CN103708724A - 精密模压用光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低成本的精密压型用光学玻璃,该光学玻璃的密度为4.54g/cm3以下,折射率为1.85~1.95,阿贝数为25~35,转变温度为610℃以下。本发明不加入价格昂贵的Ta2O5,降低了生产成本,节约了资源;本发明通过B2O3与La2O3的组合,可以有效地提高玻璃的耐失透性能,提高玻璃的化学稳定性;通过WO3和TiO2的组合,使得本发明的着色度优异;通过Gd2O3与La2O3的组合,可以有效提高玻璃的耐失透性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃,特别是涉及一种折射率为1.85~1.95、阿贝数为25~35的精密模压用光学玻璃,以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。
背景技术
近年来,由于数码相机和摄像机的普及,重要部件的玻璃透镜需求量持续增大。另一方面,由于数码相机中成像装置像素的增加,要求光学元件如玻璃透镜也具有较高的性能。由于使用非球面元件能很好的消除球差,减少光学元件的数量,因此在光学设计中,使用非球面元件已成为主流。
在非球面成型中,常用的方法是精密模压成型。所谓精密模压成型,就是使用具有规定形状的母模的成型模具,通过将玻璃成型预制体在高温下加压成型,得到最终产品形状或者具有与终产品形状相近形状的玻璃成型品。通过精密压制成型,可以高效地生产所期望形状的成型品。采用精密模压技术制造的非球面透镜通常不再进行研磨抛光,从而降低了成本,提高了生产效率。在进行精密模压成型时,为了将高精密的模面复制在玻璃成型品上,需要在高温下加压成型玻璃预制体,这时成型模暴露在高温中且被施以较高的压力,即使处于保护气氛中,压型模具表面模层依然容易被氧化侵蚀。精密模压成型中,如果频繁的更换价格不菲的高精度模具,就不能实现低成本高产率的目的。为了延长模具的使用寿命,减少高温环境对成型模具的损伤,则需要尽可能的降低压型温度。因此,开发具有尽可能低的转变温度(Tg)的光学玻璃就成了光学材料开发人员的目标。
节约成本不仅可以通过延长成型模具的寿命,降低原料成本也是关键。CN1182058C的公开了一种高折射光学玻璃,其使用了大量的高成本的Ta2O5组分,不适合大批量产业化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种低成本的精密压型用光学玻璃,该光学玻璃的密度(ρ)为4.54g/cm3以下,折射率(nd)为1.85~1.95,阿贝数(vd)为25~35,转变温度(Tg)为610℃以下。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:精密模压用光学玻璃,不含有Ta2O5组分,密度为4.54g/cm3以下,折射率为1.85~1.95,阿贝数为25~35,转变温度为610℃以下。
进一步的,其重量百分比组成为:SiO2:2~10%、B2O3:12~22%、La2O3:25~40%、ZrO2:1~10%、ZnO:5~12%、TiO2:5~15%、GeO2:0~5%、Gd2O3:3~15%、Nb2O5:5~15%、WO3:1~8%、Li2O:0.1~1%。
进一步的,其中:SiO2:3~8%。
进一步的,其中:B2O3:15~20%、La2O3:30~40%。
进一步的,其中:ZnO:5~10%。
进一步的,其中:TiO2:6~12%、WO3:1~5%。
进一步的,其中:Gd2O3:5~10%、La2O3:30~40%。
进一步的,其中:ZrO2:3~8%、GeO2:0~2%、Nb2O5:8~14%、Li2O:0.5~1%。
精密模压用光学玻璃,其重量百分比组成为:SiO2:2~10%、B2O3:12~22%、La2O3:25~40%、ZrO2:1~10%、ZnO:5~12%、TiO2:5~15%、GeO2:0~5%、Gd2O3:3~15%、Nb2O5:5~15%、WO3:1~8%、Li2O:0.1~1%。
进一步的,其中:SiO2:3~8%。
进一步的,其中:B2O3:15~20%、La2O3:30~40%。
进一步的,其中:ZrO2:3~8%。
进一步的,其中:ZnO:5~10%。
进一步的,其中:TiO2:6~12%、WO3:1~5%。
进一步的,其中:GeO2:0~2%。
进一步的,其中:Gd2O3:5~10%、La2O3:30~40%。
进一步的,其中:Nb2O5:8~14%。
进一步的,其中:Li2O:0.5~1%。
采用上述的精密模压用光学玻璃制成的玻璃预制件。
采用上述的精密模压用光学玻璃制成的光学元件。
采用上述的精密模压用光学玻璃制成的光学仪器。
本发明的有益效果是:本发明不加入价格昂贵的Ta2O5,降低了生产成本,节约了资源;本发明通过B2O3与La2O3的组合,可以有效地提高玻璃的耐失透性能,提高玻璃的化学稳定性;通过WO3和TiO2的组合,使得本发明的着色度优异;通过Gd2O3与La2O3的组合,可以有效提高玻璃的耐失透性能,并得到一种折射率为1.85~1.95、阿贝数为25~35、玻璃的转变温度为610℃以下、密度为4.54g/cm3以下的精密模压用光学玻璃。
