CN101186439B - 高折射高色散磷酸盐光学玻璃及其热处理方法 - Google Patents

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％、Na₂O：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

高折射高色散磷酸盐光学玻璃及其热处理方法

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。

JP6-345481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

续表1

表2

续表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％、Na₂O：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％、Na₂O：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％、Na₂O：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.权利要求1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：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。