石英 JGS1~3区别
光学玻璃特性
310±10
λ0 (nm)
400
Tλ0 (%)
≥89.5
K
≥1.0
石英玻璃 石英玻璃以其优良的理化性能，被大量广泛用于半导体技术，新型电光源，彩电荧光粉生产， 化工过程，超高电压收尘、远红外辐射加热设备、航空航天技术、某些武器及光学仪器的光 学系统、原子能技术、浮法玻璃及元碱玻璃窖的耐火材料，特种玻璃用坩埚，仪器玻璃成型 部料碗，紫外线杀菌灯，各种有色金属的生产等诸多领域。石英玻璃 SiO2 含量大于 99.5％， 热膨胀系数低，耐高温，化学稳定性好，透紫外光和红外光，熔制温度高、粘度大，成型较 难。多用于半导体、电光源、光导通信、激光等技术和光学仪器中。 石英玻璃在整个波长有特别好的透光性，在红外区（特殊的红外玻璃除外） ，光谱透射
范围比普通玻璃大。在可见光区透过率达 93％。在紫外光谱区，特别是在短波，紫外光谱 区透过率比其他玻璃好的多。石英玻璃他的光学性能在很大程度上取决于它的化学性能。哪 怕是 0.001％的杂质就明显地影响产品质量。过度金属杂质会改变波长方向移动，羟基的存 在会吸收 2.73µm 光带。国产光学石英玻璃有三个牌号：JGS1 紫外光学石英玻璃，应用波段 185-2000nm，用合成石制造， Sicl4 为原料， JGS2 紫外光学石英玻璃，应用波段 220-2500nm， 用水晶做原料，气炼法生产；JGS3 红外光学石英玻璃，应用波段 260-3500nm，采用水晶或 高纯度石英砂为原料，真空加压炉生产。国外还有一种全波段光学石英玻璃，应用波段 180-4000nm，采用等离子（无水无 H2 状态下）化学相沉积法生产。用特纯 Sicl4 为原料。 在石英玻璃中掺入少量 Tio2， 可以把 220nm 下的紫外线滤掉， 称无臭氧石英玻璃。 因为 220nm 以下的紫外线能使空气中的氧变成臭氧， 在石英玻璃中掺入少量钛、 铕等元素。 可以把 340nm 以下的短波过滤掉。用它制电光源对人的皮肤有保健作用。这种玻璃可以做到完全无气泡。 具有优良的透紫外线性能，特别是在短波紫外区，其透过性能远远胜过所有的其他玻璃。在 185µm 处的透过率可达 85％。是 185-2500nm 波段的优良光学材料。由于这种玻璃含 OH 基 团，所以红外透过性能差，特别是在 2.7µ 附近有一很大的吸收峰。 石英玻璃的光学性能 （1）光谱特性 各种有色光学玻璃在规定的光谱区内的透过和吸收性能称为光谱特性。 它是有色光学玻 璃的（2）主要特性 石英玻璃是透紫外线，可见光， 近 红外线性能 最 好的玻璃，可以 根据需要从 168nm-3500nm 波段范围任意选择所须品种。 牌号名称应用光谱波段（毫微米） JGS1 远紫外光学石英玻璃应用光谱波段 185-2500nm JGS2 紫外光学石英玻璃应用光谱波段 220-2500nm JGS3 红外光学石英玻璃应用光谱波段 260-3500nm 远紫外光学石英玻璃 JGS1Reflectiveglass 在紫外和可见光谱范围内透明；在 185-2500nm 波段范围内无吸收带；在 2600-2800nm 波段范围内有强吸收带；非发光，光辐射稳定。 紫外光学石英玻璃 JGS2 在紫外和可见光谱范围内透明；在 220-2500nm 波段范围内无吸收带；在 2600-2800nm 波段范围内有强吸收带；非发光，光辐射稳定。紫外光学石英玻璃：是用氢氧焰熔化高级水 晶粉料而成的光学石英玻璃，它是 220-2500nm 波段范围内良好的光学材料。其红外透过性 能同远紫外石英玻璃。 红外光学石英玻璃 JGS3 在可见和红外光谱范围内透明；在 2600-2800nm 波段范围内无明显吸收带； 和普通硅酸盐玻璃相比，透明石英玻璃在整个波长头优良的透过性能。在红外区光谱透 过比普通玻璃大；在可见区，石英玻璃的透过率也是比较高的。在紫外光谱区特别是在短波 紫外区，光谱透过比其他玻璃好的多。光谱透过率受三个因素影响：反射，散射和吸收。石 英玻璃的反射一般为 8％，紫外区大一些，红外区小一些。所以石英玻璃的透过率一般不大 于 92％。石英玻璃的散射比较小，一般可以忽略。光谱吸收和石英玻璃的杂质含量和生产 工艺有密切的关系；在低于 200 钠米波段的透过率的高低，代表金属杂质含量的多少；240
石英片资料
石英玻璃光学石英玻璃片，能耐高温和高压等优点，是其他光学材料所无法替代的。
石英玻璃具有良好的紫外透过性能；可见光和近红外光吸收极低，所以是生产光导纤维的基础材料。
热膨胀系数极小，化学稳定性好，气泡、条纹、均匀性、双折射可与一般光学玻璃媲美，它是在恶劣场合下工作优选的光学材料。
主要应用于：特种光源，光学仪器，光电子，军工，冶金，半导体，光通讯等领域。
它能实验温度：1200度，软化温度为：1730度，具体参数如下：1．（远紫外光学石英玻璃）对应牌号JGS1它是用高纯度氢氧熔化的光学石英玻璃，所以含有大量的羟基（2000ppm），具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185μm处的透过率可达90％，合成石英玻璃在2730nm处具有很强的吸收峰，无颗粒结构。
是185—2500mμ波段范围内的优良光学材料。
2．（紫外光学石英玻璃）对应牌号JGS2石英原料和氢氧焰生产的石英玻璃，含有几十ppm的金属杂质。
在2730nm处有吸收峰（羟基含量100-200ppm），有条纹和颗粒结构。
它是透过220—2500μm波段范围内的良好材料。
3．（红外光学石英玻璃）对应牌号JGS3用石英原料和真空电熔法生产的石英玻璃，含有几十ppm的金属杂质。
有小气泡，颗粒结构和条纹，几乎不含（OH），具有较高的透红外性能，透过率高达85％以上，其应用波段范围260—3500μm的光学材料。
附：光学石英玻璃JC/T185-1996标准，含光谱透光率、特征等。
(原标准JC 185-81(96)《JGS1、JGS2、JGS3，光学石英玻璃》作废。