具体实施方式
下面将描述本发明光学玻璃的各个组分,除非另有说明,各个组分含量的比值是用重量%表示。
SiO2是形成玻璃的网络生成体氧化物,加入一定量的SiO2可增大玻璃的高温粘度,提高玻璃的耐失透性能。当其含量低于2%时,效果不充分;当其含量高于10%时,玻璃的熔融性变差,气泡难以消除。因此,SiO2的含量限定为2~10%,更优选含量为3~8%。
B2O3也是玻璃网络生成体氧化物,同时也是提高玻璃熔融性和降低玻璃粘度的必要成分,可以在玻璃熔融时作为溶剂。当B2O3含量低于12%时,难以获得性质稳定的玻璃,耐失透性能不理想;但当B2O3含量高于22%时,玻璃的折射率达不到设计目标,同时玻璃的化学稳定性会降低。因此,将B2O3的含量限定为12~22%,更优选含量是15~20%。
La2O3是高折射光学玻璃的主要成分,可以增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散,在本发明配方体系中,B2O3与La2O3的组合存在,可以有效地提高玻璃的耐失透性能,提高玻璃的化学稳定性。但当La2O3的含量低于25%时,不能获得以上的效果,但当其含量超过40%时,玻璃的析晶性能恶化,故将其含量限定为25~40%,更优选的含量为30~40%。
ZrO2能提高玻璃的粘度、硬度和化学稳定性,降低玻璃的热膨胀系数。当ZrO2的含量超过10%时,玻璃难熔,易失透,而且玻璃化学稳定性恶化。因此ZrO2的含量优选1~10%,更优选为3~8%。
ZnO是本发明精密模压用光学玻璃的必须组分,有利于降低玻璃的熔化温度和转变温度,并有调整玻璃光学性能的作用。当其含量不足5%时,玻璃的转变温度上升;而当其含量高于12%时,析晶倾向增大,同时玻璃的高温粘度变小,给玻璃的成型带来很大的困难,因此ZnO的含量优选为5~12%,更优选为5~10%。
WO3具有调整玻璃光学常数和耐失透性的作用,尤其是在镧系光学玻璃中能改善玻璃的析晶性能,且不会过多损害透过率。通过实验表明,当其含量超过8%时,玻璃的耐失透性能反而降低,所以WO3的优选含量为1~8%,更优选为1~5%。
TiO2可以使玻璃具有高折射率,但含量过高会大大降低色散系数并且增加析晶倾向,甚至会使玻璃明显着色。本发明人研究发现,通过WO3和TiO2适当的组合,使得本发明的着色度优异。因此,TiO2含量优选为5~15%,更优选为6~12%。
GeO2可以提高玻璃的折射率和热稳定性,但若其含量大于5%时,玻璃的热稳定性反而下降,因此GeO2的含量优选为0~5%,更优选为0~2%。
Gd2O3可以增加玻璃的折射率和化学稳定性,用一定量的Gd2O3与La2O3混熔,可以有效地提高玻璃的耐失透性能。但Gd2O3含量低于3%时,效果不明显;当Gd2O3含量高于15%时,反而会使玻璃的耐失透性能恶化,因此将Gd2O3的含量限定为3~15%,更优选的含量是5~10%。
Nb2O5具有提高折射率、改善化学耐久性和耐失透性的作用,当其含量不足5%时,效果不明显;但当其含量超过15%时,耐失透性反而变坏,玻璃的软化温度升高,所以Nb2O5优选含量为5~15%,更优选为8~14%。
Li2O能大幅度降低玻璃的转变温度,并能有效改善玻璃的熔化性能,但当其含量超过1%时,将使玻璃的耐失透性和化学稳定性恶化,因此Li2O的含量限定为0.1~1%,优选为0.5%~1%。
下面将描述本发明的精密模压光学玻璃的性能。
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。
转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试,即:被测样品在一定的温度范围内,温度每升高1℃,在被测样品的膨胀曲线上,将低温区域和高温区域直线部分延伸相交,其交点所对应的温度。
密度按照《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。
经过测试,本发明提供的光学玻璃具有以下性能:密度(ρ)为4.54g/cm3以下;折射率(nd)1.85~1.95;阿贝数(vd)为25~35;转变温度(Tg)为610℃以下;透射比达到70%时对应的波长λ70为430nm以下。
本发明还提供一种光学元件,由上述光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成。由于所述的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,现在将描述本发明光学玻璃的实施例。应该注意到,这些实施例没有限制本发明的范围。
