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系統識別號 U0002-3007200712492400
中文論文名稱 光學玻璃與模仁材料界面化學反應之探討
英文論文名稱 Investigation of Interfacial Reaction Between Various Optical glasses and Mold Materials
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 95
學期 2
出版年 96
研究生中文姓名 霍正邦
研究生英文姓名 Cheng-Bang Huo
學號 694341594
學位類別 碩士
語文別 中文
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
中文關鍵字 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 
英文關鍵字 glass molding  Optical glass  mold materials  Interfacial Reaction  diffusion  sticking problems  network modifier  Pt/Ir films 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
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.
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
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【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
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【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/
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