)石英玻璃光谱图石英玻璃光学常数各种光学石英玻璃JGS-1 JGS-2 JGS-3所能达到的最高类别光谱特性平均透过率180-2500nm 200-2500nm 260-3500nm 90% 85% 85%气泡类别0 2 2双折射1-2 1-2 1-2 颗粒结构 1 2 2条纹1-2 1-2 2均匀性1-2 2 2荧光 1 2 2防辐射性能不变色轻微变色变色石英玻璃物理性能表1.机械性能标准值密度 2.2g/cm3抗压强度1100Mpa抗弯强度67Mpa抗拉强度48Mpa泊松比μ0.14～0.17杨氏模量E 72000Mpa刚性模量31000Mpa莫氏硬度 5.5～6.5表2.热性能标准值变形点1280℃软化点1780℃退火点1250℃比热(20～350℃) 670J/kg.℃热导率(20℃) 1.4W/m.℃折射率 1.4585热膨胀系数 5.5×10-7cm/cm. ℃热加工温度1750～2050℃短期使用温度1300℃长期使用温度1100℃宜兴市和桥镇晶禾光学仪器经营部开户行：中国工商银行宜兴和桥支行账号：110 302 950 900 033 1010法人代表：夏正平借款人：王英杰金额：656.00元陆佰伍拾陆圆整课题号：。
JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃
JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃时间：2003-03-21 出处：点击率：1770 字号：小大标准名称：JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃标准类型：中华人民共和国国家标准标准号：JC 185－81标准发布单位：国家标准局发布标准正文：正文一、牌号、名称与类别1．光学石英玻璃的牌号与名称（见表1）。
表１牌号名称应用光谱波段（毫微米）JGS1 远紫外光学石英玻璃 185- 2500JGS2 紫外光学石英玻璃 220- 2500JGS3 红外光学石英玻璃 260- 3500注：可见光石英玻璃可在以上三种牌号内任意选择。
2．光学石英玻璃按下列各项质量指标分类和定级。
（1）光谱特性：分三类；（2）光学均匀性：分五类。
（3）双折射：分五类；（4）条纹：分三类和三级；（5）颗粒不均匀性：分三类；（6）气泡：分七类；（7）荧光特性：分二类。
3．光谱特性（1）JGS1远紫外光学石英玻璃按光谱特性分为三类（见表2）。
表２厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别 185 200 220 240 300 185- 12001 ＞85 ＞85 ＞85 ＞87 ＞90 无吸收峰2 ＞70 ＞80 ＞80 ＞80 ＞85 无吸收峰3 ＞70 ＞70 ＞70 ＞80 允许有吸收峰(2)JGS2紫外光学石英玻璃按光谱特性分三类（见表３）。
表３厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别 200 240 3001 ＞80 ＞75 ＞802 ＞75 ＞70 ＞753 ＞65 ＞70(3)JGS3红外光学石英玻璃按光谱特性分为三类（见表4）。
表４厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别 2000 2500 2700 2800 2600- 28001 ＞90 ＞90 ＞90 ＞85 无吸收峰2 ＞85 ＞85 ＞85 ＞80 无吸收峰3 ＞80 ＞80 ＞75 ＞75 允许有吸收峰(4)JGS1、JGS2、JGS3厚度10毫米毛坯可见光部分平均透过率均应大于90％。
电介质的介电常数
电介质的介电常数温度() 温度()石英玻璃电学性能石英玻璃具有很高的介电强度，很低的电导率折电损失，即使在高温时，其电导率与介电损失也较一般材料低，特别适合高温高机械应力条件下作高频和电压绝缘材料。
电导率在20o C时，透明石英玻璃的电导率为10-17-10-16西/米，不透明石英玻璃的电导率为10-14-3.2×10-13西/米，其值与石英玻璃的纯度有关。
介电常数在常温和0-106赫兹频率下，透明石英玻璃的介电常数为3.70；不透明石英玻璃为3.50，温度升高，介电常数略有增加，到450o C以后，介电常数显著增加。
介电损失石英玻璃的介电损失与温度的关系是随温度的升高，介电损失增加，在350o C 以上，介电损失随温度的升高而增加更为显著。
石英玻璃的介电损失击穿强度在200o C时，透明石英玻璃的击穿电压约为普通玻璃的三倍， 500o C时为普通玻璃的十倍。
石英光学玻璃我厂生产的光学石英光学玻璃窗口片，能耐高温和高压，主要应用于：特种光源，光学仪器，光电子，军工，冶金，半导体，光通讯等领域。
它能实验温度：1200度，软化温度为：1730度，具体参数如下。
1．JGS1（远紫外光学石英光学玻璃）它是用高纯度氢氧熔化的光学石英光学玻璃。
具有优良的透紫外性能，特别是在短波紫外区，其透过性能远远地胜过所有其他玻璃，在185mμ处的透过率可达90％，是185—2500mμ波段范围内的优良光学材料。
2．JGS2（紫外光学石英光学玻璃）它是用氢氧熔化的光学石英光学玻璃。
它是透过220—2500mμ波段范围内的良好材料。
3．JGS3：（红外石英光学玻璃）它是具有较高的透红外性能，透过率高达85％以上，其应用波段范围260—3500mμ的光学材料。
石英光学玻璃物理性能高硼硅3.3耐热冲击浮法平板玻璃——一种真正全能、广泛应用的材料！高硼硅3.3耐热冲击浮法平板玻璃是使用浮法工艺生产的，以氧化钠（Na2O)、氧化硼（B2O3)、二氧化硅（SiO2）为基本成份的一种平板玻璃。
jgs1熔融石英羟基降低退火温度
熔融石英羟基降低退火温度随着科学技术的发展，材料科学领域的研究也越发深入。
熔融石英羟基作为一种新型的材料，在材料科学研究中引起了广泛关注。
其中，研究发现，熔融石英羟基可以降低材料的退火温度，这一发现对于材料的改性和性能提高具有重要意义。
本文将从熔融石英羟基降低退火温度的机制、影响因素和应用前景等方面展开详细探讨。
1. 机制熔融石英羟基降低退火温度的机制主要是通过其在材料表面形成一层致密且稳定的保护膜，阻止了氧气和水分的侵蚀，减少了晶格缺陷的形成，从而使材料的退火温度降低。
而熔融石英羟基本身又具有较强的抗氧化性和耐热性，因此能够有效地保护材料的表面，延长材料的使用寿命。
2. 影响因素研究发现，熔融石英羟基降低退火温度受多种因素的影响。
首先是熔融石英羟基的质量和含量，其质量越高、含量越多，降低退火温度的效果越明显。
其次是材料的表面状态和结构，表面光洁度和晶粒结构的优劣也会影响熔融石英羟基的降温效果。
材料的化学成分和热处理工艺也会对熔融石英羟基的作用产生影响。
