CN102476916B - 一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃。属于光学玻璃技术领域。它主要是解决现有磷酸盐体系玻璃热稳定性差、生产难度增大的问题。它的主要特征是：以重量百分比含有60～83％Ba(PO3)2；3～15％Al(PO3)3；0.5~5%Al2O3；3～10％B2O3；2～10％La2O3；0～5％Gd2O3；0～5％Y2O3；2.5~10％∑（La2O3+Y2O3+Gd2O3）；0～2％ZrO2；3～10%BaO；0～10％CaO；0～10%SrO；3~10％∑（CaO+SrO+BaO）；0~0.5%Sb2O3。本发明具有折射率为1.59～1.62和阿贝数为63～69，转变温度低于610℃，比重为3.50～3.80g/cm3，且依据“GB/T17129-1997光学玻璃化学稳定性的测定方法”测定玻璃的Dw为1级，同时具有着色度小,稳定性好，工艺性能优，能适宜批量化生产的特点，主要用在镜头组中消除色差，达到校正色差的目的。
Description
技术领域
本发明属于光学玻璃技术领域，具体涉及一种中折射率、高阿贝数的磷冕光学玻璃。其折射率(nd)在1.59～1.62和阿贝数（υd）在63～69的范围内，适用于数码产品或投影仪中使用的光学玻璃。
背景技术
随着光电行业的发展，数码相机、摄相机和可拍照手机等不断向更好图像质量和更高清晰度的发展，对直接影响图像清晰度和改善图像画质的成像系统——镜头产品有了更高的要求。为满足镜头产品的发展趋势，一方面镜头产品由普通的镜头向非球面镜头发展，减低像差，追求高画质，实现小型化设计；另一方面通过特殊的光学设计技术，采用镜头组合，实现高解像力、高对比度的画面来保证图像的质量和高清晰度。然而在采用镜头组合时，需要使用两种差值较大阿贝数的光学玻璃来消除两种颜色光的色差。中折射率、高阿贝数的磷冕玻璃可用在特殊光学设计的镜头组中消除色差，达到校正色差的目的。
中国专利（CN 100371277）公开了一种折射率(nd)在1.52~1.72和阿贝数（υd）在57~70之间的玻璃，属于磷酸盐体系，但其中含有Li2O、Na2O及K2O的总量超过3%克分子，引起玻璃具有大的膨胀系数，玻璃的热稳定性差，并且组分中含有超过0低于15%克分子的ZnO，给这种玻璃的生产增大了难度。
中国专利（CN 101360691A）公开了一种折射率(nd)在1.50~1.65之间和阿贝数（υd）在50~65的玻璃，属于磷酸盐体系，但其组分中含有ZnO，玻璃缺乏热稳定性，容易产生失透。
中国专利申请（公开号CN 1304315C）公开了一种折射率(nd)在1.54~1.65之间和阿倍数（υd）在57~69之间的玻璃，属于磷酸盐体系，但玻璃组成中含有3~14wt%的ZnO， 玻璃缺乏热稳定性，容易产生失透。
中国专利申请（公开号CN 1313405C）公开了一种折射率(nd)在1.57~1.67之间和阿倍数（υd）在55~65之间的玻璃，但玻璃组成是以B2O3-SiO2-R2O-RO-R2O3为玻璃组成系统，其玻璃的硬度较大，不利于加工。
中国专利申请（公开号CN100374386C和CN101134640A）公开的一种折射率(nd)在1.52~1.70之间和阿倍数（υd）在42~70之间的玻璃，属于磷酸盐体系，但玻璃组成中Li2O、Na2O及K2O的总量为10~40mol% 且ZnO含量在5~40mol%，引起玻璃具有大的膨胀系数，玻璃的热稳定性变差。
中国专利申请（公开号CN1754851A）公开了一种阿倍数（υd）超过59但不到70的磷酸盐玻璃，没有指明折射率的范围，同时其组分中含有易引起膨胀系数偏大的Li2O为0~20wt%且不包括0和难熔的MgO为0~25wt%且不包括0，造成玻璃的热稳定性差，且难以生产。
中国专利申请（公开号CN1303024C）公开了一种折射率(nd)在1.60~1.68之间和阿倍数（υd）在40~65之间的玻璃，属于磷酸盐体系，但是玻璃组成中含有F为15~35mol%，玻璃生产过程中F的挥发影响环境。
中国专利申请（公开号CN101172774A）公开了一种折射率(nd)在1.60~1.64之间和阿倍数（υd）在56~64之间的玻璃，属于磷酸盐体系，其玻璃组成中含有3~10wt%的ZnO，玻璃缺乏热稳定性，容易产生失透。
发明内容
本发明的目的就是针对镜头组的组合同时克服上述公开专利或专利申请的不足，提供了一种中折射率、高阿贝数的磷冕玻璃，其折射率(nd)在1.59～1.62和阿贝数（υd）在63～69的范围内，其转变温度Tg低于610℃，比重在3.50～3.80g/cm3的范围内，且依据“GB/T17129-1997光学玻璃化学稳定性的测定方法——粉末法”测定玻璃的Dw为1级，同时具有着色度小, 稳定性好，工艺性能优，能适宜批量化生产的特点。
本发明的技术解决方案是：一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于，以重量百分比计含有：
Ba(PO3)2 60～83％；
