CN101107202B - 玻璃 - Google Patents

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Abstract

该玻璃具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学常数,以及3.20或更高的比重(D),其在再热试验中玻璃内部没有失透。该玻璃具有根据粉末法为1级的化学耐久性(根据粉末法的耐酸性RA)。

Description

玻璃
技术领域
本发明涉及玻璃,更特别地,涉及一种光学玻璃如SiO2-TiO2-La2O3光学玻璃,其具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学常数,并适于用作光学元件如棱镜、包括光学拾波器的透镜和用于眼镜的镜片、和光学基板例如为反射板、散射板、偏光器和盖玻片。 
背景技术
近来由于用于IT仪器例如数字照相机、数字摄像机、用于制作高清电视的电视摄像机和放映机的光学元件性能已显著得到发展,已经提出多种光学设计的可能以改进光学仪器的光学性质,该光学性质归因于折射率和由色差代表的折射率色散。然而,存在这样的问题,即市场还不能提供用于实现这类光学设计的足够的透镜元件,即光学玻璃。因此,在现有技术的产品中,不得不牺牲期望的光学性质,或可选地不得不通过进行加工以获得透镜的复杂形状或通过采用透镜的复杂组合即提高所使用的透镜数来实现期望的光学性质。在任何情况下,这样的光学设计必须以光学性质或生产率和制造成本为代价来实现。 
特别地,至今未能提供具有1.79或更高折射率(nd)和约30阿贝数(vd)的足够的光学玻璃,其原因在于(1)这类光学玻璃通常在再热加工例如再热压制时失透(即失去透明性);(2)这类光学玻璃通常具有差的化学耐久性,从而其在抛光后处理时需要特别注意;和(3)玻璃的比重大,从而最终产品的重量过大超出允许范围。
本领域公知的具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学玻璃为如公开于日本专利申请特开昭59-50048号公报中的SiO2-B2O3-La2O3-Nb2O5-ZrO2-TiO2-RO(R为碱土金属元素)光学玻璃,公开于日本专利申请特开2002-87841号公报中的SiO2-TiO2-Nb2O5-R2O(R为碱金属元素)光学玻璃,公开于日本专利申请特开平3-5340号公报中的SiO2-B2O3-CaO-TiO2-Nb2O5光学玻璃,和公开于日本专利申请特开2004-18371号公报中的SiO2-B2O3-La2O3-TiO2-Nb2O5光学玻璃。 
公开于日本专利申请特开昭59-50048号公报中的光学玻璃满足要求的光学常数,但具有较大的比重以至于透镜重量变大,因此不适于实际应用。此外,由于该光学玻璃具有强烈的失透趋势,当通过再热压制该光学玻璃生产透镜时,需要特殊的再热条件。从而,透镜不能通过再热压制该光学玻璃来生产,而是必须通过采用研磨和抛光工艺来生产。 
在日本专利申请特开2002-87841号公报公开的光学玻璃中,涉及折射率色散的阿贝数低于27。在该阿贝数范围内的光学玻璃过去已经提供,但在光学设计中从扩展自由度的观点,其是不足够的。此外,由于该光学玻璃含有大量碱金属氧化物,在再热压制中其具有强烈的失透趋势,进一步地,存在该玻璃与模具熔合以及由于碱金属溶出导致模具的耐久性变差的问题。 
日本专利申请特开平3-5340号公报和日本专利申请特开2004-18371号公报公开了硼硅酸镧氧化物光学玻璃。然而这些光学玻璃中含有大量的硼酸,从而化学耐久性不足,特别是耐水性和耐酸性不足。因此在将其抛光至期望形状例如透镜或棱镜后,在操作玻璃时必须注意,导致生产率下降。 
因此,本发明的目的在于以低生产成本和最小环境负担来 提供玻璃和光学元件,其具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学常数,当将该玻璃采用需要再热生产方法例如再热压制成型时,玻璃内部无失透和不透明,且其具有优异的化学耐久性。 
发明内容
通过本发明人为获得上述发明目的而进行的研究和实验,已经得到导致本发明的发现:在不使用对环境有害的PbO和As2O3的情况下,在SiO2-TiO2-La2O3光学玻璃中可实现期望的光学常数,该玻璃在模拟再热压制的再热试验中玻璃内部没有失透和不透明,且可在玻璃材料、玻璃熔融和玻璃加工方面以较低生产成本来提供期望的光学玻璃和光学元件。 
本发明的第一方面,提供具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学常数以及3.20或更高比重(D)的玻璃,其在再热试验中在玻璃内部没有失透。 
本发明的第二方面,提供根据在第一方面所述的玻璃,其具有根据粉末法(Powder Mothod)为1级的化学耐久性(根据粉末法的耐酸性RA)。 
本发明的第三方面,提供具有包含SiO2、TiO2和La2O3的组合物和以质量%计B2O3/SiO2含量比在0至0.5范围内的玻璃,且该玻璃具有1.79或更高折射率(nd)和27至35范围内阿贝数(vd)的光学常数,其中折射率(nd)Y与比重(D)X之间的关系为Y≥0.175X+1.137。 
本发明的第四方面,提供根据第三方面所述的玻璃,其包含0.1质量%至小于15质量%范围内的ΣR2O,当将该玻璃再热并在高于玻璃化转变温度(Tg)150℃的温度下保持30分钟时,没有不透明和失透。
本发明的第五方面,提供根据第一至第四方面任意一项所述的玻璃,其中比重(D)在3.20至4.10范围内。 
