CN101186439A - 高折射高色散磷酸盐光学玻璃及其热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高折射高色散的光学玻璃,化学稳定性能和耐失透性能好,对熔炉侵蚀少。高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其组分按重量百分比组成包括:P2O5:18-30%、TiO2:0.1-10%、Nb2O5:35-55%、BaO:17-26%、ZnO:0-5%、NaO:0-3%、K2O:0-3%。本发明的光学玻璃的折射率Nd为1.90以上,阿贝数Vd小于或等于22,在450nm或更短的波长具有70%的透光率,在390nm或更短的波长下达到5%的透光率,可见光透光率99%以上。特别是在短波段(380-450nm)有更好透过率,且具有较好的熔融性能和化学稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种高折射高色散磷酸盐光学玻璃及其热处理方法。
背景技术
近年来,随着国际光电产品的不断发展,市场对具有高折射率和高色散性能的光学玻璃需求日益增加。
JP6345481公开了一种光学玻璃,其组分中碱土金属氧化物含量少(重量百分比含量,以下同)(MgO+CaO+SrO+BaO为0-20%),而碱金属氧化物含量多(Li2O为0-8%、Na2O+K2O为0-20%以上),这必将对玻璃的化学稳定性能和耐失透性能造成不利影响。
CN1590328A和CN1657461A公开了一种光学玻璃,其组分中均必须添加Sb2O3以防止玻璃着色,但Sb2O3会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀,导致更多的铂金离子进入玻璃,由于铂离子的特征吸收不利于提高玻璃在短波段(380-450nm)的透过率,并且对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。
另外,上述3件专利文件的实施例中均含有B2O3组分,虽然B2O3的加入有利于提高玻璃的耐失透性能,但在磷酸盐系统玻璃中引入B2O3组分时,由于B2O3挥发性强,会加大玻璃在熔炼和成型时玻璃组分的挥发量,导致玻璃产生条纹。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高折射高色散的光学玻璃,该玻璃组分中不含有SiO2、B2O3、Sb2O3、AS2O3和PbO,化学稳定性能和耐失透性能好,对熔炉侵蚀少。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其组分按重量百分比组成包括:P2O5:18-30%、TiO2:0.1-10%、Nb2O5:35-55%、BaO:17-26%、ZnO:0-5%、NaO:0-3%、K2O:0-3%。
本发明的有益效果是:本发明的光学玻璃的折射率Nd为1.90以上,阿贝数Vd小于或等于22,在450nm或更短的波长具有70%的透光率,在390nm或更短的波长下达到5%的透光率,可见光透光率99%以上。特别是在短波段(380-450nm)有更好透过率,且具有较好的熔融性能和化学稳定性。
具体实施方式
在本发明中,P2O5是必须的玻璃组分,因磷酸盐玻璃与硅酸盐玻璃比较,具有熔炼温度低,且在可见光区有更高透过率的特征。本发明的玻璃要求引入至少18%的P2O5;当P2O5含量大于30.5%,不能获得本发明的具有高折射率和高色散性能的玻璃。同时为了尽量提高玻璃在可见光区有更高透过率,本玻璃不含SIO2。因此,本发明的P2O5含量调整范围为18-30%,优选的含量为19-27%。
为提高玻璃的化学稳定性,同时提高玻璃的折射率和色散值,本玻璃需引入不超过10%的TiO2,当TiO2含量大于10%时,玻璃的耐失透性能降低,同时增加玻璃着色,导致玻璃在可见光区的透过率降低。因此本发明的TiO2含量调整范围为0.1-10%,优选的含量为0.1-8%。
Nb2O5是获得本发明的高折射率和高色散值的必须组分,同时还能改善玻璃的化学稳定性能。当Nb2O5含量小于35%时,不能获得高折射率和高色散性能;当Nb2O5含量大于55%时,玻璃的耐失透性能降低。因此本发明的Nb2O5含量调整范围为35-55%,优选的含量为40-50%。
在本发明中,BaO是提高玻璃的耐失透性能和玻璃高折射率的必要组分,同时也是调整玻璃的高温粘度和化学稳定性的一种有效组分。本发明需引入不低于17%的BaO;当BaO含量大于26%时,玻璃的耐失透性能将降低。因此,本发明的BaO含量调整范围为17-26%,优选的BaO含量为19-24%。
在玻璃中加入适量的MgO、CaO和SrO,可以改善玻璃的耐失透性能和化学稳定性,但当CaO+MgO+BaO+SrO含量之和大于30%时,不能获得折射率为1.90以上、阿贝数为22或更小的光学玻璃。因此,本发明的CaO+MgO+BaO+SrO含量之和的调整范围为20-30%。
ZnO可以改善玻璃的耐失透性能和降低玻璃的Tg温度,当ZnO含量大于5%时,玻璃的高温粘度太小,不利于获得高质量的玻璃,同时将难以获得高折射率和高色散的玻璃性能。因此,本发明的ZnO含量调整范围为0-5%,优选的含量为0-4%。
