CN104402217A - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冕火石光学玻璃，属于新材料应用技术领域。主要提供一种以SiO2、B2O3、K2O和K2SiF6为主要成分的，不含铅、镉、铋、砷的光学玻璃。其折射率nd在1.50～1.53之间，色散系数υd在51～54之间，具有析晶性能好、适宜生产的特点。按照JB/T10576-2006的方法测试，其耐水性(DW)为1级，耐酸性(DA)为2级以上。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。本发明冕火石光学玻璃的主要特征在于，按重量百分比计其含有：SiO2：35～45％；B2O3：4～9％；Al2O3：7～12％；Na2O：0～4％；K2O：12～18％；∑(Na2O+K2O)：12.5～18.5％；K2SiF6：11～17％；TiO2：4～8％；ZnO：2～7％；Sb2O3：0～0.5％，各组分含量之和为100％。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种冕火石光学玻璃。
背景技术
现有的冕火石类光学玻璃种类较少，并且大多含有KHF2成分。由于KHF2在常温下就能吸收空气中的水分，释放环境有害物质HF，随着人们对环境保护意识的提高，KHF2已经不适合作为光学玻璃生产的原料了。另外，在高温熔炼时KHF2的严重挥发除了会污染环境以外，还会对玻璃的光学性能控制和条纹带来不利影响，影响产品质量和批次稳定性。
专利CN 1250471C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：首先，其组分中含有作为必含组分的Nb2O5和WO3，而Nb2O5和WO3都是公认的高价格原料，二者的引入无疑会增加玻璃成本，影响产品的市场竞争力，同时WO3的引入也会使玻璃的透过率变差。
专利CN 1225424C提供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：与本发明B2O3的4％～9％的保护范围不同，其大于10％的B2O3会影响玻璃的化学稳定性(DW和DA)，加之CN 1225424C未引入可以改善化学稳定性(DW和DA)的Al2O3成分，其化学稳定性难以达到本发明耐水性(DW)为1级，耐酸性(DA)为2级以上的目的。同时其保护的折射率范围是1.50以下，与本发明的保护范围有明显差异。
另外，专利CN 1215004C、CN 1121987C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、镉、铋、砷的冕火石光学玻璃，该冕火石光学玻璃具有析晶性能好、适宜生产的特点。
本发明提供一种冕火石光学玻璃，按重量百分比计其含有：SiO2：35～45％；B2O3：4～9％；Al2O3：7～12％；Na2O：0～4％；K2O：12～18％；∑(Na2O+K2O)：12.5～18.5％；K2SiF6：11～17％；TiO2：4～8％；ZnO：2～7％；Sb2O3：0～0.5％，各组分含量之和为100％。
根据本发明的冕火石光学玻璃，其折射率nd在1.50～1.53之间，色散系数υd在51～54之间。
根据本发明的冕火石光学玻璃，按照JB/T10576-2006的方法测试，其耐水性(DW)为1级，耐酸性(DA)为2级以上。
根据本发明的冕火石光学玻璃，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。
本发明提供一种光学元件，其包括本发明的冕火石光学玻璃。
本发明提供的冕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，颜色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。
本发明提供的冕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
在本发明制得的冕火石光学玻璃中，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，在本发明中合适的含量为35～45％。若SiO2含量少于35％，会使玻璃的化学稳定性变差，在制得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45％，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35～45％，优选在39～42％。
B2O3也是玻璃网络生成体，是本发明获得玻璃低折射、低色散的必需成分，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4％时，玻璃的熔化性能和热稳定性会变差，而当其含量大于9％时，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(DW和DA)。所以，B2O3的含量应控制在4～9％之间，优选控制在6～9％之间。
