CN101863617B

CN101863617B - 一种光学玻璃及光学元件

Info

Publication number: CN101863617B
Application number: CN 201010193106
Authority: CN
Inventors: 匡波; 欧玲
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: CN101863617A

Abstract

本发明公开了一种光学玻璃及光学元件，光学玻璃包括以下成分：20wt％～40wt％的SiO₂；7wt％～25wt％的B₂O₃；30wt％～60wt％的BaO；0.5wt％～10wt％的TiO₂。本发明提供的光学玻璃无需添加非环保元素。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.63～1.68，阿贝数为51～57，满足现代成像设备的需要。

Description

一种光学玻璃及光学元件

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，更具体地说，涉及一种光学玻璃及光学元件。

背景技术

近年来，随着数码相机、数字摄像机、照相手机等日益流行，对作为其部件的光学玻璃的需要持续扩大，并且对光学玻璃的性能也提出了更高的要求。

为了得到理想的光学常数和质量，一般会引入对环境危害很大的Pb、As和Cd等元素，形成非环保的光学玻璃。现有技术中，为了满足折射率为1.55～1.75、阿贝数为40～60的光学玻璃的要求，光学玻璃通常采用SiO₂-B₂O₃-RO-ZnO-PbO系统，其中，RO代表碱土金属氧化物；为了消除玻璃气泡，引入0.1～0.5wt％的As。

随着社会的进步，含有Pb、As和Cd等非环保元素的光学玻璃将逐渐被淘汰，各国政府也出台了相应的标准，对光学玻璃中Pb、As等元素的含量进行了限制。因此，设计和制造具有理想光学参数的环保光学玻璃势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种环保的、折射率为1.63～1.68、阿贝数为51～57的光学玻璃及光学元件。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

20wt％～40wt％的SiO₂；

7wt％～25wt％的B₂O₃；

30wt％～60wt％的BaO；

0.5wt％～10wt％的TiO₂。

优选的，还包括：

0～10wt％的CaO、0～8wt％的Al₂O₃、0～10wt％的ZnO、0～10wt％的Nb₂O₅、0～5％wt％的La₂O₃、0～5wt％的WO₃、0～0.5wt％的Sb₂O₃、0～5wt％的ZrO₂、0～8wt％的R₂O和0～10wt％的TO中的一种或几种，所述TO包括SrO和MgO中的一种或两种，所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种。

优选的，包括：

0.5wt％～8wt％的CaO。

优选的，包括：

0.5wt％～5wt％的Al₂O₃。

优选的，包括：

0.1wt％～8wt％的ZnO。

优选的，包括：

7wt％～21wt％的B₂O₃。

优选的，包括：

20wt％～36wt％的SiO₂。

优选的，包括：

30wt％～55wt％的BaO。

优选的，包括：

0.5wt％～8wt％的TiO₂。

优选的，折射率为1.63～1.68；

阿贝数为51～57。

本发明还提供一种上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。

本发明提供一种光学玻璃及光学元件，光学玻璃包括以下成分：20wt％～40wt％的SiO₂；7wt％～25wt％的B₂O₃；30wt％～60wt％的BaO；0.5wt％～10wt％的TiO₂。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用，并且具有形成玻璃的网格组分的作用。B₂O₃作为氧化物可以提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，并且可以降低玻璃高温熔融粘度。BaO能增加光学玻璃的折射率、光泽和化学稳定性。TiO₂可以提高光学玻璃的折射率和化学稳定性，并且具有提高玻璃的耐化学性和抗失透性的作用。本发明提供的光学玻璃无需添加非环保元素。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.63～1.68，阿贝数为51～57，满足现代成像设备的需要。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

20wt％～40wt％的SiO₂；

7wt％～25wt％的B₂O₃；

30wt％～60wt％的BaO；

0.5wt％～10wt％的TiO₂。

SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体的结构单元形成不规则的连续网络，是形成光学玻璃的骨架。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用。SiO₂的含量限定为20wt％～40wt％，优选为20wt％～36wt％。SiO₂的含量超过40wt％时，光学玻璃的可熔性降低，软化温度升高。

B₂O₃是一种形成光学玻璃的重要的氧化物，对于形成光学玻璃的网络有效，能够降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，并且可以降低玻璃高温熔融粘度。B₂O₃的含量限定为7wt％～25wt％，优选为7wt％～21wt％。

BaO能提高光学玻璃的折射率、光泽和化学稳定性。BaO的含量限定为30wt％～60wt％，优选为30wt％～55wt％。

TiO₂可以提高光学玻璃的折射率和化学稳定性，并且具有提高玻璃的耐化学性和抗失透性的作用。TiO₂的含量限定为0.5wt％～10wt％，优选为0.5wt％～8wt％。

按照本发明，所述光学玻璃还可以包括0～10wt％的CaO、0～8wt％的Al₂O₃、0～10wt％的ZnO、0～10wt％的Nb₂O₅、0～5％wt％的La₂O₃、0～5wt％的WO₃、0～0.5wt％的Sb₂O₃、0～5wt％的ZrO₂、0～8wt％的R₂O和0～10wt％的TO中的一种或几种，所述TO包括SrO和MgO中的一种或两种，所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种。

CaO在光学玻璃中的作用为稳定剂，能够增加光学玻璃的化学稳定性和机械强度，降低光学玻璃的密度。CaO的含量可以为0～10wt％，优选为0.5wt％～8wt％。当CaO的含量大于10wt％时，光学玻璃的结晶倾向增大，使光学玻璃发脆。

Al₂O₃能降低光学玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度和硬度。Al₂O₃的含量可以为0～8wt％，优选为0.5wt％～5wt％。

