如玻璃般清晰的质量 | 偏光显微镜在玻璃生产中的应用

精致美味的饮料应搭配高品质的玻璃杯。早在古罗马时期，人们便开始制作精美如艺术品的酒杯。在中世纪，威尼斯的玻璃制造商因其玻璃的纯净度而广为人知。作为已知的人类使用的最古老的材料之一，玻璃广泛应用于众多领域，而且无一例外均须满足最严格的质量标准。以光学显微镜为例，如果没有特殊类型的光学玻璃，就无法使用。为了保证平板玻璃、中空玻璃和压合玻璃的生产质量，偏光显微镜能够快速检测玻璃，而且能够实现良好的成本效益。

晶体缺陷

尽管硅酸盐玻璃在成分和属性上可能有很大的差异，但潜在缺陷类型和原因都很相似。除了气态夹杂物（气泡）外，结晶玻璃缺陷在日常生产中也很常见。快速发现缺陷至关重要，这样才能确保采取适当的措施。

• 原材料和旧回收玻璃的耐熔污染物

• 未融化的原材料成分

• 冶炼厂的防火矿物材料的腐蚀残留物

• 脱硝产物

照片：Nachtmann Bleikristallwerke GmbH

快速和可靠的故障诊断

区分晶体夹杂物和气泡或加工缺陷时，需要使用自动检查和分拣系统，或在目视检查后执行手动分拣。使用玻璃切割器或金刚石锯切出的部分通常可以在显微镜下进行检查，而无需进一步加工。对于大尺寸、不透明的“石头”，将缺陷材料磨碎，然后在入射光下进行诊断。由于玻璃珠的透镜效应，往往无法清晰地观察到玻璃结中较小的内含物。因此，通常会将玻璃结覆盖在具有玻璃折射率的浸泡液中（图1）。此外，这里介绍的显微镜配置也允许定量的偏振光测量；但这需要特定厚度的平面抛光切片[1, 2, 3]。

对位于玻璃表面下几毫米的缺陷，要做到高放大率无损诊断，我们建议使用具有大工作距离的L型物镜。使用带有盖玻片矫正的40x偏光物镜与10x偏光物镜一起，可以对薄片样品进行测量和锥光观察。

在透射光明场视野中，可以通过包容物的浮雕来确定周围玻璃的形状、颜色和相对折射率。降低聚光器的中心位置或采用可变开口的遮光器，可以进行斜向照明，以增强对比度。倾斜照明会产生强烈的浮雕条纹，在最 佳设置的科勒照明下几乎看不到这种条纹。

在透射光偏振对比中，各向同性和各向异性的材料可以被区分出来。对于各向同性的晶体，可以确定消光位置，使用λ板，可以估计双折射的顺序。入射明场和入射光偏振对比仅适用于玻璃表面的缺陷或研磨试样。斜入射光照与透射光相结合，可以识别表面细节和夹杂物的颜色。

图1：通过浸泡在胶合的管片中，以光学方式消除了玻璃结的透镜效应（图形见[1]，图像3.63）。

结晶性夹杂物示例

氧化锡（SnO2）

一些冶炼厂的加热电极由耐熔的氧化锡组成。在过载的情况下，电极材料会剥落，形成典型的蓝色异形晶粒（原生氧化锡）的聚集。在高温下，这些物质短时间后就会溶解，形成所谓的结。在较低的温度下，长的棱形氧化锡晶体（二次氧化锡）可以生长为细针（图2）或毡状聚集体（图3）。

图2：蓝色颗粒状的氧化锡作为针状再结晶产物旁边的残留物。周围玻璃中具有强烈光弹性的玻璃夹杂物，透射光偏振对比，HC PL Fluotar 10x Pol，图像宽度：1 mm。

图3：再结晶的氧化锡的毛毡状集合体。周围玻璃中具有强烈光弹性的玻璃夹杂物，透射光偏振对比+λ板+斜入射照明，HC PL Fluotar 10x Pol，图像宽度：1 mm。

二氧化锆（ZrO2）和刚玉（Al2O3）

二氧化锆和刚玉是冶炼厂中防火矿物的组成部分（图4）。在正常负荷下，耐受性强的二氧化锆会以缓慢的、良好回火的方式进行溶解。大量的二氧化锆玻璃缺陷表明有强烈的局部腐蚀，例如由于热过载或过度流动造成的腐蚀二氧化锆在其原始化合物中以小的白色包裹体出现，或形成典型的树枝状晶体（图5）。刚玉在玻璃熔炉中更容易溶解，通常形成玻璃结和条纹。然而，刚玉也可以采取带有典型内含物的圆形颗粒的形式（图6）。

图4：刚玉（浅灰色条状）和二氧化锆（白色蛋形包裹体）的耐高温防火矿物。入射光下的抛光标本，HC PL Fluotar 10x Pol，图像宽度：1 mm。

图5a：再结晶的二氧化锆形成典型的结晶聚合体。周围玻璃中具有高光弹性的玻璃夹杂物，透射光偏振对比+λ板，HC PL Fluotar 5x，图像宽度：2 mm。

图5b：再结晶的二氧化锆形成典型的结晶聚合体。周围玻璃中具有高光弹性的玻璃夹杂物夹杂物，透射光偏振对比+斜入射光照，HC PL Fluotar 5x，图像宽度：2 mm。

图6：原生刚玉，含有大量夹杂物。周围玻璃中具有强烈光弹性的玻璃夹杂物夹杂物，透射光偏振对比，HC PL Fluotar 10x Pol，图像宽度：1 mm。 

鳞石英/方晶石

鳞石英，以及较少见的柱状晶石，作为富含二氧化硅的玻璃上的脱硝产物而形成，例如，当挥发性成分如碱或硼氧化物蒸发时。鳞石英形成典型的60°角的晶体聚合体（图7）。

图7：鳞石英树枝状物的典型形成。玻璃夹杂物夹杂物，透射光明场+斜照以增强对比度，HC PL Fluotar 10x Pol，图像宽度：1 mm。