CN101386469B - 高折射低色散光学玻璃 - Google Patents

高折射低色散光学玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高折射率低色散、高透光度的环保光学玻璃，其质量百分比组成为：B2O3：6％-17％、SiO2：2-10％、La2O3大于25％小于45％、Gd2O3：5-25％、Nb2O5：0-3％、Ta2O5大于19％小于27％、ZnO：0-16％、BaO：0-5％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：0-9％、Y2O3：0-8％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.1％、SnO2：0-1％。本发明的组成成分中不含GeO2，折射率在1.85-1.90，阿贝数在35-45，同时透射比达到80％时对应的波长在440nm以下，具有高透光度。

Description

高折射低色散光学玻璃
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)在1.85-1.90、阿贝数(νd)在35-45的光学玻璃。
背景技术
高折射低色散光学玻璃广泛应用于新型光电产品上以提高其成像质量，为了解决高折射低色散光学玻璃在熔炼生产中易失透的难题，以往通常是在配方中加入氧化锗，例如日本特开2006-151758A公开了一种GeO2-B2O3-La2O3-ZnO-Bi2O3系的高折射低色散光学玻璃，但其GeO2含量高达13％(质量百分比含量，以下同)甚至17％，由于氧化锗价格昂贵，因此该光学玻璃的成本较高。
光学玻璃透光度受折射率影响较大，折射率越高往往透光度越低，例如日本特开2006-225220A公开了一种高折射低色散光学玻璃，当玻璃透射比达到80％时，对应的波长(λ80)至少在460nm以上。
随着人类生存环境的恶化和人们环境保护意识的不断提高，世界各国对有害化学物质的使用要求越来越严格。Sb2O3在光学玻璃中通常作为澄清剂使用，其含量通常在0.1-1％，由于Sb2O3是一种重金属，根据新的环保要求，光学玻璃中Sb2O3的质量百分比含量不能超过0.1％。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高折射率低色散、高透光度、低成本的环保光学玻璃。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：6％-17％、SiO2：2-10％、La2O3大于25％小于45％、Gd2O3：5-25％、Nb2O5：0-3％、Ta2O5大于19％小于27％、ZnO：0-16％、BaO：0-5％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：0-9％、Y2O3：0-8％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.1％、SnO2：0-1％。
进一步的，其质量百分比组成为：B2O3：6％-17％、SiO2：2-10％、La2O3大于25％小于45％、Gd2O3：5-25％、Nb2O5：0-3％、Ta2O5大于19％小于27％、ZnO：0-16％、BaO：0-5％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-8％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.1％、SnO2：0-1％。
进一步的，其质量百分比组成为：B2O3：9％-16％、SiO2：2-8％、La2O3大于30％小于42％、Gd2O3：10-22％、Nb2O5：0-2％、Ta2O5大于19％小于25％、ZnO：0-15％、BaO：0-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-5％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
进一步的，其质量百分比组成为：B2O3：10％-16％、SiO2：3-6.5％、La2O3大于31％小于37％、Gd2O3：13-18％、Nb2O5：0-1％、Ta2O5大于19％小于22％、ZnO：0-15％、BaO：0-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-5％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
进一步的，其质量百分比组成为：B2O3：9％-16％、SiO2：2-8％、La2O3大于30％小于42％、Gd2O3：10-22％、Nb2O5：0-2％、Ta2O5大于19％小于25％、ZnO：0-15％、BaO：0.1-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-5％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
进一步的，其质量百分比组成为：B2O3：9％-16％、SiO2：2-8％、La2O3大于30％小于42％、Gd2O3：10-22％、Nb2O5：0-2％、Ta2O5大于19％小于25％、ZnO：0-15％、BaO：0-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0.2-4％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
进一步的，其质量百分比组成为：B2O3：10％-16％、SiO2：3-6.5％、La2O3大于31％小于37％、Gd2O3：13-18％、Nb2O5：0-1％、Ta2O5大于19％小于22％、ZnO：0-15％、BaO：0.1-2％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0.2-4％、WO3：0-5％、Sb2O3：0.01-0.05％。
本发明的有益效果是：本发明的组成成分中不含GeO2，成本低，折射率(nd)在1.85-1.90，阿贝数(νd)在35-45，同时透射比达到80％时对应的波长在440nm以下，具有高透光度，能够批量稳定生产。
具体实施方式
B2O3是玻璃网络生成体氧化物，是构成玻璃网络的必须成分，尤其是在高折射率低色散光学玻璃中，B2O3是得到稳定玻璃的主要成分。当B2O3含量低于6％时，难以获得性质稳定的玻璃，耐失透性能不理想；当B2O3含量高于17％时，玻璃的折射率达不到设计目标，因此将B2O3含量限定为6％-17％，更优选的含量是9-16％，最优选为10-16％。
