CN101337768A - 高折射率光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种折射率为1.86-1.92、阿贝数为35-40,具有良好的抗失透性能和化学稳定性能的高折射率光学玻璃。高折射率光学玻璃,其组成成分包含SiO2、B2O3、La2O3和Gd2O3作为必需组分和选自ZrO2、Nb2O5、Ta2O5和WO3中的一种或多种组分。本发明的光学玻璃具有在1.86-1.92的范围内的折射率和在35-40的范围内的阿贝数的光学常数,不含铅、砷和镉组分,具有良好的抗失透性能和化学稳定性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃,特别是涉及一种具有折射率(nd)为1.86-1.92、阿贝数(vd)为35-40的高折射率光学玻璃。
背景技术
近年来,随着数码相机、摄像机的快速普及使用,相机像素的不断增加和相机的小型轻量化发展,要求光学元件具有更高的折射率、抗失透性能和化学稳定性。
CN1389414A和CN101128400A公开的光学玻璃的折射率为1.75-1.85,不能满足关于高折射率方面的要求;另外由于其必须组分中含有大量的ZnO和Li2O,当这两种成分含量太大时,会使玻璃的抗失透性能和化学稳定性急剧降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.86-1.92、阿贝数为35-40,具有良好的抗失透性能和化学稳定性能的高折射率光学玻璃。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:高折射率光学玻璃,其组成成分包含SiO2、B2O3、La2O3和Gd2O3作为必需组分和选自ZrO2、Nb2O5、Ta2O5和WO3中的一种或多种组分。
进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:1%-10%、B2O3:7%-18%、La2O3:30%-47%、Gd2O3:6%-20%、Ta2O5:6%-20%、WO3:0-14%、ZrO2:0-10%、Nb2O5:0-10%、Y2O3:0-3%、TiQ2:0-5%、BaO:0-1%、SrO:0-1%、CaO:0-1%、MgO:0-1%。
进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:1%-8%、B2O3:7%-16%、La2O3:30%-43%、Gd2O3:6%-17%、Ta2O5:6%-17%、WO3:0-14%、ZrO2:0-10%、Nb2O5:0-10%、Y2O3:0-3%、TiQ2:0-5%、BaO:0-1%、SrO:0-1%、CaO:0-1%、MgO:0-1%。
进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-10%、B2O3:8%-18%、La2O3:33%-47%、Gd2O3:9%-20%、Ta2O5:9%-20%、WO3:0-14%、ZrO2:0-10%、Nb2O5:0-10%、Y2O3:0-3%、TiO2:0-5%、BaO:0-1%、SrO:0-1%、CaO:0-1%、MgO:0-1%。
进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:0-11%、ZrO2:0-8%、Nb2O5:0-8%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:4-9%、ZrO2:0-8%、Nb2O5:2-7%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:0-11%、ZrO2:2 5-7%、Nb2O5:2-7%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
更进一步的,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:4-9%、ZrO2:2 5-7%、Nb2O5:2-7%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
本发明的有益效果是:本发明的光学玻璃具有在1.86-1.92的范围内的折射率和在35-40的范围内的阿贝数的光学常数,不含铅、砷和镉组分,具有良好的抗失透性能和化学稳定性能。
具体实施方式
发明人进行了研究和实验,结果发现:通过采用包含特定量的SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5和WO3的组合物,可以获得具有上述光学常数、良好的抗失透性能和高的化学稳定性的光学玻璃。
在本发明的第一方面,提供一种光学玻璃,其具有在1.86-1.92的范围内的折射率和在35-40的范围内的阿贝数的光学常数,包含SiO2、Gd2O3、La2O3和B2O3作为必需组分和选自ZrO2、Nb2O5、Ta2O5和WO3组成中的一种或多种组分,具有良好的抗失透性能且具有3级耐酸性(粉末法)和A级耐潮性(粉末法)。
在本发明的第二方面,提供一种光学玻璃,其具有在1.86-1.92的范围内的折射率和在35-40的范围内的阿贝数的光学常数,包含SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3及Ta2O5作为必需组分,不含铅、砷和镉组分,具有良好的抗失透性能且具有3级耐酸性(粉末法)和A级耐潮性(粉末法)。
按照前述限定构成本发明的光学玻璃的各成分的组成范围的理由叙述如下,各成分用氧化物标准的质量%表达。
SiO2成分在B2O3-La2O3系统玻璃中对提高玻璃的粘度、提高耐失透性和化学稳定性非常有效,是不可缺少的成分。但是,如果其含量过少,则效果不充分;而如果含量过多,则玻璃转化温度(Tg)会提高、熔融性会变差。因此,SiO2的含量可以优选以1%、更优选2%作为下限含有;优选以10%、更优选8%作为上限含有。SiO2可以使用SiO2等作为原料导入至玻璃中。
