Mündlichblatt Nr. 15

AR-Schicht und Beschichtungen

AR-Schicht und Beschichtungen


F. L.
Diese Lernkarten behandeln auf Berufslehre-Niveau die Eigenschaften und Anwendungen von phototropen Gläsern, Entspiegelungen und Beschichtungen. Sie erklären, wie Gläser ihre Farbe ändern, welche Materialien und Schichten verwendet werden, und wie Interferenz und Reflexion funktionieren. Optiker und Glasverarbeiter profitieren davon, um die Techniken und Prozesse besser zu verstehen und anzuwenden.
Flashcards
34
Students
2
Language
German
Category
Physics
Created / Updated
05.11.2018 / 11.05.2021

Flashcards

Welche AR- Schichtarten gibt es?

  • einfach- AR
  • multi- AR
  • super- AR

Wie ist der Beschichtungsprozess eines Glases mit einer AR- Schicht?

  1. aufwendige Reinigung in 8 bis 10 Bädern, anschliessend Ultraschallwäsche und rückstandsreie Trocknung
  2. Gläser werden in eine Kugelkalotte eingesetzt, um einen möglichst gleichmässigen Anstand zur Beschichtungsquelle zu erhalten
  3. Unterdruck wird erzeugt
  4. 10 min. Glimmentladung
    • Ionen und Elektronen werden gegen die Glasoberfläche geschleudert um letzte Glas- und Wasserreste zu entfernen
    • Glas wird dadurch leicht angeraut
  5. Beschichtungsmaterial wird in einem Verdampfer erhitzt bis das Granulat verdampft
    • Material setzt sich gleichmässig auf den Gläsern ab
    • ist ca. 100nm dick

Was sind typische Materialien für eine AR- Schicht?

  • Quarz
  • Titantrioxid

Welche Beschichtungen gibt es?

  • Hartschicht (nur Kunststoff)
  • Entspiegelung
  • Cleanschicht
  • Haftvermittlerschicht (nur Kunststoff)

Welche Verfahren gibt es ein Glas mit einer Hartschicht zu versehen?

  • Tauchverfahren
    • Glas wird in Haltezangen eingesetzt und beidseits mit der gewünschten Dicke an Siloxan (Silizium- Sauerstoffverbindung) lackiert
  • Aufdampfen
    • Quarz wird aufgedampft
  • Spincoating- Verfahren
    • Glas wird in hohe Rotation versetzt
    • von Oben wird ein Tropfen Lack auf die Oberfläche getropft
    • durch Rotation wird dieser Gleichmässig verteilt

Was ist eine Cleanschicht?

  • sie glätten die Unebenheiten auf der Glasoberfläche aus= Schmutz haftet weniger gut
  • Verunreingungen lassen sich einfacher abwischen
  • Wasser perlt rasch ab und hinterlässt kaum Rückstände
    • Kohäsion des Wassertropfens ist grösser, als die Adhäsion der Glasoberfläche
  • Gläser laufen ein bisschen wenier an, beschlagene werden schneller wieder klar

Welche Materialien werden oft für eine Cleanschicht verwendet?

  • Silikon
  • Polysiloxan

Weshalb wäre es empfehlenswert eine Hartschicht auf ein Kunststoffglas zu machen?

  • weil Kunststoffgläser eine weiche Oberfläche haben= Kratzempfindlich
  • Hartschicht gibt einen gewissen Schutz gegen Kratzer, Schnitte und Abriebspuren
  • darauf kommt eine Haftvermittlerschicht
  • jede Hartschicht muss an das jeweilige Material angepasst werden

Wozu verwendet man eine Haftvermittlerschicht?

  • damit die weitern Beschichtungen auf des Hartschicht haften und nicht abblättern

Was ist Interferenz?

  • die Überlagerung von Wellen
  • es gibt 2 Arten
  • konstruktive Interferenz
    • Interferenz der Verstärkung
  • destrutive Interferenz
    • Interferenz der Abschwächung
    • Interferenz der Auslöschung

Wie kommt es zu einer konstruktiven Interferenz?

  • Wellenberg trifft auf Wellenberg und Wellental trifft auf Wellental
  • die beiden Wellen schwingen in der gleichen Phase bzw. die Amplituden der beiden Wellen haben das gleich Vorzeichen
  • die beiden Wellen addieren sich

Wie kommt es zu einer destruktiven Interfernz?

