Зеркало

<час />

Фон

С самых ранних письменных свидетельств истории люди были очарованы размышлениями. Нарцисс якобы был очарован собственным отражением в водоеме, а волшебные силы приписываются зеркалам в сказках. Зеркала прошли путь от отражающих бассейнов и полированных металлических поверхностей до прозрачных стеклянных ручных зеркал и зеркал для ванных комнат. Они использовались в внутренней отделке с 17 века, а светоотражающие поверхности автомобилей и вестибюлей отелей по-прежнему популярны в современном дизайне. Зеркала также используются в практических целях:для изучения нашей внешности, изучения того, что стоит за нами на дороге, строительства небоскребов и изготовления инструментов для научных исследований, таких как микроскопы и лазеры.

По своей природе современные зеркала принципиально не отличаются от бассейнов с водой. Когда свет падает на любую поверхность, часть его отражается. Зеркала - это просто гладкие поверхности с блестящим темным фоном, которые очень хорошо отражают. Вода хорошо отражает, стекло плохо отражает, а полированный металл очень хорошо отражает. Степень отражательной способности - сколько света отражается от поверхности - и коэффициент диффузии поверхности - в каком направлении свет отражается от поверхности - могут быть изменены. Однако эти изменения являются лишь уточнениями. В общем, все отражающие поверхности и, следовательно, все зеркала действительно имеют одинаковый характер.

Искусственные зеркала существуют с древних времен. Первые зеркала часто представляли собой листы полированного металла и использовались почти исключительно правящими классами. Внешний вид часто отражал, а в некоторых случаях определял положение и власть в обществе, поэтому потребность в очках была высока, как и потребность в улучшении техники изготовления зеркал. Серебрение - процесс покрытия обратной стороны стеклянного листа расплавленным серебром - стало самым популярным методом изготовления зеркал в 1600-х годах. Стекло, которое использовалось в этих ранних зеркалах, часто было деформировано, что создавало рябь на изображении. В некоторых тяжелых случаях изображения, отраженные в этих зеркалах, были похожи на те, которые мы видим в современных зеркалах. Современные технологии производства стекла и металлургии позволяют легко производить очень плоские листы стекла с равномерным покрытием на обратной стороне, что значительно улучшает четкость изображения. Однако качество зеркала зависит от времени и материалов, затраченных на его изготовление. Портативное зеркало в сумочке может отражать искаженное изображение, в то время как хорошее зеркало для ванной, вероятно, не будет иметь заметных искажений. Зеркала Scientific разработаны без каких-либо дефектов или искажений.

Технология материалов кардинально влияет на качество зеркала. Лучше всего свет отражается от поверхностей, которые не являются диффузными, то есть гладкими и непрозрачными, а не прозрачными. Любой недостаток в таком расположении снизит эффективность зеркала. Инновации в изготовлении зеркал были направлены на сплющивание используемого стекла и нанесение металлических покрытий одинаковой толщины, поскольку свет, проходящий через стекло разной толщины по разным частям зеркала, приводит к искажению изображения. Именно из-за этих неровностей некоторые зеркала заставляют вас выглядеть тоньше, а некоторые толще, чем обычно. Если металлическая основа зеркала поцарапана или тонкая местами, яркость отражения также будет неравномерной. Если покрытие очень тонкое, возможно, будет видно сквозь зеркало. Так делают односторонние зеркала. Непрозрачное покрытие наносится на тонкую металлическую основу, и освещается только одна сторона зеркала (отражающая сторона). Это позволяет зрителю на другой стороне, в затемненной комнате, видеть насквозь.

Сырье

Стекло, основной компонент зеркал, плохо отражает. Он отражает только около 4 процентов падающего на него света. Однако он обладает свойством однородности, особенно при полировке. Это означает, что на стекле после полировки остается очень мало ямок, и оно образует эффективную основу для отражающего слоя металла. Когда металлический слой нанесен, поверхность получается очень ровной, без неровностей и ям. Стекло также считается хорошим материалом для зеркал, потому что ему можно придать различные формы для специальных зеркал. Стеклянные листы изготавливаются из кремнезема, который можно добывать или очищать из песка. Стекло из природных кристаллов кремнезема известно как плавленый кварц. Существуют также синтетические стекла, которые относят к синтетическому плавленому кварцу. Кремнезем или кварц плавят до высоких температур и разливают или раскатывают в листы.