B2O3成分是玻璃形成氧化物成分所不可缺少的成分。但是,如果其含量过少,则抗失透性不充分;如果其含量过多,则化学稳定性变差。因此,B2O3的含量可以优选以7%、更优选8%作为下限含有;优选以18%、更优选16%作为上限含有。B2O3可以使用H3BO3、B2O3等作为原料导入至玻璃中。
La2O3成分对于提高玻璃的折射率、降低色散有效。但是如果其含量过少,则难以将玻璃的光学常数值维持在本发明的范围内;如果其含量过多,则抗失透性变差。因此,La2O3的含量可以优选以30%、更优选33%作为下限含有;优选以47%、更优选43%作为上限含有。La2O3可以使用La2O3、硝酸镧或其水合物等作为原料导入至玻璃中。
Gd2O3成分具有提高玻璃的折射率、降低色散的效果。但是,如果其含量较少,则上述效果不充分;如果其含量过多,则抗失透性变差。因此,Gd2O3可优选以6%、更优选9%作为下限含有;优选以20%、更优选17%作为上限含有。Gd2O3可以使用Gd2O3等作为原料导入至玻璃中。
Ta2O5成分可以提高玻璃折射率、改善化学稳定性和抗失透性。但是如果其含量过少,则效果不充分;如果其含量过多,则难以维持本发明的光学常数。因此,Ta2O5可以优选以6%、更优选9%作为下限含有;优选以20%、更优选17%作为上限含有。Ta2O5可以使用Ta2O5等作为原料导入至玻璃中。
WO3成分具有调节光学常数、改善抗失透性的效果。但是,如果其含量过多,则相反抗失透性、可见光区域的短波长区域的光线透射率变差。因此,WO3的含量可以优选0-14%、更优选0-11%,最优选4-9%。WO3可以使用WO3等作为原料导入至玻璃中。
ZrO2成分具有调整光学常数、改善化学稳定性和抗失透性。但是,如果其含量过多,则相反抗失透性会变差。因此,ZrO2的含量可以优选0-10%、更优选0-8%,最优选2.5-7%。ZrO2可以使用ZrO2等作为原料导入至玻璃中。
Nb2O5成分具有提高折射率、改善化学稳定性和抗失透性。但是,如果其含量过多,则相反抗失透性会变差,并且400nm的内部透射率也会变差。因此,Nb2O5的含量可以优选0-10%、更优选0-8%,最优选2-7%。Nb2O5可以使用Nb2O5等作为原料导入至玻璃中。
Y2O3成分具有提高折射率、降低色散的效果。但是,如果其含量过多,则抗失透性急剧降低。因此,Y2O3的含量可以优选0-3%、更优选0-1%、最优选不含有。Y2O3可以使用Y2O3等作为原料导入至玻璃中。
TiO2成分具有提高折射率和色散的效果。但是,如果其含量过多,则抗失透性急剧的降低。因此,TiO2的含量可以优选0-5%、更优选0-3%、最优选不含有。TiO2可以使用TiO2等作为原料导入至玻璃中。
BaO、SrO、CaO、MgO各成分具有提高玻璃的一致性的效果。但是,为了维持玻璃良好的抗失透性,这些成分的含量分别优选1%以下,更优选不含有。
以下对于本发明的实施例进行说明,但本发明并不受这些实施例的限定。
表1中表示了本发明玻璃的实施例(1-10)的组成、这些玻璃的折射率(nd)、阿贝数(vd)、玻璃转化温度(Tg)、玻璃软化温度(Ts)、粉末法耐潮性DW、粉末法耐酸性DA、液相线温度(℃)。表中,各成分的组成用质量%表示。
表1:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
SiO2 | 3.0 | 4.0 | 4.5 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.5 | 6.5 | 8.0 |
B2O3 | 15.0 | 14.0 | 13.0 | 12.7 | 12.7 | 12.7 | 12.7 | 12.0 | 11.0 | 9.0 |
La2O3 | 33.0 | 34.0 | 35.0 | 35.5 | 34.6 | 35.5 | 38.2 | 39.0 | 41.0 | 43.0 |
Gd2O3 | 16.0 | 16.0 | 16.0 | 15.8 | 17.7 | 17.6 | 13.2 | 13.0 | 11.0 | 9.0 |
ZrO2 | 3.0 | 4.0 | 4.5 | 5.2 | 5.2 | 5.2 | 5.2 | 6.0 | 7.0 | 8.0 |
Ta2O5 | 16.0 | 14.0 | 14.0 | 13.0 | 13.0 | 13.0 | 13.0 | 12.0 | 11.0 | 10.0 |
Nb2O5 | 3.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 5.0 | 6.0 | 7.0 | 8.0 |
WO3 | 11.0 | 10.0 | 9.0 | 8.8 | 7.8 | 7.0 | 7.7 | 6.5 | 5.5 | 5.0 |
nd | 1.89967 | 1.89695 | 1.90298 | 1.89661 | 1.89775 | 1.89659 | 1.90069 | 1.90412 | 1.90144 | 1.90496 |
vd | 35.93 | 36.41 | 36.62 | 37.38 | 37.59 | 37.95 | 37.12 | 37.06 | 37.75 | 37.55 |
Tg | 724 | 720 | 721 | 721 | 718 | 712 | 709 | 710 | 712 | 711 |
Ts | 752 | 746 | 748 | 749 | 745 | 741 | 737 | 739 | 741 | 739 |
DW | A级 | A级 | A级 | A级 | A级 | A级 | A级 | A级 | A级 | A级 |
DA | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 | 3类 |