加入Na2O和K2O可显著降低玻璃的熔融温度,但Na2O和K2O引入量过大时,不易获得化学稳定性好的玻璃,同时难以获得高折射率和高色散的玻璃性能。因此,本发明的Na2O含量调整范围为0-3%,优选的Na2O含量为1-3%;K2O含量调整范围为0-3%,优选的K2O含量为0-2.5%;Na2O+K2O含量调整范围为0-5%,优选的Na2O+K2O含量为1-3.5%。
需要特别强调的是,本发明不含有SiO2、B2O3、Sb2O3、AS2O3和PbO组分。Sb2O3、AS2O3具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果,但Sb2O3、AS2O3的加入必然加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀,导致更多的铂金离子进入玻璃,由于铂离子的特征吸收而不利于提高玻璃在短波段(380-450nm)的透过率,且对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。PbO可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能,但PbO和AS2O3都是可造成环境污染的物质。B2O3的加入虽有利于提高玻璃的耐失透性能,但在磷酸盐系统玻璃中引入B2O3组分时,将由于B2O3挥发性强的性能特点而加大玻璃在熔炼和成型时玻璃组分的挥发,易产生条纹,加大获得高质量玻璃的难度。
本发明的玻璃都是常规原料生产的,使用磷酸、偏磷酸盐、焦磷酸盐或五氧化二磷作为P2O5原料,使用碳酸盐、硝酸盐、氧化物为其他组分原料。按常规方法配料后,将配好的炉料投入到1150-1280℃的熔炼炉中熔制,经澄清和充分均化后,在1100-1180℃浇注或漏注成型,即可获得本发明的光学玻璃。
将本发明的玻璃经过热处理后可显著提高玻璃的透光性能,所述热处理方法是:1)将本发明的光学玻璃在Tg(玻璃转变点)-50℃到Tg+30℃的温度范围内保温20小时以上后,2)再按0~30℃/小时的速率降温冷却到室温。
表1和表2是本发明的9个实施例和2个比较例,λ70表示玻璃透光率70%时的波长,λ50表示玻璃透光率50%时的波长,λ5表示玻璃透光率5%时的波长,Nd、Vd表示经过热处理后的光学玻璃的折射率和阿贝数,DA表示按GB/T17192方法测试的玻璃耐酸作用稳定性能,DW表示按GB/T17192方法测试的玻璃耐水作用稳定性能。
表1
表2
Claims (9)
1.高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其特征在于,其组分按重量百分比组成包括:P2O5:18-30%、TiO2:0.1-10%、Nb2O5:35-55%、BaO:17-26%、ZnO:0-5%、NaO:0-3%、K2O:0-3%。
2.如权利要求1所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其特征在于,其组分按重量百分比组成包括:P2O5:19-27%、TiO2:0.1-8%、Nb2O5:40-50%、BaO:19-24%、ZnO:0-5%、NaO:1-3%、K2O:0-2.5%。
3.如权利要求1或2所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其特征在于,其组分按重量百分比组成还包括:MgO、CaO和SrO,且CaO、MgO、BaO和SrO的含量之和为20-30%。
4.如权利要求1所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其特征在于,其组分按重量百分比组成为:P2O5:19-27%、TiO2:0.1-8%、Nb2O5:40-50%、BaO:19-24%、ZnO:0-5%、NaO:1-3%、K2O:0-2.5%、MgO、CaO和SrO,且CaO、MgO、BaO和SrO的含量之和为20-30%。
5.如权利要求1所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其特征在于,Na2O和K2O的含量之和为0-5%。
6.如权利要求1所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃,其特征在于,Na2O和K2O的含量之和为1-3.5%。
7.高折射高色散磷酸盐光学玻璃的热处理方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:1)将光学玻璃在Tg-50℃到Tg+30℃的温度范围内保温,2)再按0~30℃/小时的速率降温冷却到室温。
8.如权利要求7所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃的热处理方法,其特征在于:步骤1所述保温的时间在20小时以上。
9.如权利要求7所述的高折射高色散磷酸盐光学玻璃的热处理方法,其特征在于:所述光学玻璃经热处理后,具有70%的透光率的波长等于或小于450nm,具有5%的透光率的波长等于或小于390nm,可见光透光率为99%以上。
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