CN101514079B - 氟磷酸盐光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明所要解决的技术问题是提供一种低折射低色散、适于在低温下成型、低密度的氟磷酸盐光学玻璃。氟磷酸盐光学玻璃，所述玻璃的折射率为1.45-1.52，阿贝数为78-85，转变温度低于465℃，密度低于3.8g/cm3，硬度大于360(107Pa)。氟磷酸盐光学玻璃，其组成成分按mol百分比组成为：A1F3：18-25％、Al(PO3)3：5-20％、MgF2：7-12％、CaF2：15-25％、SrF2：18-25％、BaF2：8-20％、Ba(PO3)2：0-8％、YF3：0-3％、BaCl2：0-0.5％。本发明的光学玻璃具有低折射低色散，玻璃密度低，硬度较大，可加工性好，出炉温度低，容易成型，并且可有效防止条纹形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟磷酸盐光学玻璃，特别是涉及一种折射率(nd)范围为1.45-1.52、阿贝数(vd)范围为78-85的氟磷酸盐光学玻璃。
背景技术
在现代光学领域，高精密的新型光电器件对信息采集、传输、存储、转换和显示提出了更高的性能要求，光学元件更加轻量小型化，广泛采用高精度低造价的非球面镜替代传统加工的透镜已成为势在必行的发展趋势。
氟磷酸盐光学玻璃作为应用较广泛的新型玻璃材料，不仅具有低色散、低折射率，在光学系统中可消除二级光谱特殊色散，提高分辨率，明显改善光学系统像质，而且还具有低软化点特性，可以直接精密模压成型制成高级非球面透镜，能够较好地复消色差，消除球面光学元件很难去除的球差、像差，可以替代2至3个球面镜片，减少系统体积和重量，已被广泛应用于平行光管物镜、显微镜、天文望远镜、数码相机、LCD投影机等高精密、高分辨率的光学仪器组合透镜中，成为市场前景看好的重要的新型高档光电材料。
氟磷酸盐光学玻璃的熔制过程难度较大，在高温熔融氟磷酸盐玻璃用原料过程中，存在组分氟在高温下挥发严重，氟从具有高温的玻璃表面蒸发，易形成条纹；另外，由于氟磷酸盐光学玻璃粘度小不易成型，因此必须控制玻璃成型时的出炉温度，出炉温度较低，玻璃容易成型，而且还能有效控制氟的挥发，减少玻璃条纹的出现。
由于氟磷酸盐玻璃阿贝数较大，且具有异常部分色散性能，目前已有具有80或更大阿贝数的氟磷酸盐玻璃投入实际使用。例如特开2002-234753公开了一种氟磷酸盐光学玻璃，nd范围为1.489-1.510，vd范围为79.2-83.1，但玻璃组分中MgF2的mol百分比含量为3-6，玻璃硬度小，磨损度大，不利于后续加工。
CN1854100A公开了一种氟磷酸盐光学玻璃，玻璃组份中含有大量Li，玻璃耐久性降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低折射低色散、适于在低温下成型、低密度的氟磷酸盐光学玻璃。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：氟磷酸盐光学玻璃，所述玻璃的折射率为1.45-1.52，阿贝数为78-85，转变温度低于465℃，密度低于3.8g/cm3，硬度大于360(107pa)。
进一步的，其组成成分按mol百分比组成为：AlF3：18-25％、Al(PO3)3：5-20％、MgF2：7-12％、CaF2：15-25％、SrF2：18-25％、BaF2：8-20％、Ba(PO3)2：0-8％，YF3：0-3％，BaCl2：0-0.5％。
进一步的，其中AlF3：18-22％、Al(PO3)3：8-15％。
进一步的，其中CaF2：17-22％、SrF2：20-25％、BaF2：10-17％。
进一步的，其中Ba(PO3)2：1-5％，YF3：0.1-3％。
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氟磷酸盐光学玻璃，其组成成分按mol百分比组成为：AlF3：18-25％、Al(PO3)3：5-20％、MgF2：7-12％、CaF2：15-25％、SrF2：18-25％、BaF2：8-20％、Ba(PO3)2：0-8％、YF3：0-3％、BaCl2：0-0.5％。