  • Wellenberg trifft auf Wellental
  • ist der Fall wenn die beiden Wellen um eine halbe Wellenlänge phasenverschoben sind bzw. die beiden Amplituden ungleiche Vorzeichen haben und unterschiedlich gross sind ( Interferenz der Abschwächung)
    • bei der Auslöschung sind die Amplitudenvorzeichen unterschiedlich aber gleich gorss
  • die beiden Wellen subtrahieren sich
    • Auslöschung= Ampituden subtrahieren sich auf 0

Wie hängen die Wellenlänge und die Schichtdicke bei einer AR- Schicht zusammen?  

  • die Entspiegelung muss eine gewisse Dicke haben, damit die beiden Wellen genau eine halbe Wellenlänge verschoben sind
  • die Entspiegelung muss eine Dicke von Wellenlänge/4 der auszulöschenden Wellenlänge aufweisen
  • zu berücksichtigen ist, dass die Wellenlänge in der AR- Schicht kleiner ist als in Luft

Wo befinden sich die Phasensprünge bei einer Entspiegelung?

  1. Phasensprung
    • Luft- Entspiegelung (an der Grenzfläche)
  2. Phasensprung
    • Entspiegelung- Brillenglas (an der Grenzfläche)

Was besagt die Phasenbedingung?

  • dass die Dicke der Entspiegelung genau so dick sein muss, damit die zurückgeworfene Welle um eine halbe Wellenlänge verschoben ist→ so dass sie sich mit der 1. reflektierten Welle auslöschen kann

Wie viel % reflektiert ein unbeschichtet Glas in etwa?

4%

Was beeinflusst den Lichtverlust durch Reflexion an einer Grenzflächen?

  • der Unterschied zw. den beiden Medien
  • je höher der Unterschied ist, desto grösser wird der Lichtverlust

Wie viel Licht reflektieren eine Einfachentspiegelung und eine Zweifachentspiegelung?

  • Einfachentspiegelung= ca. 1.3%
  • Zweifachentspiegelung= unter 1%

Was bedagt die Amplitudenbedingung?

  • das Entspiegelungsmaterial muss einen höheren Index als Luft haben, aber einen tieferen als das Glasmaterial
    • z.B.  Luft= 1.0, AR= 1.38, Glas= 1.525
  • diese müssen genau aufeinader abgestimmt sein, damit die beiden Teilwellen gleich gross sind und sich auslöschen können
  • n2= Brechzahl AR
  • n3= Brechzahl Glas

Welche Farbe hat die Restreflexfarbe einer AR- Schicht?

  • die Komplemetärfarbe der ausgelösten Welle
  • z.B. wird die gelbgrüne Welle ausgelöscht, so ist der Restreflex violett

Welche Beschichtungen kann man bei mineralischen Gläsern machen?

  • Entspiegelung
  • Cleanschicht

Welche Beschichtungen gibt es bei organischen Gläsern?

  • Hartschicht
  • Haftvermittlerschicht
  • Entspiegelung
  • Cleanschicht

Wie werden mineralische Gläser eingefärbt?

  • es werden Färbungsmittel (Metalloxide) in die Glasmasse gegeben
  • verschiedene Materialien erzeugen verschiedene Farben
    • Kupfer= schwach Blau
    • Chrom= Grün
    • Eisen= Gelb- Braun
    • Eisen= Blau- Grün
    • Kobalt= Silikatglas= intensiv Blau oder in Boratglas= rosa  

Wie werden organische Gläser eingefärbt?

  • mittels Farbbad
    • das fertige Glas wird mehrmals in ein Bad getaucht, bis es die gewünschet Farbe hat
    • wegen der Zusammensetzung dringt das Farbmittel endgültig ins Material ein

Was bedeutet es ein mineralisches Glas chemisch zu härten?

  • einzelne kleine Na+- Ionen werden der Oberfläche entzogen und durch ca. 30%  grössere K+- Ionen ersetzt= Erhöht die Oberflächenspannung
  • dauert ca. 17h
  • zersplittert in grössere, scharfkantige Teilchen

Was bedeutet es ein mineralisches Glas thermisch zu härten?

