CN101367611B - 高折射率环保重镧火石光学玻璃 - Google Patents

高折射率环保重镧火石光学玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种折射率在1.80～1.90之间的环保重镧火石光学玻璃，该光学玻璃的析晶性能好。高折射率环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：1～10％、B2O3：10～35％、La2O3：25～40％、Nb2O5：4～20％、ZrO2：2～8％、Y2O3：6.6～15％、ZnO：0～12％、TiO2：0～8％、WO3：0～7％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。本发明不含有有害物质PbO，不含有成本昂贵的Ta2O5和Gd2O3，不含有易挥发的氟，得到折射率在1.80～1.90之间的环保重镧火石光学玻璃，该光学玻璃的析晶性能好。

Description

高折射率环保重镧火石光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率(nd)范围在1.80～1.90之间的高折射率环保重镧火石光学玻璃。
背景技术
传统的镧系光学玻璃组分中一般都含有铅、砷、镉等元素，因为氧化铅可提高光学玻璃的折射率和色散，氧化砷具有澄清作用，氧化镉可改善玻璃的化学稳定性。然而，随着人们环保意识的增强，这类传统的含有害元素的光学玻璃正逐渐被环保的光学玻璃所取代。
CN1532161A公开了一种高折射率镧系光学玻璃，其组成(重量百分比组成)为：SiO23～5％、B2O322～26％、La2O329～35％、Nb2O57～12％、ZrO24～6.5％、Y2O35～6.5％、ZnO 1.5～3.0％、Ta2O50～5％、PbO 4.5～11％、TiO21～2％、Gd2O30～8％、WO30～2.5％。该光学玻璃的折射率小于1.84，阿贝数为37，而且组分中含有有害物质PbO。
CN1532160A公开了一种高折射率镧系光学玻璃，其组成(重量百分比组成)为：SiO24.5～7.5％、B2O320～24％、La2O329～34％、ZrO24.5～7.5％、Ta2O53～13％、TiO20～1.5％、Gd2O318～32％、WO30～1.5％。该光学玻璃的折射率小于1.81，阿贝数大于45，而且组分中含有较大量的成本昂贵的Gd2O3及Ta2O5成分。
EP570，687B公开了一种高折射率重镧火石光学玻璃，其折射率大于1.88，阿贝数大于29，密度小于4.1，但是该光学玻璃Nb2O5含量高，在20.5～26％之间，使原料的成本非常高，而且因为铌含量高而产生铌的复合氧化物，增加了玻璃的析晶倾向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率在1.80～1.90之间的环保重镧火石光学玻璃，该光学玻璃的析晶性能好。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高折射率环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：1～10％、B2O3：10～35％、La2O3：25～40％、Nb2O5：4～20％、ZrO2：2～8％、Y2O3：6.6～15％、ZnO：0～12％、TiO2：0～8％、WO3：0～7％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：1～6％、B2O3：10～30％、La2O3：30～40％、Nb2O5：4～15％、ZrO2：2～7％、Y2O3：6.6～12％、ZnO：0～9％、TiO2：0～4％、WO3：0～6％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～10％、B2O3：15～35％、La2O3：25～38％、Nb2O5：7～20％、ZrO2：3.5～8％、Y2O3：6.6～15％、ZnO：3～12％、TiO2：0～4％、WO3：2～7％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：15～30％、La2O3：30～38％、Nb2O5：7～15％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～12％、ZnO：3～9％、TiO2：0～4％、WO3：2～6％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
进一步的，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：15～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：7～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：3～7.5％、TiO2：0～3.7％、WO3：2～5.5％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～30％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～15％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～12％、ZnO：4～9％、TiO2：0～3.7％、WO3：3～6％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：4～7.5％、TiO2：0～3.7％和WO3：0～5.5％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：0～12％、TiO2：0～3.7％和WO3：3～5.5％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：0～7.5％、TiO2：0～3.7％和WO3：3～5.5％。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：4～7.5％、TiO2：0～3.7％和WO3：3～5.5％。
本发明的有益效果是：本发明不含有有害物质PbO，不含有成本昂贵的Ta2O5和Gd2O3，不含有易挥发的氟，得到折射率在1.80～1.90之间的环保重镧火石光学玻璃，该光学玻璃的析晶性能好。
具体实施方式
B2O3在重镧火石光学玻璃中能提高玻璃的熔化性能，提高折射率及化学稳定性，B2O3含量低于10％(重量百分含量，以下同)时，玻璃的熔化性能变差，折射率降低；当其含量高于35％时，玻璃的折射率不能达到本发明的要求且玻璃的化学稳定性变差，因此B2O3含量优选以10％、更优选15％、最优选21％作为下限含有；优选以35％、更优选30％、最优选26％作为上限含有。
SiO2可以增大玻璃的高温粘度，提高玻璃的耐失透性及化学稳定性，当其含量低于1％时，玻璃不易熔制；当其含量超过10％时，玻璃的折射率下降，耐失透性变差，玻璃的熔化性能降低，因此SiO2含量优选以1％、更优选2.5％作为下限含有；优选以10％、更优选6％作为上限含有。
La2O3具有高的折射率及较低的色散，是高折射镧系光学玻璃的主要成分，并与WO3及其他组分一起调节玻璃的光学常数，其与B2O3混合存在还可以提高玻璃的耐失透性能，改善玻璃的化学稳定性。当La2O3含量在25～40％范围内时，可以使玻璃折射率、耐失透性能及光学常数达到很好的效果，因此La2O3含量优选以25％、更优选30％、最优选34％作为下限含有；优选以40％、更优选38％作为上限含有。
Y2O3可以提高玻璃的折射率和耐失透性，还可以调整玻璃的光学常数，但当其含量超过15％时，耐失透性明显变差，因此Y2O3含量优选以2％、更优选4％、最优选6％作为下限含有；优选以15％、更优选12％、最优选10％作为上限含有。
ZrO2具有改善光学常数和提高耐失透性及化学稳定性的作用，在镧系玻璃中还可以起到提高折射率和降低色散的作用，但当其量不足2％时，效果不明显；当其超过8％时，耐失透性反而变差，玻璃转变温度升高，因此ZrO2含量优选以2％、更优选3.5％作为下限含有；优选以8％、更优选7％作为上限含有。
Nb2O5具有提高折射率、改善化学耐久性和耐失透性的作用，与Ta2O5性质相似，但Ta2O5成本昂贵而不被采用。当其含量不足4％时，效果不明显；当其含量超过20％时，耐失透性反而变坏，因此Nb2O5含量优选以4％、更优选7％、最优选9％作为下限含有；优选以20％、更优选15％、最优选13％作为上限含有。
ZnO可以降低玻璃的析晶倾向，但当其含量超过12％时，耐失透性和化学稳定性变差，因此ZnO含量优选以0％、更优选3％、最优选4％作为下限含有；优选以12％、更优选9％、最优选7.5％作为上限含有。
TiO2对提高玻璃的折射率很有效，但其量超过8％时，耐失透性急剧降低，适当引入TiO2可以调整玻璃的光学常数。因此TiO2含量优选以0％作为下限含有；优选以8％、更优选4％、最优选3.7％作为上限含有。
WO3具有调整玻璃光学常数和耐失透性的作用，尤其在镧系光学玻璃中能改善玻璃的玻璃形成性能，且不会过多损害透过率，成本低廉，因此本发明特别提高WO3的含量，试验证明在没有PbO成分时，增加WO3成分含量也能达到很好的效果。但其含量超过7％时，耐失透性和短波长区的透过率反而变差，因此WO3含量优选以0％、更优选2％、最优选3％作为下限含有；优选以7％、更优选6％、最优选5.5％作为上限含有。
本发明可以适当加入少量的碱金属氧化物如Na2O、K2O和LiO2，帮助熔化，但其总量必须限制在2％以下，因为这些成分会降低玻璃的粘度，特别是液相线粘度。本发明组成中更优选不含有这些成分。
碱土金属氧化物如CaO、BaO和SrO，有助于玻璃达到高折射率的要求，虽然它们对提高折射率作用不大，但它们具有对色散影响较小的优点，而且碱土金属氧化物可以减小富铌相析晶的危险，降低析晶倾向。本发明中碱土金属氧化物总含量控制在4％以下，更优选不含有。
本发明的高折射环保重镧火石光学玻璃的制备方法是：
1)按照重量比例称量各氧化物组分，充分混合后加入铂金坩埚内；
2)在1250℃～1340℃之间进行熔化、澄清和均化；
3)将降温后的熔融玻璃液浇铸到预热好的金属模具中进行退火处理即可。
表1-2是本发明的12个实施例，表中列出了各个实施例所对应的折射率nd、阿贝数vd、析晶上限温度和化学稳定性：
表1
Figure GDA0000063014430000051
表2
从以上实施例可以看出，本发明的光学玻璃的折射率nd为1.84～1.86，阿贝数vd为36～37，析晶上限温度为1140℃左右，化学稳定性为耐潮A级，耐酸3类，因此，本发明的光学玻璃是折射率高、化学稳定性好、析晶性能较好的高折射率环保重镧火石光学玻璃。