Al2O3对改善玻璃的化学稳定性有益，在其含量少于7％时，效果不明显，但其含量超过12％后，玻璃的析晶性能就会逐渐变差，并且会增大玻璃的熔炼难度，使生产时更耗费电能。所以，Al2O3的含量限定在7～12％，优选在9～11％。
Na2O和K2O同作为碱金属氧化物，在作用上有相似之处，其主要作用是助溶剂，降低玻璃的转变温度(Tg)和软化温度(Tf)，使玻璃软化后更容易被压制成型。同时对玻璃膨胀系数的调整也是不可缺少的。
Na2O可以提高玻璃的熔化性能，并且在玻璃中提供游离氧，减弱TiO2的着色，有利于提高玻璃的着色度和内部透过率。但在本发明中，其含量大于4％时则会破坏玻璃网络结构，使玻璃的析晶性能和化学稳定性逐渐变差。所以，Na2O的含量应控制在0～4％之间，优选控制在0～2％之间。
K2O与Na2O相似，也可以提高玻璃的熔化性能，并且在玻璃中提供游离氧，减弱TiO2的着色，提高玻璃的着色度和内部透过率，并且在较大的调整范围内比Na2O效果更好。但在本发明中，K2O的量小于12％时则难以较好地实现以上优点，而其含量大于18％时则会破坏玻璃网络结构，使玻璃的析晶性能和化学稳定性变差，同时也不易实现本发明预期的折射率等光学参数。所以，K2O的含量应控制在12～18％之间，优选控制在14～17％之间。
K2O与Na2O相似，在一定范围内可以对调，在本发明中二者的总和∑(Na2O+K2O)应控制在12.5～18.5％，优选控制在13～16％之间。
K2SiF6是为了降低玻璃折射率和色散而引入的，是实现本发明光学性能的必要成分，同时K2SiF6可以使玻璃具有正的反常色散性能，可以修正与其配合使用的其它光学镜片的过度色散，这是光学设计人员所乐见的。但在本发明中，K2SiF6的量小于11％时则难以较好地实现以上优点，而其含量大于17％时则会破坏玻璃网络结构，使玻璃的析晶性能和化学稳定性变差，同时会因其具有挥发性而增大熔炼生产控制难度，影响产品的稳定性和良品率。所以，K2SiF6的含量应控制在11～17％之间，优选控制在13～16％之间。
TiO2主要是为了使玻璃的折射率和色散更容易达到匹配而添加的，同时TiO2也具有改善玻璃析晶性能的作用。其含量在4％以上就可以满足上述要求，而其含量超过8％时则会使玻璃着色加重。所以，TiO2的含量限定在4～8％，优选在5～7％。
ZnO可以降低玻璃的析晶倾向，但在本发明中其含量少于2％时作用不明显，但其含量超过7％后，玻璃的化学稳定性将逐渐变差。所以，ZnO的含量应控制在2～7％之间，优选在3～6％之间。
Sb2O3是作为除泡剂添加的，但其含量在0.5％以内就足够了，而且Sb2O3若超过0.5％玻璃着色将变重。所以，Sb2O3组分含量限定在0～0.5％，优选在0～0.2％。
为保证本发明所制得的元件的光谱透过率，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，可制得一种冕火石光学玻璃。该冕火石光学玻璃适合进行批量熔炼和压型生产，同时具有较好的化学稳定性和内部透过率，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是本发明用于说明获得本发明中的冕火石光学玻璃过程的典型实验。
表1：
表2：
说明：
1、表1～2中各组分含量是以重量百分比(Wt％)来表示的，其中：∑R2O＝Na2O+K2O。
2、表1～2中化学稳定性数据(DA、DW)是使用粉末法按照JB/T10576-2006标准进行测试的结果。
3、表1～2中τ10-360nm是厚度为10mm的玻璃样品在波长在360nm处的内部透过率，其是按照GB/T7962.12-2010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1100℃～1350℃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，即可制得这种冕火石光学玻璃或光学玻璃元件。

Claims (5)

1.一种光学玻璃，其不含铅、镉、铋、砷，其特征在于，按重量百分比计其含有：SiO2：35～45％；B2O3：4～9％；Al2O3：7～12％；Na2O：0～4％；K2O：12～18％；∑(Na2O+K2O)：12.5～18.5％；K2SiF6：11～17％；TiO2：4～8％；ZnO：2～7％；Sb2O3：0～0.5％，各组分含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于：其折射率nd在1.50～1.53之间，色散系数υd在51～54之间。
3.根据权利要求1或2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DW为1级，耐酸性DA为2级以上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，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。
5.一种光学元件，其包括根据权利要求1-4任一项所述的光学玻璃。
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