CN101215086A - 低熔点光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明是低熔点光学玻璃，属于一种不含铅、砷、鉍、氟的低熔点光学玻璃。解决现有光学玻璃转变温度高，化学稳定性不够，玻璃比重大等问题。本发明的技术方案是它的重量百分比含量包括：P2O5：18～40％、Nb2O5：20～40％、TiO2：0～10％、WO3：0～15％、B2O3：0～15％、R2O：10～45％、RO：0～20％、Sb2O3：0～1％、总含量为100％。本发明的玻璃不含铅、砷、鉍、氟，转变温度低(Tg＜500℃)，适于精密压型，折射率为1.65～1.85，阿贝数为20～35，且化学稳定性好，折析性能好，易于熔化及加工，密度低、色调较浅。
Description
技术领域
本发明涉及低熔点光学玻璃，特别是不含铅、砷、鉍、氟的低熔点光学玻璃。
背景技术
近年来，光学和光电技术，如：成像、投影、电信、光学通信技术和激光技术中的市场趋势都是日益向小型化发展，这种趋势从最终产品持续下降的尺寸明显看出，制造小巧轻便的产品是当今流行的一种趋势。通过精密压型，直接将玻璃坯料压制成非球面透镜，削减了透镜的片数，使透镜等光学元件数量减少，重量减轻。折射率(nd)为1.65～1.85，阿贝数(γd)为20～35的光学玻璃通过精密压型制成的非球面透镜，在光路设计中非常有效，广泛应用于各种光学产品上。在精密压型的过程中，为延长超精密度加工的模具的使用寿命，有必要降低压型时的模具温度。
已知的Si-Pb-B系玻璃能满足光学性能且具有低的转变温度，但含大量的PbO玻璃的化学稳定性不够，而且，由于此玻璃比重大，所以由它制成的透镜不适合制造轻便的产品。而且含铅的玻璃对环境有害，在使用上目前已受到了限制。而不含Pb的比重小的环保类光学玻璃，Tg往往大于580℃，在用于精密压型时，由于压型温度高达620℃以上，在压型过程中不易脱模，且高温氧化对模具侵蚀严重，非常难以进行大量生产，不实用。此外，由于玻璃本身也不稳定，因此在精密压型时容易在玻璃中析晶，即使使用耐高温的模具材料，也会发生精密压型产品的良品率非常低的问题。换言之，精密压型时压型温度越高，越容易产生模具材料氧化和侵蚀的问题，难以保证透镜成形面的面精度，并且难以通过精密压型大量生产光学元件。因此，要求在精密压型时使用不含铅且转变温度低的玻璃。 例如：在公开号CN1219714C文献中，公开了一种无铅重火石光学玻璃，其组成以重量％表示为：SiO2 27-40％，B2O3 0-0.5％，Al2O30-6％，Na2O7-18％，K2O 1-10％，BaO 1-10％，SrO 0-3％，CaO 0.5-5％，MgO 0-3％，BaO+SrO+CaO+MgO＜15％，TiO2 21-37％，ZrO2 0-7％，Nb2O5 5-17％，WO3 0.1-7％，nd为1.65-1.80 γd为21-33，其转变点温度较高，大部分为580℃以上，不适于作为精密压型用玻璃。
含Bi2O3成分的玻璃可以获得高的折射率和低的转变温度，但在进行精密压型时，挥发导致透镜表面发生浊雾的现象，降低透镜的良品率。例如：在公开号CN1609026A文献中，公开了一种精密压型用的光学玻璃含有作为必须成分的P2O5、Nb2O5、WO3、TiO2、Bi2O3、Li2O、Na2O，和作为任意成分的B2O3、BaO、ZnO、K2O、Sb2O3、As2O3，所述必须成分和任意成分的总含量为98摩尔％或以上，折射率(nd)为1.75-2.0，阿贝数(γd)为18-30。其组分中含有Bi2O3和As2O3，对环境有害且压型时在透镜表面发生浊雾的现象。含F成分的玻璃虽然可以降低转变温度，但在熔化过程中挥发剧烈，造成折射率等光学指标波动剧烈且化稳性也差，不适合规模生产；As2O3作为澄清剂可以制得内在质量良好、均匀的玻璃，但对环境有害。
发明内容
本发明的目的是提供一种不含铅、砷、鉍、氟的低熔点光学玻璃，其转变温度低(Tg＜500℃)，适于精密压型。折射率(nd)为1.65～1.85，阿贝数(γd)为20～35。
本发明解决技术问题的技术方案是：一种低熔点光学玻璃，它的重量百分比含量包括：P2O5：18～40％、Nb2O5：20～40％、TiO2：0～10％、WO3：0～15％、B2O3：0～15％、R2O：10～45％、RO：0～20％，Sb2O30～1％，总含量为100％。
本发明技术方案中所说的R2O为K2O、Na2O、Li2O，K2O的重量百分比含量为0～10％，Na2O的重量百分比含量为0～20％，Li2O的重量百分比含量为0～10％，总含量为10～45％
本发明技术方案中所说的R2O为MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO，MgO的重量百分比含量为0～10％，CaO的重量百分比含量为0～10％，SrO的重量百分比含量为0～10％，BaO的重量百分比含量为0～10％，ZnO的重量百分比含量为0～10％，总含量为0～20％
本发明技术方案中所说的组分B2O3/P2O5的重量百分比为0.4或更小。