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进一步的，其中Ba(P03)2：1-5％、YF3：0.1-3％。
进一步的，所述玻璃的出炉温度范围在620-750℃之间。
所述的氟磷酸盐光学玻璃制成的玻璃预制件。
所述的氟磷酸盐光学玻璃制成的光学元件。
所述的氟磷酸盐光学玻璃制成的光学仪器。
本发明的有益效果是：本发明的光学玻璃具有低折射低色散，玻璃密度低，硬度较大，可加工性好，出炉温度低，容易成型，并且可有效防止条纹形成。
具体实施方式
要实现光学玻璃的低折射率和低色散光学特性，通常必须采用P、Al、F和O的玻璃体系，特别是要在玻璃中引入大量的氟，以形成稳定、平衡的玻璃体系。更进一步地，为了能够稳定地生产，还需要引入Ca、Sr、Ba中的至少一种元素作为玻璃改性组分，这些玻璃改性组分可调节玻璃折射率和阿贝数，以及提高耐失透，但是产生这种玻璃改性效果的元素不限于以上三种元素。
以下对本发明的光学玻璃中可含有的成分进行说明，各成分的含量以mol％表示。
AlF3是本发明的必要组分，在玻璃中引入Al、F以稳定玻璃的形成，可有效降低玻璃的折射率和色散，若含量太低，不能达到所需的光学常数范围；含量太高，玻璃耐失透性恶化。因此AlF3含量限定为18-25％，优选18-22％。
Al(PO3)3是本发明的必要组分，在玻璃中引入Al、P、O以稳定玻璃形成，而且还可以提高玻璃的机械强度和化学稳定性，但若含量过低，无法达到上述效果；含量过高，玻璃折射率增大，无法实现所需的玻璃常数范围。因此，其含量为5-20％，优选8-15％。
CaF2在玻璃中不仅可以降低玻璃的阿贝数和比重，而且可以稳定玻璃的形成，如果含量过低，效果不明显；含量过高，玻璃耐失透性恶化。因此，其含量范围为15-25％，优选17-22％。
SrF2在玻璃中对于调节玻璃常数和稳定玻璃形成是有效的，如果含量偏低，效果不明显；含量过高，不能得到所需的光学常数，而且耐失透性劣化。因此其含量范围为18-25％，优选20-25％。
BaF2在玻璃可有效调节玻璃的折射率和稳定玻璃形成，如果含量太低，达不到以上效果；含量过高，不仅使玻璃的折射率增大，而且玻璃的比重增大，化学稳定性劣化。因此其含量范围为8-20％，优选10-17％。
MgF2在玻璃中可以调节玻璃常数，提高玻璃硬度以及化学稳定性，若其含量太低，达不到以上效果；含量过高，可使玻璃熔制困难。因此，其含量范围为7-12％。
Ba(PO3)2在玻璃中不仅可以稳定玻璃的形成，而且还可有效调节玻璃常数，但含量太低，达不到以上效果；含量过高，玻璃化学稳定劣化。因此其含量范围为0-8％，优选1-5％。
YF3在玻璃中可有效调节玻璃折射率，含量太低，达不到上述效果；含量过高，玻璃折射率超出所需范围。因此，其含量范围为0-3％，优选0.1-3％。
BaCl2可作为澄清剂引入，若含量过高，Cl会对熔融设备的Pt造成损害，因此其含量范围限定为0-0.5％。
本发明的光学玻璃的制造方法为：
1)按mol比例称量各组份的氧化物、碳酸盐和硝酸盐等常用光学玻璃原料，充分混合后加入铂金坩埚内；
2)在700-1100℃下熔化、澄清、均化后降温；
3)将熔融玻璃液浇注入预热后的金属模，将玻璃连同金属模一起放入退火炉内退火冷却后即得。
在本发明中，通过设定玻璃的组成，特别是上述优选范围内的组成，可实现如下希望的特性：本发明的光学玻璃折射率(nd)范围为1.45-1.52，阿贝数(vd)范围为78-85，转变温度(Tg)在465℃以下，密度(D)在3.8g/cm3以下，玻璃硬度(HK)在360(107pa)以上，玻璃出炉温度在620-750℃之间。
其中折射率(nd)值为(-2℃/h)-(6℃/h)的退火值，折射率与色散系数按照《GB/T7962.1？987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。
转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。
密度按照《GB/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。
玻璃硬度按照《GB/T7962.21-1987无色光学玻璃测试方法克氏硬度》进行测试。
玻璃出炉温度的测试是将玻璃制作成170mm*7mm*7mm的样品，放入析晶炉中，升温至1200℃，保温4小时，然后取出样品冷却至常温，用放大镜观察样品，根据玻璃析晶情况进行测量。
