CN102311228A

CN102311228A - 光学玻璃

Info

Publication number: CN102311228A
Application number: CN201110184735A
Authority: CN
Inventors: 张小东; 胡向平; 唐雪琼; 张卫; 梁立新
Original assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Current assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明提供了一种光学玻璃，所述光学玻璃的折射率nd为1.6～1.7，阿贝数υd为50～60，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：SiO₂，15～24％；B₂O₃，20～30％；La₂O₃，7～15％；CaO，5～10％；SrO，5～10％；BaO，20～30％；ZrO₂，0～3％；Y₂O₃，0～3％；Sb₂O₃，0～1％；Al₂O₃，0～3％。本发明的玻璃组成具有价格较低，易于批量生产，且耐失透性能优良等特点。在650℃～1200℃保温45分钟后使用显微镜观察，均没有发现玻璃有析晶。而且本发明的玻璃料性适中，非常适合于玻璃的模压成型，采用连熔炉生产，玻璃的条纹和气泡都非常理想。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种环保型光学玻璃。

背景技术

随着科学技术的进步和人们对环境越来越重视，环保型光学玻璃已经是光学玻璃大军的主流，但是环保型光学玻璃使用的一些原料如Gd₂O₃、Ta₂O₅储量稀缺价格又高，导致生产成本增加。或者影响了光学玻璃的一些性能，如气泡和条纹等缺陷难以消除，且存在熔炼难度增加，批量生产良品率低等问题。

随着光学系统的精密化、小型化的发展，非球面透镜正逐渐成为主流，而为了降低成本，有别于传统冷加工的精密模压技术正逐步得到推广应用。和传统冷加工方式相比，精密模压技术更易于实现非球面透镜的批量生产，而且成本更低。作为精密模压的光学玻璃需要考虑玻璃的工艺性能即料性，指玻璃熔液降温过程中粘度随温度变化的快慢，粘度变化慢的玻璃料性就长，反之粘度变化快的玻璃料性就短。玻璃料性长，压型过程可调整的操作温度和操作时间范围宽，但是压型所得的光学元件易变型。而玻璃料性短，玻璃压型的温度、时间可调整区间窄，压型过程中容易出现炸裂等问题，只有料性适中才易于得到外型理想的光学元件。在B₂O₃-SiO₂-La₂O₃体系中玻璃料性影响因素最大的是SiO₂和碱金属氧化物含量的多少，只有合适的含量才能得到料性适中的玻璃。而且SiO₂的含量过低或碱金属氧化物含量过高，会导致玻璃液粘度太低，对条纹不利，如果SiO₂的含量过高，熔化温度较高，生产过程中熔融态的玻璃液表面容易出现难熔的皮子，导致玻璃中易出现结石，玻璃品质恶化。并且玻璃的Tg升高，也不利于玻璃压型。

专利申请200780006271.6中，B₂O₃的含量为46～70％，B₂O₃含量过高，虽然化料性能较好，但是B₂O₃含量过高，玻璃粘度过小，对成型不利，而且B₂O₃挥发严重，且对生产过程玻璃折射率和色散的稳定控制不利，批量生产中易产生条纹缺陷影响玻璃品质。

专利申请200510053539.4和200780006104.1中，其光学玻璃含有大量的Gd₂O₃，导致原料成本较高，不利于降低成本。

专利申请200680037692.0中，其光学玻璃含有价格昂贵的Ta₂O₅，不利于降低成本。

为了实现上述目的，经过反复试验，本发明的SiO₂含量控制在15～24％、B₂O₃含量控制在20～30％、在这个范围所生产的玻璃的条纹和气泡都非常少，而且生产稳定性非常好，在650℃～1200℃保温45分钟均没有发现玻璃有析晶，玻璃料性适中，非常适合连熔生产和模压成型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低，性能优异，批产良品率高的环保型光学玻璃。

本发明提供了一种光学玻璃，所述光学玻璃的折射率nd为1.6～1.7，阿贝数υd为50～60，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：SiO₂，15～24％；B₂O₃，20～30％；La₂O₃，7～15％；CaO，5～10％；SrO，5～10％；B aO，20～30％；ZrO₂，0～3％；Y₂O₃，0～3％；Sb₂O₃，0～1％；A1₂O₃，0～3％。

本发明的玻璃组成具有价格较低，易于批量生产，且耐失透性能优良等特点。在650℃～1200℃保温45分钟后使用显微镜观察，均没有发现玻璃有析晶。而且本发明的玻璃料性适中，非常适合于玻璃的模压成型，采用连熔炉生产，玻璃的条纹和气泡都非常理想。

具体实施方式

本发明提供的光学玻璃的折射率nd为1.6～1.7，阿贝数υd为50～60，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：SiO₂，15～24％；B₂O₃，20～30％；La₂O₃，7～15％；CaO，5～10％；SrO，5～10％；BaO，20～30％；ZrO₂，0～3％；Y₂O₃，0～3％；Sb₂O₃，0～1％；Al₂O₃，0～3％。

根据本发明提供的光学玻璃，SiO₂是本发明光学玻璃的必需组分，SiO₂作为玻璃生成体，能强化玻璃的网络结构，提高玻璃的稳定性，同时SiO₂也是控制玻璃粘度的主要组分。当含量过低时，玻璃的化学稳定性将降低，同时也达不到控制玻璃的粘度的作用，当含量过高时会造成熔炼温度过高，熔化过程出现难熔的皮子，转变温度升高，不利于玻璃成型，因此SiO₂的含量应为15～24重量％最为合适。

