CN104140204A

CN104140204A - 光学玻璃、光学预制件及光学元件

Info

Publication number: CN104140204A
Application number: CN201310168237.6A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2014-11-12
Also published as: CN107698142A

Abstract

光学玻璃、光学预制件及光学元件。本发明提供一种不含有污染环境的PbO、As₂O₃和氟化物的光学玻璃，其折射率为1.48～1.56，阿贝数为55～65。光学玻璃，其组成按重量百分比包括：SiO₂：60～80％、TiO₂：0～3％、BaO：0～5％、CaO：5.5～15％、B₂O₃：0～3％、Sb₂O₃：0～1％、Na₂O：5～15％、K₂O：5～15％、ZnO：0～10％，但不含有Li₂O。本发明通过合理调整玻璃组分的含量，使光学玻璃化学稳定性优异，得到的环保光学玻璃的密度为2.8g/cm³以下，抗潮湿大气作用稳定性RC(S)为1级，抗酸作用稳定性RA(S)为3级以上，平均热膨胀系数α为100×10^-7/℃以下。

Description

光学玻璃、光学预制件及光学元件

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(n_d)为1.48～1.56、阿贝数(v_d)为55～65的光学玻璃，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，随着数码照相机、摄像机和可拍照手机的快速普及和使用，使得光学材料也朝着高精度化、小型化的方向迅速发展。为满足以上要求，这就使得具有低折射、低密度的光学玻璃的需求量越来越大。对环境保护的呼声日益高涨的今天，对光学玻璃的环保化也成了产品开发的方向。过去使用并制造光学玻璃常用的污染成分氧化铅和氧化砷等虽已被其他组分所取代，但简单地用一种或几种组分来代替氧化铅和氧化砷，产品不一定能成功地再现由氧化铅和氧化砷所带来的光学性能和物化性能。因此，对玻璃组成的新的研究和实质性研发是必须的。

CN99110919.8公开了一种无铅光学玻璃，其含有一定量的氟化物，在实际生产过程中，会排放氟化物气体和粉尘，污染环境，另外该玻璃还含有大量的B₂O₃，这会使得玻璃在融化时挥发性增大，同时玻璃的耐失透性变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不含有污染环境的PbO、As₂O₃和氟化物的光学玻璃，其折射率为1.48～1.56，阿贝数为55～65。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其组成按重量百分比包括：SiO₂：60～80％、TiO₂：0～3％、BaO：0～5％、CaO：5.5～15％、B₂O₃：0～3％、Sb₂O₃：0～1％、Na₂O：5～15％、K₂O：5～15％、ZnO：0～10％，但不含有Li₂O。

光学玻璃，其组成按重量百分比为：SiO₂：60～80％、TiO₂：0～3％、BaO：0～5％、CaO：5.5～15％、B₂O₃：0～3％、Sb₂O₃：0～1％、Na₂O：5～15％、K₂O：5～15％、ZnO：0～10％。

进一步的，其中：Na₂O和K₂O的合计量：10～19％。

进一步的，其中：SiO₂：65～75％。

进一步的，其中：TiO₂：0～2％。

进一步的，其中：BaO：0.5～3％。

进一步的，其中：CaO：5.5～12％。

进一步的，其中：B₂O₃：0～2％。

进一步的，其中：Na₂O：8～15％。

进一步的，其中：K₂O：5～10％。

进一步的，其中：ZnO：3.5～8％。

进一步的，所述光学玻璃抗潮湿大气作用稳定性RC为1级，抗酸作用稳定性RA为3级以上。

进一步的，所述光学玻璃密度为2.8g/cm³以下，平均热膨胀系数α(20～300℃)为100×10^-7/℃以下。

进一步的，所述光学玻璃折射率为1.48～1.56，阿贝数为55～65。

采用上述的光学玻璃制成的玻璃预制件。

采用上述的光学玻璃制成的光学元件。

采用上述的光学玻璃制成的光学仪器。

本发明的有益效果是：本发明的组分中不加入PbO、As₂O₃和氟化物，并通过合理调整其他玻璃组分的含量，使光学玻璃化学稳定性优异，得到的环保光学玻璃的密度为2.8g/cm³以下，折射率为1.48～1.56，阿贝数为55～65，抗潮湿大气作用稳定性RC(S)为1级，抗酸作用稳定性RA(S)为3级以上，平均热膨胀系数α(20～300℃)为100×10^-7/℃以下。

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是重要的玻璃形成体氧化物，在玻璃结构中起骨架作用，是光学玻璃实现光学常数的基础，其含量的多少和玻璃的化学稳定性以及融化特性密切相关。在本发明中，当SiO₂含量不足60％时，玻璃的化学稳定性会降低；但当其含量超过80％时，则难以维持玻璃的光学常数，同时也会显著提高玻璃的融化温度。为了得到化学稳定性特别优异的玻璃，同时兼顾其融化特性，本发明的SiO₂含量为60～80％，优选为65～75％。

B₂O₃也是形成玻璃的氧化物，当其含量超过5％时，玻璃的折射率过低，熔炼过程中挥发性增大，引起玻璃的光学常数波动且玻璃的化学稳定性变差，为得到具有所期望的光学常数范围且具有优异的化学稳定性的光学玻璃，B₂O₃的含量限定为0～3％，优选含量为0～2％。

