CN101323502A - 无铅低熔点高折射率玻璃及其制备方法 - Google Patents

无铅低熔点高折射率玻璃及其制备方法 Download PDF

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范慧艳
汪国年
胡丽丽
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Abstract

一种无铅低熔点铋酸盐玻璃及其制备方法,该玻璃的组成为Bi2O3(20~75)、B2O3(10~50)、BaO(0~20)、Ga2O3(0~20)、La2O3(0~10)、Sb2O3(0~5)、SiO2(0~15)、TiO2(0~5)、ZrO2(0~5)、Nb2O5(0~5)、Ta2O5(0~5)、CeO2(0~1)。本发明玻璃具有玻璃转变温度Tg≤395.8℃,热稳定性参数ΔT≥88℃,折射率nd最高可达2.182,在400nm~1600nm波段,最高透过率达到80%。该玻璃适合于作低熔点高折射率材料。

Description

无铅低熔点高折射率玻璃及其制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃,特别是一种无铅低熔点高折射率玻璃及其制备方法。
背景技术
在光学设计和光通信中,折射率在1.9~2.2之间的光学玻璃对简化光学系统、提高成像质量有着十分重要的意义。研制特高折射率光学玻璃对手机和数码相机进一步小型化、对光通信技术进步十分迫切。但传统的高折射率光学玻璃含有大量砷和铅,其折射率也只在1.8~1.85之间,不仅技术指标上有差距,也有碍环境保护。
光通信和数码相机用的光学玻璃,如非球面玻璃透镜、球透镜、棱镜等,通常要求具有较高的折射率,制作工艺采用直接模压成型(Direct Press-molding)技术。这样生产的光学玻璃产品,无需打磨、抛光等后续加工步骤,可大大提高生产效率及产量,且产品质量好。
通常使用硫系玻璃或重金属氧化物玻璃来满足折射率达到2.0。但是硫系玻璃的制备条件复杂,玻璃的化学稳定性能较差,在可见光范围透过率低,不能完全满足镜头光学玻璃工作的要求。中国专利CN 1583626A中介绍了一种Bi2O3-PbO玻璃,该玻璃虽然具有良好的透红外性能,但是具有较高的玻璃转变温度,不利于制备压型光学玻璃。氧化铅尽管能改善玻璃析晶性能,提高折射率,但是由于熔制过程中铅的大量挥发,造成严重的环境污染,对操作人员身体造成严重危害。中国专利CN 1930098A中介绍了一种无铅低熔点玻璃,该玻璃具有较低的软化点(500℃~630℃),但是该玻璃的折射率较低,不适合用于高折射率的模压成型镜头玻璃。从环保和制备安全的角度考虑,无铅重金属玻璃有着更为广泛的应用。因而为了满足市场需要,有必要探索综合性能良好的无铅低熔点高折射率重金属氧化物玻璃。
发明内容
针对满足压模法制备高折射率玻璃的需要,本发明的目的是提供一种低熔点无铅铋酸盐玻璃及其制备方法。该玻璃具有较低的玻璃转变温度、较好的稳定性,并且制备工艺简单,该玻璃可以作为模压成型的透镜材料。
本发明的技术解决方案如下:
一种无铅低熔点高折射率玻璃,其特征点在于该玻璃组成及摩尔百分比如下:
组成        mol%
Bi2O3       20~75
B2O3        10~50
BaO         0~20
Ga2O3       30~20
La2O3       0~10
Sb2O3       0~5
SiO2        0~15
TiO2        0~5
ZrO2        0~5
Nb2O5       0~5
Ta2O5       0~5
CeO2        0~1
上述无铅低熔点高折射率玻璃的制备方法,包括如下步骤:
①按选定的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比,然后称取原料,混合均匀形成混合料;
②将混合料放入刚玉坩埚中,置于600℃的马弗炉中预烧结30min形成烧结料;
③将烧结料置于950~1050℃的硅碳棒电炉中熔融;
④玻璃熔融后,降温至900~1000℃,通入高纯氧气;
⑤停止通气,将玻璃液升温至950~1050℃进行澄清和均化,然后将玻璃液倒入预热的模具中;
⑥快速地将所述的盛玻璃液的模具放入已升温至转变温度的马弗炉中,保温2小时后,以15℃/小时的速度退火至150℃左右,然后再以20℃/小时的速度退火至80℃后,关闭马弗炉,降温至室温,即获得无铅低熔点高折射率玻璃。
该玻璃的必要成分为Bi2O3、B2O3,调节组分为BaO、Ga2O3、La2O3、Sb2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5、CeO2。通过添加Bi2O3、BaO、Ga2O3、La2O3、Sb2O3、TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5提高玻璃的折射率,同时作为玻璃形成体,引入B2O3和SiO2提高玻璃的形成能力,改善了玻璃抗失透性,CeO2作为氧化剂,提供氧化气氛,防止Bi2O3被还原。
