CN104386911A

CN104386911A - 光学玻璃

Info

Publication number: CN104386911A
Application number: CN201410631998.5A
Authority: CN
Inventors: 杨爱清; 霍金龙; 胡向平; 赵仲勋; 李建新
Original assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Current assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-03-04

Abstract

本发明提供一种以SiO₂、B₂O₃、BaO、La₂O₃为主要成分的，不含铅、钍、镉、铋、砷、氟的镧火石光学玻璃。折射率(nd)在1.71～1.73之间，阿贝数(υd)在46～49之间。具有析晶性能好、适宜生产的特点。按照GB/T7962.12-2010的方法测试，对10mm厚的试样，其内部透过率τ₁₀在360nm处可达85％以上。玻璃着色度λ₈₀/λ₅可达到380/330以下。玻璃比重在4.20g/cm³以下。按照JB/T10576-2006的方法测试，其耐水性(D_W)为1级，耐酸性(D_A)为3级以上。以化合物的质量百分比含量计，所述光学玻璃包含：SiO₂：21～24％、B₂O₃：8～12％、La₂O₃：15～20％、ZrO₂：4～6％、BaO：30～35％、SrO：4～7％、Li₂O：0.1～2％、Nb₂O₅：2～6％、TiO₂：0～0.5％、ZnO：1～4％、Sb₂O₃：0～0.5％，以上成分总含量为100％。

Description

光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种镧火石光学玻璃，具体是涉及一种折射率(nd)在1.71～1.73之间，阿贝数(υd)在46～49之间的硅酸盐镧系光学玻璃。

背景技术

近年来，折射率(nd)在1.71～1.73之间、阿贝数(υd)在46～49之间的光学玻璃被广泛应用于CD、DVD等光碟系统的光学拾取镜头中，在摄像机和照相机的摄影镜头中也有广泛应用。为了实现清晰度更高的成像系统，光学玻璃的低着色度、高透过率性能越来越受到光学系统设计人员的重视和青睐。

专利申请CN 1202033C中所公开的玻璃与本发明属于同类玻璃，但在组成方面与本发明有较大差别：其组分中含有作为必含组分的大于1％的TiO₂，实验证明，在此类玻璃中TiO₂含量大于0.5％就会使玻璃着色加重，无法实现本发明着色度λ₈₀/λ₅为380/330以下以及内部透过率τ₁₀在360nm处可达85％以上的目标。另外，在CN 1202033C中含有大于6％的ZnO，过多的ZnO会增大玻璃的失透倾向、降低化学稳定性以及产品的经济性。

专利申请CN 1903760A中所公开的玻璃与本发明属于同类玻璃，但在玻璃组成方面与本发明有很大差别：其组分中含有作为必含组分的大于1％的Al₂O₃以及大于25％的SiO₂，二者的大量存在会增大玻璃熔炼难度，使生产更耗费电能，并且会增大玻璃粘度，使后续压型难度加大、缩短压型模具的使用寿命。

专利申请CN 1967287A中所公开的玻璃与本发明属于同类玻璃，但在玻璃组成方面与本发明有很大差别：其组分中含有作为必含组分的Gd₂O₃成分，同时含有大于10％的ZnO，二者的大量使用必然会增加玻璃成本，不利于产品的经济性和市场竞争。同时过多的ZnO会增大玻璃的失透倾向、降低化学稳定性。另外，CN 1967287A中含有24％以上的B₂O₃成分，过多的B₂O₃成分会破坏玻璃的化学稳定性，使之无法达到本发明中耐水性(D_W)为1级，耐酸性(D_A)为3级以上的发明目的。

专利申请CN 1323968A中所公开的玻璃与本发明属于同类玻璃，但在玻璃组成方面与本发明有很大差别：其组分中有大于8％的ZnO，过多的ZnO会增大玻璃的失透倾向、降低化学稳定性以及产品的经济性。另外，其包含小于20.7％的SiO₂和小于26％的BaO也难以保证实现本发明耐水性(D_W)为1级，耐酸性(D_A)为3级以上以及折射率(nd)在1.71～1.73之间、阿贝数(υd)在46～49之间的发明目的。

另外，专利申请CN 101319574A、CN 101012102A、CN 101229955A、CN 101389576C、CN 1323968A、CN 1165493C、CN 101863617A中所公开的玻璃则在玻璃组成、应用领域与用途、关注和要求的光学性能等方面与本发明有着明显区别。