TiO₂能提高玻璃的耐水性，降低玻璃比重，但其含量过高会造成玻璃着色。因此TiO₂的含量限定为0～3％，优选含量为0～2％。

BaO可以调整玻璃的折射率和阿贝数，提高玻璃化学稳定性和热稳定性，当其含量超过5％时，玻璃的阿贝数增加，玻璃的失透倾向增大，因此，BaO的含量优选为0～5％，优选为0.5～3％。

CaO可提高化学耐久性，降低并维持平均线膨胀系数，同时还可降低玻璃的转变温度，但其含量过多时，液相温度易上升。因此，CaO的含量限定为5.5～15％，优选含量为5.5～12％。

Na₂O可以有效提高玻璃的熔化性能和调整光学常数，如果此组分的含量小于5％，则不能充分获得这些效果，而如果此组分的含量超过15％，则玻璃的化学稳定性显著变差。因此，此组分的含量限定为5～15％，优选为8～15％。

K₂O用于调节玻璃的光学常数以及降低玻璃的析晶性能。当其含量低于5％时，无法达到上述效果；如果含量超过15％，会引起玻璃化学稳定性的恶化。因此，K₂O含量为5～15％，优选为5～10％。

本发明不加入Li₂O，通过Na₂O和K₂O的混合碱效应提高玻璃的化学稳定性，Na₂O和K₂O的合计含量限定为10～19％。

ZnO可提高玻璃的熔融性和化学耐久性，特别是可提高玻璃的耐水性。当ZnO的含量为10％以下，可显著改善玻璃的熔融性及透射比，因此，本发明的ZnO含量为0～10％，优选为3.5～8％。

Sb₂O₃在本发明中作为澄清剂使用，其含量范围为0～1％。

本发明还可适量添加ZrO₂，其能提高玻璃的化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。

本发明还可适量添加MgO和SrO这两种碱土金属氧化物，其作用与CaO类似，可以提高玻璃的化学耐久性。

下面将描述本发明的光学玻璃的性能。

折射率与阿贝数按照《GB/T7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

密度按照《GB/T7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。

抗潮湿大气作用稳定性RC(S)(表面法)：根据对潮湿大气作用的稳定性分为三级，其中：

1级：在温度50℃，相对湿度85％的条件下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间超过20h；

2级：在温度50℃，相对湿度85％的条件下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间在5～20h；

3级：在温度50℃，相对湿度85％的条件下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间不到5h。

抗酸作用稳定性RA(S)(表面法)：根据对酸溶液作用的稳定性分为三级，其中：

1级：在0.1N(当量浓度)、温度50℃的醋酸溶液作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间超过5h；

2级：在0.1N、温度50℃的醋酸溶液作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间在1～5h；

3级：在0.1N、温度50℃的醋酸溶液作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达135nm的时间不到1h。

热膨胀系数α按GB/T7962.16-2010规定的方法测量温度为20～300℃的平均值。

经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：密度为2.8g/cm³以下，折射率(n_d)为1.48～1.56；阿贝数(v_d)为55～65；抗潮湿大气作用稳定性RC(S)为1级；抗酸作用稳定性RA(S)为3级以上，优选2级以上，更优选为1级；平均热膨胀系数α(20～300℃)为100×10^-7/℃以下。

本发明还提供一种光学预制件和光学元件，由上述光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成，并且所述的光学预制件和光学元件可以应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。

实施例

为了进一步了解本发明的技术方案，下面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、和硝酸盐)，将混合原料放置在坩埚中，在一定的温度内熔融，并且经熔化、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)、抗潮湿大气作用稳定性RC(S)、抗酸作用稳定性RA(S)、平均热膨胀系数α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

通过上述表1-表3中的实施例可以看出，本发明玻璃不加入PbO、As₂O₃和氟化物，得到的光学玻璃密度为2.8g/cm³以下；折射率(n_d)为1.48～1.56；阿贝数(v_d)为55～65；抗潮湿大气作用稳定性RC(S)为1级；抗酸作用稳定性RA(S)为3级以上，优选2级，更优选为1级；平均热膨胀系数α(20～300℃)为100×10^-7/℃以下。

Claims

1.光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比包括：SiO₂：60～80％、TiO₂：0～3％、BaO：0～5％、CaO：5.5～15％、B₂O₃：0～3％、Sb₂O₃：0～1％、Na₂O：5～15％、K₂O：5～15％、ZnO：0～10％，但不含有Li₂O。

2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比为：SiO₂：60～80％、TiO₂：0～3％、BaO：0～5％、CaO：5.5～15％、B₂O₃：0～3％、Sb₂O₃：0～1％、Na₂O：5～15％、K₂O：5～15％、ZnO：0～10％。

3.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Na₂O和K₂O的合计量：10～19％。

4.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：SiO₂：65～75％。

5.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：TiO₂：0～2％。

6.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：BaO：0.5～3％。

7.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：CaO：5.5～12％。

8.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：B₂O₃：0～2％。

9.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Na₂O：8～15％。

10.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：K₂O：5～10％。

11.如权利要求1～2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：ZnO：3.5～8％。

12.如权利要求1～11任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的抗潮湿大气作用稳定性RC(S)为1级，抗酸作用稳定性RA(S)为3级以上。

13.如权利要求1～11任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃密度为2.8g/cm³以下，平均热膨胀系数α(20～300℃)为100×10^-7/℃以下。

14.如权利要求1～11任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃折射率为1.48～1.56，阿贝数为55～65。

15.采用权利要求1～14中任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。

16.采用权利要求1～14中任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。

17.采用权利要求1～14中任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。