CN102515516A - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不含Ta2O5的高折射低色散光学玻璃，所述光学玻璃的折射率为1.90-1.92、阿贝数为33-36，具有透过率优异的特性。光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：1～15％；B2O3：5～15％；La2O3：25～42％；Gd2O3：11～20％；WO3：大于2％但小于或等于5％；ZrO2：0～10％；Nb2O5：3～15％；Y2O3：4～10％；ZnO：0～5.5％；TiO2：0.1～5.4％。本发明的光学玻璃折射率能够达到1.90-1.92，阿贝数达到33-36，并且透光率λ70小于或等于420nm，析晶上限温度在1200℃以下，玻璃能够稳定生产。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃，更具体地说，本发明涉及一种高折射低色散光学玻璃，以及一种由所述高折射低色散光学玻璃形成的光学元件。
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，用于光学系统的集成度增大和功能迅速增加，光学系统设计对1.90以上的光学玻璃需求较大。玻璃折射率越高，则玻璃表面反射损失越大，在摄像光学系统或投射光学系统中，为了修正各种像差而使用多个透镜，如果玻璃材料的透光性能不好，则会使整个光学系统的透射光量下降。因此，为了得到理想的光学常数，提高玻璃折射率，现有技术的一些玻璃通过在组份中添加Ta2O5，以达到1.90以上的折射率，但Ta2O5组份昂贵，玻璃成本过高；另一方面，玻璃组成中引入Ta2O5后，玻璃的化学稳定性较差，在后续的加工或使用环境中，容易受潮或者侵蚀，影响使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含Ta2O5的高折射低色散光学玻璃，所述光学玻璃的折射率为1.90-1.92、阿贝数为33-36，具有透过率优异的特性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：1～15％；B2O3：5～15％；La2O3：25～42％；Gd2O3：11～20％；WO3：大于2％但小于或等于5％；ZrO2：0～10％；Nb2O5：3～15％；Y2O3：4～10％；ZnO：0～5.5％；TiO2：0.1～5.4％。
进一步的，TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)为0.4以下。
进一步的，WO3的含量为：2.5～5％。
进一步的，SiO2的含量为：2～10％；B2O3的含量为：8～13％。
进一步的，La2O3的含量为：30～40％。
进一步的，Gd2O3的含量为：13～17％。
进一步的，ZrO2的含量为：1～7％。
进一步的，Nb2O5的含量为：5～10％。
进一步的，Y2O3的含量为：4～8％。
进一步的，ZnO的含量为：1～5.5％。
进一步的，TiO2的含量为：1～5.4％。
进一步的，TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)为0.4以下。
本发明的有益效果是：光学玻璃折射率能够达到1.90-1.92，阿贝数达到33-36，并且透光率λ70小于或等于420nm，析晶上限温度在1200℃以下，玻璃能够稳定生产。
具体实施方式
本发明提供一种光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：1～15％；B2O3：5～15％；La2O3：25～42％；Gd2O3：11～20％；WO3：大于2％但小于或等于5％；ZrO2：0～10％；Nb2O5：3～15％；Y2O3：4～10％；ZnO：0～5.5％；TiO2：0.1～5.4％。
SiO2是本发明的网络形成氧化物，可以保持玻璃熔融的稳定性，并且提高玻璃的化学稳定性。当其含量小于1％时，达不到所述效果，而且熔融玻璃期间粘度下降，玻璃不易成形；当其含量超过15％时，达不到本发明所要求的折射率与阿贝数范围，并且玻璃耐析晶性能下降，熔融能力下降。因此，SiO2的含量控制为1-15％，优选2-10％，更优选3-8％。
B2O3也是本发明的必要网络组成，可以有效降低玻璃色散，并提高玻璃的熔融性能。当其含量小于5％时，玻璃稳定性下降；当其含量超过15％时，玻璃化学稳定性降低，并且也达不到所需折射率。因此，B2O3的含量控制为5-15％，优选8-13％。
La2O3是获得高折射率玻璃的必要组分，可以有效改善玻璃的化学稳定性。若其含量小于25％时，达不到本发明所需的折射率；当其含量超过42％时，玻璃抗失透性与耐析晶性能下降。因此，La2O3的含量范围为25-42％，优选为30-40％，更优选32-38％。
Gd2O3不仅能够提高玻璃的折射率、降低玻璃的色散，而且能够与La2O3等高折射率氧化物混熔，提高玻璃的生产稳定性。在本发明中，当其含量小于11％时，折射率、色散降低；当其含量超过20％时，玻璃的抗透失性降低，玻璃不易稳定生产。因此，Gd2O3的组成范围为11-20％，优选为13-17％。
Y2O3也是高折射低色散组成，能明显改善玻璃的熔融稳定性、耐析晶性能。在本发明中，当其含量小于4％时，玻璃折射率达不到发明目的，并且化学稳定性下降；当其含量超过10％时，玻璃熔融性能恶化。因此，Y2O3的组成范围为4-10％，优选为4-8％，更优选为大于3％但小于5％。
发明人通过大量的试验发现，组成中La2O3、Gd2O3与Y2O3共存，同时通过控制La2O3的引入量，玻璃的熔融性能更好。
在本发明中，还可以优选引入Yb2O3，用于调整本发明所需的折射率和色散，Yb2O3的含量优选为0-2％，更优选为0.1-0.8％。
ZnO在本发明中起到改善玻璃的熔融能力、耐析晶性的作用。当其含量超过5.5％时，难以实现本发明所需的折射率，因此ZnO的含量范围为0-5.5％，优选为1-5.5％，更优选3-5.4％。
ZrO2在本发明中可以提高玻璃的折射率和热稳定性，优选引入时，能够改善玻璃的抗失透性，但其加入量过多的话，玻璃的抗失透性急剧下降；因此，本发明将ZrO2的含量限定为0-10％，优选1-7％，更优选大于4％但小于6％。
TiO2在本发明中可以显著提高玻璃的折射率，增强玻璃的化学稳定性，特别可以改善玻璃析晶性能，降低玻璃析晶上限温度。当TiO2含量小于0.1％时，达不到所述发明效果；当其含量超过5.4％以上时，其玻璃化转变温度急剧上升，玻璃着色增大。因此，本发明将TiO2的含量限定为0.1-5.4％，优选为1-5.4％，更优选为3-5.4％。
Nb2O5能够提高玻璃的折射率，同时可以提高玻璃的抗失透性。当其含量在3％以下时，在本发明中效果不明显，但当Nb2O5含量在15％以上时，玻璃的透射率恶化，析晶性能恶化。因此，本发明将Nb2O5的含量限定为3-15％，优选为5-10％，更优选为5-8％。
在发明中，WO3与TiO2、Nb2O5共存可以提高光学玻璃的折射率，改善玻璃的抗失透性，还可以有效提高玻璃的析晶性能。当WO3含量在2％以下时，玻璃的透射率恶化；当其含量超过5％时，玻璃析晶上限温度升高。因此，本发明将WO3的含量限定为大于2％但小于或等于5％，优选为2.5-5％。
