CN102303952A

CN102303952A - 光学玻璃

Info

Publication number: CN102303952A
Application number: CN201110168344A
Authority: CN
Inventors: 戎俊华; 张卫; 王拓
Original assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Current assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: CN103833219A; CN102303952B; CN103833219B

Abstract

本发明提供了一种光学玻璃，所述光学玻璃的折射率为1.81≤nd≤1.84，阿贝数为42≤υd≤47，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：SiO₂，0.2～7.5％；B₂O₃，18～30％；La₂O₃，33～45％；Gd₂O₃，9～30％；Y₂O₃，1.5～7.5％；Ta₂O₅，2.0～9.5％；Nb₂O₅，0～8％；ZrO₂，5～7％；SnO₂，0～1％；WO₃，0～1％；ZnO，0～2％。所述光学玻璃不含有钍、铅、镉、汞、砷等有害成分和价格昂贵的GeO₂。根据本发明提供的光学玻璃，具有低的失透倾向和高透过率并且成本较为低廉。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种高折射率的光学玻璃。

背景技术

在光学系统设计中，通常采用这类高折射率玻璃或利用非球面透镜片等光学元件做到小型化、超薄化和广角化，而这类玻璃更能实现此目的，同时与高折射率、低阿贝数玻璃相匹配，在进行特殊光学系统设计中，可实现弥补和校正色差的目的。

早期制作这类玻璃都含有大量的Ta₂O₅。近年来，随着稀土元素的涨价，Ta₂O₅的价格急剧上升，对生产成本及其不利，而且近年来，随着光学玻璃制作工艺、技术水平的提高，实现这类玻璃的低Ta₂O₅化及稳定的工艺性能已成为可能。

作为本发明目的的相近折射率、阿贝数光学玻璃已有大量被公开。具体情况如下：

CN 101857358A公开了一种折射率在1.69～1.82、阿贝数在33～46的玻璃，其中含有4～12％的TiO₂，容易引起光致变色效应，不利于玻璃的光透过性能的提高；

CN 1510002A公开了一种折射率在1.75～1.85、阿贝数在35以上的模压成型用光学玻璃，其中含有15.5～25％的价格昂贵的Ta₂O₅；

CN 101003417A公开了一种折射率在1.74～1.83、阿贝数在32～47的环保重镧火石玻璃，其中含有5～20％的TiO₂，容易引起光致变色效应，且不利于提高玻璃的光透过性能；

CN 1152836C公开了一种折射率在1.64～1.83、阿贝数在36～46的光学玻璃，其中以10～25％SiO₂为玻璃生产体，玻璃的熔炼温度高；

CN 1729147A公开了一种光学玻璃。以折射率、阿贝数为定位坐标，在(1.835，46.5)、(1.835，38)、(1.90，40)和(1.90，35)区域内，其中含有10～25％价格昂贵的Ta₂O₅；

CN 101117268A公开了一种折射率在1.83以上、阿贝数在35以上的高折射率，其中含有15～25％价格昂贵的Ta₂O₅；

CN 1182058C公开了一种折射率在1.825～1.845、阿贝数在41～47的光学玻璃，其中含有10～15％的价格昂贵的Ta₂O₅；

CN 1876589A公开了一种折射率在1.75～1.85、阿贝数在34～44的光学玻璃，其中含有大于15且小于35％的价格昂贵的Ta₂O₅。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种折射率(nd)在1.81～1.84、阿贝数(υd)在42～47范围内，不含钍、铅、镉、汞、砷等有害成分及价格昂贵的GeO₂成分、且价格昂贵的Ta₂O₅含量低，具有低的失透倾向和高透过率的高折射率光学玻璃。

为解决上述课题，本发明经过反复研究、并在试验的结果中发现，在低Ta₂O₅含量及不含有钍、镉、汞、铅、砷等有害成分及昂贵GeO₂成分的基础上，可实现具有良好抗失透性能和所要求的折射率和阿贝数值。

再者，研究中进一步以提高透过率和化学稳定性为目的，以致完成本发明。

本发明提供了一种光学玻璃，所述光学玻璃的折射率为1.81≤nd≤1.84，阿贝数为42≤υd≤47，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：SiO₂，0.2～7.5％；B₂O₃，18～30％；La₂O₃，33～45％；Gd₂O₃，9～30％；Y₂O₃，1.5～7.5％；Ta₂O₅，2.0～9.5％；Nb₂O₅，0～8％；ZrO₂，5～7％；SnO₂，0～1％；WO₃，0～1％；ZnO，0～2％。所述光学玻璃不含有钍、镉、铅、汞、砷等有害成分和价格昂贵的GeO₂。

