一种是高温变色,石英玻璃在750-1300温度下保温1-10个小时,透过率减少的现象称为高温变色。这种现象一般只发生在还原气氛生产的石英玻璃中(连熔和真空电熔石英玻璃),氧化气氛生产的石英玻璃几乎没有高温变色现象。石英玻璃高温变色的程度和杂质的含量和种类有关。矾,钨,钼,铬和铁等杂质含量达PPM级,就可以观察到高温变色现象。高温变色的色心虽然和离子的不同,有所不同,但很相似,共同特点是在光谱的紫外到可见区有一个宽的吸收带,随着波长的增加,吸收减少。一般来说,易还原的过渡族金属离子容易产生高温变色。
另一种是辐射变色。高能射线辐照也会使石英玻璃产生变色。它和高温变色有许多相似之处,如同样是在光谱的紫外到可见区有一个宽的吸收带,随着波长的增加,吸收减少;易还原的过渡族金属离子容易产生变色,变色主要是还原气氛熔化的石英玻璃。但还是有明显区别的。如锂,钠,钾和铝等主族元素会产生明显的辐照色心,但不会产生高温变色;辐照色心在200度以上就发生褪色,而高温色心在750度以上产生并稳定存在。
2 原理探讨:
在2000-2300度高温还原气氛熔化的石英玻璃,其杂质都位于低价状态,甚至SiO2也位于缺氧状态,当还原态石英玻璃在较高温度下长期保温时,离子的迁移和变价是造成石英玻璃变色的根本原因。
实验数据表明,辐照色心的强弱和离子半径有关,如果离子半径等于或小于硅氧结构中的空隙,则辐照色心比较强,离子半径大于硅氧结构空隙的离子,难以产生辐照色心。
研究表明,玻璃在紫外区的光吸收是由于紫外线与玻璃中氧离子相互作用的结果。氧离子结合越弱,吸收带越向长波移动。石英玻璃中桥氧离子结合的十分牢固,因而紫外透过性能优良。由于色心主要和氧离子有关,所以色心有相似性。
结论:
1 变色是金属杂质造成的。高温变色是过渡金属离子引起的;辐射变色是体积小的金属离子起的。
2 虽然杂质种类不同,但吸收带基本相似,这是因为吸收是杂质和氧离子作用的结果。