CN101591142B

CN101591142B - 高折射高色散光学玻璃

Info

Publication number: CN101591142B
Application number: CN 200910303676
Authority: CN
Inventors: 黄刚
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-06-25
Also published as: CN101591142A

Abstract

本发明所要解决的技术问题是提供一种不含Sb₂O₃、转变温度较低、化学稳定性好、密度较小的高折射高色散光学玻璃。高折射高色散光学玻璃，所述光学玻璃组份中P₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅为必需组份，不含Sb₂O₃，玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下，玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65以下，耐酸达到1类。本发明的光学玻璃化学性能优异，适用于精密压力成型所使用的预型材及精密压力成型。

Description

高折射高色散光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种高折射高色散光学玻璃，特别涉及一种高折射高色散易于精密模压的光学玻璃。

背景技术

光学系统设计的多元化对光学玻璃的品种提出了更多要求，其中折射率在1.90以上、阿贝数在23以下的高折射高色散光学玻璃的市场需求较大。以往此类玻璃组分中均添加Sb₂O₃以防止玻璃着色，但Sb₂O₃会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的侵蚀，缩短铂金熔炉的使用寿命，并且组分中的Sb₂O₃易导致更多的铂金离子进入玻璃，在玻璃中产生闪点，影响精密模压玻璃质量。

目前市场上已有的一种高折射高色散光学玻璃，其玻璃转变温度在650℃以上，不适于精密模压；同时玻璃的化学稳定性不好，玻璃耐酸达到3类，易侵蚀造成表面劣化。另外光学系统的轻量化也要求光学玻璃具有较小的密度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不含Sb₂O₃、转变温度较低、化学稳定性好、密度较小的高折射高色散光学玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：高折射高色散光学玻璃，所述光学玻璃组份中P₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅为必需组份，不含Sb₂O₃，玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下，玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65以下，耐酸达到1类，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-40％、TiO₂：10-30％、Nb₂O₅：35-55％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

进一步的，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-35％、TiO₂：12-25％、Nb₂O₅：40-50％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

进一步的，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-32％、TiO₂：12-22％、Nb₂O₅：40-50％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

进一步的，所述BaO：1-8％、Na₂O：2-12％。

高折射高色散光学玻璃，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-40％、TiO₂：10-30％、Nb₂O₅：35-55％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

进一步的，所述BaO：1-8％、Na₂O：2-12％。

进一步的，所述光学玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下。

进一步的，所述光学玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65以下。

进一步的，所述光学玻璃基于国标GB/T 17129方法测量，耐酸达到1类。

进一步的，所述光学玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下，玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65以下，基于国标GB/T 17129方法测量，耐酸达到1类。

模压成型用玻璃预制坯材，采用上述的高折射高色散光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的高折射高色散光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的模压成型用玻璃预制坯材模压成型而得到的。

本发明的有益效果是：本发明的光学玻璃的折射率在1.90以上，阿贝数在23以下，玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65g/cm³以下，耐酸达到1类，光学玻璃化学性能优异，适用于精密压力成型所使用的预型材及精密压力成型。

具体实施方式

以下对本发明的玻璃组份进行说明，在没有特别说明的情况下，各组份的含量为以氧化物为基准的重量％，其中，以氧化物为基准是指，假设作为本发明的玻璃组成成分的原料使用的氧化物、硝酸盐等熔融时全部分解转变成氧化物时，以该生成氧化物的重量总和作为100重量％来表示玻璃中所含有的各成分的组成。

在本发明中，P₂O₅作为玻璃网络形成组分的必要组分。因磷酸盐玻璃与硅酸盐玻璃比较，其可以在低温下熔化，本发明的玻璃组分中要求引入至少22％的P₂O₅，当超过40％时，就难以获得高折射率性能，因此，P₂O₅的含量限制为22-40％，优选为22-35％，更优选22-32％。

Nb₂O₅是用于获得本发明的高折射率和高色散性能的必要组分，也是一种提高玻璃化学耐久性的组分。当Nb₂O₅的含量小于35％时，不能获得本发明的高折射率和高色散性能；当超过55％时，玻璃的抗失透性下降。因此，Nb₂O₅的含量限制为35-55％，优选40-50％。

TiO₂具有提高玻璃的折射率、色散和化学耐久性的效果，是本发明必须含有的组分。当其含量过少则难以得到所期望的效果，过多则耐失透性降低，易结晶，因此，TiO₂的含量下限优选为10％，更优选12％，上限优选为30％，更优选25％，最优选22％。

BaO是用于获得高折射率和高色散的组分，但当大量引入BaO时，玻璃的耐失透性能将降低。因此，BaO的含量限制为0-10％，优选1-8％。

当将适量的B₂O₃加入含P₂O₅、Nb₂O₅、TiO₂的玻璃中时，玻璃在抗失透方面的性能有所提高。然而，B₂O₃的含量超过8％，不能获得高折射率和高色散性能。因此，B₂O₃的含量限制为0-8％。