发明内容

本发明的目的是提供一种不含铅、钍、镉、铋、砷和氟的镧火石光学玻璃，该镧火石光学玻璃具有析晶性能好、适宜生产的特点。

本发明提供一种以SiO₂、B₂O₃、BaO、La₂O₃为主要成分的镧火石光学玻璃，并且不含钍、镉、砷，其折射率在1.71～1.73之间，阿贝数在46～49之间，以化合物的质量百分比含量计，所述光学玻璃包含：SiO₂：21～24％、B₂O₃：8～12％、La₂O₃：15～20％、ZrO₂：4～6％、BaO：30～35％、SrO：4～7％、Li₂O：0.1～2％、Nb₂O₅：2～6％、TiO₂：0～0.5％、ZnO：1～4％、Sb₂O₃：0～0.5％，以上成分总含量为100％。

根据本发明所述的镧火石光学玻璃，按照GB/T7962.12-2010的方法测试，其内部透过率τ₁₀在360nm处可达85％以上。

根据本发明所述的镧火石光学玻璃，其着色度λ₈₀/λ₅可达到380/330以下。

根据本发明所述的镧火石光学玻璃，其比重在4.20g/cm³以下。

根据本发明提供的镧火石光学玻璃，按照JB/T10576-2006的方法测试，其耐水性(D_W)为1级，耐酸性(D_A)为3级以上。

本发明提供一种光学元件，其包括本发明的镧火石光学玻璃。

本发明提供的镧火石光学玻璃因实际应用的要求应该尽可能地提高玻璃的透过率，最好为淡色调或无色，因此，本发明中不人为引入除上述组分以外的其它可以着色的元素。

本发明提供的镧火石光学玻璃主要用于球面和非球面光学元件的加工和压型，使用时通过切割、研磨和表面抛光或者直接通过精密压型技术压制为各种光学元件，用在各类应用透射、折射、反射以及光栅衍射原理的光学仪器的光学系统中，如球面透镜、非球面透镜、柱面透镜、衍射光栅和棱镜等等。

具体实施方式

在本发明制得的镧火石光学玻璃中，由下面所述原因选择上述含量的每种组分。

SiO₂是玻璃的网络生成体，是保持玻璃化学稳定性的必需成分。若SiO₂含量少于21％，会使玻璃的化学稳定性变差，在制得的元件使用和长时间保存的过程中容易留下水侵蚀痕迹。而若其含量大于24％，则会增大玻璃的熔炼难度，使生产时更耗费电能。所以，SiO₂组分的含量限定在21～24％，优选在22～24％。

B₂O₃在硼酸盐镧系玻璃中是玻璃网络生成体，同时，B₂O₃还可以提高玻璃的熔化性能、提高玻璃化学稳定性。当B₂O₃含量少于8％时，玻璃的熔化性能和热稳定性会变差，而当其含量大于12％时，玻璃的粘度会逐渐变小，玻璃的化学稳定性反而会逐渐变差，难以获得预期的化学稳定性(D_W和D_A)。所以，B₂O₃的含量应控制在8％～12％之间，优选控制在9％～11％之间。

La₂O₃具有相对较高的折射率和较低的色散，是镧系玻璃的主要成分之一。这种光学特点使其与TiO₂、BaO一起调节玻璃的光学常数，这样的组合调整方式更有利于光学玻璃折射率与色散的匹配。La₂O₃的量小于15％时则难以较好的实现以上优点，而其含量大于20％时则会使玻璃的析晶性能逐渐变差。所以，La₂O₃的含量应控制在15％～20％之间，优选控制在16％～18％之间。

ZrO₂具有提高耐失透性及化学稳定性的作用，在镧系玻璃中还可以起到提高折射率和降低色散的作用，在本发明中为必要添加组分。但其含量不足4％时，效果不明显，而当其含量大于6％时，玻璃的析晶性能会逐渐变差。所以，ZrO₂的含量应控制在4％～6％之间，优选控制在4％～5％之间。

BaO成分对提高玻璃折射率是有效的。另外，BaO和ZnO共存可以保持优良的化学稳定性，同时可以得到耐失透性能更好的玻璃。但其含量不足30％时，效果不明显，并且不易达到所希望的光学常数，而当其含量大于35％时，玻璃的化学稳定性和析晶性能则会逐渐变差，玻璃比重也会随之变大。所以，BaO的含量应控制在30％～35％之间，优选控制在32％～35％之间。

SrO与BaO同为碱土金属氧化物。在本发明中其作用与BaO相似，本发明引入SrO成分的有益作用是降低了产品比重，是实现本发明玻璃比重在4.20g/cm³以下的关键成分。在玻璃型件大小相同的条件下，更低的比重会使型件具有更小的重量，可以减低光学镜头的重量，同时也可以降低产品成本。在本发明中，当其量小于4％时，这种降低比重的效果不明显，而其含量超过7％后，玻璃的化学稳定性和析晶性能将逐渐变差。所以，SrO的含量应控制在4％～7％之间，优选在5％～6％之间。