Несколько других типов стекла используются для изготовления высококачественных зеркал научного уровня. Они обычно содержат другие химические компоненты, которые укрепляют стекло или делают его устойчивым к определенным экстремальным условиям окружающей среды. Пирекс, например, представляет собой боросиликатное стекло - стекло, состоящее из кремнезема и бора, - которое используется, когда зеркала должны выдерживать высокие температуры.

В некоторых случаях подойдет и пластиковая подложка, и стеклянная. В частности, так часто делают зеркала на детских игрушках, поэтому они не так легко разбиваются. Пластиковые полимеры производятся из нефти и других органических химикатов. Им можно формовать под давлением любую желаемую форму, включая плоские листы и круги, и они могут быть непрозрачными или прозрачными в зависимости от конструкции.

Чтобы сделать зеркало, на эти базовые материалы необходимо нанести покрытие. Наиболее распространены металлические покрытия. Различные металлы, такие как серебро, золото, и хром подходят для этого приложения. Серебро было самой популярной подложкой для зеркал сто лет назад, что привело к появлению термина «серебрение». Однако старые зеркала с серебряной основой часто имеют темные линии за стеклом, потому что материал был покрыт очень тонким и неравномерным слоем, что привело к его отслаиванию, царапинам или потускнению. Совсем недавно, до 1940 года, производители зеркал использовали ртуть, потому что она равномерно распределялась по поверхности стекла и не тускнела. В конечном итоге от этой практики также отказались, поскольку она создавала проблему герметизации токсичной жидкости. Сегодня алюминий является наиболее часто используемым металлическим покрытием для зеркал.

Зеркала научного уровня иногда покрываются другими материалами, такими как оксиды кремния и нитриды кремния, в несколько сотен слоев, каждый толщиной в 10 000 долей дюйма. Эти типы покрытий, называемые диэлектрическими покрытиями, используются как сами по себе как отражатели, так и как защитные покрытия на металлических покрытиях. Они более устойчивы к царапинам, чем металлические. В научных зеркалах также используется покрытие из серебра, а иногда и из золота, чтобы более или менее хорошо отражать свет определенного цвета.

Дизайн

Равномерность поверхности, наверное, самая важная дизайнерская характеристика зеркал. Зеркала для домашнего использования должны соответствовать примерно тем же характеристикам, что и оконные стекла и стекло для рамок. Используемые листы стекла должны быть достаточно плоскими и прочными. Дизайнеру нужно только указать требуемую толщину; например, более толстые зеркала более долговечны, но и тяжелее. Научные зеркала обычно имеют специально разработанную поверхность. Эти поверхности должны быть равномерно гладкими в пределах нескольких 100 долей дюйма и могут иметь определенную кривизну, как линзы для очков. Принцип конструкции этих зеркал такой же, как и у очков:зеркало может быть предназначено как для фокусировки света, так и для его отражения.

В дизайне зеркала также будет указан тип используемого покрытия. Материал покрытия выбирается исходя из требуемой прочности и отражательной способности и, в зависимости от целевого назначения зеркала, его можно наносить на переднюю или заднюю поверхность зеркала. На этом этапе также необходимо указать любые последующие слои защитных покрытий. Для большинства обычных зеркал отражающее покрытие наносится на заднюю поверхность стекла, потому что там меньше шансов повредить его. Затем задняя сторона часто монтируется в Первым шагом в изготовлении зеркала является вырезание и придание формы стеклянным заготовкам. Резка обычно выполняется пилой с алмазной пылью в наконечниках. Затем заготовки помещаются в оптические шлифовальные станки, в которых используется абразивная жидкость и шлифовальная пластина для получения очень ровной и гладкой поверхности на заготовках. Затем отражающий материал наносится в испаритель, который нагревает металлическое покрытие до тех пор, пока оно не испарится на поверхности заготовок. пластиковый или металлический каркас, чтобы полностью изолировать покрытие от воздуха и острых предметов.