SiO2也是形成玻璃的网络生成体氧化物，加入一定量的SiO2可增大玻璃的高温粘度，提高玻璃的耐失透性。但当其含量低于2％时，效果不充分；而当其含量高于10％时，则玻璃熔融性会变差，气泡消除困难。因此，SiO2的含量限定为2-10％，更优选的含量是2-8％，最优选含量为大于3-6.5％。
La2O3是高折射低色散光学玻璃的主要成分，用于增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散，在本组成体系中与B2O3混合存在时可提高玻璃的耐失透性能，改善玻璃的化学稳定性。当La2O3含量小于25％时，不能获得上述作用，当其含量超过45％时，玻璃的析晶性能恶化，故将其含量限定为大于25％小于45％，更优选含量是大于30％小于42％，最优选含量是大于31％小于37％。
Gd2O3的作用与La2O3类似，即在玻璃光学性能上起到增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散的作用，在物理化学性能上起到改善玻璃化学稳定性和耐失透能力。使用一定量的Gd2O3代替La2O3，可以提高玻璃的耐失透能力，但其含量低于5％时，效果不明显，当Gd2O3含量高于25％时，反而使玻璃的耐失透能力恶化，因此将Gd2O3的含量限定为5-25％，更优选10-22％，最优选13-18％。
Nb2O5是提高玻璃折射率的有效成分，在本发明中其含量高于5％时，会导致玻璃色散大幅升高，阿贝数降低，同时使玻璃的短波透过率下降。因此Nb2O5含量优选为0-3％，更优选含量是0-2％，最优选含量是0-1％。
Ta2O5是本发明的必须成分，它可以显著提高玻璃的折射率和耐失透能力，当其含量高于27％时，玻璃比重过大，玻璃熔融性、稳定性受到影响；但当其含量低于19％时，难以获得高透光度，因此Ta2O5的含量限定为大于19％小于27％，同时Ta2O5也是一种高价原料，所以更优选含量大于19％小于25％，最优选含量大于19％小于22％。
使用一定量的ZnO可以提高玻璃的耐失透能力，改善玻璃的熔融性，同时降低玻璃的转变温度，但随着ZnO含量的增加玻璃的折射率会降低，因此ZnO限定量为0-16％，优选含量为0-15％。
BaO在玻璃中的作用是降低玻璃的色散，改善玻璃的熔融性，同时可以改善玻璃的透过率。但当其含量高于5％时，玻璃易于析晶，因此将BaO的含量限定为0-5％，更优选为0-2％，更优选0.1-2％。
CaO在玻璃中的作用与BaO相似，当其含量高于5％时，难以获得高折射率，因此CaO含量限定为0-5％，更优选不加入。
SrO在玻璃中的作用与BaO、CaO相似，用SrO替代部分BaO，能加速玻璃的熔化和澄清，降低玻璃的析晶倾向，但当其含量高于5％时，熔制困难，因此SrO含量限定为0-5％，更优选不加入。
ZrO2具有改善玻璃耐失透性和提高化学稳定性的效果，同时还起到提高折射率降低色散的作用。但当其含量高于9％时，引起玻璃耐失透性恶化，因此ZrO2含量限定为0-9％，更优选3-9％。
Y2O3具有提高玻璃稳定性的作用，还可以作为调整玻璃的光学常数的成分，但当其含量超过8％时，会引起玻璃耐失透性能恶化，因此Y2O3优选含量为0-8％，更优选含量大于0小于5％，最优选0.2-4％。
Yb2O3在玻璃中的作用与Y2O3相同，当其含量高于8％时，易失透，Yb2O3优选含量为0-8％，更优选不加入。
WO3在玻璃中的主要作用是维持光学常数，改善玻璃析晶，但含量过高会使玻璃透过率降低，着色度增大，且析晶性能变坏，WO3优选含量为0-5％。
Li2O、Na2O、K2O的主要作用是降低玻璃的转变温度，玻璃转变温度低有利于降低玻璃元件的压型和退火成本，但Li2O、Na2O、K2O的使用会引起玻璃的耐失透能力下降，同时显著降低玻璃的折射率，因此限定Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％，优选不使用。
Sb2O3可作为澄清剂添加，但超过一定含量将导致玻璃着色增加，透过率降低，同时容易导致用铂金器皿生产的玻璃中出现大量铂金粒子；另外为适应新的环境保护要求，因此限定其含量不超过0.1％；在本发明中，使用微量Sb2O3可以有效降低玻璃的澄清温度，提高玻璃的透过率，因此Sb2O3的优选含量为0.01-小于0.1％，更优选含量为0.01-0.05％。
SnO2也是作为澄清剂使用，但其对玻璃的澄清效果不如Sb2O3，同时当其使用量大时会引起玻璃着色，因此其使用量限定为0-1％，优选不使用。
表1-4表示了本发明玻璃的实施例1-15和对比例1-4，同时表示了玻璃的折射率(nd)、阿贝数(νd)、着色度(λ80/λ5)。
表1
Figure GDA0000025865380000041
Figure GDA0000025865380000051
表2
Figure GDA0000025865380000052
Figure GDA0000025865380000061
表3
Figure GDA0000025865380000062
Figure GDA0000025865380000071
表4
Figure GDA0000025865380000072
Figure GDA0000025865380000081
表1-3所示的本发明实施例的光学玻璃通过如下方法制得：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1-3所示各实施例组成的比例；混合后投入到铂坩埚中，在1200℃-1450℃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1-4中的折射率(nd)、阿贝数(νd)是对光学玻璃样品进行-25℃/小时徐冷后测定的数据。
将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到80％对应的波长λ80，在透射比达到5％时对应的波长λ5。
表1-3所示，本发明实施例1-15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10mm厚的光学玻璃在透射比达到80％时对应的波长小于440nm，因此本发明的光学玻璃透光度高。
综上所述，本发明光学玻璃的组成为B2O3-SiO2-La2O3-Gd2O3-Ta2O5系统，不含GeO2成分，光学玻璃具有折射率为1.85-1.90、阿贝数为35-45的光学常数，光学玻璃透射比达到80％时对应的波长在440nm以下，透光度高，生产成本较低，同时还满足最新的环境保护要求。