本发明的第六方面,提供根据第一至第五方面任意一项所述的玻璃,该玻璃具有以质量%计(BaO+SrO)/(TiO2+Nb2O5)<0.80的含量比。 
本发明的第七方面,提供根据第一至第六方面任意一项定义的玻璃,其具有以质量%计(SiO2+Al2O3)/ΣR2O>2.2的含量比。 
本发明的第八方面,提供根据第一至第七方面任意一项所述的玻璃,其包含如下mol%计的物质: 
SiO2                   3A0.0-48.0% 
TiO2                   3.0-25.0%和 
La2O3                  0.5-15.0% 
本发明的第九方面,提供根据第一至第八方面任意一项所述的玻璃,其具有1.79至1.88范围内折射率(nd)和27至35范围内阿贝数(vd)的光学常数,并包含如下mol%计的物质: 
SiO2                          30.0-48.0% 
TiO2                          3.0-25.0%和 
Nb2O5                         0.5-15.0% 
La2O3                         0.5-15.0% 
ZrO2                          0.5-10.0% 
R2O(R=Li、Na、K、Cs)         0.5-25.0% 
其中 
Li2O                          0.0-23.0%和/或 
Na2O                          0.0-15.0%和/或 
K2O                           0.0-8.0%和/或 
Cs2O                          0.0-5.0%和
RO(R=Mg、Ca、Sr、Ba)         1.0-35.0% 
其中 
MgO                           0.0-7.0%和/或 
CaO                           0.0-30.0%和/或 
SrO                           0.0-8.0%和/或 
BaO                           0.0-20% 
其中MgO+CaO                   0.0-31.0%和 
B2O3                          0.0-10.0% 
Al2O3                         0.0-3.0%和/或 
ZnO                           0.0-10.0和/或 
WO3                           0.0-5.0%和/或 
Bi2O3                         0.0-3.0%和/或 
Gd2O3                         0.0-3.0%和/或 
Y2O3                          0.0-3.0%和/或 
Ta2O5                         0.0-3.0%和/或 
Yb2O3                         0.0-2.0%和/或 
Lu2O3                         0.0-2.0%和/或 
TeO2                          0.0-2.0%和/或 
Sb2O3                         0.0-5.0% 
和包含在上述金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物,包含在该一种或多种氟化物中的F总量为0-10%,B2O3/SiO2=0-0.5。 
本发明的第十方面,提供根据第一至第九方面任意一项所述的玻璃,其具有1.79-1.88范围内折射率(nd)和27-35范围内阿贝数(vd)的光学常数,并包含如下质量%计的物质 
SiO2                   20.0-35.0% 
TiO2                   1.0-小于21.0%
Nb2O5                        1.0-小于25.0% 
La2O3                        5.0-小于25.0% 
ZrO2                         1.0-12.0% 
R2O(R=Li、Na、K、Cs)        0.1-小于15.0% 
其中 
Li2O                         0.0-10.0%和/或 
Na2O                         0.0-小于7.0%和/或 
K2O                          0.0-5.0%和/或 
Cs2O                         0.0-5.0%和 
RO(R=Mg、Ca、Sr、Ba)        3.0-小于30.0% 
其中 
MgO                          0.0-5.0%和/或 
CaO                          0.0-小于15.0%和/或 
SrO                          0.0-10.0%和/或 
BaO                          0.0-小于25% 