3. 应用前景熔融石英羟基降低退火温度在材料科学领域具有广泛的应用前景。
在金属材料的制备和加工中，可添加熔融石英羟基作为增强剂，降低金属材料的退火温度，提高材料的硬度和耐磨性。
在陶瓷材料的生产中，也可利用熔融石英羟基来保护陶瓷材料的表面，延长其使用寿命。
在电子材料、建筑材料等领域，熔融石英羟基的降温效果也将大显身手。
熔融石英羟基降低退火温度的发现为材料科学的发展带来了新的希望和机遇。
其降温机制清晰明了，影响因素多样复杂，应用前景广阔。
相信随着研究的深入和技术的不断进步，熔融石英羟基的应用领域将会更加广泛，为材料科学的发展注入新的活力。
熔融石英羟基降低退火温度的研究和应用前景已经吸引了科研人员和工程师的浓厚兴趣。
除了上文中提到的金属材料、陶瓷材料和电子材料等领域，熔融石英羟基还有许多其他潜在的应用。
这些应用包括但不限于建筑材料、高温合金、玻璃制品、纺织品、化工产品等多个领域。
JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃
JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃时间：2003-03-21 出处：点击率：1770 字号：小大标准名称：JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃标准类型：中华人民共和国国家标准标准号：JC 185－81标准发布单位：国家标准局发布标准正文：正文一、牌号、名称与类别1．光学石英玻璃的牌号与名称（见表1）。
表１牌号名称应用光谱波段（毫微米）JGS1 远紫外光学石英玻璃 185- 2500JGS2 紫外光学石英玻璃 220- 2500JGS3 红外光学石英玻璃 260- 3500注：可见光石英玻璃可在以上三种牌号内任意选择。
2．光学石英玻璃按下列各项质量指标分类和定级。
（1）光谱特性：分三类；（2）光学均匀性：分五类。
（3）双折射：分五类；（4）条纹：分三类和三级；（5）颗粒不均匀性：分三类；（6）气泡：分七类；（7）荧光特性：分二类。
3．光谱特性（1）JGS1远紫外光学石英玻璃按光谱特性分为三类（见表2）。
表２厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别 185 200 220 240 300 185- 12001 ＞85 ＞85 ＞85 ＞87 ＞90 无吸收峰2 ＞70 ＞80 ＞80 ＞80 ＞85 无吸收峰3 ＞70 ＞70 ＞70 ＞80 允许有吸收峰(2)JGS2紫外光学石英玻璃按光谱特性分三类（见表３）。
表３厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别 200 240 3001 ＞80 ＞75 ＞802 ＞75 ＞70 ＞753 ＞65 ＞70(3)JGS3红外光学石英玻璃按光谱特性分为三类（见表4）。
表４厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别 2000 2500 2700 2800 2600- 28001 ＞90 ＞90 ＞90 ＞85 无吸收峰2 ＞85 ＞85 ＞85 ＞80 无吸收峰3 ＞80 ＞80 ＞75 ＞75 允许有吸收峰(4)JGS1、JGS2、JGS3厚度10毫米毛坯可见光部分平均透过率均应大于90％。
玻璃空间电离辐照着色研究
玻璃空间电离辐照着色研究杜继实;吴洁华;赵丽丽;宋力昕【摘要】The optical stabilities of several glasses (K9-HL glass, JGS3 silica glass, K509 glass and JGS1 silica glass) under conditions of ionizing radiation (proton flux, electron flux) were studied. Additionally, using the simulation results of space ionizing radiation by SPENVIS and CREME-MC, optical lives of these four glasses serving in a given orbital (perigee 350 km, apogee 425 km, orbital inclination 51.6°) were analysed. It can be found that being used for more than 10 years in this given orbital, the optical transmission of the K9-HL glass evidently de-creased, while the optical transmission of the other three glasses (JGS3 silica glass, K509 glass and JGS1 silica glass) didn't change or changed a little and they can serve as good optical materials in the given space orbital. Be-cause most of the space particles (ionizing radiation) can be effectively inhibited or absorbed in some penetration depth of the glass, the space ionizing radiation can only color a surface layer of the glass, as a result, an anti-radiation glass layer can be put outside the window of a long duration spacecraft in order to reduce ionizing ir-radiation, and the layer can be made of silica glass.