CN101209895A

CN101209895A - 精密模压用光学玻璃

Info

Publication number: CN101209895A
Application number: CNA2007102033902A
Authority: CN
Inventors: 匡波
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: CN101209895B

Abstract

本发明提供了一种适用于低成本精密模压非球面透镜的光学玻璃，其组分按重量百分比组成包括：SiO₂：7－32％、B₂O₃：13－40％、La₂O₃：10－35％、Y₂O₃：1－8％、CaO：5－25％、Li₂O：3.5－9％、ZrO₂：1－7％、Sb₂O₃：0.002－0.05％。本发明的有益效果是：Nd为1.63－1.695，Vd为52－58，模压温度低于600℃，着色度优良，比重小于3.50g/cm³，化学稳定性优良，液相温度低，即玻璃的耐失透性良好；另外，本发明不含有对环境及模具有害的Pb、F等成分，非常适于低成本大批量精密模压成型非球面透镜、球面透镜等光学元件。

Description

精密模压用光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种折射率(Nd)为1.63-1.695、阿贝数(Vd)为52-58的光学玻璃，该光学玻璃的模压温度低于600℃，适于低成本精密模压成型非球面透镜等光学元件。

背景技术

近年来，各类光电产品如数码相机、数码摄像机和照相手机等日益追求小型化、高性能多功能化，因此对光学系统中使用的透镜等光学元件也要求小型化、轻量化和高性能化。由于使用非球面元件能很好地消除球差，减少光学元件数量，因而在光学设计中，使用非球面元件已成为主流。

目前世界上小口径非球面光学元件的主流制造方法就是精密模压成型(包括直接压型法和二次压型法)，采用精密模压技术制造的透镜通常不用再进行研磨和抛光，从而减少了原材料消耗，降低了人力和物力成本，并且减少了环境污染，该技术可以低成本大批量生产非球面元件。

所谓精密模压，就是在一定的温度、压力下，用具有预定产品形状的高精密模具模压玻璃预制件，从而获得具有最终产品形状和光学功能的玻璃制品。通过精密模压技术可以制造各种光学玻璃产品，如球面透镜、非球面透镜、棱镜和衍射光栅等。

在进行精密模压成型时，为了将高精密的模面复制在玻璃成品上，需要在高温下(玻璃转变温度20-60℃以上)加压成型玻璃预制体，这时成型模在高温和压力下，即使处于保护气体中，模具表面也容易被氧化和侵蚀。为了延长模具寿命，抑制高温环境对模具的损伤，就必须降低压型温度，因此，用于模压的玻璃材料的转变温度(Tg)和弛垂温度(Ts)就必须尽可能低，通常要求玻璃的模压温度不超过650℃。

另外，用于非球面透镜的光学玻璃，Nd为1.63-1.695，Vd为52-58的该类玻璃通常为SiO₂-B₂O₃-La₂O₃-RO(R代表碱土金属)体系，而玻璃的转变温度(Tg)通常在630℃以上，不适合精密模压。

特开平5262533A公开了一种SiO₂-B₂O₃-La₂O₃-TiO₂-CaO-BaO-Li₂O系统的光学玻璃，但该系统玻璃含有TiO₂、Nb₂O₅，玻璃颜色较深，透过率不良，并且玻璃转变温度偏高，精密模压的经济性不好。

特开平859282公开了一种B₂O₃-La₂O₃-ZnO-Li₂O系统的模压用光学玻璃，但从其实施例看，玻璃的弛垂温度(Ts)在590℃-630℃，模压温度偏高，生产经济性不好。