其中MgO+CaO                  0.0-小于16.0%和 
B2O3                         0.0-小于6.0% 
Al2O3                        0.0-小于1.0%和/或 
ZnO                          0.0-10.0%和/或 
WO3                          0.0-5.0%和/或 
Bi2O3                        0.0-5.0%和/或 
Gd2O3                        0.0-10.0%和/或 
Y2O3                         0.0-10.0%和/或 
Ta2O5                        0.0-10.0%和/或 
Yb2O3                        0.0-5.0%和/或 
Lu2O3                        0.0-5.0%和/或 
TeO2                         0.0-3.0%和/或
Sb2O3                         0.0-2.0% 
和包含在上述金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物,包含在该一种或多种氟化物中的F总量为0-5%,和B2O3/SiO2=0-0.5。 
本发明的第十一方面,提供根据第一至第十方面任意一项所述的玻璃,其包括0至小于2质量%范围内的B2O3。 
本发明的第十二方面,提供根据第一至第十一方面任意一项所述的玻璃,其包括0至小于3重量%的Na2O。 
本发明的第十三方面,提供包括含第一至第十二方面任意一项所述的玻璃作为基础材料的透镜和棱镜的光学元件。 
本发明的第十四方面,提供包括通过再热压制第一至第十二方面任意一项所述的玻璃制得的透镜和棱镜的光学元件。 
本发明的第十五方面,提供包括含第一至第十二方面任意一项所述的玻璃作为基础材料的反射板、散射板和波长分离板的光学基板材料。 
本发明的第十六方面,提供包括照相机和放映机的光学仪器,该光学仪器使用包含第一方面至第十二方面任意一项所述的玻璃的光学元件或光学基板材料。 
本发明的第十七方面,提供由第一方面至第十二方面任意一项定义的玻璃制得的用于精密压制成型的预成形品。 
具体实施方式
本发明第一方面的玻璃在光学设计中具有扩展自由度的作用。过去,色差通过采用以非球面加工为代表的用于透镜成形的复杂加工或增加使用透镜的数量来降低。根据本发明的玻璃,色差在不将透镜加工成复杂形状或增加透镜数量的情况下来降低,而且再热加工例如再热压制可容易地用于本发明的玻璃。 因此,可显著降低光学玻璃的制造成本。这里的再热试验是指根据以下方法的试验:将具有宽度和厚度各15mm及长度30mm的方柱状玻璃样品置于耐火材料上,并在电炉中再热以将温度在150分钟内由室温升至设定温度,该设定温度为使得玻璃软化至能够进行玻璃压制的粘度的温度附近,然后将温度降至室温,并从电炉中取出玻璃样品,用肉眼通过样品抛光的反面观察玻璃样品内部。当在再热试验中玻璃内部没有失透时,则意味着可以通过再热压制容易地加工该玻璃,因此,这是本发明玻璃的一个基本性质。如果将再热压制用于玻璃,再热试验的设定温度越高,玻璃的粘度越低,从而压制力越小。然而,由于高温会使压制模具的耐久性变差,因此优选通过将再热温度设定在基于玻璃化转变温度+50℃至+250℃范围内并在该温度下保持玻璃样品5分钟至30分钟来评估玻璃。 
在本发明第二方面的玻璃中,根据粉末法的化学耐久性(根据粉末法的耐酸性RA)为1级。通过具有这种化学耐久性,当例如使用弱酸或酸溶液清洗玻璃或光学玻璃的抛光表面时,该玻璃的品质几乎不发生变化。 
在本发明第三方面的玻璃中,为得到1.79或更高折射率(nd)和在27至35范围内阿贝数(vd)的光学常数,将该玻璃组合物进行限定,这是因为该玻璃需要含有至少作为玻璃形成体的SiO2、作为用于实现高折射率和低比重的组分的TiO2和作为用于实现高折射率和大阿贝数的组分的La2O3。 
B2O3/SiO2之比是决定玻璃的化学耐久性的重要因素。大量加入B2O3会导致化学耐久性的严重恶化,在玻璃再热中失透增加。在本发明的玻璃中,该比例应优选为0.5或更低,更优选为0.45或更低,和最优选为0.4或更低。 
当将折射率(nd)设为Y和玻璃的比重设为X时,关系式Y≥ 0.17X+1.137意味着满足该关系式的玻璃具有高折射率和低比重。玻璃的比重越大,玻璃的折射率也越高,这是常规趋势。例如,如果将玻璃用于例如电视摄像机和数字照相机的手提产品中,该产品应优选尽可能地轻。即使在非手提式产品中,如果玻璃的比重大,玻璃的重量有时也会因在玻璃内部施加的机械应力而导致双折射,从而使产品质量变差。通过满足上述X和Y之间的关系式,可以降低产品重量,可以减轻由于玻璃的重量而引起的双折射,从而可以实现期望的产品性质。因此,在本发明第三方面中,鉴于对低比重和高折射率的要求,应满足关系式Y≥0.17X+1.137。 
在本发明第四方面的玻璃中,R2O(其中R为Li、Na、K或Cs)质量%计的总量应优选在0.1%至小于15%范围内。为了在玻璃形成期间降低玻璃熔体的粘度和玻璃化转变温度,R2O是不可缺少的玻璃组分。如果R2O的总量不足够,则玻璃的熔融性质会变差,从而在玻璃生产中需要更多热能,并导致生产成本增加。如果R2O的总量过大,则不能得到期望的光学常数,而且,玻璃的化学耐久性将严重恶化,和在再热过程例如再热压制中在玻璃内部产生失透和不透明。因此,R2O总量(ΣR2O)的下限应优选为0.1质量%,更优选0.3质量%,最优选0.5质量%,ΣR2O的上限应优选为15.0质量%,更优选14.0质量%,和最优选13.0质量%。 