Claims (9)

1.高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：6％-17％、SiO2：2-10％、La2O3大于25％小于45％、Gd2O3：5-25％、Nb2O5：0-3％、Ta2O5大于19％小于27％、ZnO：0-16％、BaO：0-5％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：0-9％、Y2O3：0-8％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.1％、SnO2：0-1％。
2.如权利要求1所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：6％-17％、SiO2：2-10％、La2O3大于25％小于45％、Gd2O3：5-25％、Nb2O5：0-3％、Ta2O5大于19％小于27％、ZnO：0-16％、BaO：0-5％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-8％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.1％、SnO2：0-1％。
3.如权利要求1所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：9％-16％、SiO2：2-8％、La2O3大于30％小于42％、Gd2O3：10-22％、Nb2O5：0-2％、Ta2O5大于19％小于25％、ZnO：0-15％、BaO：0-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-5％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
4.如权利要求1所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：10％-16％、SiO2：3-6.5％、La2O3大于31％小于37％、Gd2O3：13-18％、Nb2O5：0-1％、Ta2O5大于19％小于22％、ZnO：0-15％、BaO：0-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-5％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3等于或大于0.01％小于0.05％、SnO2：0-1％。
5.如权利要求1所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：9％-16％、SiO2：2-8％、La2O3大于30％小于42％、Gd2O3：10-22％、Nb2O5：0-2％、Ta2O5大于19％小于25％、ZnO：0-15％、BaO：0.1-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0-5％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
6.如权利要求1所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：9％-16％、SiO2：2-8％、La2O3大于30％小于42％、Gd2O3：10-22％、Nb2O5：0-2％、Ta2O5大于19％小于25％、ZnO：0-15％、BaO：0-2％、CaO：0-5％、SrO：0-5％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0.2-4％、Yb2O3：0-8％、WO3：0-5％、Li2O+Na2O+K2O总含量为0-2％、Sb2O3：0.01-小于0.05％、SnO2：0-1％。
7.如权利要求1所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其质量百分比组成为：B2O3：10％-16％、SiO2：3-6.5％、La2O3大于31％小于37％、Gd2O3：13-18％、Nb2O5：0-1％、Ta2O5大于19％小于22％、ZnO：0-15％、BaO：0.1-2％、ZrO2：3-9％、Y2O3：0.2-4％、WO3：0-5％、Sb2O3：0.01-0.05％。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率在1.85-1.90，阿贝数在35-45。
9.如权利要求1至7中任一权利要求所述的高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的透射比达到80％时对应的波长在440nm以下。
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