CN102311229A - 光学玻璃及光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不含有Gd2O3且折射率范围为1.74-1.80、阿贝数范围为47-51的低成本的光学玻璃及光学元件。光学玻璃，其重量百分比含量为：SiO2的含量大于2.7％且小于10％；B2O3：20～31％；La2O3：38～49％；Y2O3的含量大于12％且小于20％；ZnO的含量大于1％且小于4％；Nb2O5的含量大于0.5％且小于3％，其中ZnO的含量＞Nb2O5的含量；Ta2O5：0-5％；RO：0-5％，所述RO为CaO、SrO与MgO中的一种或几种；ZrO2的含量在6.7％以上且在15％以下。本发明作为一种硼酸镧玻璃，玻璃组成中不添加Gd2O3，通过调整La2O3、B2O3与Y2O3的组成含量，可以得到稳定的玻璃。

Description

光学玻璃及光学元件
技术领域
本发明涉及一种折射率为1.74-1.80、阿贝数为47-51的光学玻璃，以及由该光学玻璃制成的光学元件。
背景技术
近年来，随着用于光学系统的设备的集成度增大和功能迅速增加，对光学系统要求具有更高的准确度、更轻的重量和更小的尺寸。为了满足折射率为1.74～1.80、阿贝数为47～51的要求，光学玻璃往往采用B2O3-La2O系列。日本专利申请特开2006-117506公开了一种光学玻璃，其折射率为1.74-1.80，阿贝数为47-51，但该光学玻璃组成中，Gd2O3的含量为25-35％(重量百分比含量，以下同)，由于Gd2O3属于稀土氧化物，价格昂贵，因此造成该光学玻璃的成本很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含有Gd2O3且折射率范围为1.74-1.80、阿贝数范围为47-51的低成本的光学玻璃及光学元件。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其重量百分比含量为：SiO2的含量大于2.7％且小于10％；B2O3：20～31％；La2O3：38～49％；Y2O3的含量大于12％且小于20％；ZnO的含量大于1％且小于4％；Nb2O5的含量大于0.5％且小于3％，其中ZnO的含量＞Nb2O5的含量；Ta2O5：0-5％；RO：0-5％，所述RO为CaO、SrO与MgO中的一种或几种；ZrO2的含量在6.7％以上且在15％以下。
进一步的，所述SiO2：3-9％。
进一步的，所述SiO2：3-6％。
进一步的，所述La2O3：40-49％。
进一步的，所述La2O3：43-47％。
进一步的，所述Y2O3的含量大于12％且小于17％。
进一步的，所述Y2O3的含量大于12％且小于15％。
进一步的，所述ZrO2的含量在6.7％以上但小于12％。
进一步的，所述ZrO2的含量在6.7％以上但小于10％。
进一步的，所述ZnO的含量大于1％但小于2％。
进一步的，所述Nb2O5的含量大于0.5％但小于2.5％。
进一步的，采用上述的光学玻璃形成的光学元件。
本发明的有益效果是：本发明作为一种硼酸镧玻璃，玻璃组成中不添加Gd2O3，通过调整La2O3、B2O3与Y2O3的组成含量，可以得到稳定的玻璃；适量引入Y2O3可以提高玻璃的透过率，降低玻璃密度，还可以有效降低玻璃的析晶上限温度，玻璃易成型；ZnO的引入可以提高玻璃的化学稳定性，并具有抑制结晶的作用；少量引入Nb2O5调整玻璃的阿贝数；通过将ZnO、Nb2O5的含量进行调整，并且ZnO的含量大于Nb2O5，可以得到所述光学常数与较好的化学稳定性的光学玻璃。本发明光学玻璃组成中不含有Gd2O3，成本降低。实验结果表明，本发明玻璃的折射率范围1.74-1.80，阿贝数范围47-51，透过率在370nm以下，玻璃透过率优异，耐酸、耐水性能可以达到1级，能够满足光学系统及设备的成像需求。
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。
本发明的光学玻璃含有SiO2成分，SiO2可增加玻璃材料的机械强度，并使玻璃材料具有良好的耐磨性和耐化学性；如果SiO2的含量过低，玻璃不稳定，并且易析晶，SiO2含量过高，则会导致玻璃难熔。因此，SiO2的添加量为大于2.7％但小于10％，优选含量为3-9％，最优选含量为3-6％。
B2O3作为一种形成玻璃网状结构的有效氧化物，B2O3也是一种改进所述玻璃的熔融性能及降低其熔解温度和粘性流温度的有效成分，同时还是满足本发明所述玻璃的低色散性能的必要组份，并可以帮助La2O3的溶解。B2O3含量过多，达不到所述玻璃的高折射率，含量过低，则玻璃不稳定。因此，B2O3含量为20-31％。
La2O3是得到高折射率低色散玻璃的重要成分，其含量要求为38-49％，当其含量低于38％时，折射率和低色散性都下降，当其含量大于49％时，抗失透性下降，因此无法稳定制备玻璃，优选含量为40-49％，更优选含量为43-47％。
Y2O3在本发明中是用于达到在阿贝数减小情况下具有高折射能力的重要组分，适量引入Y2O3可以提高玻璃的透过率，并可以降低玻璃的密度，还可以有效降低玻璃的析晶上限温度，并易成型。因此，Y2O3的添加量为大于12％但小于20％，优选含量为大于12％但小于17％，最优选含量为大于12％但小于15％。
本发明作为一种硼酸镧玻璃，所述玻璃组成中不添加Gd2O3，通过调整La2O3、B2O3与Y2O3的组成含量，可以得到稳定的玻璃。
添加ZrO2可得到所要求的折射率，加入适量的ZrO2可以起到改进玻璃抗不透性的作用，而且还可有效提高所述玻璃的高温粘度与化学稳定性。所以，ZrO2的添加量在6.7％以上，否则达不到效果，但其含量应在15％以下，否则玻璃易结晶；优选含量在6.7％以上但小于12％，更优选含量在6.7％以上但小于10％。
ZnO在本发明中也是构成高折射率低色散玻璃的必要组份，它可以改进所述玻璃的抗不透性并降低其粘性流温度，同时还具有提高所述玻璃化学稳定性与抑制结晶的作用，其添加量应大于1％，否则所述玻璃熔融性能下降，并且化学稳定性恶化；但其含量应小于4％，否则无法得到作为本发明的最终产品的低色散玻璃。优选含量为大于1％但小于2％。
Nb2O5也是获得高折射率的有效组份，本发明为了调整所述玻璃的阿贝数少量引入，同时也具有抑制结晶的作用，添加量为大于0.5％但小于3％，优选含量为大于0.5％但小于2.5％。
上述ZnO的含量＞Nb2O5的含量。
Ta2O5作为与Nb2O5相同的高折射率作用的组份，在本发明中也可以引入适量的含量，但因其价格昂贵，因此含量控制在0-5％，优选不加入。