当将玻璃再热并在高于玻璃化转变温度150℃的温度下保持30分钟时仍然没有不透明和失透的玻璃性质,对于实现低成本并具有优异生产率的光学元件生产是必要的性质。 
在本发明第五方面的玻璃中,为降低安装有由该玻璃制成的透镜和棱镜的光学仪器重量和为减轻由于玻璃重量导致的双折射,玻璃的比重应优选在3.20至4.10范围内。
在本发明第六方面的玻璃中,(BaO+SrO)/(TiO2+Nb2O5)的质量%计的含量比是对于实现玻璃的高折射率和低比重的重要因素。当过大量地加入时,BaO和SrO具有增加比重的作用。另一方面,TiO2和Nb2O5对于高折射率是有效的,同时它们具有低比重。在本发明中,为满足关系式Y≥0.17X+1.137,同时实现期望的光学常数,(BaO+SrO)/(TiO2+Nb2O5)的质量%计的含量比应优选小于0.80,更优选为0.78或更低,最优选为0.76或更低。 
在本发明第七方面的玻璃中,(SiO2+Al2O3)/ΣR2O的质量%计的含量比用作在玻璃再热试验中判断玻璃内部失透和化学耐久性的标准。SiO2和Al2O3为玻璃形成组分,也是在再热试验中在玻璃内部有效抑制失透和改善化学耐久性的组分。另一方面,当R2O过大量地加入时,其在再热试验中趋向于导致在玻璃内部的失透和化学耐久性恶化。因此,如果该含量比大,在再热试验中可以抑制失透和改善化学耐久性。从而,在本发明中,(SiO2+Al2O3)/ΣR2O的质量%计的含量比应优选大于2.2,更优选为2.3或更大,最优选为2.5或更大。 
在本发明第八、第九和第十方面的玻璃中,各组分的含量由于以下原因如所述来确定。 
SiO2是作为玻璃形成氧化物的必需组分。如果该组分的量小于30mol%和/或20.0质量%,则不能期望形成稳定的玻璃和不能生产透明的玻璃。如果该组分的量超过48.0mol%和/或35.0质量%,则不能实现nd=1.79或更高的高折射率。因此,SiO2含量的下限应优选为30.0mol%和/或20.0质量%,更优选为30.5mol%和/或21.0质量%,最优选为31.0mol%和/或23.0质量%;该组分含量的上限应优选为48.0mol%和/或35.0质量%,更优选47.5mol%和/或34.0质量%,最优选47.0mol%和/或33.0质量%。SiO2可以期望的原料形式添加。应优选将其以氧化物(SiO2)、 K2SiF6或Na2SiF6形式引入。 
TiO2为获得低比重和高折射率的必需组分。如果该组分的量小于3.0mol%和/或1.0质量%,则不能实现期望的折射率,而如果该组分含量超过25.0mol%和/或21.0质量%,则色散变得过大,从而不能保持vd=27或更高的中度色散,以及玻璃着色明显以至于不能实现高透明度。因此,TiO2含量的下限应优选为3.0mol%和/或1.0质量%,更优选为4.0mol%和/或3.0质量%,最优选为5.0mol%和/或5.0质量%;和该含量的上限应优选为25.0mol%和/或21.0质量%,更优选为24.5mol%和/或20.5质量%,最优选为24.0mol%和/或20.0质量%。TiO2可以期望的原料形式添加。应优选将其以氧化物(TiO2)形式引入。 
与TiO2类似,Nb2O5为用于获得低比重和高折射率的必需组分。如果该组分的量低于0.5mol%和/或1.0质量%,则不能实现期望的折射率,而如果该组分含量超过15.0mol%和/或18.0质量%,则色散变得过大,从而不能维持vd=27或更大的中度色散。因此,Nb2O5含量的下限应优选为0.5mol%和/或1.0质量%,更优选为0.8mol%和/或3.0质量%,最优选为1.0mol%和/或5.0质量%;和该含量的上限应优选为15.0mol%和/或25.0质量%,更优选为14.5mol%和/或23.0质量%,最优选为14.0mol%和/或18.0质量%。Nb2O5可以期望的原料形式添加。应优选将其以氧化物(Nb2O5)形式引入。 
La2O3对于降低色散同时实现高折射率是有效的,并且其是用于获得在27至35范围内的阿贝数的必需组分。如果该组分含量为0.5mol%或更低和/或5.0质量%或更低,则不能获得高折射率和中度色散,而如果该组分含量超过15.0mol%和/或16.0质量%,则玻璃的熔融性质变差、比重变大。因此,该组分含量的下限应优选为0.5mol%和/或5.0质量%,更优选为0.8mol%和/或 5.5质量%,最优选为1.0mol%和/或6.0质量%;该组分含量的上限应优选为15.0mol%和/或25.0质量%,更优选为14.5mol%和/或20.0质量%,最优选为14.0mol%和/或16.0质量%。La2O3可以期望的原料形式添加。应优选将其以氧化物(La2O3)、硝酸盐或硝酸盐水合物(La(NO3)3XH2O(其中X为期望的整数))的形式加入。 
ZrO2由于其有效增强玻璃的稳定性,抑制在由熔融态冷却玻璃的过程中失透的出现和改善得到的玻璃的化学耐久性,从而是必需组分。如果该组分含量少于0.5mol%和/或1.0质量%,则不能足够地改善玻璃的稳定性,而如果该组分含量超过10.0mol%和/或12.0质量%,则玻璃的熔融性质变差和不能得到均匀的玻璃。因此,ZrO2含量的下限应优选为0.5mol%和/或1.0质量%,更优选为0.8mol%和/或1.5质量%,最优选为1.0mol%和/或2.0质量%;和该含量的上限应优选为10.0mol%和/或12.0质量%,更优选为9.5mol%和/或11.0质量%,最优选为9.0mol%和/或10.0质量%。ZrO2可以期望的原料形式添加。应优选将其以氧化物(ZrO2)形式引入。 