ZnO能降低玻璃的热膨胀系数和密度，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率。ZnO的含量可以为0～10wt％，优选为0.1wt％～8wt％。当ZnO的含量大于10wt％时，光学玻璃的失透性增加，经济性降低。

Nb₂O₅是赋予玻璃高折射率的组分，并且具有改进玻璃的抗失透性的作用。Nb₂O₅的含量可以为0～10wt％，还可以为1wt％～8wt％。Nb₂O₅含量高于10wt％时，会导致玻璃色散升高，同时使玻璃的短波透过率下降，另外由于Nb₂O₅是价格昂贵的原料，过多使用将大大降低玻璃的经济性。

La₂O₃能提高光学玻璃折射率，含量可以为0～5wt％，还可以为1～5wt％，当La₂O₃含量高于5wt％时，玻璃耐失透性变差。

WO₃是一种改良光学玻璃抗失透性的组分。WO₃的含量可以为0～5wt％，还可以为1wt％～5wt％。当WO₃的含量超过5wt％时，光学玻璃对短波范围的吸收增强，光学玻璃将容易显色。

Sb₂O₃为澄清剂，含量可以为0～0.5wt％，还可以为0.01wt％～0.3wt％。

ZrO₂能提高光学玻璃的黏度、硬度、弹性、折射率、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZrO₂的含量可以为0～5wt％，还可以为0.5wt％～3wt％。ZrO₂的含量超过5wt％时，玻璃的熔融性降低，并且玻璃的抗失透性降低，软化温度升高。

此外，所述光学玻璃还可以包括0～8wt％的R₂O，所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种。Na₂O是玻璃助熔剂，可以降低玻璃的转变温度。K₂O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽。Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。R₂O的含量可以为0～8wt％，还可以为0wt％～5wt％。

SrO可作为BaO的替代物，具有增加光学玻璃的折射率的作用，并且可以改良玻璃的加工性能，降低玻璃密度。MgO可以使玻璃的硬化速度变慢，改善玻璃的成形性能，还可以提高玻璃的化学稳定性和机械强度。所述TO的含量可以为0～10wt％，还可以为1wt％～5wt％。

按照本发明，所述光学玻璃折射率为1.63～1.68，阿贝数为51～57。

本发明还提供一种由上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。本发明的光学元件由上述本发明的光学玻璃形成，因此，该光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。本发明的光学元件无需添加非环保元素，折射率为1.63～1.68，阿贝数为51～57。本发明提供的光学元件适用于数码相机、数码摄像机和照相手机等。

对于本发明提供的光学玻璃的制备方法，并无特别限制，按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。将原料进行熔化、澄清、均化、降温成型，得到光学玻璃。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合具体的实施例，对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

光学玻璃，其含有33.2wt％的SiO₂，18.13wt％的B₂O₃，44.9wt％的BaO，3.77wt％的TiO₂。主要性能参数为：

折射率：nd＝1.63995

阿贝数：vd＝53.12

转变温度：Tg＝654℃

软化温度：Ts＝691℃

λ₈₀：380.0nm

密度：3.72g/cm³

线膨胀系数：α_(100-300)℃＝74×10^-7/℃

耐酸：3类

耐潮：A级

上述性能参数按照如下方法进行测试。

其中折射率(nd)值为(-2℃/h)-(-6℃/h)的退火值，折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987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)、线膨胀系数按照《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。

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。

密度按照按《GB/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。

根据GB/T7962.14-1987《无色光学玻璃测试方法耐酸》，测试玻璃耐

酸性能。

根据GB/T7962.15-1987《无色光学玻璃测试方法耐潮》，测试玻璃耐潮级别。

实施例2～13提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表1、表2所示。

表1 实施例2～7提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

表2 实施例8～13提供的光学玻璃组分百分比及对应性能

本发明实施例1～13提供的光学玻璃按照如下方法制备：

将实施例1～13中光学玻璃组成成分对应的氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐原料按比例称量，充分混合后加入铂金坩埚内，在1200～1450℃下熔化、澄清、均化后降温；

将熔融玻璃浇注入在570～650℃左右预热后的金属模；

将注入预热后的金属模的熔融玻璃同金属模一起放入退火炉内徐冷退火后得到光学玻璃，测试光学玻璃的相关参数。

实施例2～13提供的光学玻璃的性能测试方法与实施例1相同。实施例1～13提供的光学玻璃在压型时不析晶、不失透。实施例2～13提供的光学玻璃的相关性能参数如表1所示。

从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的光学玻璃和光学元件无需添加非环保元素，折射率为1.63～1.68、阿贝数为51～57，满足现代成像设备的需要。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

20wt%～40wt%的SiO₂；

18.13wt%～25wt%的B₂O₃；

30wt%～60wt%的BaO；

3.77wt%～10wt%的TiO₂；

1wt%～5wt%的WO₃；

1wt%～5wt%的La₂O₃；

各组分之和为100%。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，还包括：

0～10wt%的CaO、0～8wt%的Al₂O₃、0～10wt%的ZnO、0～10wt%的Nb₂O₅、0～0.5wt%的Sb₂O₃、0～5wt%的ZrO₂、0～8wt%的R₂O和0～10wt%的TO中的一种或几种，所述TO包括SrO和MgO中的一种或两种，所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

0.5wt%～5wt%的Al₂O₃。

4.根据权利要求2所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

0.1wt%～8wt%的ZnO。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

20wt%～36wt%的SiO₂。

6.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

30wt%～55wt%的BaO。

7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

3.77wt%～8wt%的TiO₂。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的光学玻璃，其特征在于，

折射率为1.63～1.68；

阿贝数为51～57。

9.一种权利要求1～8任意一项所述的光学玻璃形成的光学元件。