CN1044223C - 光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供光学玻璃，该玻璃的光学常数范围为折射率(Nd)1.57-1.72，阿贝数(Vd)30-45，而且具有低转变温度特性及优异的化学耐久性，并有适宜于模压成形性。该玻璃组成中必要成分含量以重量计为SiO248-56.5%、TiO221-25.2、ZrO23-4.5、Nb2O50.5-2%、Li2O0.5-5%、K2O3-30%、RO(其中R为Mg、Ca、Sr、Ba、Zn)合计量为2-25%。
Description
本发明涉及SiO2-TiO-ZrO2-LiO-K2O-RO(R为Mg,Ca,Sr,Ba,Zn)类光学玻璃，其光学常数中折射率(Nd)范围为1.57-1.72，阿贝数(νd)范围为30-45，这种光学玻璃不仅可改善赋予低转变温度特性的模压成形性，而且具有优异的化学耐久性。
已知具有上述光学常数的玻璃为含有PbO的硅酸盐类玻璃。但是，为了解决玻璃制造过程等涉及的公害问题，玻璃应不含有害的PbO成分，取而代之的是一直在对含有TiO2的玻璃进行种种研究。例如，第973350号德国专利公报公开了TiO2、氟硅酸盐类玻璃，而特开昭第54-105119号公报又公开了SiO2-TiO2-K2O-BPO4和/或Al(PO2)3类玻璃，但是这些玻璃的化学耐久性均不足够，其中前一种玻璃熔融时氟成分会挥发，难以达到均质化。
此外，第2165231号英国专利公报也公开了含有TiO2、Li2O的碱金属硅酸盐类玻璃，该玻璃转变温度(下称Tg)低，但化学耐久性差。
本发明目的是提供不含PbO的玻璃，该玻璃可全面改善上述已有玻璃的不足之处，并且具有前述光学常数，不仅可维持适宜于模压的低Tg特性，同时又具有更为优异的化学耐久性。
为达到上述目的，本发明人进行了锐意的试验研究，结果发明了特定组成范围的SiO2-TiO2-Zr2-Li2O-K2O-RO类玻璃，其组成范围在过去并没有公开，而且该玻璃可保持前述光学常数及适且于模压的低Tg特性，同时又可进一步提高该玻璃的化学耐久性并且可大量生产。
本发明光学玻璃的特征在于其中以重量范围计该玻璃成分包括SiO2 48-64％、B2O3 0-4％、TiO2 15-30％、ZrO2 3-12％、Nb2O5 0-4％、Li2O 0.5-5％、Na2O 0-25％、K2O 3-30％，其中Na2O+K2O 10-30％、MgO 0-10％、CaO 0-10％、SrO0-10％、BaO 0-15％、ZnO 0-10％，其中MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 2-25％，而且该玻璃的光学常数范围为折射率(Nd)1.57-1.72及阿贝数(νd)30-45。
限定上述各成分组成范围的理由如下。
首先是SiO2成分，这是形成玻璃的有效氧化物，若其量不足48％，则玻璃的透光性和化学耐久性差，而超过64％时玻璃又难于熔融。
B2O3成分可提高玻璃的熔融性，就不致于使化学耐久性恶化而言，其添加量最多为4％左右。
TiO2成分可有效地赋予玻璃高色散性或分散性，若其量不足15％，则折射率低，也是低色散性的，而若超过30％时透光性及稳定性又差，而其优选范围可定为21-30％。
ZrO2成分是提高化学耐久性的重要成分，若其量不足3％，则其效果差，若其量超过12％，则玻璃的化学耐久性又差，而其优选范围可定为最多10％。
Nb2O5为提高玻璃折射率的有效成分，再考虑到维持化学耐久性，其量可定为优选0.5-4％。
Li2O成分由于赋予玻璃低Tg特性的效果特别明显而成为重要成分，同时又可用该成分维持玻璃的化学耐久性，为了发挥这些效果，其量可定为0.5-5％。
Na2O成分可改善玻璃熔融性，就不致于使化学耐久性恶化的限度而言，其添加量最多为25％。
K2O成分为可改善玻璃的熔融性并提高稳定性的有效成分，若其量不足3％，则该效果不明显，而若超过30％，则玻璃的化学耐久性又差。但是，为了维持玻璃的熔融性和化学耐久性，Na2O和K2O成分的合计量可定为10-30％。
MgO,CaO,SrO,BaO和ZnO成分为可维持光学常数，提高玻璃的熔融性，稳定性和透光性的成分，因此有必要含有1种以上这些成分，而为了达到上述效果，可将上列各成分分别定为最多10％、10％、10％、15％和10％。但是，为了达到上述效果，也有必要将这些成分的1种或2种以上的合计量定为2％以上，而若超过25％，则玻璃又会成为低色散性的，也就难于达到所期望的光字常数。
在不给本发明玻璃的各特性带来不利影响的情况下，为了调整玻璃的光学常数，改善玻璃的熔融性和化学耐久性等，可向本发明玻璃中加入Al2O3、WO3等，其量为最多5％左右。而且，可加入As2O3和Sb2O3各成分作为澄清剂，其加入量可分别为最多1％左右。
实施例
以下说明本发明光学玻璃实施例。
