。模仁鍍上Pt/Ir膜層 可有效抑制光學玻璃之界面擴散以及沾黏現象,但在研究中發現當光學玻璃中具有易於其反應之BaO等網狀修飾劑也會使抗沾粘膜的效果較為下降。鍍膜層數與厚度增加時,也可以有效抑制光學玻璃與模仁材料兩邊由於受熱而游離的原子與離子相互擴散,進而使光學玻璃的沾黏情況減少。 |
英文摘要 |
Glass molding process is considered to have great potential of mass producing various spherical/aspherical glass lenses to a higher achievable accuracy and at a lower cost. However, glass molding has its own problems to deal with such as glass stuck on the mold surfaces and chemical interaction between glass and mold materials. During the molding process mold surfaces have to experience cyclic mechanical and thermal loading. This research aimed to investigate the interaction between various optical glass and mold materials at elevated temperature with/without protective coating and protective gas. The results showed that molding in nitrogen gas could always improve the sticking problem. It is also worth noting that the diffusion between mold and glass proceeds more easily when there are more network modifier in the optical glass. The mold coated with Pt/Ir films can effectively reduce the interaction between the mold and optical glass. In the case of glass containing certain network modifiers, such as BaO, it can degenerate the Pt/Ir films and subsequently suppress the anti-stick effect. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 致謝 III 目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1-1前言: 1 1-2 研究背景 3 1-3 研究動機與目的 5 第二章 參考文獻 6 2-1 精密玻璃模造技術 6 2-1-1玻璃模造加工製程 6 2-1-2模仁製作和硬膜披覆 8 2-2光學玻璃材料 10 2-2-1 光學玻璃之光學性質 11 2-2-1-1 折射率 11 2-2-1-2 透光率 13 2-2-1-3 色散率(Abbe Number) 13 2-2-2 光學玻璃之化學性質 14 2-2-3 光學玻璃之機械性質 15 2-2-4 光學玻璃之熱性質 15 2-3光學玻璃與基底材料濕潤現象 16 2-4 光學玻璃組成與熱壓模造關係 16 第三章 研究方法與設備 20 3-1實驗設計 20 3-2實驗設備 20 3-2-1高溫濕潤實驗 20 3-2-2分析檢測儀器 21 3-3實驗示意圖 23 3-4實驗材料 23 3-5實驗流程 29 3-6實驗步驟 30 第四章 結果與討論 31 4-1多種模仁材料與相同光學玻璃高溫濕潤實驗 31 4-2同一模仁材料與多種光學玻璃高溫濕潤實驗 34 4-3有無保護氣氛中四種玻璃硝材高溫濕潤實驗結果比較 40 4-4氮氣中不同模仁材料與多種光學玻璃交互實驗 45 4-5不同鍍膜參數與光學玻璃高溫濕潤後界面反應探討 52 第五章 結論 57 第六章 參考文獻 59 圖目錄 圖1.1 2003~2008全球照相手機畫素分析 2 圖1.2玻璃模造流程示意圖 4 圖1.3 TOSHIBA 精密模造儀器 4 圖2.1(a) 住田光學各種玻璃預型體 7 圖2.1(b) OHARA玻璃預型體 7 圖2.2 SUMITA 光學玻璃之分類 11 圖2.3 折射示意圖 12 圖2.4 Schott 公司光學玻璃之Abbe number 分佈圖 13 圖2.5 玻璃鏡片在冷卻時形狀變化量 15 圖2.6玻璃濕潤角觀察圖 16 圖3.1 氣氛高溫爐管 20 圖3.3 光學顯微鏡 21 圖3.3鍍金機 21 圖3.4高解析場發射式電子顯微鏡 22 圖3.5能量散布分析儀EDS 22 圖3.6實驗示意圖 23 圖4.1 K-VC89與WC之高溫潤濕實驗 32 圖4.2光學玻璃EDS圖 32 圖4.3玻璃硝材與基底擴散元素長條圖 33 圖4.4 K-VC89與各種不同基底材料高溫溼潤後濕潤角 33 圖4.5實驗示意圖 34 圖4.6四種玻璃硝材接觸界面之SEM圖 35 圖4.7碳化矽界面接觸OM圖 倍率200 36 圖4.8光學玻璃硝材擴散後穿透OM圖 倍率100 37 圖4.9四種玻璃硝材EDS結果 38 圖4.10四種玻璃硝材碳擴散量(air) 39 圖4.11大氣中玻璃與碳化矽基材濕潤角 39 圖4.12實驗示意圖 40 圖4.13高溫濕潤後碳化矽界面OM圖 100倍 41 圖4.14高溫濕潤後光學玻璃界面SEM圖 42 圖4.15氮氣中四種玻璃硝材與碳化矽高溫溼潤後EDS 43 圖4.16四種玻璃硝材與碳化矽高溫溼潤後碳擴散量(N2) 43 圖4.17 4種光學玻璃氮氣與大氣中高溫濕潤角比較 44 圖4.18實驗示意圖 44 圖4.19 高溫濕潤角比較 45 圖4.20氮氣中各光學玻璃高溫濕潤後界面SEM圖 46 圖4.21四種玻璃硝材組合物分析圖 48 圖4.22 網狀修飾劑與玻璃的主要形成劑的結構狀態 48 圖4.23 Ellingham Diagrams 51 圖4.24、4.25 SiC、WC之EDS分析 ……………………………………..51 圖4.26 膜層示意圖 52 圖4.27與Pt/Ir薄膜高溫濕潤後光學玻璃界面OM圖 53 圖4.28膜層高溫濕潤後界面圖 倍率200倍 53 圖4.29各參數鍍膜與光學玻璃之高溫濕潤角 54 圖4.30 與Pt/Ir膜層高溫濕潤後光學玻璃照片 55 圖4.31 與K-CSK120反應之Pt/Ir膜層之EDS分析 56 表目錄 表2-1、2-2玻璃對水與酸之抵抗性 14 表2-3為光學玻璃網狀修飾物優劣比較 18 表3-1 四種玻璃硝材Tg點與成分表 24 表3-2(a) 玻璃硝材特性表 25 表3-2(b) 玻璃硝材特性表 26 表3-2(c) 玻璃硝材特性表 27 表3-2(d) 玻璃硝材特性表 28 表3-3 實驗參數 30 表4-1玻璃濕潤角比較 47 表4-2 鍍膜參數 52 |
參考文獻 |
