CN104803603A - 光学玻璃及光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有较低转变温度、透过率高、化学稳定性和耐失透性良好的光学玻璃,其折射率为1.60~1.65,阿贝数为62~66。光学玻璃,其组成按重量百分比含有:P2O5:30~50%、BaO:35~50%、B2O3:2~6%、La2O3:0~5%、Gd2O3:0~5%、Al2O3:0.1~5%、Li2O:0.1~5%、MgO:2~10%、CaO:2~10%。本发明以P2O5作为玻璃的网络生成体,赋予玻璃较高的透过率,大量的BaO是改善玻璃透过率的重要成分,同时可以增加玻璃折射率,提高玻璃的耐气候稳定性,并具有较低转变温度,且化学稳定性和耐失透性良好。
Description
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(nd)为1.60~1.65、阿贝数(υd)为62~66的光学玻璃,以及由该光学玻璃构成的玻璃预制件、光学元件和光学仪器。
背景技术
随着数码相机、数字摄像机和可拍照手机等不断向更好成像质量和更高清晰度发展,非球面透镜的使用越来越广泛,为此中等折射率、低色散、高透过率的玻璃越来越受到市场的青睐。同时,为降低加工难度和生产成本,精密模压技术成为了光学玻璃制造光学透镜的首要选择,然而要想所得到的光学玻璃适于精密模压,则必须具有较低的转变温度,这也对光学玻璃研发人员提出了较高的要求。
申请号为201010554499.2的中国专利公开了一种光学玻璃,其玻璃化转变温度为600℃左右,不利于精密模压。
日本特开2004-217513记载的光学玻璃中含有较多的Nb2O5、Bi2O3、WO3,存在玻璃透过率低的问题。
申请号为201010299001.2的中国专利公开了一种光学玻璃,其组成中含有大量B2O3,这会使得玻璃在熔化时的挥发性增大,同时玻璃的化学稳定性和耐失透性不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较低转变温度、透过率高、化学稳定性和耐失透性良好的光学玻璃,其折射率为1.60~1.65,阿贝数为62~66。
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含有:P2O5:30~50%、BaO:35~50%、B2O3:2~6%、La2O3:0~5%、Gd2O3:0~5%、Al2O3:0.1~5%、Li2O:0.1~5%、MgO:2~10%、CaO:2~10%。
进一步的,还含有:ZnO:0~3%、SrO:0~8%、Sb2O3:0~0.5%。
进一步的,其组成按重量百分比为:P2O5:30~50%、BaO:35~50%、La2O3:0~5%、Gd2O3:0~5%、B2O3:2~6%、Al2O3:0.1~5%、Li2O:0.1~5%、MgO:2~10%、CaO:2~10%、ZnO:0~3%、SrO:0~8%、Sb2O3:0~0.5%。
进一步的,其中:P2O5:38~42%。
进一步的,其中:BaO:39~45%。
进一步的,其中:B2O3:2.5~4.5%。
进一步的,其中:Al2O3:1~5%。
进一步的,其中:Li2O:1~3%。
进一步的,其中:MgO:4~8%。
进一步的,其中:CaO:4~8%。
进一步的,其中:Gd2O3:0~3%和/或La2O3:0~3%。
进一步的,其中:0.9≤BaO/(P2O5+B2O3)≤1.5。
进一步的,其中:0.1%≤La2O3+Gd2O3≤8%。
进一步的,所述光学玻璃折射率为1.60~1.65,阿贝数为62~66。
进一步的,所述光学玻璃透射比达到80%时,对应的波长小于370nm,所述光学玻璃的(粉末法)耐水性DW为1类,耐酸性DA为4类,所述光学玻璃的耐气候稳定性为1类,所述光学玻璃转变温度不超过550℃。
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:本发明以P2O5作为玻璃的网络生成体,赋予玻璃较高的透过率,大量的BaO是改善玻璃透过率的重要成分,同时可以增加玻璃折射率,提高玻璃的耐气候稳定性,通过合理调整各组分的含量范围得到一种透过率高,并具有较低转变温度,且化学稳定性和耐失透性良好的光学玻璃,其折射率为1.60~1.65,阿贝数为62~66,光学玻璃透射率达到80%时,对应的波长小于370nm,光学玻璃的耐水性DW为1类,耐酸性DA为4类,耐气候稳定性为1类,转变温度不超过550℃,适于精密模压非球面透镜、球面镜、光栅等光学元件。
