CN101318769B - 环保重镧火石光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：2-6％、B2O3：16-25％、La2O3：10-20％、Nb2O5：15-25％、Li2O：0-3％、Na2O：1.5-6％、K2O：0-3％、MgO：0-3％、CaO：1-5％、SrO：0-3％、BaO：8-22％、TiO2：3-12％、ZrO2：4-9％、GeO2：0-3％、WO3：0-3％、P2O5：0-3％、Gd2O3：0-3％、Ta2O5：0-3％和Sb2O3：0-1％。本发明的光学玻璃的折射率为1.81-1.90、阿贝数为25-33，不含有PbO和As2O3，具有理想的光学特性、优异的耐失透性。
Description
技术领域
本发明涉及高折射率高色散的无铅无砷重镧火石光学玻璃。
背景技术
近年来，随着光电行业的发展，对光学元件提出了小型化、轻量化、高性能化的要求，折射率1.81以上的高折射率玻璃适合作为制造这种小型化、轻量化光学元件的光学玻璃材料。传统使用的具有高折射率的光学玻璃，通常包含PbO以便获得理想的光学性能，但随着人们环保意识的提高，越来越多的国家对光学材料提出了无铅、无砷的环保化要求。我们知道，在硅酸盐基或硼酸盐基的玻璃中引入TiO2、Nb2O5、La2O3、Y2O3、Gd2O3等多价金属氧化物就可得到无铅、无砷的高折射率环保光学玻璃。
美国专利US4734389描述了折射率nd大于1.83、阿贝数vd小于25的光学玻璃，中国专利CN1931755A描述了折射率nd大于1.80、阿贝数vd小于30的光学玻璃，上述两种玻璃中TiO2含量分别为25-30％和22-37％，在如此高的TiO2含量下，玻璃易失透，光吸收性能差，透射性能呈现出向长波一侧移动的趋势，TiO2含量过高还会导致玻璃着色，玻璃的软化温度高、硬度高，增加了二次压型和机械加工的难度。
美国专利US5288669描述了折射率nd大于1.88、阿贝数vd大于29的光学玻璃，该玻璃的缺点是玻璃的粘度小，玻璃易失透，在液相温度(约1150℃)附近玻璃的粘度仅为几泊，在熔制及成型过程中，玻璃极易失透，难于得到透明的光学玻璃。
日本专利特开昭63-265840描述了一种SiO2-TiO2-Nb2O5系光学玻璃，其组成中含有0-5％的PbO，不利于环保化的要求，另外它含有较多量的SiO2，玻璃难于熔融且难于制得折射率大于1.82的光学玻璃。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐失透性及成型性能优越的高折射率、高色散光学玻璃，该光学玻璃中不含PbO、As2O3。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：2-6％、B2O3：16-25％、La2O3：10-20％、Nb2O5：15-25％、Li2O：0-3％、Na2O：1.5-6％、K2O：0-3％、MgO：0-3％、CaO：1-5％、SrO：0-3％、BaO：8-22％、TiO2：3-12％、ZrO2：4-9％、GeO2：0-3％、WO3：0-3％、P2O5：0-3％、Gd2O3：0-3％、Ta2O5：0-3％和Sb2O3：0-1％。
本发明的有益效果是：本发明的光学玻璃的折射率nd为1.81-1.90、阿贝数vd为25-33，不含有PbO和As2O3，具有理想的光学特性、优异的耐失透性、良好的熔融成型和可加工性能，化学稳定性优异，耐失透性及透过率良好，并且具有实现连续熔制的结晶稳定性，适用于成像系统、医疗技术、数字投影、光刻术、晶片/芯片等技术领域。
具体实施方式
本发明根据试验确定上述组分的重量百分比组成范围，本发明之光学玻璃其各组分限定于上述组成范围的理由如下：
SiO2组分是形成玻璃的氧化物，同时在本发明这样的含有B2O3和La2O3等组分量较多的玻璃中还是调整玻璃的粘度和抑制玻璃失透倾向的有效成分，若其量不足1％时上述效果就不充分，而超过9％时玻璃的熔融性就变差，容易产生未熔物，同时玻璃的折射率下降，无法得到作为本发明目的的高折射率光学玻璃，同时玻璃的均匀性降低，为了得到均匀性好的高折射率光学玻璃，SiO2组分的含量限定在1％-9％，更优选的含量为2％-6％。
B2O3组分也是形成玻璃的氧化物，对本发明这样的含La2O3组分量较多的玻璃来说，它是不可缺少的，若其含量不足15％时玻璃的熔化性能差，玻璃的失透倾向大，而超过30％时折射率过低且玻璃的化学稳定性变差，为得到具有所期望光学常数范围且具有优异的化学稳定性的光学玻璃，B2O3组分的含量限定在15-30％，更优选的含量为16-25％。
La2O3能提高玻璃的折射率和降低色散，改善玻璃的化学稳定性和耐失透性，当其含量不足10％时，其提高玻璃折射率的效果不明显，当其含量超过25％时，玻璃的失透倾向反而增大，因此La2O3组分的含量限定在10-25％，更优选的含量为10-20％。
