玻璃镜片

出处：按学科分类—医药、卫生 上海医科大学出版社《视光学手册》第40页（2350字）

玻璃是一种非常专门的材料，它既不是气体，又不是液体，也不是真正的固体(物质的3种状态)，而是通过高温熔化形成的无机化合物，冷却后为非晶体，并保持非结晶状态。

玻璃镜片(glass lenses)的基本成分是硅(二氧化硅，SiO₂)，占65%～80%。在此基础上再加上其他普通材料。在光学玻璃的生产中主要加入为碳酸钠(sodium carbonate；或硫酸盐，sulphate)、碳酸钾(potash)、碳酸钙、铅(氧化铝，lead oxide；或红铅，minium)、硼酸盐(硼酸钠，sodium borate)，以及最近使用的钛(氧化钛，titanium oxide)和铌(niobium)的化合物。

有色玻璃镜片生产时，要加上被称为“固体着色剂”的金属盐，这些金属盐包括镍和钴(紫色)；钴和铜(蓝色)；铬(绿色)；铁、碳和镉(黄色)；金、铜和硒(红色)。稀土元素(钕、镨)也根据特性而被选用。

生产光学玻璃有两种基本的生产工艺，即传统的循环式工艺(cyclic process)及流动式工艺(flow process)。

3．2．1 循环式工艺

迄今，专用光学玻璃的生产还是由手工一炉一炉地分开生产的，耐火材料坩埚及手工制品染色的生产和干燥是时间很久很精细的工艺。在坩埚里，搅匀的混合砂料加温至1500℃而熔化，然后，有规则地机械地搅拌并排气，以防气泡形成。液料被慢慢地冷却至粘滞性能够铸造成各种形状的产品，或用来铸成平板，最后被割成小块再模压。

几百年来，人们信奉这个生产方式，并认为是唯一能生产完美无缺玻璃产品的方法。然而，新的技术使这种观点改变了。

3．2．2 流动式工艺

当生产大批量的眼镜片时，为减低生产成本，促使玻璃生产者探寻与发展一种连续的生产工艺，当今这种工艺已实现。所有的加工过程，如搅匀、融化、搅拌、冷却、铸造和加热各道工序都是在同一巨大的机械系统的各个部分进行，最后玻璃被浇铸成各种产品。

用此种方法生产镜片毛坯的质量完全能满足光学镜片的性能要求。然而，专用镜片和某种有色镜片还需采用传统的工艺制造。

3．2．3 镜片毛坯

生产线的终端，通过专门形状的铁制模具，压铸出呈粘滞状的小玻璃片。这些压铸件被慢慢地冷却，然后退火以消除其应力。如果它们以后被用于加工成眼镜片的话，就被叫做镜片毛坯(blanks)。它们的形状、尺寸以及厚度都能根据光学镜片的加工要求制成。

3．2．4 镜片磨制

整个镜片工艺包括从毛坯到磨制出符合光学性能的眼镜片，其中玻璃镜片与塑料镜片包括3道工序：粗磨(generating)、精磨(smoothing)和抛光(polishing)，每道工序都有其专门的工具、机器和工艺。

(1)粗磨 粗磨工艺使镜片毛坯的直径与成品要求一致，镜面的曲率基本符合加工要求。采用金刚石轮将镜片磨至所要求的厚度和曲率(图3－1)。

图3－1 镜片的粗磨

(2)精磨 精磨工序的要求在于磨去粗磨时留在镜片表面上的细痕，以便于抛光，但不改变镜片的曲率半径。该工序采用半径与镜片一致的模具和精细的磨料加工，在加工过程中，悬浮在水中的金刚砂粒散布到镜片表面，随着模具与镜片座的转动，使镜片磨光(图3－2)。

图3－2 镜片的精磨

当精磨完成时，镜片的曲率半径、厚度和直径完全与光学镜片的要求一致。但是镜片表面仍然存在磨砂的痕迹，因此必须抛光。

(3)抛光 抛光工序的目的是使镜片更加光滑，以氧化铈或氧化钛和水作为研磨剂，用毡状衬垫或专用塑料膜覆盖的模具进行加工(图3－3)。

图3－3 镜片的抛光

整个抛光工序镜片磨抛量为0，镜片表面的凸起处逐渐被挤压平整，因此使镜片表面高度光滑。

磨制形成的镜片表面可以是球面、柱面、球柱面或非球面；可以带有不同的屈光度；也可以是凸面、凹面或平面。

3．2．5 缺陷

玻璃镜片可被制成多种类型，具有多种用途，也可接受不同的镀膜，因此在很长一段时间里，玻璃一直被作为眼镜片的唯一基础材料。但是，有两个主要的缺陷(disadvantages)越来越引起使用者的不满。

(1)重量 现代眼镜款式的增大，使镜片的重量大大增加，因此与戴镜者所需求的舒适形成了矛盾。

(2)易碎性 这也引起人们极大的重视，因为现代人类的日常生活越来越需要避免镜片破碎所产生的危险性。

由于这些问题促使其他的光学材料高速发展，特别是树脂镜片很快地被全世界接受。