%对几种玻璃(K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGSl石英玻璃)在电离辐照(质子、电子)作用下的光学稳定性进行了系统研究,并以此为基础,通过空间电离辐照在玻璃作用的模拟计算,对这几种玻璃在轨(近地点350 km,远地点425 km,轨道倾角51.6°)光学寿命进行了预测.在该轨道使用10年时,K9-HL玻璃可见光透过率可能出现明显下降,而JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃的可见光透过率保持不变或变化很小.由于绝大多数空间粒子穿透能力小,空间电离辐照仅能造成玻璃表层的着色.因此,长期在轨航天器舷窗可加一防电离辐照层以减少内层玻璃接受的电离辐照量,而该层玻璃可采用石英玻璃.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2012(027)004【总页数】6页(P411-416)【关键词】玻璃;空间电离辐照;吸收剂量;着色【作者】杜继实;吴洁华;赵丽丽;宋力昕【作者单位】中国科学院上海硅酸盐研究所,特种无机涂层重点实验室,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,特种无机涂层重点实验室,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,特种无机涂层重点实验室,上海200050;中国科学院上海硅酸盐研究所,特种无机涂层重点实验室,上海200050【正文语种】中文【中图分类】TB321舷窗是航天员观察航天器外部空间的窗口, 其主体材料是玻璃[1]. 载人航天器舷窗需具备优异的可见光透过性能和优异的承压性能, 因此, 载人航天器舷窗一般采用钢化玻璃以满足承压要求[1]. 载人航天器舷窗主体由三层玻璃构成, 外层为能抗航天器返回地球时高温的防热玻璃, 内两层为承压钢化多组分玻璃[2]. 但是, 随着航天技术的发展, 载人航天器在轨时间越来越长, 空间电离辐照导致的着色严重威胁着舷窗玻璃作为光学材料的使用, 玻璃空间电离辐照着色及抗辐照性能研究成为载人航天工程中重要材料科学问题.玻璃电离辐照着色是指玻璃(常温下)受电离辐照如电子、质子、X(γ)射线、紫外线、中子等作用而出现的一种可见光吸收增加的现象, 在多组分玻璃中普遍存在电离辐照着色[3-4]. 提高玻璃的抗辐照性能(即玻璃接受电离辐照时可见光透过率保持稳定不变的性能)主要有两个途径: 一是降低玻璃中非桥氧的浓度; 二是添加抗辐照稳定剂. 对于硅酸盐玻璃, 降低非桥氧的浓度就是制备高纯的石英玻璃[5]. 玻璃抗辐照稳定剂性能最为优异的是氧化铈[6-7], 但由于高浓度的氧化铈会严重降低玻璃的可见光透过率, 抗辐照玻璃中 CeO2含量一般控制在 0.55mol%左右[8]. 迄今为止,国内外已经成功研制并发展了一系列性能优异的多组分抗辐照玻璃,如Schott的BK7G18玻璃、国产K509玻璃等.本工作系统研究了几种玻璃(K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃)在电离辐照作用下的光学稳定性, 并以此为基础, 通过空间电离辐照对玻璃作用的模拟计算, 对这几种玻璃在轨(近地点350 km, 远地点425 km, 轨道倾角51.6o)光学寿命进行了预测.1 实验过程1.1 实验样品实验研究了四类玻璃电离辐照作用前后性能的变化, 它们分别是成都光明光电股份有限公司生产的K9-HL玻璃、圣戈班石英(锦州)有限公司生产的JGS3石英玻璃、成都光明光电股份有限公司生产的K509玻璃、秦皇岛耀华石英科技发展有限公司生产的JGS1石英玻璃, 其中K509玻璃是一种添加氧化铈的 K9玻璃(K9玻璃成分类似于 K9-HL玻璃), JGS1石英玻璃是一种合成石英玻璃, 金属离子含量低, 而JGS3石英玻璃是一种电熔石英玻璃, 金属离子含量比JGS1石英玻璃高, 因此,JGS1石英玻璃比JGS3石英玻璃具有更加优异的抗辐照性能. 玻璃样品均切成片状(样品尺寸因辐照实验要求有所变化),光学透过率测试光线入射面(电离辐照入射面)、出射面均用氧化铈粉末(～37 μm)抛光处理.1.2 电离辐照考虑到实验对象是具有一定厚度的玻璃, 电离辐照采用穿透能力强的高能质子和电子.质子辐照采用北京大学核物理与核技术国家重点实验室的2×6 MV串列静电加速器, 质子能量是10 MeV, 注量率约2.5×108 proton/(cm2·s), 辐照环境温度是室温, 辐照环境气压是10−2～10−3 Pa.电子辐照采用上海大学射线应用研究所的 GJ-2高频高压电子加速器, 电子能量是1.85 MeV, 平均注量率约2×1011 electron/(cm2·s), 辐照环境温度是室温, 辐照在大气中进行.两种粒子垂直入射并作用于玻璃样品.1.3 光学透过率测定玻璃辐照前后200～800 nm范围内的光学透过率采用一台Varian Cary 500型分光光度计测定, 测定温度是室温.2 实验结果2.1 K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃质子辐照前后的光学透过率经1010 proton/cm2质子辐照后, K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃依旧无色透明, 而经1012 proton/cm2质子辐照后, K9-HL玻璃呈现褐色, JGS3石英玻璃依旧无色透明. 图1是K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃经 10 MeV质子辐照前后的光学透过率曲线, K9-HL玻璃接受1010 proton/cm2质子辐照后透过率在 300～400 nm 范围内有轻微降低, 而接受1012 proton/cm2质子辐照后透过率在300～800 nm 范围内明显降低, JGS3石英玻璃接受1012 proton/cm2质子辐照后透过率基本保持不变.2.2 K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃电子辐照前后的光学透过率经4×1012 electron/cm2电子辐照后, K9-HL玻璃呈现明显褐色, JGS3石英玻璃依旧无色透明. 