根据本发明的玻璃组成范围，可提供一种不含铅、砷、鉍、氟的低熔点光学玻璃，其转变温度低(Tg＜500℃)，适于精密压型。折射率(nd)为1.65～1.85，阿贝数(γd)为20～35，而且该玻璃还有下列优点：
-较好的化学稳定性，按国家标准GB/T17192进行物理化学性能测试，测得玻璃化稳定性优良。
-玻璃稳定，析晶性能好，因此可以在相对大的熔炉中生产此玻璃。
-该玻璃易于熔化及加工。
-该玻璃密度较低，不大于3.8g/cm3。
-该玻璃色调较浅，在光谱可见区的透光度较高。
具体实施方式
本发明制得的玻璃中，由下面所述的原因选择上述含量的每个成分。如下所述中，每个成分含量范围是以重量百分比来表示。
P2O5是玻璃的网络生成体，是保持玻璃稳定性的必须成分。与硅酸盐和硼酸盐玻璃相比，P2O5可以赋予玻璃优异的熔融性能和稳定性。为了满足光学性能，此成分的量应该为18％或更大，如果此成分的量超过40％，不能获得所需的折射率。
Nb2O5是一种非常重要的成分，用于获得高折射率大色散，并且具有提高玻璃化学稳定性的作用。但是，如果其含量超过40％，则玻璃的转变温度提高，稳定性也变差，高温熔解性也变差，另一方面，当Nb2O5含量不足20％时，达不到所希望的折射率和色散。
TiO2可用于获得高折射率大色散，并非常有效地提高玻璃的化学稳定性，但当TiO2的含量超过10％时，玻璃的析晶性能变差并且着色严重，因此，将TiO2的含量限制为不大于10％。
WO3可显著降低玻璃的转变温度，显示出与碱金属氧化物一样的功能，赋予玻璃低熔点，但同时又具有提高折射率的效果。少量引入可使玻璃的析晶温度显著降低，满足降低转变点温度的性能，如果含量超过15％，将使玻璃着色严重。
B2O3是提高玻璃熔融性，使玻璃均匀化，提高玻璃稳定性的有效成分。如果含量超过15％，就难以获得所希望的折射率。
Li2O用于有效降低玻璃的转变温度和析晶温度，增加玻璃的高温熔融性，较Na2O更有效地提高折射率，然而，如果此成分的量超过10％，玻璃的化学稳定性和可加工性就会变差。
Na2O用于有效地降低熔化温度，防止玻璃着色，并降低玻璃转变温度。如果此成分的量为20％或更多，就难以获得希望的折射率的玻璃。
K2O用于有效降低玻璃的转变温度和析晶温度，如果此成分的量超过10％，在玻璃熔融的过程中易于产生失透，导致玻璃的内在质量变差。
BaO是提高玻璃折射率，提高玻璃稳定性和降低析晶温度的有效成分。但是当BaO的引入量超过10％时，不仅玻璃变得不稳定，而且转变温度也变高，因此BaO的量应当限制在10％以下。
ZnO既可用于提高玻璃折射率和色散，也可以降低转变温度和析晶温度。但是如果引入太多，则玻璃的稳定性显著变差，析晶温度反而升高。因此ZnO的引入时在10％以下。
MgO用于有效地提高玻璃的稳定性并防止玻璃析晶，如果含量超过10％，就难以制造均匀的玻璃。
CaO用于有效地提高玻璃的稳定性并防止玻璃析晶，如果含量超过10％，就难以制造均匀的玻璃。
SrO用于有效地提高玻璃的稳定性并防止玻璃析晶，如果含量超过10％，就难以制造均匀的玻璃。
Sb2O3作为澄清剂使用，可使玻璃液中的气泡得到良好的消除，获得内在质量良好的玻璃，它适合的引入量为不超过1％。
只要不损害本发明的目的，也可以引入诸如La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5、SiO2、ZrO2等这样的组分。
下表将显示本发明的五个玻璃样品和两个比较样品的实例，玻璃组成情况和重要性能比较数据如下。
对于P2O5，可采用H3PO4、偏磷酸盐、五氧化二磷等得到，对于B2O3可采用H3BO3和B2O3等得到，对于其它成分，可合适地采用碳酸盐、硝酸盐、氧化物等。根据上表预定比例称量、混合这些原料，制作出配合料，并投入到熔解炉中，将其加热至950℃～1200℃熔化原料2～3小时，1200℃～1350℃澄清均化3～4小时后，降温出炉浇注于模具中，使其慢慢冷却，得到本发明的低熔点光学玻璃。
Claims (4)
1.一种低熔点光学玻璃，其特征是玻璃的重量百分比含量包括：P2O5：18～40％、Nb2O5：20～40％、TiO2：0～10％、WO3：0～15％、B2O3：0～15％、R2O：15～45％、RO：0～20％、Sb2O3：0～1％，总含量为100％，折射率(nd)为1.65～1.85，阿贝数(γd)为20～35。
2.按照权利要求1所述的低熔点光学玻璃，其特征是所说的R2O为K2O、Na2O、Li2O，K2O的重量百分比含量为0～10％，Na2O的重量百分比含量为0～20％，Li2O的重量百分比含量为0～10％，总含量为10～45％
3.按照权利要求1所述的低熔点光学玻璃，其特征是所说的RO为MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO，MgO的重量百分比含量为0～10％，CaO的重量百分比含量为0～10％，SrO的重量百分比含量为0～10％，BaO的重量百分比含量为0～10％，ZnO的重量百分比含量为0～10％，总含量为0～20％
4.按照权利要求1所述的低熔点光学玻璃，其特征是所说的组分B2O3/P2O5的重量百分比为0.4或更小。
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