特开平1-286934公开了一种B₂O₃-SiO₂-La₂O₃-CaO-Li₂O系统的模压用光学玻璃，该系统玻璃软化温度较低，但玻璃的化学稳定性差。

CN998120677提供了一种SiO₂-B₂O₃-La₂O₃-Y₂O₃-Ta₂O₅-CaO-Li₂O系统的模压光学玻璃，该系统玻璃为改善玻璃的析晶性能，使用了一定量的Ta₂O₅，由于Ta₂O₅是一种价格昂贵的原料，从而使玻璃的成本大幅上升，影响产品的竞争力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于低成本精密模压非球面透镜的光学玻璃，该玻璃Nd为1.63-1.695、Vd为52-58、模压温度低于600℃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：精密模压用光学玻璃，其组分按重量百分比组成包括：SiO₂：7-32％、B₂O₃：13-40％、La₂O₃：10-35％、Y₂O₃：1-8％、CaO：5-25％、Li₂O：3.5-9％、ZrO₂：1-7％、Sb₂O₃：0.002-0.05％。

本发明的有益效果是：Nd为1.63-1.695，Vd为52-58，模压温度低于600℃，着色度优良，比重(D)小于3.50g/cm³，化学稳定性优良，液相温度(L.T)低，即玻璃的耐失透性良好。另外，本发明不含有对环境及模具有害的Pb、F等成分，非常适于低成本大批量精密模压成型非球面透镜、球面透镜等光学元件。

具体实施方式

SiO₂是形成玻璃的主要成份，SiO₂可提高玻璃的粘度，提高玻璃的耐失透性。当其含量低于7％(重量百分比含量，以下同)时，玻璃的透过率及耐失透性较差，若超过32％，玻璃的折射率下降，软化温度升高。

B₂O₃是构成玻璃的必须成份，当其含量低于13％时，玻璃的软化温度高，熔化性能差，化学稳定性不理想，若高于40％，耐失透性能恶化。

La₂O₃是维持玻璃的光学常数的重要成分，起到提高玻璃折射率和减低色散的作用，当其含量低于10％时，不能达到所需的光学常数，超过35％时，将引起玻璃的耐失透性能恶化。

Gd₂O₃的作用与La₂O₃类似，能改善玻璃化学稳定性和耐失透能力，但可引起玻璃比重的增大，当Gd₂O₃含量高于20％时，反而使玻璃的耐失透能力恶化。

Y₂O₃是本发明的重要组分，能改善玻璃的析晶性能，同时有提高折射率和降低色散的作用，其含量为1-8％。

CaO是维系本发明玻璃低比重的主要成分，具有改善玻璃稳定性，以及熔炼生产时帮助原料熔化的作用，但其含量低于5％，玻璃优势不明显，高于20％时玻璃的析晶倾向增大。

ZnO为本发明的任意成分，有利于降低玻璃的软化温度，若高于14％，玻璃的色散超高，析晶倾向增大。

BaO可以改善玻璃的透过率，但其含量高于18％时，难以获得本发明所需阿贝数，在实现玻璃低比重的前提下，优选不使用。

MgO和SrO的作用与BaO相似，可以提高玻璃的均质性，其优选含量为0-5％。

Li₂O可以有效降低玻璃的转变温度，并有效改善玻璃的熔化能力，降低熔化温度。当其含量低于3.5％时，对降低转变温度效果不明显，不能满足玻璃600℃以下模压的目标，但当其含量高于9％时，玻璃的耐失透性以及化学稳定性急剧下降。

Na₂O具有降低玻璃转变温度、提高玻璃透明度的作用，当其含量超过5％时，玻璃的析晶倾向增大，因此，其优选含量为0-5％。

K₂O的作用与Na₂O相同，当其含量高于5％时，玻璃的析晶倾向增大。

ZrO₂具有改善玻璃耐失透性、提高化学稳定性的作用，当其含量低于1％时，作用不明显，但高于7％时，可引起玻璃的软化温度升高，析晶恶化。

Nb₂O₅和WO₃用于调整玻璃的光学常数，当其含量高于0.8％时，玻璃的颜色加深，透过率恶化，优选不加入。

Al₂O₃能提高玻璃的化学稳定性，但其含量高于2％时，将使玻璃的耐失透性下降，增加配合料的熔融难度。

Sb₂O₃为本发明的必须成分，在本发明中不作为澄清剂用以消除气泡，主要起脱色作用，可以防止原料中杂质着色，如抑制Mn等元素着色价态的产生，保证了本发明玻璃着色度和透过率优良。当其含量少于0.002％时效果不明显，高于0.05％时玻璃易产生铂金粒子和铂晶体，优选含量为0.002％-0.05％，更优选0.002％-0.01％。