图 2是K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃接受1.85 MeV电子辐照前后的光学透过率曲线, 电子辐照后, K9-HL玻璃透过率在 300～800 nm范围内明显降低, JGS3石英玻璃透过率在200～400 nm范围内有轻微降低,而在可见光范围内(400～800 nm)基本保持不变.图1 K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃接受10 MeV质子辐照前后的光学透过率曲线Fig. 1 Transmission of K9-HL glass, JGS3 silica glass before and after 10 MeV proton irradiation(Thickness: 10 mm)2.3 K509玻璃、JGS1石英玻璃接受质子、电子辐照前后的光学透过率图3是K509玻璃、JGS1石英玻璃经1012 proton/cm2的10 MeV质子、4×1012 electron/cm2的1.85 MeV电子辐照前后的透过率曲线, 经质子、电子辐照, K509玻璃透过率在 350～500 nm范围有轻微降低, JGS1石英玻璃透过率基本保持不变.2.4 K9-HL玻璃电离辐照着色分布图2 K9-HL玻璃、JGS3石英玻璃经4×1012 electron/cm2的1.85 MeV电子辐照前后的光学透过率曲线Fig. 2 Transmission of K9-HL glass, JGS3 silica glass before and after 4×1012 electron/cm2 1.85 MeV electronirradiation(Thickness: 10 mm)图3 K509玻璃、JGS1石英玻璃经1012 proton/cm2的10 MeV质子、4×1012 electron/cm2的1.85 MeV电子辐照前后的光学透过率曲线Fig. 3 Transmission Spectra of K509 glass, JGS1 silica glass before and after 1012 proton/cm2 10 MeV proton or 4×1012 electron/cm2 1.85 MeV electron irradiation(Thickness of all the K509 glasses: 10 mm; thickness of all the JGS1 silica glasses: 12 mm)无论是10 MeV质子辐照还是1.85 MeV电子辐照, 电离辐照造成的 K9-HL玻璃着色都仅限于玻璃表层. 10 MeV的质子对K9-HL玻璃造成的着色深度小于1 mm, 而1.85 MeV电子对K9-HL玻璃造成的着色深度约是2 mm. 图4是K9-HL玻璃1.85 MeV电子辐照后的纵截面照片, 玻璃接受电子辐照着色在辐照深度方向是渐变的, 随着深度的增大, 辐照造成的着色由深变浅, 当辐照深度大于3 mm时, 1.85 MeV电子辐照对玻璃颜色几乎无任何影响.图4 K9-HL玻璃经1.85 MeV电子辐照后的纵截面照片(电子从上向下垂直入射,受拍摄条件的限制, 图中阴影部分仅反映玻璃着色深度的相对变化趋势, 样品厚度10 mm, 拍摄采用1200万像素数码相机)Fig. 4 Picture of the K9-HL glass’s cross section which was irradiat ed by 4×1012 electron/cm2 1.85 MeV electron(Electron irradiated the glass from top to bottom, and because of shooting angle, the shadow in the picture only showed the trend of coloration. The thickness of the glass sample is 10 mm)3 讨论空间电离辐照主要是带电粒子, 按其来源主要分为地球磁场捕获的粒子、太阳粒子事件粒子、宇宙射线以及反照粒子[9], 其中注量率较大有地球磁场捕获的质子和电子、太阳粒子事件质子、宇宙射线质子. 图5是采用SPENVIS[10]和CRÈME-MC[11]计算的近地点350 km、远地点425 km、轨道倾角51.6o轨道(为便于讨论, 本文将该轨道称作特征轨道)的各类粒子全方位注量率(Omnidirectional Fluence Rate), 质子能量主要集中在0～10000 MeV之间, 电子的能量主要集中在0～4 MeV之间, 粒子注量率随能量的增加迅速减小, 因此空间中绝大多数质子、电子能量较低. 同时可以看出, 空间电离辐照的主要来源为地球磁场捕获的质子和电子.Armstrong等[12-13]比较了AP8/AE8模型预测粒子的吸收剂量与地球磁场捕获粒子吸收剂量空间试验实测数据后发现, 地球磁场捕获质子吸收剂量实测数据约是AP8模型预测地球磁场捕获质子吸收剂量的2倍, 而地球磁场捕获电子吸收剂量实测数据与 AE8模型预测地球磁场捕获电子吸收剂量的比值列于表1, 因此, 采用AP8/AE8模型对空间电离辐照环境进行预测时须考虑相应的修正倍数.图5 近地点350 km、远地点425 km、轨道倾角51.6o轨道各类粒子全方位注量率(a) 采用SPENVIS中的AP8模型预测的地球磁场捕获质子全方位注量率; (b) 采用SPENVIS中的AE8模型预测的地球磁场捕获电子全方位注量率; (c) 采用SPENVIS中的ESP模型预测的最糟糕情况下的太阳粒子事件提供的质子全方位注量率; (d) 采用CRÈME-MC预测的无太阳耀斑时宇宙射线提供的质子全方位注量率Fig. 