光学石英玻璃表面烧蚀问题及成因分析

厦门云顶贵宾会专业生产抛光光学石英玻璃
、光学K9玻璃
、光学镜片等产品
，产品广泛应用于光学仪器、电子镜头

、仪器成像、测温监控等。光学玻璃加工过程中最棘手的问题是玻璃表面的烧蚀。烧蚀是怎样发生的呢？光学玻璃的主要成分为硅酸盐
，其遇水或水蒸汽会发生水解作用，形成烧蚀
。

反应方程式如下：

Na2SiO3+2H2O↔2NaOH+H2SiO3       (1)

水解作用的实质是水中的氢离子（H+）与玻璃表面碱金属离子之间的交换。其交换过程如下：

H2O↔H++OH-                  (2)

   分解

Si-O-Si-Na           Si-O-Si-H

O-Si-O      + H+ → O-Si-O       + Na+     (3)

Si-O-Si              Si-O-Si

结果氢离子不断减少，使水中OH-离子不断增加，与此同时玻璃表面形成一层硅酸凝胶薄膜。OH-离子增加的结果是玻璃的液体环境碱性不断增强，生成高浓碱性液体
，与H2SiO3发生化学反应
，方程式如下
：

2OH-+ H2SiO3=2H2O + SiO3²- （4）

这样就加剧了方程式（1）向右进行，生成碱性物质再次增加
，如此循环导致烧蚀加重。同时由于硅胶质层具有多孔龟裂结构
，使OH-离子继续向玻璃层侵蚀，特别是含硅少、化学稳定性差的材质，硅酸凝胶膜层的致密性和牢固性较差，更加剧了OH-的侵蚀
。

水解作用几乎贯穿了光学玻璃的整个加工过程，无论是研磨、求芯等工序中或工序间，均会程度不一地发生。水解作用的表现形式

，或者说加剧水解程度的外在条件有很多，比如碱性腐蚀、盐类腐蚀
、温度腐蚀（包括清洗剂温度、烘干温度、室内温度）等。

光学石英玻璃表面烧蚀问题及成因分析，现以研磨工序为例，说明碱性环境以及加工方法本身是如何加速水解作用的。通常，以CeO2（二氧化铈）为主要成分的研磨粉是不会对镜片构成腐蚀的，但在进行研磨加工时，研磨液是由水加研磨粉配制而成，因此新配制的研磨液的初始pH值是由水和研磨粉的酸碱性共同决定的，一般呈碱性（pH>7）。如前所述

，玻璃遇水会产生水解反应，如方程式（1），而生成的H2SiO3（硅酸）呈凝胶状态，附在玻璃表层起保护作用，阻止反应继续进行，同时一部分H2SiO3（硅酸）分解
，生成的SiO2（二氧化硅）附在玻璃表面也可以减缓水解反应
，起到保护作用，化学反应方程式如下
：

H2SiO3（硅酸）→2H2O+ SiO2（二氧化硅）  （5）

随着玻璃表面的研磨抛光，表层的SiO2（二氧化硅）和大部分的H2SiO3凝胶被去除
，打破了方程式（1）
、（5）的平衡，使方程式（1）、（5）的反应更深入地向右进行
，生成更多的碱性物质，导致研磨液的pH值持续上升，其中的碱性液体与H2SiO3凝胶反应
，如方程式（4），如此循环加速水解反应
，导致玻璃表面烧蚀。