CN104445928B

CN104445928B - 一种轻火石光学玻璃

Info

Publication number: CN104445928B
Application number: CN201410631902.5A
Authority: CN
Inventors: 李建新; 陈超; 胡向平; 梁立新
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: 2018-10-26
Anticipated expiration: 2034-11-11
Also published as: CN104445928A

Abstract

本发明提供一种轻火石光学玻璃，其包含以化合物计的以下组分：SiO₂：41.7～49.5％；B₂O₃：2.3～10.5％；K₂O：11.0～19.0％；Na₂O：0～7.0％；TiO₂：9.0～12.5％；ZnO：0.5～1.5％；Al₂O₃：3.5～10.0％；K₂SiF₆：9.5～12.0％；Sb₂O₃：0～0.07％。该光学玻璃中不含有易挥发有害物质、配料过程中易吸潮的P₂O₅，不含有侵蚀作用强的Li₂O，也不含有价格昂贵的La₂O₃、Nb₂O₅、Gd₂O₃、WO₃、Y₂O₃等成分。该光学玻璃的折射率nd为1.53～1.56，阿贝数υd为43～49，λ₈₀小于370nm，具有低的失透倾向和高的透过率，化学稳定性和耐潮稳定性优异，Tg低于485℃。

Description

一种轻火石光学玻璃

技术领域

本发明涉及一种轻火石光学玻璃，属于光学玻璃技术领域。

背景技术

随着社会的发展，折射率在1.53～1.56，阿贝数在43～49范围内的透镜在照相机、摄像机、手机、光盘系统及其它领域的应用愈加广泛，人们的环保意识逐渐增强，含有害物质的传统光学玻璃正逐步被淘汰。

专利申请CN201180042148.6公开的光学玻璃，其组分中含有2～12％的Li₂O，对熔炼装置有侵蚀作用、破坏网络结构、并使析晶性能变差。还含有7～20％的La₂O₃，使材料成本增加。

专利申请CN200710138700.7公开的光学玻璃含有25～44％的P₂O₅，其易挥发有害物质、配料过程中易吸潮，还含有10～40％的Li₂O，对熔炼装置有侵蚀作用、破坏网络结构、并使析晶性能变差。

专利申请CN103097316A公开的光学玻璃除了来自各成分的原料粉末中混入的Fe杂质以外，还额外添加了Fe₂O₃粉末，易于使玻璃着色度变差。

专利申请CN94120061.2公开的光学玻璃含有6～35％的Nb₂O₅，易于使玻璃着色，并且价格昂贵。

专利申请CN03122633.7公开的光学玻璃含有易于使玻璃着色的Nb₂O₅和WO₃，并且价格昂贵。

除此之外，专利申请CN200310114722.1，JP5496460B2等在玻璃组成、光学性能等方面也存在着同样或类似的问题。

适宜规模化量产、性能优异且价格低廉的光学玻璃更具有竞争优势，而以上提到的几种玻璃在成本或性能或扩大量产方面都存在着一定的不足，不利于产品在市场的推广。

发明内容

发明要解决的问题

本发明所要解决的技术问题是提供一种轻火石光学玻璃，该光学玻璃中不含有Li₂O、P₂O₅、Nb₂O₅、WO₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃或Ta₂O₅等成分。该光学玻璃的折射率nd为1.53～1.56，阿贝数υd为43～49，玻璃透射比达到80％时对应的波长λ₈₀不超过370nm，并具有良好的化学稳定性、耐潮稳定性，较低的价格和不大于485℃的转变温度Tg，适于模压成型和批量生产。

用于解决问题的方案

本发明提供一种轻火石光学玻璃，其包含以化合物计的以下组分：

SiO₂：41.7～49.5％；

B₂O₃：2.3～10.5％；

K₂O：11.0～19.0％；

Na₂O：0～7.0％；

TiO₂：9.0～12.5％；

ZnO：0.5～1.5％；

Al₂O₃：3.5～10％；

K₂SiF₆：9.5～12.0％；

Sb₂O₃：0～0.07％；

其中，∑SiO₂+B₂O₃：48.0～57.0％；∑Na₂O+K₂O：17.0～19.5％；

上述百分比均为重量百分比；

所述光学玻璃的组分中不含有Li₂O、P₂O₅、Nb₂O₅、WO₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃或Ta₂O₅。