实验表明:本发明无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃具有低的玻璃转变温度、较好的热稳定性和高折射率。该玻璃可用作模压成型镜头的高折射率材料。
附图说明
图1是本发明无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的透过率图。
图2是本发明无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的DTA图。
图3是本发明无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的折射率图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
本发明无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的7个具体实施例的组成如表1所示:
Figure A20081003929500051
Figure A20081003929500061
实施例1#~7#
实施例1#~7#的组成和含量如表1中1#~7#所示,具体制备方法包括下列步骤:
①按玻璃组成的摩尔百分比(mol%)计算出玻璃的重量百分比,然后称取原料,混合均匀,形成混合料;
②将混合料放入刚玉坩埚中,加盖,置于600℃的硅碳棒电炉中预烧结30min形成烧结料;
③将烧结料置于950~1050℃的硅碳棒电炉中熔融,根据原料的多少决定熔制时间的长短;
④玻璃熔融后,降温至900~1000℃,通入高纯氧气除水,同时提供氧化气氛,防止氧化铋被还原,通气时间决定于原料的多少;
⑤停止通气,将玻璃液升温至950~1050℃进行澄清和均化,然后将玻璃液倒入预热的模具中;
⑥快速地将盛玻璃液的模具放入已升温至330~395℃的马弗炉中,保温2小时后,以15℃/小时的速度退火至150℃左右,然后再以20℃/小时的速度退火至80℃后,关闭马弗炉,降温至室温;
对该玻璃的测试结果如下:
取退火后的10毫克的样品,用玛瑙研钵研成很细的粉末,进行差热分析。测得Tg为331.9℃~395.8℃,Tx为419.9℃~545.1℃。根据以上两个特征温度可以计算出ΔT为88℃~149.3℃。
把退火后的样品加工成两大面抛光15mm×15mm×1.5mm的玻璃片,测折射率、透过率等性质。测得590nm波长处折射率nd为2.182~2.042,此波段透过率为75~80%。
在熔制过程中,熔制工艺控制不当会造成玻璃的失透。实验中我们获得的转变温度Tg≤395.8.2℃、Tgmin=331.9℃,稳定性参数ΔT≥88℃、ΔTmax=149.3℃,590nm处折射率最高可达2.182,此波段透过率最高为80%。说明该新型玻璃适合于作低熔点高折射率材料。
图1是本发明实施例3#无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的透过率图。紫外截止波长为390nm,在400nm~1600nm波段,最高透过率达到80%。
图2是本发明实施例3#无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的DTA图。玻璃的转变温度Tg为367.5℃,析晶开始温度Tx为478.6℃,温差ΔT(Tx-Tg)为111.1℃,析晶温度Tp为490.9℃。
图3是本发明实施例3#无铅低熔点高折射率铋酸盐玻璃的折射率图。在380nm处的折射率高达2.18,随着波长的增加,折射率逐渐下降,D线589.3nm处的折射率nd为2.127。

Claims (2)

1、一种无铅低熔点高折射率玻璃,其特征在于该玻璃组成及摩尔百分比如下:
组成      mol%
Bi2O3     20~75
B2O3      10~50
BaO       0~20
Ga2O3     0~20
La2O3     0~10
8b2O3     0~5
SiO2      0~15
TiO2      0~5
ZrO2      0~5
Nb2O5     0~5
Ta2O5     0~5
CeO2      0~1。
2、权利要求1所述的无铅低熔点高折射率玻璃的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
①按选定的玻璃组成的摩尔百分比计算出玻璃的重量百分比,然后称取原料,混合均匀形成混合料;
②将混合料放入刚玉坩埚中,置于600℃的马弗炉中预烧结30min形成烧结料;
③将烧结料置于950~1050℃的硅碳棒电炉中熔融;
④玻璃熔融后,降温至900~1000℃,通入高纯氧气;
⑤停止通气,将玻璃液升温至950~1050℃进行澄清和均化,然后将玻璃液倒入预热的模具中;
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