 

  • das Glas wird bis kurz vor die Erweichung erwärmt und anschliessend abgeschreckt
  • Abschreckung durch Anblasesn mit kalter Luft  oder eintauchen in eine geeignete Flüssigkeit (z.B. Silikonöl)
  • Oberfläche zieht sich schneller zusammen als der Glaskern= Druckspannung der Oberfläche
  • Mindestdicke= 2mm ( besser 3mm)
  • höherbrechende sind eher ungeeignet
  • sieht man im Spannungsprüfer
  • zerspringt in kleinere aber stumpfe Splitter

Was ist eine Verspiegelung?

  • im Prinzip eine sehr dicke Entspiegelungsschicht (Interferenzschicht)
  • ist doppelt so dick wie eine Entspiegelungsschicht= Wellenlänge/2
  • die Teilwellen sind um eine ganze Wellenlänge verschoben

 

  • kann auch metallisch verspiegelt werden= feine Metallschicht auf die Oberfläche

   Was sind Phototrope Gläser?

Gläser welche sich unter dem Einfluss von UV- Strahlung bzw. von kurzwelligem Licht eindunkeln

Wie ist das mineralisch phototrope Glas aufgebaut?

  • die phototropen Zusaätze werden in die Glasmasse gegeben
  • dazu werden Silberhalogenide verwendet
    • ist eine Verbindung von Silber mit einem Halogen (Chlor, Brom oder Fluor)
  • das Ausgangsmaterial ist Borsilikat
    • unterstützt und stabilisiert den phototropen Prozess über einen langen Zeitraum
    • im Glas ist ein hoher Anteil an Borsäure und Kupferionen, sonst ist es aufgebaut wie ein Kronglas
  • eigentliche Phototropie erst nach dem Schmelzprozess durch eine weitere Temperaturbehandlung bei ca. 600°C
  • Ungleichemässige Eindunklung da Silberhalogenide im ganzen Glas sind

Was ist ein Überfangglas?

  • ist eine ca. 1.3mm dicke, phototrope Schale welche auf das Glas aufgekittet wird damit die Eindunklung bei mineralischen Gläsern gleichmässig ist
  • Glas wird dadurch dicker und schwerer

Wie ist ein phototropes Kunststoffglas aufgebaut?

  • die Gläser sind so optimiert, dass sie für die Aufnahme phototroper Farbstoffe optimal sind
  • erhalten ihre Phototropie erst als Halb- oder Fertigfabrikat
    • millionen von phototropen Molekülen werden ca. 0.15mm tief in die Vorderfläche des Glases eingebracht
      • Moleküle= Indolino- Spironaphthoxazine
  • Gläser sind kratzempfindlicher als normale CR 39
  • Eindunklung gleichmässig, da die Moleküle nur in der Oberfläche sind

 

  • gibt sie auch in der Masse gefärbt
    • nur die obersten Schichten dunklen sich ein
    • Vorteil= wenn die obersten Schichten sich nicht mehr eindunkeln übernehmen dies die unteren Schichten= höhere Lebensdauer

Wie funktioniert die Phototropie bei einem mineralischen Glas?

  • keine UV- EInstrahlung= Silberhalogenide sind durchsichtig
  • mit UV- Strahlung= Silberhalogenide werden in metallische Silberatome und Halogen- Atome zerlegt
    • Silberatom färbt das Glas ein
    • Kuper- Ionen im Glas binden die Halogen- Ionen während der Eindunklung= stabilisiert den Prozess
  • Aufhellung
    • IR- oder Wörmestrahlung trifft auf das Glas
    • Halogen- Atome verbinden sich wieder mit dem Silber- Atom= Glas wird hell

Wodurch wird der Eindunklungsprozess beeinflusst?

  • Art der Bestrahlung
  • Temperatur des Glases= je kälter desto dunkler das Glas
  • Intensität und Dauer der Bestrahlung

Wie funktioniert die Phototropie bei einem organischen Glas?

  • die Moleküle verändern bei Bestrahlung mit UV- und kurzwelligem blauem Licht ihre chemische Struktur
  • wie eine Blüte klappen sie auf und färben das Glas ein
  • nimmt die Strahlung ab, so klappen sie wieder zu

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