5 Particles’ omnidirectional fluence rate in the orbital of perigee 350 km, apogee 425 km, orbital inclination 51.6o(a) Simulated omnidirectional fluence rate of trapped proton using AP8 model of SPENVIS; (b) Simulated omnidirectional fluence rate of trapped electron using AE8 model of SPENVIS; (c) The worst simulated omnidirectional fluence rate of solar particle events proton using ESP model of SPENVIS; (d) Simulated omnidirectional fluence rate of cosmic rays proton without solar flare using CRÈME-MCNote: solid icons in the figure show the integral fluence rates, while the hollow ones show the differential fluence rates. The integral fluence rate and differential fluence rate can both be taken as the functions of particle energy E, and the integral fluence rate at E means the sum of the all the particles’ fluence rates whose energies are lager than E, while the corresponding differential fluence rate is the negative differential function of the integral fluence表1 AE8预测地球磁场捕获电子吸收剂量与空间试验数据的比值[12-13]Table 1Measured to predicted electron absorbed dose ratio based on satellite data and AE8 trapped electron model[12-13]Inclination /(º) Altitude /km Measured/AE8＜40 ＜750 2−10, or larger＜40 750−2000 2−10＞40300−750 0.5−1.5＞40 750−2000 1−2空间电离辐照环境是复杂的, 具备一些特殊性质: 首先, 空间质子、电子运动方向是全方位分布的,虽然空间粒子运动在某些方向上较多, 但一般近似认为它们的运动方向在空间角中是均匀分布的; 其次, 空间粒子能量是连续分布的, 能量从几 keV到几十 GeV, 绝大部分能量较低; 第三, 空间粒子注量率很小, 并且随着磁坐标的变化而差别很大. 电离辐照对玻璃可见光透过率的影响往往决定于材料的性质、电离辐照的性质、累计注量、注量率以及环境温度等等[14]. 连续能量分布的粒子辐照通过人工手段实现是十分困难的, 而且采用小注量率辐照模拟往往增加实验周期, 因此, 玻璃空间电离辐照着色地面实验研究往往忽略注量率的影响, 并且采用单一能量的粒子进行模拟. 实验证明, 相同注量前提下, 高注量率辐照引起的玻璃光学吸收一般会大于低注量率的辐照[15], 因此采用高注量率辐照满足工程可靠性考核的要求. 电离辐照对物质作用的强弱往往通过吸收剂量(电离辐照在单位质量物质中沉积的能量)表征, 对于块体材料, 单一能量的粒子在物质中吸收剂量随着作用深度的增加而变化,但是考虑到研究粒子的能量(见图 5)远大于玻璃产生色心需要的能量, 可以认为: 对于同种粒子, 同样吸收剂量造成的光学吸收是相同的, 而忽略粒子能量的影响. 由图5可知, 能量大于1 MeV的质子全方位注量率约是6×109proton/(cm2·year)(太阳活动小年,考虑修正倍数2), 能量大于0.5 MeV的电子全方位注量率约是8.3×1010 electron/(cm2·year)(太阳活动大年, 考虑修正倍数1). 由2.1和2.2节的实验结果可知, 由于电离辐照作用, 特征轨道空间使用 10年后K9-HL玻璃可见光透过率会出现明显降低. 一般认为电离辐照导致多组分硅酸盐玻璃可见光区域吸收可归因于玻璃中原子或离子电离过程中形成的两个非桥氧空穴中心(Non-bridging Oxygen Hole Center, 简称NOHC或HC)HC1和HC2[16], 电离辐照作用引起的电子转移是玻璃电离辐照色心产生的根本原因. 按照Mott的理论[17], 玻璃中存在着大量的定域态, 电离辐照激发产生的电子、空穴进入定域态后难以复合而形成了色心. 因此, 长期在轨载人航天器舷窗用多组分玻璃必须进行抗辐照加固以提高其光学稳定性.图6 MULASSIS模拟的1012 proton/cm2的10 MeV质子、20年的特征轨道地球磁场捕获质子、4×1012 electron/cm2的1.85MeV电子、20年的特征轨道地球磁场捕获电子在石英玻璃中吸收剂量随深度的变化曲线Fig. 6 MULASSIS simulated absorbed dose curves of 1012 proton/cm2 10 MeV proton, 20-year trapped proton in the given orbital, 4×1012 electron/cm2 1.85 MeV electron and 20-years trapped electron in the given orbital with depth in the silica glass(Fluence rate of trapped proton used is the one of solar minimum in Fig.1, while fluence rate of trapped electron used is the one of solar maximum in Fig.1)对电离辐照吸收剂量的研究往往借助于Monte-Carlo方法进行模拟, MULASSIS 是一款基于Geant4[18]的对高能粒子(光子)在物质中输运过程进行模拟预测的软件[19], 图6是采用MULASSIS模拟10 MeV质子、20年的特征轨道地球磁场捕获质子、1.85 MeV电子、20年的特征轨道地球磁场捕获电子在石英玻璃中吸收剂量与作用深度间的关系曲线. 