根据本发明提供的光学玻璃，其折射率(nd)在1.81～1.84、阿贝数(υd)在42～47范围内，不含有害的钍、镉、铅、汞、砷等成分及价格昂贵的GeO₂成分、且价格昂贵的Ta₂O₅含量低，具有低的失透倾向和高透过率并且成本较为低廉。

具体实施方式

根据本发明提供的光学玻璃，所述光学玻璃的折射率为1.81≤nd≤1.84，阿贝数为42≤υd≤47，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：SiO₂，0.2～7.5％；B₂O₃，18～30％；La₂O₃，33～45％；Gd₂O₃，9～30％；Y₂O₃，1.5～7.5％；Ta₂O₅，2.0～9.5％；Nb₂O₅，0～8％；ZrO₂，5～7％；SnO₂，0～1％；WO₃，0～1％；ZnO，0～2％。所述光学玻璃不含有钍、镉、铅、汞、砷等有害成分和价格昂贵的GeO₂。

在优选情况下，上述组分的含量如下：SiO₂，0.2～7.5％；B₂O₃，18～26.5％；La₂O₃，33～40％；Gd₂O₃，9.5～26％；Y₂O₃，1.5～7.5％；Ta₂O₅，2.0～7.0％；Nb₂O₅，0～8％；ZrO₂，5～7％；SnO₂，0～1％；WO₃，0～1％；ZnO，0～2％。

在优选情况下，SiO₂与B₂O₃含量的重量比为SiO₂/B₂O₃≤0.4，这可以改善玻璃的析晶性能，降低玻璃的液相线温度，同时可以提高玻璃的成型粘度。

在优选情况下，以重量百分比计，La₂O₃与Gd₂O₃的总含量为48％以上至60％以下，这可以改善玻璃的析晶性能，降低玻璃的液相线温度。

在优选情况下，以重量百分比计，Ta₂O₅与Nb₂O₅的总含量为6％以上至10.5％以下，可以保证玻璃的光学性能，同时可以改善玻璃的析晶性能，降低玻璃的液相线温度。

以本发明的光学玻璃源自于硼镧系统并加入对本发明是极为重要的和从而是必需的Ta₂O₅、Gd₂O₃成分和/或Y₂O₃含量的硼酸盐体系。

在上述光学玻璃的组分中，SiO₂成分是玻璃形成氧化物，同时是提高抗失透和化学稳定性的成分。为了达到上述效果，其含量需要在0.2重量％以上，但加入量超过7.5重量％时，折射率难以达到1.82以上，同时会降低La₂O₃在玻璃中的熔融性。

B₂O₃成分在大量含有稀土氧化物的本发明的光学玻璃中是作为玻璃形成氧化物的必需成分。其含量小于18重量％时难以形成稳定玻璃，在超过30重量％时化学稳定性将变差。含量下限优选为18重量％，含量上限优选为26.5重量％。

La₂O₃成分是提高玻璃折射率、且增大阿贝数的有效成分。其含量小于33重量％时玻璃的折射率、阿贝数难以达到本发明的特定范围，但超过45重量％时失透倾向增大，液相线温度升高。因此，为进一步保持良好的稳定性，含量上限优选为40重量％。

Gd₂O₃成分与La₂O₃成分的作用相同，同样是提高玻璃折射率、且增大阿贝数的有效成分。其含量不足9重量％时玻璃失透倾向将增大，另外，超过30重量％时玻璃失透倾向将增大。因此，为进一步保持良好的稳定性，含量下限优选为9.5重量％，含量上限优选为26重量％。

Y₂O₃成分与La₂O₃成分的作用相同，同样也是提高玻璃折射率、增大阿贝数的有效成分。当加入1.5重量％及以上时能够改善玻璃的析晶性能。但是，当其含量超过7.5重量％，耐失透性能恶化。

Ta₂O₅成分对提高耐失透性和折射率有极高的效果。但是其含量小于2％难以达到上述效果，如超过9.5重量％时耐失透性反而易变差，折射率、阿贝数也难以达到上述要求。为能进一步顺利达到上述要求，含量上限优选7重量％。

Nb₂O₅成分对提高折射率有极好的效果，但为了保证玻璃的折射率和阿贝数，将Nb₂O₅作为可选择的成分。但Nb₂O₅量大于8重量％时，将引起阿贝数变小，达不到阿贝数的下限42。

