Borosilicate Crown Glass (BK7 / H‑BaK / BK Series) – Vật liệu kính quang học phổ biến và chất lượng cao

1. Giới thiệu chung

Borosilicate Crown Glass, hay còn gọi là BK Series, đặc biệt là BK7 / H‑BaK, là loại kính quang học phổ biến trong ngành quang học và quang – điện tử. BK7 nổi bật với độ ổn định quang học cao, chỉ số khúc xạ vừa phải và chi phí hợp lý, làm cho nó trở thành lựa chọn tiêu chuẩn cho các thấu kính, cửa sổ quang học, prisma, mirror substrate, camera lens và nhiều thiết bị đo lường quang học khác.

2. Lịch sử & quy trình sản xuất

BK7 là một loại Borosilicate Crown Glass phát triển tại Đức, được sản xuất từ Silica, Boron Oxide (B₂O₃), Natri Oxide (Na₂O) và các oxit khác. Loại kính này ra đời để đáp ứng nhu cầu kính quang học ổn định, dễ gia công, chi phí hợp lý so với Fused Quartz hoặc Sapphire.

Quy trình sản xuất chính:

1. Pha trộn nguyên liệu: Silica, B₂O₃, Na₂O, CaO và một số phụ gia khác theo tỉ lệ chuẩn.

2. Nung chảy: Nguyên liệu được nung chảy ở nhiệt độ ~1450–1550 °C.

3. Tẩy khí và loại bỏ bọt khí: Đảm bảo kính trong suốt, ít tạp chất và bọt khí.

4. Rót khuôn hoặc float: Sản xuất tấm phẳng hoặc dạng thấu kính.

5. Gia công cơ học & đánh bóng: Cắt, mài, và đánh bóng bề mặt đạt độ nhẵn quang học.

6. Kiểm tra chất lượng: Kiểm tra chỉ số khúc xạ, độ truyền sáng, độ phẳng, bề mặt, tạp chất.

BK7 ra đời để cung cấp tính năng ổn định quang học tốt trong dải visible → near‑IR, với chi phí thấp hơn Fused Quartz, nhưng vẫn giữ được độ chính xác cần thiết cho hầu hết hệ quang học công nghiệp.

3. Đặc tính kỹ thuật Borosilicate Crown Glass

BK7 / H‑BaK nổi bật với các đặc tính quang học, cơ học và nhiệt như sau:

3.1. Đặc tính quang học

• Chỉ số khúc xạ (n_d): ~1.5168 @ 587.6 nm.

• Abbe number (ν_d): ~64.1, giúp giảm quang sai màu.

• Dải truyền sáng: 350 – 2500 nm, lý tưởng cho các thiết bị visible → near‑IR.

• Độ truyền ánh sáng: >90% (tấm 10 mm), tùy độ dày và lớp phủ AR.

• Birefringence: Rất thấp, đảm bảo quang học ổn định.

3.2. Đặc tính cơ học

• Mật độ: 2.51 g/cm³

• Young’s modulus: ~82 GPa

• Poisson’s ratio: 0.206

• Độ cứng (Knoop Hardness): ~610 HK 0.1/20

• Khả năng gia công: Dễ cắt, mài, đánh bóng

3.3. Đặc tính nhiệt

• Hệ số giãn nở nhiệt (CTE): ~7.1 × 10⁻⁶ /K (–30 → +70 °C)

• Annealing point: ~557 °C

• Softening point: ~719 °C

Những đặc tính này giúp BK7 ổn định trong hầu hết ứng dụng công nghiệp, nhưng nếu cần truyền UV sâu (<350 nm) hoặc IR xa (>2.5 µm), nên chọn Fused Quartz hoặc kính đặc biệt.

4. Bảng datasheet chuẩn BK7 / H‑BaK

5. Ứng dụng thực tế của BK7 / H‑BaK

1. Thấu kính quang học: lens cho máy ảnh, kính hiển vi, laser systems.

2. Cửa sổ quang học BK7: laser, cảm biến quang học, thiết bị đo lường.

3. Prism & mirror substrate: phân tách ánh sáng, hệ thống chiếu xạ, máy quang phổ.

4. Thiết bị quang‑điện tử: camera, sensor, laser near‑IR, hệ thống công nghiệp.

BK7 được chọn khi chi phí hợp lý, quang học ổn định và dễ gia công là ưu tiên.

6. So sánh BK7 với các loại kính khác

BK7 ổn định, chi phí thấp, không chịu UV sâu như JGS1, không chịu nhiệt cực cao như Sapphire, và không truyền IR xa như Chalcogenide Glass.

7. Lợi ích khi chọn BK7 / H‑BaK

• Chi phí hợp lý so với Fused Quartz, Sapphire.

• Dễ gia công, mài, đánh bóng, thuận tiện cho sản xuất số lượng lớn.

• Ổn định quang học và cơ học, phù hợp với hệ thống optics công nghiệp tiêu chuẩn.

• Ứng dụng đa dạng, từ thiết bị hình ảnh, cảm biến quang học đến máy đo và hệ thống laser near‑IR.

8. Kết luận

Borosilicate Crown Glass (BK Series / BK7 / H‑BaK) là vật liệu kính quang học phổ biến, bền bỉ, hiệu quả kinh tế. Nếu bạn cần thấu kính, cửa sổ quang học, prism, mirror substrate cho visible → near‑IR, BK7 mang lại quang học ổn định, dễ gia công và chi phí hợp lý