液相线温度(℃) | 1246 | 1238 | 1238 | 1240 | 1235 | 1220 | 1200 | 1205 | 1210 | 1210 |
表1所示的本发明实施例的光学玻璃可以通过如下方法制得:称量氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等通常光学玻璃用原料,达到表1所示各实施例组成的比例;混合后投入到铂坩埚中,根据组成产生的熔融性,在1200℃-1500℃下熔融4-7小时;熔化、澄清、搅拌,均质化之后,注入到模具中缓慢冷却后制得。
表1中的折射率(nd)、阿贝数(vd)是对徐冷降温速度为25℃/小时得到的光学玻璃进行测定的。
转变温度(Tg)和软化温度是(Ts)将长49mm、直径6mm的试样以每分钟4℃的恒定速度升温加热,同时测定试样的伸长和温度,由所得到的热膨胀曲线求出的。
粉末法耐潮性DW是将粉碎粒度为425-600μm的玻璃作为比重标记,放在铂篮中,将其放在装有纯水(PH6.5-7.5)的石英玻璃制圆底烧瓶中,在沸腾水浴中处理60分钟,计算处理后粉末玻璃的质量减少(wt%),根据以下分类方法进行分类。减重率小于0.04%时为1级、大于等于0.04%小于0.10%时为2级、大于等于0.10%小于0.25%时为3级、大于等于0.25%小于0.60%时为4级、大于等于0.60%小于1.10%时为5级、大于等于1.10%时为6级。
粉末法耐酸性DA是将粉碎粒度为425-600μm的玻璃作为比重标记,放在铂篮中,将其放在装有0.01N硝酸水溶液的石英玻璃制圆底烧瓶中,在沸腾水浴中处理60分钟,计算处理后粉末玻璃的质量减少(wt%),根据以下分类方法进行分类。减重率小于0.20%时为1级、大于等于0.20%小于0.35%时为2级、大于等于0.35%小于0.65%时为3级、大于等于0.65%小于1.20%时为4级、大于等于1.20%小于2.20%时为5级、大于等于2.20%时为6级。
表1所示,本发明实施例1-10的光学玻璃均具有本发明所要求的光学常数(折射率和阿贝数);由于粉末法耐潮性DW和粉末法耐酸性DA良好,因此化学稳定性优异;同时具有较好的抗失透性,能够稳定的生产。
如上所述,本发明光学玻璃的组成为SiO2-B2O3-La2O3-Ta2O5-ZrO2系统,且不含铅、砷成分,具有折射率为1.86-1.92、阿贝数为35-40的光学常数,因此适于数码产品的小型轻量化要求和航空远距离拍摄。
而且由于具有良好的化学稳定性,因此在切割研磨加工成透镜预成形材料时或保管透镜预成形材料中都难以产生灼伤。另外,由于具有良好的抗失透性,因此具有良好的生产稳定性。
Claims (9)
1.高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分包含SiO2、B2O3、La2O3和Gd2O3作为必需组分和选自ZrO2、Nb2O5、Ta2O5和WO3中的一种或多种组分。
2.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:1%-10%、B2O3:7%-18%、La2O3:30%-47%、Gd2O3:6%-20%、Ta2O5:6%-20%、WO3:0-14%、ZrO2:0-10%、Nb2O5:0-10%、Y2O3:0-3%、TiO2:0-5%、BaO:0-1%、SrO:0-1%、CaO:0-1%、MgO:0-1%。
3.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:1%-8%、B2O3:7%-16%、La2O3:30%-43%、Gd2O3:6%-17%、Ta2O5:6%-17%、WO3:0-14%、ZrO2:0-10%、Nb2O5:0-10%、Y2O3:0-3%、TiO2:0-5%、BaO:0-1%、SrO:0-1%、CaO:0-1%、MgO:0-1%。
4.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-10%、B2O3:8%-18%、La2O3:33%-47%、Gd2O3:9%-20%、Ta2O5:9%-20%、WO3:0-14%、ZrO2:0-10%、Nb2O5:0-10%、Y2O3:0-3%、TiO2:0-5%、BaO:0-1%、SrO:0-1%、CaO:0-1%、MgO:0-1%。
5.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:0-11%、ZrO2:0-8%、Nb2O5:0-8%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
6.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:4-9%、ZrO2:0-8%、Nb2O5:2-7%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
7.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:0-11%、ZrO2:25-7%、Nb2O5:2-7%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
8.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,其组成成分的质量百分比组成为:
SiO2:2%-8%、B2O3:8%-16%、La2O3:33%-43%、Gd2O3:9%-17%、Ta2O5:9%-17%、WO3:4-9%、ZrO2:25-7%、Nb2O5:2-7%、Y2O3:0-1%、TiO2:0-3%。
9.如权利要求1所述的高折射率光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃的折射率为1.86-1.92、阿贝数为35-40。
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