CN103351099A

CN103351099A - 高折射率、低色散环保镧系光学玻璃

Info

Publication number: CN103351099A
Application number: CN2013102367129A
Authority: CN
Inventors: 汤志平
Original assignee: NANTONG JINGXIN OPTICAL GLASS CO Ltd
Current assignee: NANTONG JINGXIN OPTICAL GLASS CO Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-10-16

Abstract

本发明提供一种高折射率、低色散（即高阿贝数）环保镧系光学玻璃，且不含对铂金有腐蚀作用的铅和铋，不含有价格昂贵的钽。本发明镧系光学玻璃具有光学透过率高，析晶性能优异，析晶上限温度为1190℃，能够批量稳定生产。本发明的镧系光学玻璃折射率达到1.92~1.93，阿贝数为36~40，含有SiO₂,B₂O₃,La₂O₃,Y₂O₃,Gd₂O₃,Nb₂O₅,TiO₂,ZnO,ZrO₂,WO₃等必需成分；不含对环境有污染的成分：PbO,CdO,As₂O₃等。

Description

高折射率、低色散环保镧系光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，更具体地说，本发明涉及一种特高折射率、低色散环保镧系光学玻璃，并且具有高透明性，析晶性能优异，易于生产，能够适合二次压型的光学玻璃。

背景技术

现在国内外数码相机、摄影机、手机等非常流行，品质越来越好，而为之配套的镜头要求也越来越高。光学镜片要求透光性好，体积越来越小而视野越来越广，这就要求光学玻璃具有优良的透过率，具有特高的折射率，而且要求色散低，即阿贝数要大，这也有利于修正透镜系统中的色差，提高成像的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高折射率、低色散镧系光学玻璃，其折射率能达到1.92~1.93，阿贝数为36~40，为光学镜头小型化、轻量化、高性能化提供了很大的选择空间。本发明采用的技术方案是：镧系光学玻璃其组成为：SiO₂3~6%，B₂O₃5~12%，La₂O₃50~60%，Y₂O₃2~6%，Gd₂O₃4~8%，Nb₂O₅4~8%，TiO₂3~9%，ZnO 1.5~4%，ZrO₂2~5%，WO₃2~6% 。

更进一步的重量百分比组成为： SiO₂3.5~6%，B₂O₃6~12%，La₂O₃52~60%，Y₂O₃2.5~6%，Gd₂O₃4.5~7%，Nb₂O₅5~7.5%，TiO₂4~8%，ZnO 2~4%，ZrO₂2~5%，WO₃2~5%。

最进步的重量百分比组成为：SiO₂3.5~5%，B₂O₃7~11%，La₂O₃53~59%，Y₂O₃3~6%，Gd₂O₃5~7%，Nb₂O₅5~7%，TiO₂5~8%，ZnO 2~3%，ZrO₂3~5%，WO₃3~5%。

SiO₂是玻璃的网络生成体，能提高玻璃的化学稳定性，如果SiO₂含量过低，则达不到玻璃生成体的效果，不易形成玻璃，如果含量过高，则不可能成为高折射率的玻璃，经过本申请相关发明人的反复试验及调整，当SiO₂的重量比控制在3~6%、尤其是3.5~6%、以至3.5~5%时，所制备出的玻璃生成体具有更好的折射率。

B₂O₃也是玻璃的网络生成体，是构成玻璃网络的必需成分，尤其是在高折射率低色散的光学玻璃中，B₂O₃是得到稳定玻璃的主要成分；根据本申请发明人在玻璃制造领域的长期探索以及相应的试验验证发现：当B₂O₃含量低于5%时，难以获得稳定的玻璃，玻璃容易析晶失透：当B₂O₃含量高于15%时，会降低玻璃的折射率，不可能获得nd>1.9的玻璃；因此，本申请玻璃制备配方中， B₂O₃的重量比控制在5~12%，更优选6~12%，最优选7~11%。

众所周知，La₂O₃是高折射率、低色散玻璃的主要成分，它的特性是，随着La₂O₃含量的增加，折射率明显增加，而色散提高不明显。同时La₂O₃也能提高玻璃的化学稳定性。在玻璃制造配方中，La₂O₃的重量比一般控制在25~46%之间，作为本领域的公知常识之一，当玻璃制备配方中La₂O₃含量超过46%时，玻璃易析晶，不易获得成品。而本发明为了获得高折射率、低色散的镧系光学玻璃，通过调节其它组分的比例，反复试验，使La₂O₃的玻璃组分超过50%，且能获得析晶性能优异、抗失透的特高折射率低色散的镧系光学玻璃，La₂O₃含量控制在50~60%，更优选52~60%，最优选53~59%。

同样地，Y₂O₃因能够提高玻璃的化学稳定性，常常作为玻璃制备配方中的常规组分之一，另外，Y₂O₃与La₂O₃一样，在大幅提高玻璃折射率的同时，玻璃的色散提高不明显，因此，Y₂O₃不能引入太多，当Y₂O₃含量超过9%时玻璃易析晶，所以Y₂O₃含量控制在2~6%，更优选2.5~6%，最优选3~6%。

Gd₂O₃的作用与La₂O₃类似，不仅能提高玻璃的折射率，降低玻璃的色散，而且能与La₂O₃等可以提高玻璃折射率、降低玻璃色散的氧化物混熔，提高玻璃的抗失透能力。当引入4%时效果不明显，当引入超过10%时，玻璃的抗失透性能降低，不利于稳定生产，所以Gd₂O₃的组成含量控制在4~8%，更优选4.5~7%，最优选5~7%。