R2O(R=Li、Na、K、Cs)是必需组分,这是由于其有效改善玻璃的熔融性质和降低玻璃形成时的玻璃熔体粘度及玻璃化转变温度。如果R2O的总量太小,则玻璃的熔融性质变差,因此在玻璃生产时需要更多的热能,从而生产成本增加。如果R2O总量过大,则不能实现期望的光学常数,此外,得到的玻璃的化学耐久性显著变差,以及在再热加工例如再热压制中进一步地会发生不透明和失透。因此,R2O总量的下限应优选为0.5mol%和/或0.1质量%,更优选为0.8mol%和/或0.3质量%,最优选为1.0mol%和/或0.5质量%;和该组分总量的上限应优选为25.0mol%和/或15.0质量%,更优选为24.5mol%和/或14.0质量%, 最优选为24.0mol%和13.0质量%。 
现在将对R2O各组分的作用和优选用量范围进行说明。 
Li2O是相对于其它R2O组分更加显著地增强玻璃的熔融性质的组分,其可根据玻璃组合物的熔融性质任选地加入。然而,如果过量加入该组分,则不能实现高折射率和在再热加工时出现不透明或晶体沉淀。因此,该组分含量的上限应优选为23.0mol%和/或10.0质量%,更优选为22.0mol%和/或9.0质量%,最优选为21.0mol%和/或8.0质量%。Li2O可以期望的原料形式添加。应优选将其以碳酸盐(Li2CO3)或硝酸盐(LiNO3)形式引入。 
与Li2O类似,Na2O是增强玻璃的熔融性质的组分,其可根据玻璃组合物的熔融性质任选地加入。然而,如果将该组分过量加入,则不能实现高折射率和中度色散,且玻璃的化学耐久性变差。因此,该组分含量的上限应优选为15.0mol%和/或7.0质量%,更优选14.0mol%和/或6.5质量%,最优选13.0mol%和/或6.0质量%。Na2O可以碳酸盐(Na2CO3)、硝酸盐(NaNO3)、氟化物(NaF)、Na2SiF6、Na3AlF6、NaCl、Na2SO4、Na2B4O7或Na2H2Sb2O7·5H2O的形式添加。应优选将其以碳酸盐、硝酸盐或硫酸盐形式引入。 
K2O是可调节折射率和阿贝数同时调节玻璃的熔融性质的组分,其可任选地添加。然而,如果将该组分过量加入,则不能实现高折射率和中度色散,且比重增加。因此,该组分含量的上限应优选为8.0mol%和/或5.0质量%,更优选为7.0mol%和/或4.5质量%,最优选为6.0mol%和/或4.0质量%。K2O可以碳酸盐(K2CO3)、硝酸盐(KNO3)、氟化物(KF)、K2SiF6、K3TiF6/H2O或KI形式添加。应优选将其以碳酸盐或硝酸盐形式引入。 
与K2O类似,Cs2O是能够调节折射率和阿贝数同时调节玻璃的熔融性质的组分,其可任选地添加。然而,如果将该组分 过量加入,则不能实现高折射率和中度色散,且比重增加。因此,该组分含量的上限应优选为5.0mol%和/或5.0质量%,更优选4.5mol%和/或4.5质量%,最优选4.0mol%和/或4.0质量%。Cs2O可以期望的原料形式加入。应优选将其以碳酸盐(Cs2CO3)或硝酸盐(CsNO3)形式加入。 
RO(Mg、Ca、Sr、Ba)是必需组分,因为其有效降低色散同时增加折射率。然而,如果RO总量太低,则不能实现期望的高折射率和中度色散,而如果RO总量过大,则化学稳定性变差,比重增加。因此,RO总量的下限应优选为1.0mol%和/或3.0质量%,更优选为3.0mol%和/或4.0质量%,最优选为5.0mol%和/或5.0质量%;和该组分总量的上限应优选为35.0mol%和/或30.0质量%,更优选为33.0mol%和/或27.0质量%,最优选为31.0mol%和/或25.0质量%。 
现在将对RO各组分的作用和优选用量范围进行说明。 
MgO在保持光学常数的同时有效降低比重。如果将该组分过量加入,则玻璃变得不稳定和在冷却过程中晶体沉淀。因此,该组分含量的上限应优选为7.0mol%和/或5.0质量%,更优选6.0mol%和/或4.0质量%,最优选5.0mol%和/或3.0质量%。MgO可以期望的原料形式添加,应优选将其以氧化物(MgO)、碳酸盐(MgCO3)或氢氧化物(Mg(OH)2)的形式引入。 
CaO有效减小比重和降低色散。如果将该组分过量加入,则会难于实现高折射率。因此,该组分含量的上限应优选为30.0mol%和/或15.0质量%,更优选29.0mol%和/或14.8质量%,最优选28.0mol%和/或14.5质量%。CaO可以期望的原料形式加入,应优选将其以碳酸盐(CaCO3)或氟化物(CaF2)形式引入。 
MgO和CaO总量的上限应优选为31.0mol%和/或16.0质量%。超过该上限加入这些组分使得难于实现期望的光学常数, 因此是不期望的。在本发明中,这两种组分的上限应更优选为30.5mol%和/或15.5质量%,最优选为30.0mol%和/或15.0质量%。 
在RO组分中,SrO对于提高折射率是特别有效的。如果将该组分过量加入,则玻璃的比重增加,从而是不期望的。因此,该组分含量的上限应优选为8.0mol%和/或10.0质量%,更优选7.5mol%和/或9.0质量%,最优选7.0mol%和/或8.0质量%。SrO可以期望的原料形式加入,应优选将其以硝酸盐(Sr(NO3)2)或氟化物(SrF2)形式引入。 