本发明的光学玻璃可用作压力成型用玻璃预型材料，或者也可直接将熔融玻璃压力成型。用作玻璃预型材时的制造方法及热成型方法无特别限制，可使用公知的制造方法及成型方法。
另外，还可对本发明光学玻璃制作的玻璃预型材进行压力加工，制造光学元件，或者也可采用直接对熔融、软化的光学玻璃进行压力加工，制造光学元件。
另外，光学元件可用作例如双凸、双凹、平凸、平凹、凹凸透镜等各种透镜、反射镜、棱镜、衍射光栅等。
将本发明光学玻璃的实施例1-14的组成与这些玻璃的折射率、阿贝数、转变温度、密度、硬度、出炉温度一起表示于表1和表2中，各组分的组成以mol％表示。
表1
表2
如表1-2所示，本发明的实施例的光学玻璃都具有上述特定范围的光学常数，即：折射率(nd)范围为1.45-1.52，阿贝数(vd)范围78-85，转变温度(Tg)465℃以下，玻璃出炉温度在620-750℃之间，密度(D)3.8g/cm3以下，玻璃硬度(HK)360(107pa)以上，适用于精密压力成型所使用的预型材及精密压力成型。
Claims (13)
1.氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，所述玻璃的折射率为1.45-1.52，阿贝数为78-85，转变温度低于465℃，密度低于3.8g/cm3，硬度大于360(107pa)，其组成成分按mol百分比组成为：AlF3：18-25％、Al(PO3)3：5-20％、MgF2：7-12％、CaF2：17-22％、SrF2：18-25％、BaF2：8-20％、Ba(PO3)2：0-8％，YF3：0-3％，BaCl2：0-0.5％。
2.如权利要求1所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其中AlF3：18-22％、Al(PO3)3：8-15％。
3.如权利要求1所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其中CaF2：17-22％、SrF2：20-25％、BaF2：10-17％。
4.如权利要求1所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其中Ba(PO3)2：1-5％，YF3：0.1-3％。
5.如权利要求1所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其组成成分按mol百分比组成为：AlF3：18-22％、Al(PO3)3：8-15％、CaF2：17-22％、SrF2：20-25％、BaF2：10-17％、Ba(PO3)2：1-5％、YF3：0.1-3％。
6.氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其组成成分按mol百分比组成为：AlF3：18-25％、Al(PO3)3：5-20％、MgF2：7-12％、CaF2：15-25％、SrF2：18-25％、BaF2：8-20％、Ba(PO3)2：0-8％、YF3：0-3％、BaCl2：0-0.5％。
7.如权利要求6所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其中AlF3：18-22％、Al(PO3)3：8-15％。
8.如权利要求6所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其中CaF2：17-22％、SrF2：20-25％、BaF2：10-17％。
9.如权利要求6所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，其中Ba(PO3)2：1-5％、YF3：0.1-3％。
10.如权利要求1-9任一权利要求所述的氟磷酸盐光学玻璃，其特征在于，所述玻璃的出炉温度范围在620-750℃之间。
11.如权利要求1-9中任一权利要求所述的氟磷酸盐光学玻璃制成的玻璃预制件。
12.如权利要求1-9任一权利要求所述的氟磷酸盐光学玻璃制成的光学元件。
13.如权利要求1-9任一权利要求所述的氟磷酸盐光学玻璃制成的光学仪器。
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