CN103113023A - 特高折射率、高色散、低软化点光学玻璃 - Google Patents

特高折射率、高色散、低软化点光学玻璃 Download PDF

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刘仁玉
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Abstract

特高折射率、高色散低软化点光学玻璃，属于光学玻璃技术领域，主要由B2O3、Bi2O3和Sb2O3组成，其中，B2O3、Bi2O3和Sb2O3分别占总质量的5～20%、70～85%和1～10%。形成的产品折射率nd为2.1～2.3，阿贝数vd为16～20，软化温度＜395℃，且不含PbO、As2O3、CdO等对环境有害物质，不含Nb2O5、Ta2O5、In2O3等昂贵原料，不含易使玻璃化学稳定性变差的Li2O、Na2O、K2O碱金属，适合采用精密压型技术制造小型超薄光学镜头。

Description

特高折射率、高色散、低软化点光学玻璃
技术领域
本发明涉及光学玻璃的生产技术领域。 
背景技术
随着数字光学仪器的发展，改善光学仪器成像质量是亟待解决的问题。一般来说，光学镜头材料的折射率越高，光学镜头的体积就越小，光学仪器就能设计得越紧凑，如采用高折射率光学玻璃制作的光学零件用于数码相机、摄像手机，在增大镜头视角的同时，减小机身的厚度。在激光与光纤的藕合中，也需要极短焦距的透镜，也需要借助于高折射率透镜实现。光学零件的精密压型技术使得球面透镜、非球面透镜、棱镜等光学零件制造成本大为降低，为诸如数码相机、摄像手机的普及打下基础。 
中国专利申请号为CN200710018035.7、CN200810039295.8、CN200910272700.5、CN03141773.6、CN101172773A公开的高折射率光学玻璃，折射率nd为2～2.3，阿贝数vd为15～22，玻璃中含有Nb2O5、Ta2O5、In2O3等昂贵原料，有的还含有使玻璃化学稳定性变差的Li2O、Na2O、K2O碱金属。 
日本住田光学玻璃开发的高折射率玻璃K-PSFn2.14，折射率nd为2.14352，软化温度Tf为449℃，转变温度Tg为425℃，阿贝数vd为17.8，比重为7.06g/cm3，线膨胀系数＜98×10-7，压型温度470℃，是目前较好的高折射率光学玻璃。但是，这种玻璃的软化温度依然较高。 
概括而言，现有高折射率光学玻璃尽管折射率超过2.1，但是，软化温度都高于400℃。 
发明内容
本发明目的是提出一种能克服现有高折射率铋酸盐光学玻璃的不足的特高折射率、高色散、低软化点光学玻璃。 
本发明主要由B2O3、Bi2O3和Sb2O3组成，其中，B2O3、Bi2O3和Sb2O3分别占总质量的5～20%、70～85%和1～10%。 
B2O3：是玻璃网络生成体，B2O3与Bi2O3有非常好的相容性，易于使Bi2O3组分玻璃化，然而，B2O3用量少于5%，玻璃易于析晶，而大于20%，则不能获得所需的高折射率。本发明光学玻璃的折射率nd为2.1～2.3，阿贝数vd为16～20，软化温度＜395℃，转变温度＜365℃，比重＜7g/cm3，线膨胀系数＜110×10-7。 
本发明为含有70~85%Bi2O3的B2O3－Bi2O3－Sb2O3光学玻璃基质，不仅具有良好的热稳定性、化学稳定性和高折射率，而且软化温度低于400℃，不含PbO、As2O3、CdO等对环境有害物质，不含易使玻璃化学稳定性变差的Li2O、Na2O、K2O碱金属，不含Nb2O5、Ta2O5、In2O3等价格昂贵原料。适合采用精密压型工艺制造球面透镜、非球面透镜、棱镜等光学零件。 
另外，本发明还可以包括占总质量5～20%的B2O3。 
或还包括占总质量70～85%的Bi2O3。Bi2O3：既能够提高玻璃折射率，又能够降低玻璃软化温度，Bi2O3用量少于70%，则不能获得所需的高折射率，而大于85%，则使玻璃产生析晶倾向，而且玻璃着色严重。 
或还包括占总质量1～10%的Sb2O3。Sb2O3：作为澄清剂能够消除玻璃液中的气泡，作为氧化剂提供氧化气氛，防止Bi2O3被还原。 
或还包括占总质量0～9%的Yb2O3 。Yb2O3：既能够提高玻璃折射率，又能够在940 nm~980nm光照射产生荧光，可作为激光工作物质。 
或还包括占总质量0～8%的SiO2。SiO2：与B2O3同为玻璃生成体，可增大玻璃生成区域，提高玻璃粘度，改善玻璃耐失透性及化学稳定性。 
或还包括占总质量0～5%的BaO。BaO：以硝酸盐引入，提高氧化气氛，防止Bi2O3被还原，抑制玻璃着色。 
或还包括占总质量0～6%的GeO2。GeO2：是玻璃生成体，能够改善玻璃的热稳定性和光学质量，引入过高提高了光学玻璃成本。 
或还包括占总质量0～10%的Y2O3。Y2O3：既能够提高玻璃折射率，又能够降低玻璃热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性。 
或还包括占总质量0～10%的La2O3。La2O3：引入能够提高玻璃的折射率，可改善玻璃化学稳定性和硬度。 
具体实施方式
一、采用以下方法制造本发明光学玻璃： 
按各组分的重量百分比称取各组分原料，充分混合均匀。
将混合好的配料放入铂金或者刚玉坩埚内，置于850～1000℃硅碳棒电炉内熔化，向熔化的玻璃液内通入高纯氧气进行氧化，防止Bi2O3被还原。 
停止通入高纯氧气后，启动搅拌器搅拌玻璃液，待玻璃液澄清均化后，将炉温降至630～720℃，浇注到已预热的模具内成型。 
将成型玻璃放入预热到350～410℃的退火炉中退火，退火后即得到本发明之光学玻璃。 
二、本发明之光学玻璃具体投料案例形成的产品性能详见下表： 
由表中可见：采用本发明配方形成的产品，能达到设计的要求。
Figure 2013100758240100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims (10)

1.特高折射率、高色散、低软化点光学玻璃，其特征在于主要由B2O3、Bi2O3和Sb2O3组成，其中，B2O3、Bi2O3和Sb2O3分别占总质量的5～20%、70～85%和1～10%。
2.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量5～20%的B2O3。
3.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量70～85%的Bi2O3。
4.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量1～10%的Sb2O3。
5.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量0～9%的Yb2O3 。
6.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量0～8%的SiO2。
7.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量0～5%的BaO。
8.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量0～6%的GeO2。
9.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量0～10%的Y2O3。
10.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于还包括占总质量0～10%的La2O3。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6255239B1 (en) * 1998-12-04 2001-07-03 Cerdec Corporation Lead-free alkali metal-free glass compositions
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CN101891384A (zh) * 2009-11-20 2010-11-24 长春理工大学 含有68～85%Bi2O3的光学玻璃

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