在RO组分中,BaO对于提高折射率是特别有效的,其可以任选地加入。如果将该组分过量加入,则玻璃的比重显著增加,从而是不期望的。因此,该组分含量的上限应优选为20.0mol%和/或25.0质量%,更优选19.0mol%和/或24.0质量%,最优选18.0mol%和/或23.0质量%。SrO可以期望的原料形式加入,应优选将其以碳酸盐(BaCO3)、硝酸盐(Ba(NO3)2)、硫酸盐(BaSO4)或氟化物(BaF2)形式引入。 
B2O3是一种玻璃形成氧化物,通过加入其适当的量来有效改善玻璃的熔融性质,从而可以作为可选组分加入。如果将该组分过量加入,则化学耐久性显著变差,而且在再热加工中出现不透明和晶体沉淀。因此,该组分含量的上限应优选10.0mol%和/或6.0质量%,更优选6.0mol%和/或2.0质量%,最优选完全不加入该组分。B2O3可以H3BO3、Na2B4O7和Na2B4O7·10H2O形式引入,其中H3BO3为最优选的原料。 
Al2O3是一种玻璃形成氧化物,加入其适当的量同样有效地显著改进玻璃的化学耐久性。如果将该组分过量加入,则对于失透的稳定性显著变差,从而难于得到在玻璃内部没有夹杂物的玻璃。因此该组分含量的上限应优选为3.0mol%和/或1.0质量%,更优选2.5mol%和/或0.8质量%,最优选2.0mol%和/或0.5质量%。Al2O3可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(Al2O3)、氢氧化物(Al(OH)3)或Na3AlF6形式引入。 
ZnO对于改善玻璃的熔融性质和增加折射率是有效的,因此其可以任选地加入。如果将该组分过量加入,则在再热过程中出现不透明或晶体沉淀。因此,该组分含量的上限应优选为10.0mol%和/或10.0质量%,更优选9.0mol%和/或8.0质量%,最优选8.0mol%和/或6.0质量%。ZnO可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(ZnO)或氟化物(ZnF2)形式引入。 
WO3对于改善玻璃的熔融性质,并在熔体冷却时抑制失透的发生,以及获得高折射率是有效的。从而其可以任选地加入。然而,如果将该组分过量加入,则色散增加至过量的程度,导致难于获得期望的阿贝数,而且玻璃着色显著。因此该组分含量的上限应优选为5.0mol%和/或5.0质量%,更优选4.5mol%和/或4.5质量%,最优选4.0mol%和/或4.0质量%。WO3可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(WO3)形式引入。 
与WO3类似,Bi2O3对于改善玻璃的熔融性质,在熔体冷却时抑制失透的出现和获得高折射率是有效的。从而其可以任选地加入。然而,如果将该组分过量加入,则色散增加至过量的程度,导致难于获得期望的阿贝数,而且玻璃着色显著。因此,该组分含量的上限应优选为3.0mol%和/或5.0质量%,更优选2.5mol%和/或4.5质量%,最优选2.0mol%和/或4.0质量%。Bi2O3可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(Bi2O3)形式引入。 
与La2O3类似,Gd2O3和Y2O3对于获得高折射率和低色散是有效的,因此其可以任选地加入。然而,如果这些组分过量加入,玻璃的稳定性会显著变差,导致难于得到在玻璃内部没有夹杂物的玻璃。因此,该两种组分含量的上限分别应优选为3.0mol%和/或10.0质量%,更优选2.8mol%和/或9.0质量%,最优选2.5mol%和/或8.0质量%。Gd2O3和Y2O3可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(Gd2O3、Y2O3)或氟化物(GdF3、YF3)形式引入。 
Ta2O5对于获得高折射率和在熔体冷却时抑制失透出现是有效的,因此,其可以任选地加入。然而,如果该组分以3.0mol%或更高和/或10.0质量%或更高的量加入,则色散增加至过量的程度,导致难于获得期望的阿贝数,而且由于该组分的原料昂贵,难于以适度的成本生产该玻璃。因此,该组分含量的上限应优选为3.0mol%和/或10.0质量%,更优选2.8mol%和/或9.0质量%,最优选2.5mol%和/或8.0质量%。Ta2O5可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(Ta2O5)形式引入。 
Yb2O3和Lu2O3对于获得高折射率是有效的,因此其可以任选地加入。然而,如果将该组分过量加入,则玻璃的稳定性会变差,导致难于得到在玻璃内部没有夹杂物的玻璃,而且由于这些组分的原料昂贵,使得难于以适度成本生产玻璃。因此,这些组分含量的上限分别应优选为2.0mol%和/或5.0质量%,更优选1.8mol%和/或4.0质量%,最优选1.5mol%和/或3.0质量%。Yb2O3和Lu2O3可以期望的原料形式添加。应优选将其以氧化物(Yb2O3、Lu2O3)形式引入。 
TeO2对于得到高折射率和通过加入适量的该组分增强熔体的净化是有效的,因此其可以任选地加入。然而,如果将该组分过量加入,则玻璃趋于着色。因此,该组分含量的上限应优选为2.0mol%和/或3.0质量%,更优选1.8mol%和/或2.0质量%,最优选1.5mol%和/或1.0质量%。TeO2可以期望的原料形式加入,应优选将其以氧化物(TeO2)形式引入。 