Nb₂O₅能够较大地提高玻璃的折射率，但同时玻璃的色散也会提高。如果想仅通过La₂O₃、Y₂O₃、Gd₂O₃这样的稀土类氧化物成分来提高玻璃的折射率，则玻璃的抗失透性能会下降，难以制造，但是通过稀土类氧化物与Nb₂O₅共存，能够提高玻璃的抗失透性能，提高玻璃的折射率，所以Nb₂O₅的含量控制在4~8%，更优选5~7.5%，最优选为5~7%。

TiO₂能够较大地提高玻璃的折射率，但同时玻璃的色散也会较大提高，对本发明而言，要获得特高折射率、低色散的镧系光学玻璃，TiO₂含量不能太高，需控制在3~9%，更优选4~8%，最优选5~8%。

ZrO₂具有提高玻璃折射率，改善化学稳定性的作用，即使少量引入也能得到良好的上述效果，如果含量大于8%，则玻璃的熔制温度会大大提高，抗失透性能会下降，所以ZrO₂含量需控制在2~5%，更优选3~5%。

ZnO在实现玻璃的高折射率、低色散这一特性方面是必须的成分，有利于改善玻璃的熔融性和抗失透性，降低玻璃的液相温度，改变了一般高折射率玻璃液相温度高、难以熔制的特点，但引入量少于1%时效果不明显，当引入量大于6%时，则达不到本发明所要求的高折射率的目的，所以应把含量控制在1.5~4%，更优选2~4%，最优选为2~3%。

WO₃及能提高玻璃的折射率，又能提高玻璃的抗失透性，降低玻璃的液相温度，但是WO₃含量大于6%时抗失透性能反而会下降，玻璃的着色也会增强，所以WO₃不能加入太多，一般控制在2~6%，更优选2~5%，最优选3~5%。

一般的高折射率镧系光学玻璃，为了提高玻璃的折射率都要添加价格昂贵的Ta₂O₅，添加对铂金制品有害的成份Bi₂O₃，本发明解决了这二个问题，提供一种不含Ta₂O₅及Bi₂O₃的高折射率，低色散镧系光学玻璃。所述光学玻璃的折射率nd为：1.92~1.93，阿贝数为36~40，具有较高的透过率，着色度λ₇₀为420nm。使用本发明的光学玻璃来制造透镜，由于其高折射率低色散的特点可以使透镜小型化、轻量化，由于其透光性能优异、着色小，可以使成像清晰，提高整个光学系统的成像质量。

本发明的另一目的在于提供一种光学玻璃的制备方法。具体为：将所述原料按含量比例称量，将称量好的原料充分混合均匀后加入铂金坩埚中，在1450℃的高温下熔制。高搅、澄清共4小时，降温至1190℃保温2小时出炉，用预热好的金属模具浇注成型，没有发现有析晶现象。将玻璃在退火温度下保温2小时，然后以-4℃∕H降温退火，降温到室温后，取出玻璃，测试光学玻璃的所有技术参数。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但本发明不受这些例子的限制。

本发明提供的光学玻璃的制备方法如下：将实施例中光学玻璃成分所对应的原料按含量比例称量，将称量好的原料充分混合均匀后加入铂金坩埚中，在1450℃的高温下熔制。高搅、澄清共4小时，降温至1190℃保温2小时出炉，用预热好的金属模具浇注成型，没有发现有析晶现象。将玻璃在退火温度下保温2小时，然后以-4℃∕H降温退火，按光学玻璃的退火程序降温到室温后，取出玻璃，测试光学玻璃的所有技术参数。

实施例1~6的组成、配比及产品特性如表1；实施例7~12的组成、配比及产品特性如表2。产品特性包括光学玻璃的折射率nd，阿贝数vd，析晶上限温度，着色度λ₇₀，比重。

从上述实施例可以得知，本发明提供的光学玻璃，析晶上限温度低，具有优良的玻璃稳定性，能够稳定生产，且着色极少。生产上已能扩大到60立升铂金坩埚中采用漏料法生产，产品能够适合于模压成型玻璃块及光学元件坯料的深加工。

[表1. ]

[表2. ]

Claims

1.高折射率、低色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其折射率能达到1.92~1.93，阿贝数为36~40，所述高折射率、低色散环保镧系光学玻璃以重量百分比计含有以下成分：SiO₂ 3~6%，B₂O₃ 5~12%，，Y₂O₃2~6%，Gd₂O₃ 4~8%，Nb₂O₅ 4~8%，TiO₂ 3~9%，ZnO 1.5~4%，ZrO₂ 2~5%，WO₃ 2~6% 。

2.根据权利要求1所述的高折射率、低色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：所述高折射率、低色散环保镧系光学玻璃以重量百分比计含有以下成分：SiO₂3.5~6%，B₂O₃6~12%，La₂O₃52~60%，Y₂O₃2.5~6%，Gd₂O₃4.5~7%，Nb₂O₅5~7.5%，TiO₂4~8%，ZnO 2~4%，ZrO₂2~5%，WO₃2~5%。

3.根据权利要求2所述的高折射率、低色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：所述高折射率、低色散环保镧系光学玻璃以重量百分比计含有以下成分：SiO₂3.5~5%，B₂O₃7~11%，La₂O₃53~59%，Y₂O₃3~6%，Gd₂O₃5~7%，Nb₂O₅5~7%，TiO₂5~8%，ZnO 2~3%，ZrO₂3~5%，WO₃3~5%。

4.基于1-3任一权利要求中所述的高折射率、低色散环保镧系光学玻璃的制备方法，其特征在于：将称量好的上述组分原料充分混合均匀后加入铂金坩埚中，在1450℃的高温下熔制；高搅、澄清共4小时，降温至1190℃保温2小时出炉，用预热好的金属模具浇注成型，没有发现有析晶现象，将玻璃在退火温度下保温2小时，然后以-4℃∕H降温退火，降温到室温后，取出玻璃，测试光学玻璃的所有技术参数。