光學石英玻璃表面燒蝕問題及成因分析

廈門益唯特專業生產拋光光學石英玻璃、光學K9玻璃、光學鏡片等產品，產品廣泛應用于光學儀器、電子鏡頭、儀器成像、測溫監控等。光學玻璃加工過程中最棘手的問題是玻璃表面的燒蝕。燒蝕是怎樣發生的呢？光學玻璃的主要成分為硅酸鹽，其遇水或水蒸汽會發生水解作用，形成燒蝕。

反應方程式如下：

Na2SiO3+2H2O↔2NaOH+H2SiO3       (1)

水解作用的實質是水中的氫離子（H+）與玻璃表面堿金屬離子之間的交換。其交換過程如下：

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

結果氫離子不斷減少，使水中OH-離子不斷增加，與此同時玻璃表面形成一層硅酸凝膠薄膜。OH-離子增加的結果是玻璃的液體環境堿性不斷增強，生成高濃堿性液體，與H2SiO3發生化學反應，方程式如下：

2OH-+ H2SiO3=2H2O + SiO3²- （4）

這樣就加劇了方程式（1）向右進行，生成堿性物質再次增加，如此循環導致燒蝕加重。同時由于硅膠質層具有多孔龜裂結構，使OH-離子繼續向玻璃層侵蝕，特別是含硅少、化學穩定性差的材質，硅酸凝膠膜層的致密性和牢固性較差，更加劇了OH-的侵蝕。

水解作用幾乎貫穿了光學玻璃的整個加工過程，無論是研磨、求芯等工序中或工序間，均會程度不一地發生。水解作用的表現形式，或者說加劇水解程度的外在條件有很多，比如堿性腐蝕、鹽類腐蝕、溫度腐蝕（包括清洗劑溫度、烘干溫度、室內溫度）等。

光學石英玻璃表面燒蝕問題及成因分析，現以研磨工序為例，說明堿性環境以及加工方法本身是如何加速水解作用的。通常，以CeO2（二氧化鈰）為主要成分的研磨粉是不會對鏡片構成腐蝕的，但在進行研磨加工時，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堿性共同決定的，一般呈堿性（pH>7）。如前所述，玻璃遇水會產生水解反應，如方程式（1），而生成的H2SiO3（硅酸）呈凝膠狀態，附在玻璃表層起保護作用，阻止反應繼續進行，同時一部分H2SiO3（硅酸）分解，生成的SiO2（二氧化硅）附在玻璃表面也可以減緩水解反應，起到保護作用，化學反應方程式如下：

H2SiO3（硅酸）→2H2O+ SiO2（二氧化硅）  （5）

隨著玻璃表面的研磨拋光，表層的SiO2（二氧化硅）和大部分的H2SiO3凝膠被去除，打破了方程式（1）、（5）的平衡，使方程式（1）、（5）的反應更深入地向右進行，生成更多的堿性物質，導致研磨液的pH值持續上升，其中的堿性液體與H2SiO3凝膠反應，如方程式（4），如此循環加速水解反應，導致玻璃表面燒蝕。