Nb2O5是为了得到高折射率、高色散光学玻璃的必要成分，同时可有效的改善玻璃的化学稳定性和提高玻璃的耐失透性能，当其含量不足10％时，其对提高玻璃折射率和色散的效果不明显，当其含量超过30％时，玻璃的失透倾向反而增大，因此Nb2O5组分的含量限定在10-30％，更优选的含量为15-25％。
碱金属氧化物Li2O、Na2O和K2O可有效改善玻璃的熔化性能，降低玻璃的密度和转变温度，但其含量不可引入过多，否则玻璃的折射率急剧下降，且玻璃的化学稳定性和耐失透性能变差。因此Li2O组分的含量限定在0-3％；Na2O组分的含量限定在0-6％，更优选的含量为0-3％；K2O组分的含量限定在0-3％。
BaO是调整玻璃的折射率和阿贝数、提高玻璃的化学稳定性、热稳定性的有效成分，其含量必须在5％以上，但其含量超过25％时，玻璃的阿贝数增加，无法得到高色散光学玻璃，同时玻璃的失透倾向变大，因此BaO组分的含量限定5-25％，更优选的含量为8-22％。
CaO可以提高的玻璃化学稳定性，并有助熔作用，但其含量高于8％时，玻璃的失透倾向增大，因此CaO的含量限定在0-8％，优选含量限定在1-5％。
MgO和SrO这两种碱土金属氧化物的作用与CaO类似，可以提高玻璃的化学稳定性，MgO组分的含量限定在0-3％，优选不加入；SrO组分的含量限定在0-3％，优选不加入。
TiO2对于提高玻璃的折射率和色散很有效，且能显著降低玻璃的密度，但由于TiO2是使光学玻璃在二次压型再加热软化时产生晶体的主要成分，而且也是形成晶核的氧化物，如果其含量超过15％，则不仅失透倾向显著增加，甚至会造成玻璃着色，因此TiO2的含量限定在0-15％，优选含量限定在3-12％。
ZrO2和Ta2O5是提高玻璃折射率的有效成分，添加少许量就有改善耐失透性能的效果，如果ZrO2的含量超过10％，Ta2O5的含量超过3％，反而会导致玻璃的失透倾向增加，并且由于Ta2O5价格昂贵，会增加玻璃成本，因此，ZrO2的含量限定为0-10％，优选含量限定在4-9％，Ta2O5的含量限定为0-3％，优选不加入。
Gd2O3的作用与La2O3类似，也是增加玻璃的折射率的有效成分，在物理化学性能上起到改善玻璃化学稳定性和耐失透性能的作用，使用一定量的Gd2O3代替La2O3，可以适当改善玻璃的失透性能，但会引起玻璃的密度增大，且提高玻璃的价格，所以Gd2O3的含量限定在0-3％，优选不加入。
WO3和GeO2可以提高玻璃的折射率和色散，改善玻璃耐失透性能，但实验表明当WO3含量超过3％时，玻璃的失透倾向反而增加，因此，WO3的含量限定为0-3％。而GeO2原料价格昂贵，会提高玻璃价格，所以GeO2的含量限定在0-3％，优选不加入。
P2O5可增强玻璃失透倾向，同时使玻璃的化学稳定性下降，因此其加入量必须限定在3％以下，而实质上最好不含P2O5。
为促进玻璃熔融时的澄清，可添加1％以下的Sb2O3作为澄清剂，优选添加量在0.3％以下。
按照环保方面的要求，本发明的光学玻璃实质上不含有PbO、As2O3。
本发明的生产方法是：将氧化物、碳酸盐、硝酸盐等光学玻璃原料按照各组成的预定比例称量，混合均匀后在1200-1400℃下熔融、澄清、搅拌2-4小时，降低到适当温度后浇入预热的金属模型内慢慢冷却，就可制得本发明的光学玻璃。
表1、表2为本发明光学玻璃的11个实施例和3个比较例，显示了各实施例得到的玻璃的折射率nd和阿贝数vd、耐酸作用稳定性和着色度(λ70/λ5)。玻璃的折射率按GB/T7962.11的测试方法进行测量，耐酸作用稳定性按GB/T17129的测试方法进行测量，高折射率玻璃的透射光谱特性用着色度(λ70/λ5)表示，即对于厚度为10mm样品，测试其透过率达到70％和5％时所对应的波长，并以10nm为单位来进行计量。
表1
表2
从以上实施例可以看出，本发明光学玻璃的折射率nd为1.81-1.90、阿贝数vd为25-33，化学稳定性优异，耐失透性及透过率良好，并且玻璃组分中不含有PbO和As2O3等成分，属于环保光学玻璃。
Claims (2)
1.环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2-6％、B2O3：16-25％、La2O3：10-20％、Nb2O5：15-25％、Li2O：0-3％、Na2O：1.5-6％、K2O：0-3％、MgO：0-3％、CaO：1-5％、SrO：0-3％、BaO：8-22％、TiO2：3-12％、ZrO2：4-9％、GeO2：0-3％、WO3：0-3％、P2O5：0-3％、Gd2O3：0-3％、Ta2O5：0-3％和Sb2O3：0-1％。
2.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，该光学玻璃的折射率nd为1.81-1.90、阿贝数v d为25-33。
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2008
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