通过适量的加入Sb2O3,其对于增强熔体的净化和消泡是有 效的,因此其可以任选地加入。然而,如果将该组分过量加入,则出现过量的泡沫,导致玻璃的内部品质变差,而且不利地影响由熔融设备的铂代表的高耐热性金属。因此,该组分含量的上限应优选为0.5mol%和/或2.0质量%,更优选0.4mol%和/或1.5质量%,最优选0.3mol%和/或1.0质量%。Sb2O3可以期望的原料形式加入。应优选将其以氧化物(Sb2O3和Sb2O5)或Na2H2Sb2O7·5H2O的形式引入。 
F组分对于改善玻璃的熔融性质和提高玻璃的阿贝数是有效的,因此其可以任选地作为包含在上述金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物加入,直到包含在该一种或多种氟化物中的F总量为10mol%或5质量%。然而,如果F组分以多于必要的量加入,则不能实现期望的光学常数,而且玻璃的内部品质变差,在再热试验中出现失透。因此,该组分含量的上限应优选为10.0mol%和/或5.0质量%,更优选9.0mol%和/或4.5质量%,最优选8.0mol%和/或4.0质量%。F组分可以在引入该各种氧化物时,作为原料的一种或多种氟化物形式引入玻璃中。 
本说明书中“包含在上述一种或多种金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物,包含在该一种或多种氟化物中的F总量”中的F总量是指:假定所有用作玻璃组合物原料的氧化物、配合盐、金属氟化物等在熔融过程中分解并转化为氧化物,以质量%表示的F原子质量与生成的氧化物总质量之比(该比例以质量%表示),或者以mol%表示的实际含有的F原子摩尔量与生成的氧化物总摩尔量之比。 
P2O5可以以不削弱本发明有利结果的范围内的量加入。由于该组分的加入趋于增强玻璃内部的失透,因此该组分含量的上限应优选为10.0mol%和/或5.0质量%,最优选完全不加入该组 分。P2O5可以期望的原料形式加入,应优选将其以Al(PO3)3、Ba(PO3)3、BaPO4、或H3PO4的形式引入。 
在本发明中,铅和/或PbO和As2O3含量的上限应优选为0.01mol%和/或0.01质量%,更优选0.005mol%和/或0.005质量%。最优选除不可避免地作为杂质混入的这些组分外,完全不加入这些组分。同样地,SnO2和SnO含量的上限应优选为0.01mol%和/或0.01质量%,更优选0.005mol%和/或0.005质量%,应最优选完全不加入。 
除Ti以外的过渡金属组分例如V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag和Mo,当这些组分即使以很少量单独或组合加入时,趋于使玻璃着色,导致在可见光区域的特定波长中发生吸收。因此,这些组分应优选在使用可见光区域波长的光学玻璃中基本不加入。至于Pb、Th、Cd、Tl、As、Os、Be和Se,存在避免使用这些作为有害化学物质的组分的趋势,如果使用这些组分,则不仅在玻璃生产过程中,而且在随后的包括玻璃加工至玻璃制品处置的玻璃操作中必须采取保护环境的步骤。因此,如果必要考虑对环境的影响,则应优选基本不添加这些组分。 
在本发明第十一方面的玻璃中,通过将B2O3的含量限制为0至小于2.0质量%,可以得到抑制在再热试验中的失透和改善化学耐久性的效果。 
在本发明第十二方面的玻璃中,通过将Na2O的含量限制在0至小于3.0%,可改善化学耐久性。 
如在本发明第十三-第十七方面所述,本发明第一至第十二方面的玻璃可用作光学元件例如透镜和棱镜等以及光学基板材料例如反射板、散射板和波长分离板等的基础材料。该玻璃还可用作精密压制成型的预成形品的材料。 
实施例
现在将描述根据本发明玻璃的实施例。在所有下表中,玻璃组分的量以质量%表示。 
表1-5显示实施例1至38的组成、折射率(nd)、阿贝数(vd)、根据粉末法的耐酸性RA、比重D和实施例是否经过再热试验,这些实施例为适于得到具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学常数,并在再热试验中玻璃内部没有失透的玻璃。 
表6和7显示公知光学玻璃的对比例A至J的各种性质和评估结果。对比例A至D为上述日本专利申请特开昭59-50048号公报的实施例2、35、39和40。对比例E至G为上述日本专利申请特开2002-87841号公报的实施例16、34和41。对比例H和J为上述日本专利申请特开平3-5340号公报的实施例1和7。对比例J为上述日本专利申请特开2004-18371号公报的实施例4。 
各实施例和对比例的根据粉末法的耐酸性RA(P)以以下方式按照日本光学玻璃工业标准JOGIS06-1999测量光学玻璃化学耐久性的方法(粉末法)测量。将实施例和对比例中的玻璃粉碎成粒径在425μm至600μm范围内的碎片(pieces),将由此得到的玻璃粉末样品以特定量放入铂溶解篮(dissolution basket)中。将该含有玻璃粉末样品的溶解篮置于含0.01N硝酸水溶液的石英玻璃制圆底烧瓶中。在沸水中处理60分钟后,计算处理后玻璃粉末样品的减少率(%)。1级表示减少率小于0.05%的情况,2级表示减少率为0.05-小于0.10%的情况,和3级表示减少率为0.10-小于0.25%的情况。从而,表示RA(P)的等级值越小,玻璃的耐酸性越高。 
以以下方式进行再热试验。将以具有宽度和厚度各15mm及长度30mm的方柱形式的玻璃样品置于耐火材料上,并在电炉中再热以使得在150分钟内将温度由室温升至高于该玻璃样品 玻璃化转变温度(Tg)150℃的温度,在该温度保持玻璃样品30分钟后,将温度降至室温,并从电炉中取出玻璃样品,用肉眼通过该样品抛光的反面观察该玻璃样品的内部。当玻璃样品内部透明时,在再热试验中没有失透,再热试验的结果标记为○,而当在玻璃样品内部观测到不透明或失透时,再热试验结果标记为×。 