本发明的轻火石光学玻璃，SiO₂的含量为43～48％。

本发明的轻火石光学玻璃，B₂O₃的含量为4～8％。

本发明的轻火石光学玻璃，K₂O的含量为12～16％。

本发明的轻火石光学玻璃，Na₂O的含量为2～6％。

本发明的轻火石光学玻璃，Al₂O₃的含量为5～9％。

本发明的轻火石光学玻璃，∑SiO₂+B₂O₃的含量为50～53％。

本发明的轻火石光学玻璃，折射率nd为1.53～1.56，阿贝数υd为43～49，λ₈₀不超过370nm。

本发明的轻火石光学玻璃，转变温度Tg不大于485℃。

本发明的轻火石光学玻璃，按照JB/T 10576-2006的测试方法，耐酸性和耐水性为1级，按照GB/T 7962.15-2010的测试方法，耐潮稳定性为1级。

发明的效果

本发明的光学玻璃有较好的透过性能、化学稳定性、耐潮稳定性，转变温度Tg不大于485℃，且成本低，复压性能好，适于模压成型和批量生产。另外，本发明的光学玻璃中不含Pb、As、Cd、Hg等对环境和人体有害的物质，不含有对熔炼装置、耐火材料、保温材料、模具具有强烈侵蚀作用的Li₂O，不含化学状态不稳定、配料过程中易吸潮的P₂O₅，不含有不利于玻璃着色度改善、且价格高昂的Nb₂O₅和WO₃，也不含有价格昂贵的La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、Ta₂O₅等成分。

具体实施方式

本发明的轻火石光学玻璃，包含以化合物计的以下组分：

SiO₂：41.7～49.5％；

B₂O₃：2.3～10.5％；

K₂O：11.0～19.0％；

Na₂O：0～7.0％；

TiO₂：9.0～12.5％；

ZnO：0.5～1.5％；

Al₂O₃：3.5～10％；

K₂SiF₆：9.5～12.0％；

Sb₂O₃：0～0.07％；

上述百分比均为重量百分比；

原料引入方式采用能够引入其相应含量的化合物的多种形式，例如Na₂O可以采用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐的形式引入。如下所述中，各组分的含量是以重量百分比来表示的。

SiO₂是玻璃网络生成体，其主要是增大玻璃粘度，提高玻璃的耐失透性和化学稳定性，如果含量过高，则玻璃熔融困难，且粘度过大，会造成成型困难，因此SiO₂的含量为41.7～49.5％，优选43～48％。

B₂O₃也是玻璃网络生成体，在玻璃中可以提高玻璃化学稳定性，改善熔融效果，如果B₂O₃含量过低则不能起到上述作用，且化料困难、粘度过大，如果含量过高，则玻璃稳定性会变差。本发明中B₂O₃含量控制在2.3～10.5％，优选4～8％。

∑SiO₂+B₂O₃含量过高，难以获得所要求的光学常数，含量过低，则稳定性变差，因此本发明中∑SiO₂+B₂O₃的含量控制在48.0～57.0％之间，优选50～53％。

Nb₂O₅，WO₃价格昂贵，且会导致玻璃析晶性能或着色度严重变差，所以在本发明中不添加，而采用TiO₂来提高玻璃的折射率和色散，TiO₂含量过高，玻璃的着色度也会变差，因此本发明中TiO₂含量控制在9.0-12.5％之间。

Li₂O易于对熔炼装置造成侵蚀，所以在本发明中不添加，而选取K₂O和Na₂O来改善玻璃化学稳定性和熔融性能，同时降低玻璃软化点和模压成型温度。K₂O和Na₂O的含量过低时，达不到上述效果，含量过高时，化学稳定性和析晶性能会明显变差，因此本发明中K₂O含量控制在11.0～19.0％之间，优选12～16％。Na₂O含量控制在0～7.0％之间，优选2～6％。而∑Na₂O+K₂O的含量过高，玻璃的化学稳定性和析晶性能会变差，含量过低，达不到应有的效果，因此本发明中∑Na₂O+K₂O的含量控制在17.0～19.5％之间。

Al₂O₃可以改善玻璃的化学稳定性和耐失透性，本发明中Al₂O₃含量限定在3.5～10％之间，优选5～9％。

K₂SiF₆具有调整光学常数、提高玻璃熔融性的效果，同时赋予玻璃反常分散性。本发明中K₂SiF₆含量限定在9.5～12.0％范围内。

ZnO有利于降低玻璃的软化温度，提高耐潮稳定性，还可以调整光学常数，但如果含量过高，反而会降低玻璃的析晶性能。本发明中ZnO的含量控制在0.5～1.5％之间。

Sb₂O₃作为澄清剂任意添加，但其含量过多会使玻璃透过性能变差。本发明中Sb₂O₃的含量限定在0～0.07％之间。

生产光学玻璃的熔融和成型方法可以采用本领域技术人员公知的方法，例如，按照玻璃中各化合物的重量百分比称量各种所需原料并混合均匀后，加入熔炼装置中(如陶瓷容器或铂金器皿)，然后在1260℃～1360℃的温度下经熔化、搅拌、澄清、均化工艺，降温至1200℃～1250℃后，在成型模具中浇注或漏注成型，最后经退火、加工或二次压型或精密模压成型为所需预制件或光学元件。值得特别说明的是，本发明的光学玻璃不含Li₂O，减少了熔炼装置、保温材料、耐火材料、压型模具等的侵蚀，这不仅大大延长了窑炉及成型模具等的使用寿命，降低了生产成本，而且非常适合于模压成型和大批量生产。