第六章 參考文獻 【1】楊忠信“市場高畫素的需求帶動光學技術之躍進“2006.11.09 【2】馬廣仁,“玻璃模造硬膜技術之進展分析”,工研院模造玻璃研討會,2004。 【3】李建興,“光機電系統整合概論”,(2.2.3 精密玻璃模造技術 P54)【4】Allen Y. Yiw and Anurag Jain,“Compression Molding of Aspherical Glass Lenses–A Combined Experimental and Numerical Analysis”, Journal of the American Ceramic Society 【5】Gregory C. Firestone, Anurag Jain, and Allen Y. Yiw,“Precision laboratory apparatus for high temperature compression molding of glass lenses” 【6】SUMITA 住田光學,http://www.sumita-opt.co.jp/cn/index.html 【7】OHARA,http://www.oharacorp.com/html/lowtg.html#sfge 【8】Lupton David F., Merker Jürgen, Fischer Bernd, Völkl Rainer, “Platinum Materials for the Glass Industry”, PInternational Percious Metals Conference, Williamsburg, Virginia, USA, JUNE 11-14, 2000 【9】辛企明,孫雨南,謝敬輝,“近代光學製造技術”,國防工業出版社,61-81,1997。 【10】Brand, J., Gadow, R., Killinger, A., “Application of Diamond-like Carbon Coatings on Steel Tools in the Production of Precision Glass Components”, Surface and Coatings Technology, Elsevier,180 –181, P.213–217, 2004. 【11】Zhong, D., Mateeva, E., Dahan, I., Moore, J.J., Mustoe, G.G.W.,Ohno, T., Disam, J., Thiel, S., “Wettability of NiAl, Ni-Al-N,Ti-B-C, and Ti-B-C-N Films by Glass at High Temperatures”,Surface and Coatings Technology, Elsevier, 133-134, P.8-14, 2000. 【12】Nishiyama Satoshi, Takahashi Eiji, Iwamoto Yasuo, Ebe Akinori,Kuratani Naoto, Ogata Kiyoshi, “Boron Nitride Hard Coatings byIon Beam and Vapor Deposition”, Thin Solid Films, Elsevier,281-282, P.327-330, 1996. 【13】Hock, M., Schaffer, E., Doll, W., Kleer, G., “Composite Coating Materials for the Moulding of Diffractive and Refractive Optical Components of Inorganic Glasses”, Surface and CoatingsTechnology, Elsevier, 163-164, P.689-694, 2003. 【14】泉谷徹郎著,高正雄譯,“光學玻璃”,復漢出版社,19-27,2001 【15】R.K. Brow, “Shelby Chapter 10 Optical Properties” http://web.umr.edu/~brow/PDF_optical.pdf 【16】許阿娟,朱嘉雯,林佳芬,陳志隆,“光學材料”,光學系統設計進階篇第四章,1-17,2002。 【17】Scholze, Horst., Horst Scholze, translated by Michael J. Lakin., “Glass: Nature, Structure, Properties”, Springer-Verlag, P.229-241,1991. 【18】“Refractive Index and Dispersion”, Technical Information ,SCHOTT, 2004. 【19】Tan C.Z., “Optical Interference and Refractive Index of Silica Glassin the Infrared Absorption Region”, Journal of Non-Crystalline Solids, Elsevier, 249, P.51-54, 1999. 【20】土僑正二著,黃占杰,松野靜代譯,“玻璃表面物理化學”,科學出版社,212-227,1986 【21】“Chemical Properties of Optical Glass”, Technical Information, SCHOTT, 2004. 【22】SUMITA Optical Data Book”, 住田光學。 【23】“Mechanical and Thermal Properties of Optical Glass”, Technical Information, SCHOTT, 2004. 【24】Anurag Jain, Allen, Y. Yi, “Numerical Modeling of ViscoelasticStress Relaxation During Glass Lens Forming Process”, J. Am.Ceram. Soc., 88(3), P.530-535, 2005. 【25】Paula Gould, “Smart, Clean Surface”, Materialstoday, Elssevier, P.45, 2003. 【26】US patent 5656104, “Metal Mold for Glass Forming”, Nippon SteelCorporation, Aug. 12, 1997. 【27】US patent 5876478, “Metal Mold for Glass Forming”, Nippon SteelCorporation, Mar. 2, 1999. 【28】莊文豪,馬廣仁,簡錫新“玻璃之高溫溼潤特性之研究”,中華大學碩士畢業論文 【29】王連發,趙墨硯,"光學玻璃工藝學",兵器工業出版社, 38-94,1993 【30】曹志峰,"特種光學玻璃",兵器工業出版社,154-195,1993 【31】Toshiba High Precision website:http://www.toshiba-machine.co.jp/ english/product/high/contents/molding.html 【32】”Zachariasen's Random Network Theory”- 1932 (see Shelby pp.7-10) 【33】http://www.engr.sjsu.edu/ellingham/ |
論文全文使用權限 |
如有問題,歡迎洽詢!
圖書館數位資訊組 (02)2621-5656 轉 2487 或 來信