表1列出了本发明光学玻璃的组成实施例(No.1-No.10)以及已有玻璃的组成比较例(No.A、No.B)，表中还列出了这些玻璃的折射率(Nd)，阿贝数(νd)，Tg和耐酸性(SR)值。上述SR值是根据国际标准化机构ISO 8424,1987(E)的测定方法测定并表示结果的。在这里，SR值是根据玻璃试样在所用酸处理液中受到0.1μm侵蚀所需要的时间评定等级的。SR值=4和5时，用pH 0.3的硝酸溶液，显示其侵蚀时间分别为0.1-1h(小时)和0.1h以下。SR值=5,51,52和53时，分别用pH 4.6的醋酸缓冲液，显示其侵蚀时间分别为10h以上，1-10h,0.1-1h和0.1h以下。
从表1中可以看出，与分别具有基本上相同的光学常数的组成比较例的玻璃No.A和No.B相比校，本发明组成实施例No.6和No.9的SR值均得到提高，并且显示出更为优异的化学耐久性。本发明其它组成实施例的玻璃显示出同样优异的SR值。而且，这些玻璃的耐失透性均优异，也易均质化。因此，上述实施例玻璃容易制造，适宜于模压，并具有优异的化学耐久性。
上述本发明组成实施例的玻璃均可按常规方法得到，其中将硝酸盐，碳酸盐，氧化物等常用光学玻璃原料称量、混合、再用白金油埚将其于1100-1350℃下进行约2-5小时的熔融脱泡，搅拌均匀后将其浇注入金属模中并缓慢冷却。
如上所述，本发明光学玻璃具有SiO2-TiO2-ZrO2-Li2O-K2O-RO类特殊组成以及折射率(Nd)范围为1.57-1.72，阿贝数(νd)范围为30-45等光学常数和低Tg，并且不含有害的PbO成分，但与已知玻璃相比，又具有优异的化学耐久性，大量生产性亦很优异。
[表1]单位：重量％
| No | 实 施 例 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| SiO2B2O3TiO2ZrO2Nb2O5Li2ONa2OK2OMgOCaOSrOBaOZnOAl(PO3)3Sb2O3 | 48.521.63.00.50.53.212.03.07.50.2 | 54.024.04.51.02.04.06.53.80.2 | 56.522.03.51.53.510.00.82.00.2 | 48.023.53.01.52.511.07.52.80.2 |
| NdνdTg(℃)SR | 1.6456439.85304 | 1.6584136.75004 | 1.6433538.54905 | 1.6540139.24805 |
[表1]单位：重量％
| No | 实 施 例 | |||
| 5 | 6 | 7 | 8 | |
| SiO2B2O3TiO2ZrO2Nb2O5Li2ONa2OK2OMgOCaOSrOBaOZnOAl(PO3)3Sb2O3 | 49.022.54.01.81.07.59.04.50.50.2 | 52.025.24.50.52.51.89.02.02.5 | 54.021.03.00.50.55.310.00.55.00.2 | 50.022.03.02.01.018.83.00.2 |
| NdνdTg(℃)SR | 1.6485839.05404 | 1.6650236.24904 | 1.6253740.55504 | 1.6312640.15304 |
[表1]单位：重量％
| No | 实施例 | 比较例 | ||
| 9 | 10 | A | B | |
| SiO2B2O3TiO2ZrO2Nb2O5Li2ONa2OK2OMgOCaOSrOBaOZnOAl(PO3)3Sb2O3 | 51.521.54.51.51.54.310.05.00.2 | 53.022.0301.03.05.88.04.00.2 | 40.025.06.521.57.0As2O3 0.5 | 50.024.011.015.0 |
| NdνdTg(℃)SR | 1.6427639.74904 | 1.6450339.64805 | 1.666129.8--51 | 1.646236.348053 |
Claims (3)
1．一种光学玻璃，所述玻璃包括以下的组分，所述组分的含量
均以重量％表示：
SiO2 48-56.5
TiO2 21-25.2
ZrO2 3-4.5
Nb2O5 0.5-2
Li2O 0.5-5
Na2O+K2O 10-30
其中，
Na2O 0-25
K2O 3-30
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 2-25
其中，
MgO 0-0.5
CaO 0-10
SrO 0-10
BaO 0-15
ZnO 0-10
2．根据权利要求1所述的光学玻璃，其中，所述玻璃中各组分的含量以重量％表示如下：
SiO2 48-56.5
TiO2 21-25.2
ZrO2 3-4.5
Nb2O5 0.5-2
Li2O 0.5-3.5
Na2O+K2O 10-18.8
其中，
Na2O 0-11
K2O 6.5-18.8
MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 2.8-10.5
其中，
MgO 0-0.5
CaO 0-3
SrO 0-5
BaO 0-7.5
ZnO 0-0.5
Sb2O3 0-0.2
3．根据权利要求1或2所述的光学玻璃，其中，所述玻璃的转化温度为550℃或低于550℃。
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