B₂O₃和SiO₂一样也是本发明光学玻璃的必需组分，B₂O₃不但是网络生产体，同时也是助熔剂，合适的B₂O₃含量有利于降低玻璃熔炼温度和提高玻璃的稳定性。当B₂O₃过高时，B₂O₃挥发严重，玻璃的光学性质不易控制，而且玻璃的粘度过小，成型时容易出现条纹，当含量过低时玻璃熔制困难，降低了生产效率。所以B₂O₃含量应为20～30重量％最为合适。

为了提高本发明的光学玻璃的折射率，在光学玻璃中引入了La₂O₃和Y₂O₃，且La₂O₃和Y₂O₃的含量不能过高，它们的含量过高时，光学玻璃的析晶性能会变差，它们的含量过低时不能满足光学玻璃折射率的要求。因此它们的含量应为，La₂O₃的含量7～15重量％、Y₂O₃的含量0～3重量％。

为了提高本发明光学玻璃的化学稳定性和优化玻璃的着色度性能，大量的引入了SrO、BaO、CaO等碱土金属氧化物，使着色度不大于(λ₈₀/λ₅)350/265，化学稳定性达到D_A:3、D_W:3。碱土金属氧化物优选控制范围CaO的含量5～10％、SrO的含量5～10％、BaO的含量20～30％。而且，BaO、SrO和CaO的重量百分比之和为35～45％，目的是使玻璃的化学性质更加趋于稳定，且着色度下限λ₅不大于265nm。

向本发明的光学玻璃中引入ZrO₂、Al₂O₃两种氧化物的目的是对玻璃进行杂化，降低玻璃的析晶倾向，同时也起到调节玻璃光学性质的作用。其最佳范围是ZrO₂的含量0～3％、Al₂O₃的含量0～3％。

向本发明的光学玻璃中引入微量的Sb₂O₃，可以消除镧系玻璃的着色现象。其最佳含量为0～1％。

本发明光学玻璃的配方组成中不含有对环境有害的Hg、As、Pb和Cd等元素，不含有ZnO等对铂金有损害的成分，也不含有对玻璃着色度有损害的TiO₂和WO₃等，而且不含有价格昂贵的Gd₂O₃和Ta₂O₅。

根据本发明提供的光学玻璃，其中所述光学玻璃的着色度λ₈₀/λ₅不大于350/265。

本发明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，按重量百分比称量玻璃原料的各组分，将所有组分充分混合均匀，然后加入铂金坩埚内。在1250-1350℃下将混合均匀的玻璃原料高温熔融、澄清、均化，得到熔融态的玻璃熔液，接着将玻璃熔液降温到1050-1200℃。将该玻璃熔液浇入预热后的模具中，待玻璃四周凝固后，将玻璃块放入退火炉中进行退火，退火后即得到光学玻璃。

下面采用实施例的方式来具体描述本发明。

实施例1-4以及比较例1-4

1、各按照表1中所示出的重量百分比称量各组分的氧化物、硝酸盐或碳酸盐等光学玻璃常用原料，充分混合均匀后加入铂金坩埚内。

2、在1250-1350℃下经高温熔融、澄清、均化，得到所需要的熔融态的玻璃熔液，然后将其降温到1050-1200℃。

3、将玻璃熔液浇入预热后的模具中，待玻璃四周凝固后，将玻璃块放入退火炉中进行退火，退火完成后即得该光学玻璃。

性能测试：

1、折射率nd和中部色散nF-nC的测量。

折射率nd和中部色散nF-nC按照国标GB/T7962.1规定的方法进行测定。测量精度不大于±3×10^-5的范围。

色散系数(阿贝数)υd按定义：υd＝(nd-1)/(nF-nC)得出。

2、着色度λ₈₀/λ₅

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、外部透过率为5％的波长记作λ₅。

将实施例1-5和比较例1-2所得到的光学玻璃按照上述测试方法进行测试，所得结果示于表1中。

表1 玻璃组成以及玻璃的光学性能

(表中的玻璃组成是基于氧化物的重量百分比)

如表1所示，本发明实施例的玻璃组成具有价格较低，易于量产，且耐失透性能优良等特点。在650℃～1200℃保温45分钟后使用显微镜观察，均没有发现玻璃有析晶。而且本发明的玻璃的降温过程料性平稳，非常适合于玻璃的模压成型，采用连熔炉生产，玻璃的条纹和气泡都非常理想。

Claims

1.一种光学玻璃，所述光学玻璃的折射率nd为1.6～1.7，阿贝数υd为50～60，所述光学玻璃按氧化物重量百分比计含有以下组分：

SiO₂ 15～24％；

B₂O₃ 20～30％；

La₂O₃ 7～15％；

CaO 5～10％；

SrO 5～10％；

BaO 20～30％；

ZrO₂ 0～3％；

Y₂O₃ 0～3％；

Sb₂O₃ 0～1％；

Al₂O₃ 0～3％。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其中BaO、SrO和CaO的重量百分比之和为35～45％。

3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其中所述光学玻璃不含有Hg、As、Pb、Cd、ZnO、TiO₂、WO₃、Gd₂O₃和Ta₂O₅。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的光学玻璃，其中所述光学玻璃的着色度λ₈₀/λ₅不大于350/265。