本发明实施例的光学玻璃的转变温度在550℃至700℃范围内。
实施例表1 
Figure 200680002489XA00800221
表2 
Figure 200680002489XA00800231
表3 
Figure 200680002489XA00800241
表4 
Figure 200680002489XA00800251
Figure 200680002489XA00800261
表7 
为生产表1至5中所示的实施例1至38的玻璃,将用于光学玻璃的普通原料例如氧化物、碳酸盐、硝酸盐、氟化物、氢氧化物和偏磷酸盐化合物按预定比例称重并混合,将经混合的材料置于铂坩锅中,根据玻璃组合物的熔融性质,在1200℃至1400℃范围内的温度下熔化3至4小时。搅拌熔体并由此使之均匀化,然后将温度降至适当温度后,将熔体浇铸入模具中,退火以提 供玻璃。 
如表1-5所示,本发明实施例的玻璃具有期望的光学常数、优异的化学耐久性和在再热试验中没有失透。与之相比,表6和7中所示的对比例A至D和J的玻璃具有大的比重,不满足关系式Y≥0.175X+1.137,从而从降低产品重量的观点,不如本发明的实施例。对比例B和E-G的玻璃在再热试验中产生失透,已经发现这些玻璃在再热压制中将遇到困难。对比例H至J的玻璃显示出2级和3级的耐酸性,这表明其具有差的化学耐久性。 
如前所述,根据本发明,可以适度的成本生产光学玻璃,该光学玻璃具有1.79或更高折射率(nd)和27或更高阿贝数(vd)的光学常数,适于以再热压制为代表的再热加工,并具有优异的化学耐久性。因此,可以以高自由度实现光学设计,并能够提供具有优异性质的光学元件例如透镜、棱镜和反射板,以及使用这样的光学元件的光学仪器。 
工业实用性
本发明玻璃适于用作光学元件例如棱镜、包括光学拾波器透镜和眼镜的镜片和光学基板例如反射板、散射板、偏光器和盖玻片。

Claims (14)

1.一种玻璃,其特征在于,具有1.79或更高折射率nd和27~32.9范围内阿贝数vd的光学常数,并包括如下质量%计的物质:
SiO2                  20.0-35.0%
TiO2                  1.0-小于21.0%
Nb2O5                 1.0-小于25.0%
La2O3                 5.0-小于25.0%
ZrO2                  1.0-12.0%
Li2O+Na2O+K2O+Cs2O    0.1-小于15.0%
其中
Li2O                  0.0-10.0%
Na2O                  0.0-小于7.0%
K2O                   0.0-5.0%
Cs2O                  0.0-5.0%
MgO+CaO+SrO+BaO       3.0-小于30.0%
其中
MgO                   0.0-5.0%
CaO                   0.0-小于15.0%
SrO                   0.0-10.0%
BaO                   0.0-小于25%
其中MgO+CaO           0.0-小于16.0%
B2O3                  0.0-小于2.0%
和包含在上述金属氧化物中的一种或多种金属元素的一种或多种氟化物,包含在该一种或多种氟化物中的F总量为0-5%,B2O3/SiO2=0-0.5,
比重D为3.20或更高,其在再热试验中在玻璃内部没有失透。
2.根据权利要求1所述的玻璃,其具有根据粉末法为1级的化学耐久性,该化学耐久性为根据粉末法的耐酸性RA。
3.根据权利要求1所述的玻璃,其具有包括SiO2、TiO2和La2O3的组合物,其中当以折射率nd作为Y,比重D作为X时,满足Y≥0.175X+1.137的关系。
4.根据权利要求3所述的玻璃,当将该玻璃再热并在比玻璃化转变温度Tg高150℃的温度下保持30分钟时,没有不透明和失透。
5.根据权利要求1至4任一项所述的玻璃,其中,比重D在3.20至4.10范围内。
6.根据权利要求1至4任一项所述的玻璃,其具有以质量%计(BaO+SrO)/(TiO2+Nb2O5)<0.80的含量比。
7.根据权利要求1至4任一项所述的玻璃,其具有以质量%计(SiO2+Al2O3)/(Li2O+Na2O+K2O+Cs2O)>2.2的含量比。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃,其包含0至小于3重量%范围内的Na2O。
9.光学元件,是以权利要求1至8中任一项所述的玻璃作为基础材料的透镜或棱镜。
10.光学元件,是由再热压制权利要求1至8中任一项所述的玻璃生产的透镜或棱镜。
11.光学基板材料,是以权利要求1至8中任一项所述的玻璃作为基础材料的反射板、散射板或波长分离板。
12.光学仪器,是使用由权利要求1至8中任一项所述的玻璃制成的光学元件的照相机或放映机。
13.光学仪器,是使用由权利要求1至8中任一项所述的玻璃制成的光学基板材料的照相机或放映机。
14.一种用于精密压制成型的预成形品,其由权利要求1至8中任一项所述的玻璃制成。
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