表1~表3中显示的光学玻璃(实施例1~30)是通过按照表1~表3所示各个实施例的比值称重并混合光学玻璃用普通原料(如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐和氟化物等),将混合原料放置在铂金坩埚中,在1100~1300℃的温度内熔融,并且在经熔化、澄清、搅拌和均化后,得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃,将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。
本发明实施例1~30的组成与折射率(nd)、阿贝数(vd)、密度(ρ)、玻璃转变温度(Tg)、透射比达到70%时对应的波长λ70的结果一起在表1~表3中表示。在这些表中,各个组分的组成是用重量百分比表示的。
表1
表2
表3
从上述实施例可以看出,本发明的光学玻璃密度(ρ)为4.54g/cm3以下;折射率(nd)为1.85~1.95;阿贝数(vd)为25~35;转变温度(Tg)为610℃以下;透射比达到70%时对应的波长λ70为430nm以下,适用于精密压型用。
Claims (21)
1.精密模压用光学玻璃,其特征在于,不含有Ta2O5组分,密度为4.54g/cm3以下,折射率为1.85~1.95,阿贝数为25~35,转变温度为610℃以下。
2.如权利要求1所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其重量百分比组成为:SiO2:2~10%、B2O3:12~22%、La2O3:25~40%、ZrO2:1~10%、ZnO:5~12%、TiO2:5~15%、GeO2:0~5%、Gd2O3:3~15%、Nb2O5:5~15%、WO3:1~8%、Li2O:0.1~1%。
3.如权利要求2所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:SiO2:3~8%。
4.如权利要求2所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:B2O3:15~20%、La2O3:30~40%。
5.如权利要求2所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:ZnO:5~10%。
6.如权利要求2所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:TiO2:6~12%、WO3:1~5%。
7.如权利要求2所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:Gd2O3:5~10%、La2O3:30~40%。
8.如权利要求2所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:ZrO2:3~8%、GeO2:0~2%、Nb2O5:8~14%、Li2O:0.5~1%。
9.精密模压用光学玻璃,其特征在于,其重量百分比组成为:SiO2:2~10%、B2O3:12~22%、La2O3:25~40%、ZrO2:1~10%、ZnO:5~12%、TiO2:5~15%、GeO2:0~5%、Gd2O3:3~15%、Nb2O5:5~15%、WO3:1~8%、Li2O:0.1~1%。
10.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:SiO2:3~8%。
11.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:B2O3:15~20%、La2O3:30~40%。
12.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:ZrO2:3~8%。
13.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:ZnO:5~10%。
14.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:TiO2:6~12%、WO3:1~5%。
15.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:GeO2:0~2%。
16.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:Gd2O3:5~10%、La2O3:30~40%。
17.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:Nb2O5:8~14%。
18.如权利要求9所述的精密模压用光学玻璃,其特征在于,其中:Li2O:0.5~1%。
19.采用如权利要求1~18中任一权利要求所述的精密模压用光学玻璃制成的玻璃预制件。
20.采用如权利要求1~18中任一权利要求所述的精密模压用光学玻璃制成的光学元件。
21.采用如权利要求1~18中任一权利要求所述的精密模压用光学玻璃制成的光学仪器。
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