Claims (10)

1.高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：1～10％、B2O3：10～35％、La2O3：25～40％、Nb2O5：4～20％、ZrO2：2～8％、Y2O3：6.6～15％、ZnO：0～12％、TiO2：0～8％、WO3：0～7％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
2.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：1～6％、B2O3：10～30％、La2O3：30～40％、Nb2O5：4～15％、ZrO2：2～7％、Y2O3：6.6～12％、ZnO：0～9％、TiO2：0～4％、WO3：0～6％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
3.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～10％、B2O3：15～35％、La2O3：25～38％、Nb2O5：7～20％、ZrO2：3.5～8％、Y2O3：6.6～15％、ZnO：3～12％、TiO2：0～4％、WO3：2～7％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
4.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：15～30％、La2O3：30～38％、Nb2O5：7～15％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～12％、ZnO：3～9％、TiO2：0～4％、WO3：2～6％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
5.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：15～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：7～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：3～7.5％、TiO2：0～3.7％、WO3：2～5.5％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
6.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～30％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～15％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～12％、ZnO：4～9％、TiO2：0～3.7％、WO3：3～6％，Na2O、K2O和LiO2的总量之和小于2％，CaO、BaO和SrO的总量之和小于4％。
7.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：4～7.5％、TiO2：0～3.7％和WO3：0～5.5％。
8.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：0～12％、TiO2：0～3.7％和WO3：3～5.5％。
9.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：0～7.5％、TiO2：0～3.7％和WO3：3～5.5％。
10.如权利要求1所述的高折射率环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：2.5～6％、B2O3：21～26％、La2O3：34～38％、Nb2O5：9～13％、ZrO2：3.5～7％、Y2O3：6.6～10％、ZnO：4～7.5％、TiO2：0～3.7％和WO3：3～5.5％。
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