10 MeV质子的吸收剂量在石英玻璃0.7 mm深的表层有较大值, 当辐照深度大于0.7 mm时, 其吸收剂量几乎是零; 1.85 MeV电子吸收剂量在石英玻璃中2～3 mm的深度范围内迅速减小, 当辐照深度大于3 mm 时, 其吸收剂量小于103 Rad. 辐照粒子吸收剂量在石英玻璃中随深度的变化可解释 K9-HL玻璃经10 MeV质子、1.85 MeV电子辐照而出现表层着色的现象. 从特征轨道地球磁场捕获质子、电子在玻璃中吸收剂量随着深度的变化可知, 空间电离辐照仅仅使玻璃表层产生着色, 从 2.1节的结果可知, 在玻璃中吸收剂量小于 104 rad, 质子辐照并不能造成玻璃透过率下降; 1.85 MeV电子仅造成玻璃3 mm深度左右的吸收剂量约是5×104 Rad, 可见, 吸收剂量小于5×105 Rad时, 电子辐照并不能引起玻璃透过率下降. 因此可推测, 特征轨道使用 20年后,电离辐照引起的K9-HL玻璃着色深度不大于1 mm.JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃都能承受 1012 proton/cm2的10 MeV 质子或者4×1012 electron/cm2的1.85 MeV电子辐照而可见光透过率保持不变或者变化很小, 这三种玻璃具备优异的抗辐照性能. 石英玻璃尤其是JGS1石英玻璃非桥氧浓度含量很低, 电离辐照色心产生缺乏先决条件,因此, 石英玻璃具备优异的抗辐照性能. Ce变价可以俘获玻璃辐照过程中产生的电子、空穴而抑制色心的产生[7]: Ce3+ + h → Ce4+,Ce4+ + e → Ce3+, 因此, K509玻璃抗辐照性能优异. 从图6吸收剂量深度分布曲线分析可知, 空间电离辐照吸收剂量在玻璃0.2 mm深的表层特别大, 虽然玻璃0.2 mm表层接受电离辐照吸收剂量(20年)大于4×1012 electron/cm2的 1.85 MeV电子, 但是实际空间环境中太阳活动小年时地球磁场捕获电子注量率仅是太阳活动大年的几分之一, 因此, JGS3石英玻璃、K509玻璃及JGS1石英玻璃能够承受特征轨道20年的电离辐照,而可见光透过率保持不变或者变化很小.空间粒子能量分布是连续的, 而且粒子的射程随着粒子的能量的减小而减小[20-21], 空间电离辐照中能量较低的粒子会被玻璃表层截止而无法作用于玻璃内部, 所以玻璃表层对玻璃内部来说可以看作是“防电离辐照层”, 图7是采用MULASSIS模拟的特征轨道地球磁场束缚粒子经过10 mm石英玻璃吸收后的残余注量, 可以看出, 低能的质子、电子因材料的截止作用大量减少. 因此, 在不妨碍整体设计要求的前提下, 长期在轨空间载人航天器舷窗可于最外层附加一层防电离辐照层, 该层材料可采用石英玻璃, 以减少内层玻璃接受的电离辐照量, 从而可适当降低内层玻璃的氧化铈含量, 以获得最大的光学透过率.图7 MULASSIS模拟的地球磁场束缚粒子经过10 mm石英玻璃吸收后的注量率Fig. 7 MULASSIS simulated fluence rates of trapped particles after 10 mm silica glass shieldingNote: in (a), because of ionization, the proton irradiation can always produce electron本文未讨论能量低于100 keV的质子和能量低于40 keV的电子对玻璃的作用, 对于JGS3石英玻璃、K509玻璃、JGS1石英玻璃等具有优异抗辐照性能的玻璃来说, 这些低能粒子在表层(几微米到十几微米[22-23])作用对玻璃整体光学透过率的影响是可以忽略的.4 结论低地球轨道(近地点350 km、远地点425 km、轨道倾角51.6o)使用10年时, 由于空间电离辐照作用, K9-HL玻璃可见光透过率可能出现明显下降,长期在轨空间载人航天器舷窗用多组分玻璃必须抗辐照加固, 然而 JGS3石英玻璃、K509玻璃以及JGS1石英玻璃应该都能承受20年的空间电离辐照而可见光透过率保持不变或者变化很小, 这三种玻璃具备优异的抗空间电离辐照性能.由于空间电离辐照穿透能力小, 空间电离辐照仅能造成玻璃表层的着色, 因此, 长期在轨航天器舷窗可于外部加一防电离辐照层以减少内层玻璃接受的电离辐照量, 而该层玻璃可采用石英玻璃.参考文献:【相关文献】[1] 宋力昕, 胡行方, 吴国庭. 热钢化对载人航天器舷窗玻璃强度的影响. 中国空间科学技术, 1996(4): 43−49.[2] 吴国庭. 神舟飞船结构的研制. 航天器工程, 2004, 13(3): 14−19.[3] Schreurs J W H. 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JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃
JGS1、JGS2、JGS3光学石英玻璃一、牌号、名称与类别1．光学石英玻璃的牌号与名称（见表1）。
表１牌号名称应用光谱波段（毫微米）JGS1 远紫外光学石英玻璃185- 2500JGS2 紫外光学石英玻璃220- 2500JGS3 红外光学石英玻璃260- 3500注：可见光石英玻璃可在以上三种牌号内任意选择。
2．光学石英玻璃按下列各项质量指标分类和定级。
（1）光谱特性：分三类；（2）光学均匀性：分五类。
（3）双折射：分五类；（4）条纹：分三类和三级；（5）颗粒不均匀性：分三类；（6）气泡：分七类；（7）荧光特性：分二类。
3．光谱特性（1）JGS1远紫外光学石英玻璃按光谱特性分为三类（见表2）。
表２厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别185 200 220 240 300 185- 12001 ＞85 ＞85 ＞85 ＞87 ＞90 无吸收峰2 ＞70 ＞80 ＞80 ＞80 ＞85 无吸收峰3 ＞70 ＞70 ＞70 ＞80 允许有吸收峰(2)JGS2紫外光学石英玻璃按光谱特性分三类（见表３）。
表３厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别200 240 3001 ＞80 ＞75 ＞802 ＞75 ＞70 ＞753 ＞65 ＞70(3)JGS3红外光学石英玻璃按光谱特性分为三类（见表4）。