按照GB/T 7962.1-2010的测试方法对所得光学玻璃进行折射率nd、阿贝数υd的测量，按照GB/T 7962.16-2010的测试方法对所得光学玻璃进行玻璃转变温度Tg的测量。

光学玻璃短波透射光谱特性用着色度(λ₈₀/λ₅)表示。λ₈₀是指玻璃透射比达到80％时对应的波长，λ₅是指玻璃透射比达到5％时对应的波长。按照日本玻璃工业协会“光学玻璃着色度测定方法”JOGIS02，测定经平行的对面研磨的厚度为10±0.1mm的玻璃的光线透过率。

按照JB/T 10576-2006和GB/T 7962.15-2010的测试方法对所得光学玻璃进行测试，将所得的化学稳定性数据：耐酸性(D_A)和耐水性(D_W)，及耐潮稳定性(RC)列于表1中。

复压性能试验是按照如下方法进行的。将长度为25mm，宽度和厚度均为15mm的玻璃样品置入压型炉中，升温至比试样转变温度Tg高250～300℃进行压型，并反复3次以上，检测玻璃是否失透。

下面通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不受限于这些实施例。

实施例

表1：实施例1-10的玻璃组分及性能参数、原料成本。

表2：比较例A-E的玻璃组分及性能参数、原料成本

将表中所示的10个实施例组分对应的原料如氧化物、碳酸盐、硝酸盐等分别按规定的比例称取，混合成配合料后，在1260℃的温度下加入到铂金坩埚中，然后升温至1360℃执行搅拌、澄清和均化工艺，降温至1250℃后，在成型模具中浇注成型，就可以获得本发明的玻璃。

将比较例A、B、C、D、E按各组分对应的原料分别按规定的比例称取，采用与实施例1相同的制备方法进行制备，获得比较例A、B、C、D、E的光学玻璃。

从表1中的实施例和表2中的比较例A、B可以看出，添加WO₃后，玻璃的λ₈₀明显增加，玻璃的透过性能势必会变差，同时玻璃成本也明显增加，不利于市场推广。

而从表1中的实施例和表2的比较例C、D、E可以看出：1)添加Nb₂O₅后，玻璃的λ₈₀虽然无明显增加，但玻璃成本却明显增加，其配方价格是本发明价格的6～12倍；2)对比例C、D、E的∑Na₂O+K₂O比例较低，Tg也明显比本发明的高，其模压成型的温度也相应要高，模具寿命将会大大缩短，生产成本自然也会大幅度增加，同样不利于市场推广。

另外，本发明玻璃的耐酸性、耐水性和耐潮稳定性等技术性能指标均为1级，且复压性能好。

Claims

1.一种轻火石光学玻璃，其特征在于：其包含以化合物计的以下组分：

SiO₂：41.7～49.5％；

B₂O₃：2.3～10.5％；

K₂O：11.0～19.0％；

Na₂O：0～7.0％；

TiO₂：10.4～12.5％；

ZnO：0.5～1.5％；

Al₂O₃：8.1～10％；

K₂SiF₆：9.5～12.0％；

Sb₂O₃：0～0.07％；

上述百分比均为重量百分比；

所述光学玻璃的组分中不含有Li₂O、P₂O₅、Nb₂O₅、WO₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃或Ta₂O₅；

所述光学玻璃的折射率nd为1.53～1.56，阿贝数υd为43～49；

按照JB/T 10576-2006的测试方法，所述光学玻璃的耐酸性和耐水性为1级，按照GB/T7962.15-2010的测试方法，所述光学玻璃的耐潮稳定性为1级。

2.根据权利要求1所述的轻火石光学玻璃，其特征在于SiO₂的含量为43～48％。

3.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于B₂O₃的含量为4～8％。

4.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于K₂O的含量为12～16％。

5.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于Na₂O的含量为2～6％。

6.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于Al₂O₃的含量为8.1～9％。

7.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于∑SiO₂+B₂O₃的含量为50～53％。

8.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的λ₈₀不超过370nm。

9.根据权利要求1或2所述的轻火石光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的转变温度Tg不大于485℃。