Al(PO3)3 3～15％；
Al2O3 0.5~5%；
B2O3 3～10％；
La2O3 2～10；
Gd2O3 0～5％；
Y2O3 0～5％；
∑（La2O3+Y2O3+Gd2O3） 2.5~10%；
ZrO2 0～2％；
BaO 3～10%；
CaO 0～10％；
SrO 0～10%；
∑（CaO+SrO+BaO） 3~10%；
Sb2O3 0~0.5%。
本发明优选的技术解决方案是：其特征在于，按重量百分比计含有：
Ba(PO3)2 65～80％；
Al(PO3)3 5～12％；
Al2O3 0.5~5%；
B2O3 3～10％；
La2O3 2～10％；
Gd2O3 0～5％；
Y2O3 0～5％；
∑（La2O3+Y2O3+Gd2O3） 2.5~10%；
ZrO2 0～2％；
BaO 3～10%；
CaO 0～10％；
SrO 0～10%；
∑（CaO+SrO+BaO） 3~10%；
Sb2O3 0~0.5%。
本发明技术解决方案中所述的中折射率高阿贝数的磷冕玻璃具有折射率(nd)在 1.59~1.63和阿贝数（υd）在63~69的范围内。
本发明技术解决方案中所述的中折射率高阿贝数的磷冕玻璃的转变温度Tg低于610℃，不含有碱金属Li2O或Na2O或K2O。
本发明技术解决方案中所述的中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃的比重（d）在3.5～3.8g/cm3的范围内。
本发明技术解决方案中所述的高折射率光学玻璃依据“GB/T17129-1997光学玻璃化学稳定性的测定方法——粉末法”测定中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃的Dw为1级。
本发明制得的中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃中，由下面所述的原因选择上述含量的每个成分。如下所述中，每个成分含量范围是以重量百分比来表示。
Ba(PO3)2是玻璃形成主要成分，起到玻璃形成成分的作用，是保持玻璃稳定性的必需成分，其量不足60%的话，或者超过83%就很难得到目标值nd，同时将降低La2O3在基体玻璃中的熔融性，产生未熔物，难以得到均质的玻璃。因此，Ba(PO3)2组分的含量限定在60~83%，优选在65~80%。
Al(PO3)3也是玻璃形成的成分，能够杂化玻璃的结构，是保持玻璃稳定性的必需成分。其量超过15%，则玻璃的折射率达不到预期，同时会影响玻璃的熔融性能，其量低于3%，则难于达到提高玻璃稳定性的目的。因此Al(PO3)3组分的含量限定在3~15%，更有选5~12%。
Al2O3作为提高玻璃耐候性的成分加入，当其量超过5%时，玻璃的稳定性反而会恶化，高温溶解性也变得恶化，同时玻璃的折射率也会随着降低。如果其含量不足0.5%，则不能改善玻璃的耐侯性。因此Al2O3组分的含量限定在0.5~5%。
B2O3也是玻璃生成体，少量的添加有助于提高玻璃的熔融性能或者均质化，也能提高玻璃的耐侯性，但超过10%的话会使玻璃的阿贝数达不到预期，且增大玻璃的析晶倾向，很难得到均质玻璃；若低于3%，则达不到助熔的作用。因此，B2O3组分的含量限定在3~10%。
La2O3是提高玻璃折射率的有效成分，是本发明不可缺少的成份，其量不足2%时难以保持特定范围内的光学常数，而量超过10%以上的话反而会使玻璃析晶倾向变大。要得到析晶性能佳且稳定的玻璃，La2O3组分的含量限定在2~10%。
Gd2O3是提高玻璃折射率的有效成分，替代La2O3对减小玻璃的析晶倾向很有效。但其含量超过5%以上反而会使玻璃析晶倾向变大，要得到析晶性能佳且稳定的玻璃，Gd2O3组分的含量限定在0~5%。
Y2O3也是提高玻璃折射率的有效成分，替代La2O3对减小玻璃的析晶倾向很有效，但是过多使用会增大玻璃的析晶倾向，其含量不宜超过5％范围，否则析晶倾向增大。为获得稳定的玻璃，Y2O3组分的含量限定在0~5%。
ZrO2可有效调整光学常数，提高玻璃粘度，减小析晶倾向，提高化学稳定性。其过量引入时，玻璃析晶性能反倒易变差并降低玻璃的熔融性，而且玻璃的阿贝数达不到预期。为得到析晶性能佳且稳定的玻璃，ZrO2组分的含量限定在0～2％。
BaO是一种改进玻璃的组分，用来调整玻璃的多种性能，而且BaO具有增强玻璃耐候性的作用。当其含量超过10%，玻璃的液相温度会升高且玻璃的耐候性会恶化，当含量低于3%时，就无法获得预期的耐久性和耐候性，而且玻璃也易发生失透。因此BaO的含量限定在3~10%。
CaO是调整玻璃的折射率和阿贝数、提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和降低玻璃比重的有效成分，并具有助熔作用。但其含量高于10%时，玻璃的失透倾向增大，。因此，CaO组分的含量限定在0~10%。
SrO是在不降低玻璃阿贝数的同时能够提高玻璃折射率的成分。特别能够提高玻璃的耐气候性。但是，当加入SrO过量时，玻璃的稳定性恶化，液相温度也会升高。因此，在本发明的玻璃中，SrO的加入量取0~10%。