当适量加入Na₂O时，可提高玻璃的熔融性的同时使玻璃稳定化的效果，过多则折射率降低，难以得到所期望的光学常数。因此，Na₂O含量为0-15％，优选2-12％。

当适量加入K₂O时，可降低玻璃的熔点，当K₂O含量超过8％时，难以获得预期的高折射率和高色散性能。因此，K₂O含量为0-8％。

在本发明的光学玻璃中，可以引入SiO₂用来降低玻璃的着色，并且在少量加入时可以提高玻璃的抗失透性，因此，SiO₂含量限制为0-5％。

Bi₂O₃和WO₃是用于实现一些高折射率和高色散玻璃所需的光学常数的任选组分。在本发明中，不引入Bi₂O₃和WO₃也可以实现本发明的目的。当引入Bi₂O₃时，其含量优选为0-3％，当引入WO₃时，其含量优选为0-8％。

SrO可作为任选组分，引入时可提高玻璃的耐失透性，但是当过量引入时，难以获得预期的高折射率和高色散性能。因此，SrO含量为0-3％。

需要特别强调的是，本发明不含有Sb₂O₃、As₂O₃和PbO组分。Sb₂O₃、As₂O₃具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果，但Sb₂O₃、As₂O₃的加入必然加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀，导致更多的铂金离子进入玻璃，对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。PbO可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能，但PbO和As₂O₃都是可造成玻璃污染的物质。

本发明的玻璃都采用常规原料生产，使用磷酸、偏磷酸盐、焦酸盐或五氧化二磷作为P₂O₅原料，使用碳酸盐、硝酸盐、氧化物为其他组分原料。按常规方法配料后，投入到1180-1250℃的熔炼炉中熔制，经澄清和充分均化后，在1100-1150℃浇注或漏注成型，成型后未经热处理的玻璃呈蓝褐色，必须在590±30℃保温60-100小时再降温处理，即可获得本发明的光学玻璃。

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(n_d)在1.90以上，阿贝数(ν_d)在23以下，玻璃转变温度(Tg)在620℃以下，密度(D)在3.65g/cm³以下，耐酸达到1类。

其中折射率(n_d)值为(-2℃/h)-(-6℃/h)的退火值，折射率与色散系数按照《GB/T7962.1-1987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。

DA表示按GB/T17192方法测试的玻璃耐酸作用稳定性能。

热膨胀系数α是指一定温度范围内温度升高1℃时玻璃每单位长度的伸长量，按GB/T 7962.16-1987规定的方法测量。下面的表1、表2中给出了20-120℃和100-300℃的平均热膨胀系数。

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。

实施例

下文述及本发明的10个实施例，但本发明并不受限于这些实施例。

将本发明光学玻璃的实施例的组成与这些玻璃的折射率、阿贝数、转变温度、密度、耐酸性能以及热膨胀系数一起表示于表1和表2中，各组分的组成以重量％表示。

表1

表2

从表1和表2可以看出，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：(n_d)在1.90以上，阿贝数(ν_d)在23以下，玻璃转变温度(Tg)在620℃以下，密度(D)在3.65g/cm³以下，耐酸达到1类，光学玻璃化学性能优异，适用于精密压力成型所使用的预型材及精密压力成型。

Claims

1.高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃组份中P₂O₅、TiO₂、Nb₂O₅为必需组份，不含Sb₂O₃，玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下，玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65g/cm³以下，耐酸达到1类，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-40％、TiO₂：10-30％、Nb₂O₅：35-55％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

2.如权利要求1所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-35％、TiO₂：12-25％、Nb₂O₅：40-50％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

3.如权利要求1所述的要求所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-32％、TiO₂：12-22％、Nb₂O₅：40-50％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

4.如权利要求1-3任一所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述BaO：1-8％、Na₂O：2-12％。

5.高折射高色散光学玻璃，其特征在于，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-40％、TiO₂：10-30％、Nb₂O₅：35-55％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

6.如权利要求5所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-35％、TiO₂：12-25％、Nb₂O₅：40-50％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

7.如权利要求5所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，按氧化物为基准的重量％组成为：P₂O₅：22-32％、TiO₂：12-22％、Nb₂O₅：40-50％、Na₂O：0-15％、B₂O₃：0-8％、BaO：0-10％、K₂O：0-8％、SiO₂：0-5％、Bi₂O₃：0-3％、WO₃：0-8％和SrO：0-3％。

8.如权利要求5-7任一项所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述BaO：1-8％、Na₂O：2-12％。

9.如权利要求8所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下。

10.如权利要求8所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65g/cm³以下。

11.如权利要求8所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃基于国标GB/T 17129方法测量，耐酸达到1类。

12.如权利要求8所述的高折射高色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃折射率在1.90以上，阿贝数在23以下，玻璃转变温度在620℃以下，密度在3.65g/cm³以下，基于国标GB/T 17129方法测量，耐酸达到1类。

13.模压成型用玻璃预制坯材，其特征在于，采用权利要求12所述的高折射高色散光学玻璃制成。

14.光学元件，其特征在于，采用权利要求12所述的高折射高色散光学玻璃制成。

15.光学元件，其特征在于，采用权利要求13所述的模压成型用玻璃预制坯材模压成型而得到的。