表４厚度10毫米毛坯的透过率（％）类别2000 2500 2700 2800 2600- 28001 ＞90 ＞90 ＞90 ＞85 无吸收峰2 ＞85 ＞85 ＞85 ＞80 无吸收峰3 ＞80 ＞80 ＞75 ＞75 允许有吸收峰(4)JGS1、JGS2、JGS3厚度10毫米毛坯可见光部分平均透过率均应大于90％。
4.光学均匀性按最小鉴别角（φ）与理论鉴别角（φ0）之比，分为五类见表。
理论鉴别角φ0等于120′/D（圆孔）或115′/D（长方孔）D为平行光管的光栏尺寸，并与毛坯的直径（圆形毛坯）或边长（长方形毛坯用以计算φ0的边）相等。
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Design Compressive Strength Bulk Modulus Rigidity Modulus Young's Modulus Poisson's Ratio Coefficient of Thermal Expansion Thermal Conductivity Specific Heat Softening Point Annealing Point Strain Point Electrical Receptivity Dielectric Properties (20°C and 1 MHz) Constant Strength Loss Factor Dissipation Factor Velocity of Sound-Shear Wave Velocity of Sound/Compression Wave Sonic Attenuation Permeability Constants (cm mm/cm sec cm of Hg) Helium Hydrogen Deuterium Neon
(700°C) 210x10-10 21x10-10 17x10-10 9.5x10-17 High resistance to water and acids
Chemical Stability (except hydrofluoric)
Transmission Curve
See below
Different Properties Parameter|Value Maximum Size Transmission Range (Medium transmission ratio) OH- Content Fluorescence (ex 254nm) Impurity Content Birefringence Constant Melting Method JGS1 <Φ200mm 0.17~2.10um (Tavg>90%) 1200 ppm Virtually Free 5 ppm 2-4 nm/cm Synthetic CVD JGS2 <Φ300mm JGS3 <Φ200mm
Applications
Laser Semiconductor and high substrate: temperature Window, lens, window prism, mirror...
Same properties Density Abbe Constant Refractive Index (nd) at 588nm Wavelength (um) 0.200 0.220 0.250 0.300 0.320 0.360 0.400 0.450 0.488 0.500 0.550 0.588 0.600 0.633 0.650 0.700 0.750 0.800 Refractive Index (n) 1.55051 1.52845 1.50745 1.48779 1.48274 1.47529 1.47012 1.46557 1.46302 1.46233 1.46008 1.45860 1.45804 1.45702 1.45653 1.45529 1.45424 1.45332 1.000 1.064 1.100 1.200 1.300 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.200 2.400 2.600 2.800 3.000 3.200 3.370 2.20g/cm3 67.6 1.4586 Wavelength (um) Refractive Index (n) 1.45042 1.44962 1.44920 1.44805 1.44692 1.44462 1.44342 1.44217 1.44087 1.43951 1.43809 1.43501 1.43163 1.42789 1.42377 1.41925 1.41427 1.40990
0.850 0.900 Hardness Design Tensile Strength
1.45250 1.45175
3.507 3.707来自1.40566 1.39936
5.5 - 6.5 Mohs' Scale 570 KHN 100 4.8x107 Pa (N/mm2) (7000 psi) Greater than 1.1x109 Pa (160,000 psi) 3.7x1010 Pa (5.3x106 psi) 3.1x1010 Pa (4.5x106 psi) 7.2x10-10 Pa (10.5x106 psi) 0.17 5.5x10 cm/cm.°C (20°C-320°C) 1.4 W/m.°C 670 J/kg.°C 1683°C 1215°C 1120°C 7x10 ohm.cm (350°C) 3.75 5x107 V/m Less than 4x10-4 Less than 1x10-4 3.75x103 m/s 5.90x103 m/s Less than 11 db/m MHz
0.26~2.10um 0.185~3.50um (Tavg>85%) (Tavg>85%) 150 ppm Strong v-b 20-40 ppm 4-6 nm/cm Oxy-hydrogen melting 5 ppm Strong V-B 40-50 ppm 4-10 nm/cm Electrical melting IR & UV substrate