Li₂O成分具有良好的助熔效果，是本发明必含成分。本发明引入Li₂O成分的另一有益作用是其可以向玻璃中提供游离氧，减弱TiO₂的着色，提高玻璃的着色度和内部透过率。在本发明中这种效果比Na₂O、K₂O更好，并且其含量在0.1％以上时才有此效果，而其含量超过2％后，玻璃的化学稳定性将逐渐变差，并且容易对铂金熔炼埚造成侵蚀。所以，Li₂O的含量应控制在0.1％～2％之间，优选在0.5％～1.5％之间。

Nb₂O₅可以有效提高玻璃的折射率和色散，可以更为灵活地调整折射率和色散的匹配性。本发明引入Nb₂O₅成分的有益作用是减少了TiO₂成分的引入量，从而改善了玻璃的着色度，是实现着色度λ₈₀/λ₅在380/330以下的必要组分。在本发明中，当其量小于2％时，效果不明显，而其含量超过6％后，玻璃的析晶性能和性价比将逐渐变差。所以，Nb₂O₅的含量应控制在2％～6％之间，优选在2％～4％之间。

TiO₂可以有效提高玻璃的折射率和色散，可以更为灵活地调整折射率和色散的匹配性。但若引入超过0.5％则会使玻璃着色加深，难以实现本发明着色度λ₈₀/λ₅在380/330以下的发明目标。所以，TiO₂的含量应控制在0.5％以下，优选在0.3％以下。

ZnO可以降低玻璃的析晶倾向。在本发明中，当其量小于1％时，这种效果不明显，而其含量超过4％后，玻璃的化学稳定性将逐渐变差。所以，ZnO的含量应控制在1％～4％之间，优选在2％～4％之间。

Sb₂O₃是作为除泡剂添加的，其含量在0.5％以内就足够了，而且Sb₂O₃若超过0.5％玻璃着色度将变大。因此Sb₂O₃组分含量限定在0～0.5％，优选在0～0.1％。

为保证本发明的发明目标，本发明提供的光学玻璃不人为引入除以上组分以外的其它可以着色的元素：W、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Ag。同时，也不人为引入含有以下有害元素的化合物：Th、Cd、Tl、Os、Be、Se。

根据本发明的玻璃组成范围，可制得一种镧火石光学玻璃。该镧火石光学玻璃适合批量进行熔炼和压型生产，同时具有较好的化学稳定性和内部透过率和较低的着色度和比重，使用时通过切割、研磨和表面抛光或者通过精密压型技术直接压制成型后无需磨削或研磨制成光学元件的模压用玻璃。

实施例

表1～2中实施例1～10是用于说明获得本发明中的镧火石光学玻璃的典型实验。

表1：

表2：

说明：

1、表1～2中τ_10-360nm是厚度为10mm的玻璃样品在波长在360nm处的内部透过率，是按照GB/T7962.12-2010标准进行测试的结果。

2、表1～2中化学稳定性数据(D_A、D_W)是使用粉末法按照JB/T10576-2006标准进行测试的结果。

根据本发明中提供的比例计算、称量、混合这些原料，并根据本领域常规方法将制作的配合料投入熔炼装置中(鉴于本发明的应用要求，熔炼装置需要采用铂金坩埚)，然后在1200℃～1380℃采取适当的搅拌、澄清、降温工艺进行熔炼后，浇注或漏注在成型模具中最后经退火、加工等后期处理，或者通过精密压型技术直接压制成型，即可制得这种镧火石光学玻璃或光学玻璃元件。

Claims

1.一种光学玻璃，所述光学玻璃以SiO₂、B₂O₃、BaO、La₂O₃为主要成分，并且不含钍、镉、砷，其折射率在1.71～1.73之间，阿贝数在46～49之间，以化合物的质量百分比含量计，所述光学玻璃包含：SiO₂：21～24％、B₂O₃：8～12％、La₂O₃：15～20％、ZrO₂：4～6％、BaO：30～35％、SrO：4～7％、Li₂O：0.1～2％、Nb₂O₅：2～6％、TiO₂：0～0.5％、ZnO：1～4％、Sb₂O₃：0～0.5％，以上成分总含量为100％。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，按照GB/T7962.12-2010的方法测试，其内部透过率τ₁₀在360nm处达85％以上。

3.根据权利要求1或2所述的镧火石光学玻璃，其特征在于，着色度λ₈₀/λ₅达到380/330以下。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，其比重在4.20g/cm³以下。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光学玻璃，其特征在于，按照JB/T10576-2006的方法测试，其耐水性D_W为1级，耐酸性D_A为3级以上。

6.一种光学元件，其包括根据权利要求1-5任一项所述的光学玻璃。