本发明中可以引入少量的RO，所述RO为CaO、SrO与MgO中的一种或几种，以提高玻璃的熔融性能，其含量范围为0-5％。
本发明不添加Gd2O3，通过调整ZnO、Nb2O5的含量，并且ZnO的含量大于Nb2O5，可以得到折射率在1.74-1.80范围内和阿贝数在47-51范围内的光学常数，同时耐水、耐酸等化学稳定性达到1级的光学玻璃。
按照本发明，所述光学玻璃优选按照以下步骤制备：
以上述各组分的氧化物、氢氧化物、碳酸盐或硝酸盐为原料，充分混合后置于铂金坩埚内，于1200-1400℃，优选1280-1350℃下熔化、澄清、均化后，得到熔融玻璃；将所述熔融玻璃降至1100℃以下后浇注入预热的金属模内；在650-750℃时将所述金属模内的熔融玻璃加压成型，将所述加压成型后的玻璃进行退火，得到光学玻璃。
对所述光学玻璃进行性能测试，方法如下：
折射率(nd)值为(-2℃/h)-(-6℃/h)的退火值，折射率和阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987》中提供的对无色光学玻璃的折射率和色散系数的测试方法进行测试；
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。
将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到70％对应的波长λ70。
按GB/T 17129的测试方法，可以计算得到测试玻璃的耐酸性和耐水性。
另外采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180*10*10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度的炉内保温4小时后取出，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。
经过测试，本发明提供的光学玻璃具有以下性能：
折射率范围1.74-1.80；阿贝数为47-51；密度在4.24g/cm3以下；透射比达到80％时对应的波长λ80为370nm以下；析晶上限温度在1100℃以下；化学稳定性耐酸性、耐水性达到1级。
本发明提供的光学玻璃具有较高的折射率、优异的透过率以及良好的化学稳定性，同时还具有低密度性能。本发明提供的光学玻璃的折射率为1.74-1.80，优选范围为1.76-1.79；阿贝数为47-51，优选48.5-50.5；玻璃密度为4.24g/cm3以下，优选4.20g/cm3以下，更优选4.18g/cm3以下，透射比达到70％时对应的波长λ70为370nm以下，优选365nm以下；析晶上限温度在1100℃以下，优选1050℃以下；化学稳定性耐酸性、耐碱性达到1级。
本发明还提供了一种光学元件，由上述技术方案所述的光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成。由于所述光学玻璃具有高折射率和较低的玻璃转变温度，所述光学元件也具有高折射率和较低的玻璃转变温度，可以应用于数码相机、数字摄像机、照相手机等设备。
为了进一步了解本发明的技术方案，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。
按照以下步骤，按照表1所示的原料配比制作光学玻璃：
将表1中所述原料充分混合后置于铂金坩埚内，于1300℃下熔化、澄清、均化后，得到熔融玻璃；
将所述熔融玻璃降至1100℃以下后浇注入预热的金属模内；
在700℃时将所述金属模内的熔融玻璃加压成型，将所述加压成型后的玻璃进行退火，得到光学玻璃。
对所述光学玻璃进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例制备的光学玻璃的性能参数。
表1：本发明实施例1-10制备的光学玻璃的原料配比
由表1可知，本发明提供的光学玻璃具有高折射率和良好的化学稳定性，低密度以及优异的透过率性能。
对所公开实施例的上述说明，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 (12)

1.光学玻璃，其特征在于，其重量百分比含量为：SiO2的含量大于2.7％且小于10％；B2O3：20～31％；La2O3：38～49％；Y2O3的含量大于12％且小于20％；ZnO的含量大于1％且小于4％；Nb2O5的含量大于0.5％且小于3％，其中ZnO的含量＞Nb2O5的含量；Ta2O5：0-5％；RO：0-5％，所述RO为CaO、SrO与MgO中的一种或几种；ZrO2的含量在6.7％以上且在15％以下。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述SiO2：3-9％。
3.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述SiO2：3-6％。
4.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述La2O3：40-49％。
5.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述La2O3：43-47％。
6.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述Y2O3的含量大于12％且小于17％。
7.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述Y2O3的含量大于12％且小于15％。
8.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述ZrO2的含量在6.7％以上但小于12％。
9.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述ZrO2的含量在6.7％以上但小于10％。
10.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述ZnO的含量大于1％但小于2％。
11.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述Nb2O5的含量大于0.5％但小于2.5％。
12.采用权利要求1-11任一权利要求所述的光学玻璃形成的光学元件。
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