在本发明中，TiO2、Nb2O5和WO3共存还可以有效调整玻璃光学常数，但是发明人发现，相对于Nb2O5、WO3而言，在本发明中降低TiO2的含量，相对提高Nb2O5与WO3的含量，可以更好地降低玻璃析晶上限温度，尤其是所述TiO2与TiO2、WO3和Nb2O5的总量的重量比为0.4以下时，即TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)为0.4以下，优选为0.35以下，更优选为0.3以下，在保证玻璃透过率优良的前提下，能够有效地降低玻璃析晶上限温度，使玻璃析晶上限温度降低至1200℃以下。
本发明提供的光学玻璃折射率范围为1.90-1.92，阿贝数达到33-36，并且透光率λ70小于或等于420nm。
为了实现本发明光学玻璃的稳定生产，将光学玻璃的析晶上限温度控制在1200℃以下是很重要的，优选本发明光学玻璃的析晶上限温度控制在1180℃以下，更优选1150℃以下。
本发明还提供一种由上述光学玻璃形成的光学元件，该光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。
本发明提供的光学玻璃的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。
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。
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。
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、均化后降温，注入预热的金属模，退火得到光学玻璃。
本发明实施例1～20所提供的光学玻璃按照如下方法制备：
将实施例1～20中光学玻璃的成分所对应的原料按比例称量，充分混合后加入铂金坩埚内，在1000～1300℃下熔化、澄清、均化后降温；在550～600℃左右将熔融玻璃浇注入预热后的金属模；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1～20提供的光学玻璃在后续的二次加工过程中表面没有晶体析出，表面质量较好。
实施例1～20提供的光学玻璃的折射率、阿贝数、析晶上限温度、热膨胀系数如表1-表4所示。
表1
Figure BDA0000124038260000041
表2
Figure BDA0000124038260000052
表3
Figure BDA0000124038260000062
Figure BDA0000124038260000071
表4
Figure BDA0000124038260000072
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具有较低的析晶上限温度，玻璃能够稳定生产，折射率为1.90-1.92，阿贝数为33-36，透过率优异，能够满足现代新型光电产品的需要。

Claims (24)

1.光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：1～15％；B2O3：5～15％；La2O3：25～42％；Gd2O3：11～20％；WO3：大于2％但小于或等于5％；ZrO2：0～10％；Nb2O5：3～15％；Y2O3：4～10％；ZnO：0～5.5％；TiO2：0.1～5.4％。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)为0.4以下。
3.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，WO3的含量为：2.5～5％。
4.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，SiO2的含量为：2～10％；B2O3的含量为：8～13％。
5.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，SiO2的含量为：3～8％。
6.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，La2O3的含量为：30～40％。
7.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，La2O3的含量为：32～38％。
8.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，Gd2O3的含量为：13～17％。
9.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，ZrO2的含量为：1～7％。
10.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，ZrO2的含量为：大于4％但小于6％。
11.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，Nb2O5的含量为：5～10％。
12.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，Nb2O5的含量为：5～8％。
13.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，Y2O3的含量为：4～8％。
14.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，Y2O3的含量为：大于3％但小于5％。
15.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，ZnO的含量为：1～5.5％。
16.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，ZnO的含量为：3～5.4％。
17.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，TiO2的含量为：1～5.4％。
18.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，TiO2的含量为：3～5.4％。
19.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)为0.4以下。
20.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，TiO2/(TiO2+Nb2O5+WO3)为0.36以下。
21.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率为1.90～1.92、阿贝数为33～36。
22.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的透光率λ70小于或等于420nm。
23.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的析晶上限温度在1200℃以下。
24.采用权利要求1-23所述的光学玻璃形成的光学元件。
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