ZrO₂成分具有调整折射率、降低液相线温度、提高化学稳定性的效果。其含量小于5.0％时不易达到上述要求，而超过7.0％时稳定性又将变差。

WO₃成分作为提高化学稳定性而可选择性地加入，其含量超过1.0％时，玻璃稳定性将变差。

SnO₂成分作为提高化学稳定性而可选择性地加入，其含量超过1.0％时，玻璃稳定性将变差。

ZnO成分作为提高化学稳定性而可选择性地加入，其含量超过2.0％时，玻璃稳定性将变差。

本发明的光学玻璃的制备方法可以采用本领域技术人员公知的方法，例如可以采用以下方法：将以重量百分比计的玻璃原料的所有组分混合均匀于1270℃～1300℃下加热成为熔融体，将在1350℃～1380℃下充分澄清、均化的熔融态玻璃从漏管中流出，流入封闭隔离式成型模具中并以平板形式扩展熔融态玻璃，从而形成平板玻璃，最后经牵引退火消除应力。

以下采用实施例的方式对本发明进行进一步详细描述。

实施例1-5及比较例1-2

分别按下表2中所列出的各成分的含量，各称取纯度为99％以上的石英砂、硼酸、及其它氧化物(表1为实施例2中100kg计算量的玻璃原料及玻璃熔融体中各成分的用量及含量)，将它们充分混合均匀后在单埚熔炼设备中于1270℃～1300℃下熔化，之后在1350℃～1380℃下澄清与均化，在1170℃～1200℃的成型温度下按所要求的规格进行拉制成型，并进行退火后切割成所需规格。

表1

氧化物	重量％	原料	称重(KG)
				SiO₂	2.5	SiO₂	2.53
B₂O₃	27	H₃BO₃	48.45
				La₂O₃	37.8	La₂O₃	38.19
Gd₂O₃	13.0	Gd₂O₃	13.13
				Y₂O₃	4.0	Y₂O₃	4.04
Ta₂O₅	5.5	Ta₂O₅	5.51
				Nb₂O₅	2.2	Nb₂O₅	2.20
ZrO₂	6.0	ZrO₂	6.00
				WO₃	0.5	WO₃	0.50
SnO₂	0.5	SnO₂	0.50
				ZnO	1.0	ZnO	1.00

性能测试

1、折射率nd和阿贝数υd的测量

按照GB/T7962.1标准的测试方法进行测定。

2、λ₈₀：

制作厚度为10±0.1mm，具有经光学研磨的相互平行的平面玻璃试样，从与上述平面垂直的方向向该玻璃试样射入强度为I_in的光线，测定出射光线的强度I_out，将强度比I_out/I_in称为玻璃的外部透过率。在波长200～700nm的范围，将外部透过率为80％的波长记作λ₈₀。

3、液相线温度L_T

使用日本本山公司的GM-N 16P型梯度炉进行液相线温度L_T的测定。

将实施例1-5和比较例1-2获得的玻璃分别按照上述方法进行测试，所得结果列于表2中。

表2(其中各组分含量以重量％表示)

说明：1、λ₈₀表示在波长200～700nm范围内，厚度为10mm的所述光学玻璃试样不包含表面反射损失的外部透过率，达到80％时对应的波长；2、L_T表示液相线温度；3、原材料成本为每公斤理论玻璃所采用的原材料价格，单位为元/Kg玻璃。

表中的实施例1至5的本发明光学玻璃达到所要求的折射率和阿贝数，具有高的光透过率和低的液相线温度，适于量化生产。还具有成本低，有利于降低生产成本。

比较例1和2中Ta₂O₅成分高于10％，玻璃的原材料成本比实施例1～5的原材料成本每公斤玻璃要高100多元。玻璃长波方向光透过率下降，且玻璃的析晶上限温度比实施例1～5的析晶上限温度要高100℃以上，不适于批量生产。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率为1.81≤nd≤1.84，阿贝数为42≤υd≤47，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：

SiO₂ 0.2～7.5％；

B₂O₃ 18～30％；

La₂O₃ 33～45％；

Gd₂O₃ 9～30％；

Y₂O₃ 1.5～7.5％；

Ta₂O₅ 2.0～9.5％；

Nb₂O₅ 0～8％；

ZrO₂ 5～7％；

SnO₂ 0～1％；

WO₃ 0～1％；

ZnO 0～2％；

所述光学玻璃不含有钍、镉、汞、铅、砷和GeO₂。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其中，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：

SiO₂ 0.2～7.5％；

B₂O₃ 18～26.5％；

La₂O₃ 33～40％；

Gd₂O₃ 9.5～26％；

Y₂O₃ 1.5～7.5％；

Ta₂O₅ 2.0～7.0％；

Nb₂O₅ 0～8％；

ZrO₂ 5～7％；

SnO₂ 0～1％；

WO₃ 0～1％；

ZnO 0～2％。

3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其中，SiO₂与B₂O₃含量的重量比为SiO₂/B₂O₃≤0.4。

4.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其中，以重量百分比计，La₂O₃与Gd₂O₃的总含量为48％以上至60％以下。

5.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其中，以重量百分比计，Ta₂O₅与Nb₂O₅的总含量为6％以上至10.5％以下。