В научных целях необходимо учитывать цвет или длину волны света, который будет отражать зеркало. Для зеркал в стандартном видимом или ультрафиолетовом свете обычно используются алюминиевые покрытия. Если зеркало будет использоваться с инфракрасным светом, лучше всего использовать серебряное или золотое покрытие. Диэлектрические покрытия тоже хороши в инфракрасном диапазоне. В конечном итоге, однако, выбор покрытия будет зависеть от долговечности, а также от диапазона длин волн, и некоторой отражательной способностью можно пожертвовать ради устойчивости. Например, диэлектрическое покрытие гораздо более устойчиво к царапинам, чем металлическое покрытие, и, несмотря на дополнительную стоимость, эти покрытия часто наносят поверх металла для его защиты. Покрытия на зеркала научного уровня обычно наносятся на переднюю поверхность стекла, потому что свет, проходящий через стекло, всегда будет в небольшой степени искажаться. Это нежелательно в большинстве научных приложений.

Производственный
процесс

Резка и формовка стекла

• 1 Первым шагом в изготовлении любого зеркала является вырезание контура стеклянной «заготовки» в соответствии с областью применения. Если зеркало предназначено для автомобиля, например, стекло будет вырезано под крепление зеркала на автомобиле. Хотя некоторые производители зеркал вырезают собственное стекло, другие получают стекло, уже разрезанное на заготовки. Независимо от того, кто режет стекло, для резки используются очень твердые лезвия с острым концом. Алмазные писцы или пилы - острые металлические наконечники или пилы с вкрапленной алмазной пылью - часто используются, потому что алмаз изнашивает стекло до того, как стекло изнашивает алмаз. Используемый метод резки полностью зависит от окончательной формы зеркала. В одном методе лезвия или писцы могут использоваться для частичного прорезания стекла; Затем можно использовать давление, чтобы разбить стекло по линии надреза. В другом методе станок использует алмазную пилу, чтобы полностью прорезать стекло, протягивая лезвие вперед и назад или вверх и вниз несколько раз, как автоматическая ленточная пила. Резку обычно проводят перед нанесением металлического покрытия, поскольку в результате резки покрытие может отслаиваться от стекла. Альтернативой резке стекла для формования заготовок является формование стекла в расплавленном состоянии.
• 2 Заготовки затем помещаются в оптические шлифовальные станки. Эти машины состоят из больших опорных пластин с углублениями, которые удерживают заготовки. Заполненную заготовку основу кладут на другую металлическую пластину с желаемой формой поверхности:плоской, выпуклой или вогнутой. Шлифовальный состав - мелкозернистая жидкость - распределяется по стеклянным заготовкам, когда они натираются или катятся по изогнутой поверхности. Действие похоже на измельчение специй пестиком в ступке. Зернистость в составе смеси постепенно истирает поверхность стекла до тех пор, пока она не примет форму шлифовальной пластины. Используется более мелкая и мелкая крупа, пока поверхность не станет очень гладкой и ровной.

  Также существуют методы ручного шлифования, но они требуют очень много времени и их трудно контролировать. Они используются только в тех случаях, когда механическое шлифование невозможно, как в случае с очень большими поверхностями или поверхностями необычной формы. Коммерческий оптический шлифовальный станок может обрабатывать от 50 до 200 заготовок, которые полируются одновременно. Это намного эффективнее, чем ручное шлифование. Даже специальную оптику можно изготавливать механически на регулируемом оборудовании.

Применение световозвращающего материала

• 3 Когда стеклянным поверхностям придана соответствующая форма и они отполированы до гладкой поверхности, они покрываются любым отражающим материалом, выбранным дизайнером. Независимо от материала покрытия, его наносят в аппарате, называемом испарителем. Испаритель представляет собой большую вакуумную камеру с верхней пластиной для поддержки пустых зеркал и нижним тиглем для плавления металла покрытия. Это так называется, потому что металл нагревается в тигле до такой степени, что он испаряется в вакуум, осаждая покрытие на поверхности стекла, подобно тому, как горячее дыхание распаривает холодное окно. Заготовки центрируются над отверстиями в верхней пластине, которые позволяют парам металла достигать поверхности стекла. Металлы можно нагреть до нескольких сотен или тысяч градусов (в зависимости от температуры кипения металла), прежде чем они испарятся. Температура и время для этой процедуры контролируются очень точно, чтобы добиться нужной толщины металла. Этот метод покрытия создает очень однородные и хорошо отражающие поверхности.
• 4 Форма отверстий в верхней пластине будет перенесена на стекло в металле, как краска . через трафарет. Этот эффект часто используется для намеренного создания рисунка на зеркале. На поверхность стекла можно нанести металлические трафареты или маски, чтобы создать один или несколько узоров.
• 5 Диэлектрические покрытия - либо в виде отражающих слоев, либо в качестве защитных слоев поверх металлических - наносятся почти так же, за исключением того, что вместо металлических кусков используются газы. Оксиды кремния и нитриды кремния обычно используются в качестве диэлектрических покрытий. Когда эти газы соединяются в очень высокой температуре, они реагируют с образованием твердого вещества. Этот продукт реакции образует покрытие, как и металл.
• 6 Для получения многослойного покрытия можно комбинировать несколько этапов испарения. Прозрачные диэлектрические материалы могут быть напылены поверх металла или других диэлектриков, чтобы изменить отражательные или механические свойства поверхности. Например, зеркала с серебрением на обратной стороне стекла часто имеют непрозрачный диэлектрический слой, наносимый для улучшения отражательной способности и предотвращения царапин на металле. Односторонние зеркала являются исключением из этой процедуры, и в этом случае следует проявлять большую осторожность, чтобы не повредить тонкое металлическое покрытие.
• 7 Наконец, после нанесения надлежащих покрытий, готовое зеркало крепится к основанию или тщательно упаковывается в ударопрочную упаковку для транспортировки.