Sb2O3可作为除泡剂任意添加，但0.5％以内就足够了，特别的是Sb2O3若超过0.5％着色度将变得非常大且会降低玻璃的阿贝数，且不含Sb2O3成分对提高玻璃的阿贝数有利。因此Sb2O3组分限定在0~0.5％。
本发明具有折射率(nd)在1.59～1.62和阿贝数（υd）在63～69的范围内，其转变温度Tg低于610℃，比重在3.50～3.80g/cm3的范围内，且依据“GB/T17129-1997光学玻璃化学稳定性的测定方法——粉末法”测定玻璃的Dw为1级，同时具有着色度小, 稳定性好，工艺性能优，能适宜批量化生产的特点。本发明主要用在镜头组中消除色差，达到校正色差的目的。
具体实施方式
下面将有关本发明中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃的实施组成例（实施例1～5）和前述过去光学玻璃的组成例（比较例a和比较例b）的玻璃组分的重量百分比含量及其制得玻璃的折射率(nd)、阿贝数（υd）、转变温度（Tg）、比重（d）、20到120℃的线膨胀系数(α20~120)、液相线温度（LT）、着色度（λ80/λ5）和耐水性（Dw）示以表1。
按照给定的比例称量偏磷酸钡、偏磷酸铝、氧化物、碳酸盐、硝酸盐等通用的原料进行混合均匀后，加到铂坩埚中，熔融的难易程度随组分而异，一般在1250～1350℃的温度下，大约2～4小时熔融、搅拌均匀后，浇注到模具中，经慢慢冷却，可容易地制得这些玻璃试料。
说明：表中α20~120表示20到120℃的线膨胀系数；LT表示液相线温度。
从表1中可以看出，本发明实施例的玻璃（1~5）是一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，折射率(nd)在1.59～1.62和阿贝数（υd）在63～69的范围内，且转变温度Tg低于610℃，具有比重在3.50～3.80g/cm3的范围内，且依据“GB/T17129-1997光学玻璃化学稳定性的测定方法——粉末法”测定玻璃的Dw为1级。
比较例A的玻璃与本发明的玻璃相比：20到120℃的线膨胀系数偏大，说明比较例在20到120℃的温度区间里，耐热稳定性要差，同时耐水性为3类，化学稳定性也要差。
本发明实施例的玻璃具有低的液相线温度和良好的稳定性，适于进行批量化生产。
Claims (6)
1.一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于：不含有碱金属Li2O或Na2O或K2O，按重量百分比计含有：
Ba(PO3)2 60～83％；
Al(PO3)3 3～15％；
Al2O3 0.5~5%；
B2O3 3～10％；
La2O3 2～10%；
Gd2O3 0～5％；
Y2O3 0～5％；
∑（La2O3+Y2O3+Gd2O3） 2.5~10%；
ZrO2 0～2％；
BaO 3～10%；
CaO 0～10％；
SrO 0～10%；
∑（CaO+SrO+BaO） 3~10%；
Sb2O3 0~0.5%。
2.按照权利要求1所述的一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于：按重量百分计比含有：
Ba(PO3)2 65～80％；
Al(PO3)3 5～12％；
Al2O3 0.5~5%；
B2O3 3～10％；
La2O3 2～10％；
Gd2O3 0～5％；
Y2O3 0～5％；
∑（La2O3+Y2O3+Gd2O3） 2.5~10%；
ZrO2 0～2％；
BaO 3～10%；
CaO 0～10％；
SrO 0～10%；
∑（CaO+SrO+BaO） 3~10%；
Sb2O3 0~0.5%。
3.按照权利要求1或2所述的一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于：具有折射率在1.59~1.63和阿贝数在63~69的范围内。
4.按照权利要求1或2所述的一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于：中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃的转变温度Tg低于610℃。
5.按照权利要求1或2所述的一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于：中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃的比重在3.50～3.80g/cm3的范围内。
6.按照权利要求1或2所述的一种中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃，其特征在于：依据“GB/T17129-1997光学玻璃化学稳定性的测定方法——粉末法”测定中折射率高阿贝数的磷冕光学玻璃的Dw为1级。
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