SnO₂也有抑制玻璃中Mn着色的作用，但其能力不如Sb₂O₃强，并且SnO₂本身在紫外波段有吸收，对玻璃着色度和透过率产生影响，因此其含量不高于0.5％，更优选不加入。

本发明的光学玻璃的制备方法是：1)按重量比例称量各组份的氧化物、碳酸盐和硝酸盐等常用光学玻璃原料，充分混合后加入铂金坩埚内；2)在1050-1300℃下熔化、澄清、均化后降温，3)将熔融玻璃液浇注入预热后的金属模，将玻璃连同金属模一起放入退火炉内退火冷却后即得。

表1、表2、表3是本发明的精密模压成型用光学玻璃的14个实施例和现有技术的4个比较例，通过对比可以看出，本发明光学玻璃的Nd为1.63-1.695，Vd为52-58，Tg不超过540℃(精密模压温度低于600℃)，化学稳定性优良，L.T不高于960℃，即玻璃的耐失透性良好，本发明玻璃的着色度(λ80/λ5)不超过365nm/295nm，即玻璃的透射光谱特性优良，玻璃在短波段区域的透过率高；同时本发明玻璃的D均小于3.5g/cm³，满足现代光电产品轻量化的需求，因此，本发明的光学玻璃非常适于精密模压成型非球面透镜、球面透镜等光学元件。

表1

表2

表3

续表3

Claims

1.精密模压用光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比组成包括：SiO₂：7-32％、B₂O₃：13-40％、La₂O₃：10-35％、Y₂O₃：1-8％、CaO：5-20％、Li₂O：3.5-9％、ZrO₂：1-7％、Sb₂O₃：0.002-0.05％。

2.如权利要求1所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比组成还包括：Gd₂O₃：0-20％、ZnO：0-14％、BaO：0-18％、SrO：0-5％、MgO：0-5％、Na₂O：0-5％、K₂O：0-5％、WO₃：0-0.8％、Nb₂O₅：0-0.8％、Al₂O₃：0-2％、SnO₂：0-0.5％。

3.如权利要求1所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比组成包括：SiO₂：7-32％、B₂O₃：13-40％、La₂O₃：10-35％、Y₂O₃：1-8％、CaO：5-20％、Li₂O：3.5-9％、ZrO₂：1-7％、Sb₂O₃：0.002％-0.01％。

4.如权利要求1所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比组成为：SiO₂：7-32％、B₂O₃：13-40％、La₂O₃：10-35％、Y₂O₃：1-8％、CaO：5-20％、Li₂O：3.5-9％、ZrO₂：1-7％、Sb₂O₃：0.002-0.05％、Gd₂O₃：0-20％、ZnO：0-14％、BaO：0-18％、SrO：0-5％、MgO：0-5％、Na₂O：0-5％、K₂O：0-5％、WO₃：0-0.8％、Nb₂O₅：0-0.8％、Al₂O₃：0-2％、SnO₂：0-0.5％。

5.如权利要求1所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比组成为：SiO₂：7-32％、B₂O₃：13-40％、La₂O₃：10-35％、Y₂O₃：1-8％、CaO：5-20％、Li₂O：3.5-9％、ZrO₂：1-7％、Sb₂O₃：0.002-0.01％、Gd₂O₃：0-20％、ZnO：0-14％、SrO：0-5％、MgO：0-5％、Na₂O：0-5％、K₂O：0-5％、Al₂O₃：0-2％。