Контроль качества

Насколько хорошим должно быть зеркало? Достаточно ли отражения 80 процентов света? Должны ли все 80 процентов двигаться в одном и том же направлении? Ответ зависит от приложения. Сумка-зеркало может иметь отражающую способность только на 80 или 90 процентов и может иметь небольшие неровности по толщине стекла (например, рябь на поверхности пруда). В этом случае изображение будет немного искажено, но искажение будет едва заметно невооруженным глазом. Однако, если зеркало будет использоваться в научных целях, например, в телескопе, форма поверхности и отражательная способность покрытия должны быть известны в очень определенной степени, чтобы отраженный свет попадал именно туда, где Дизайнер телескопа хочет этого, и с правильной интенсивностью. Допуски на зеркало повлияют на стоимость и простоту его изготовления.

Однородность зеркала партии - это первоочередная задача обеспечения качества. Зеркала на краю шлифовальной пластины или камеры испарителя не могут иметь такую ​​же поверхность или покрытие, как в центре устройства. Если в одной партии зеркал имеется широкий диапазон толщины металла или плоскостности поверхности, процесс необходимо отрегулировать для улучшения однородности.

Используются несколько методов для проверки целостности зеркала. Качество поверхности сначала проверяется визуально на наличие царапин, неровностей, ямок или ряби. Это можно сделать невооруженным глазом, с помощью микроскопа или с помощью инфракрасного фотографического процесса, предназначенного для выявления различий в толщине металла.

Для более строгого контроля поверхности профиль зеркала можно измерить, проведя по поверхности стилусом. Положение стилуса записывается при его перемещении по зеркалу. Это похоже на то, как работает проигрыватель. Как и у проигрывателя грампластинок, недостатком механического стилуса является то, что он может повредить обнаруживаемую поверхность. Производители зеркал пришли к тому же решению, что и производители звукозаписи:используйте лазер. Лазер можно использовать для неразрушающего контроля так же, как проигрыватель компакт-дисков . читает музыку с диска, не изменяя его поверхности.

Помимо этих механических испытаний, зеркала могут подвергаться воздействию различных условий окружающей среды. Автомобильные зеркала, например, переносят холод и жару, чтобы Типичное зеркало может включать металлический отражающий слой и одно или несколько диэлектрических покрытий - в качестве защитных слоев поверх металлического. . Диэлектрические покрытия наносятся почти так же, как металлические слои, за исключением того, что вместо кусков металла используются такие газы, как оксиды кремния и нитриды кремния. убедитесь, что они выдержат погодные условия, а зеркала для ванных комнат проходят испытания на водонепроницаемость.

Будущее

По мере совершенствования техники производства стекла зеркала находят все более изысканное место в искусстве и архитектуре. Более прочные и светлые очки более привлекательны для дизайнеров. Некоторые технологии изготовления односторонних зеркал позволяют изготавливать окна с зеркальным внешним видом. Это придает зданию характерный вид, а также делает систему кондиционирования воздуха более эффективной за счет отвода тепла в летнее время. Зеркала этого типа сейчас часто можно увидеть в офисных зданиях.

Зеркала также будут по-прежнему использоваться в сложных оптических приложениях, от микроскопов и телескопов до лазерных систем считывания, таких как проигрыватели компакт-дисков и сканеры штрих-кода.