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。
P2O5是网络生成体,是构成玻璃骨架的主要元素,其含量太少易导致玻璃耐失透性恶化;但含量过多则会使化学稳定性下降且难获得预期的光学性能,因此P2O5的含量限定为30~50%,优选含量为38~42%。
B2O3是玻璃获得高折射率、低色散的必须成分,但是当含量大时,玻璃熔融时挥发增加,玻璃的化学稳定性和耐失透性能变差,因此,其含量为2~6%,优选含量为2.5~4.5%。
BaO是改善玻璃透过率、提高玻璃折射率和耐气候稳定性的必须成分。一方面当其含量低时,无法达到所需的光学常数和优异的耐气候稳定性;另一方面若其含量过多则会使玻璃的转变温度升高,玻璃的化学稳定性变差。因此其含量限定为35~50%,优选为39~45%。
BaO是中等折射率、低色散玻璃中改善玻璃透过率的重要组分,为了获得较高的透过率,发明者经过潜心研究发现,BaO与P205、B2O3之间存在一定的比例。当BaO/(P205+B2O3)小于0.9时,玻璃透过率虽然增高,但是玻璃难以达到中等折射率低色散的要求;而当BaO/(P205+B2O3)大于1.5时,玻璃中大量存在的BaO易破坏玻璃的内在结构,使得透过率恶化。因此,当BaO/(P205+B2O3)为0.9~1.5时,才可以满足玻璃中等折射率、低色散和高透过率的要求。
La2O3可用于提高玻璃的折射率,改善玻璃化学稳定性和耐久性,若其含量过高会引起玻璃转变温度上升,抗失透性变差。因此La2O3的含量限定为0~5%,优选含量为0~3%。
Gd2O3为提高玻璃折射率和耐失透性的有效成分,若其含量超过5%,则会提高玻璃的转变温度,使得玻璃的耐失透性能恶化,因此其含量为0~5%,优选含量为0~3%。
当Gd2O3作为玻璃的必须成分时,La2O3可以作为自由添加成分。当La2O3作为玻璃的必须成分时,Gd2O3可以作为自由添加成分。而当La2O3和Gd2O3同时存在玻璃中时,两者质量之和La2O3+Gd2O3为0.1~8%,否则会使得玻璃的转变温度升高,耐失透性能恶化。
Al2O3是改善玻璃的化学稳定性的重要组分,但当其含量高于5%,会增加玻璃的熔融难度从而降低玻璃的透过率,所以Al2O3的含量限定为0.1~5%。
Li2O是本发明的必要组份,不仅具有显著降低玻璃的转变温度和密度的作用,而且还有较强的助熔作用。当其含量低于0.1%时,对降低转变温度的作用不明显,若其含量高于5%,则玻璃耐失透性和化学稳定性急剧下降。因此Li2O的含量范围为0.1~5%,优选为1~3%。在本发明的玻璃中只含有Li2O,而不含有Na2O和K2O。因为Li+的半径比Na+和K+的粒子半径小,在本发明玻璃中Li+能起到积聚作用,使得玻璃的膨胀系数降低。
MgO有利于降低玻璃的膨胀系数,提高玻璃的耐候性。一定量MgO的加入,对降低玻璃的转变温度和屈服点温度都是有效的。若其含量过高,反而会使玻璃的耐失透性显著恶化,液相温度升高,因此MgO的含量限定为2~10%,优选为4~8%。
CaO可以提高玻璃的化学稳定性,具有一定的助熔作用,但其含量高于10%则会使玻璃的失透倾向增大,所以CaO的含量限定为2~10%,优选为4~8%。
ZnO是降低玻璃的析晶倾向的任意添加成分,但其含量不可过高,否则会使玻璃的耐失透性和化学稳定性降低,增大玻璃色散,所以ZnO的含量限定为0~3%,优选为0~2%,最优选不加入。
SrO为调整光学常数、提高玻璃的化学稳定性的成分,在本发明中可以适量加入,加入含量为0~8%。
Sb2O3在本发明中作为澄清剂使用,其含量为0~0.5%。
下面将描述本发明的光学玻璃的性能。
其中折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。
转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试,即:被测样品在一定的温度范围内,温度每升高1℃,在被测样品的膨胀曲线上,将低温区域和高温区域直线部分延伸相交,其交点所对应的温度。
耐水作用稳定性测试标准如下:
根据GB/T17129的测试方法,根据下述公式计算浸出百分率
DW=(B-C)/(B-A)×100%
其中:
DW-玻璃浸出百分数(%);
B-过滤器和试样的质量(g);
C-过滤器和侵蚀后试样的质量(g);
A-过滤器质量(g)。
根据得出的浸出百分数,将光学玻璃耐水作用稳定性分为六类,其中1类指标为:浸出百分数(DW)<0.04
耐酸作用稳定性测试标准如下:
根据GB/T17129的测试方法,根据下述公式计算浸出百分率
DA=(B-C)/(B-A)×100%
其中:
DA-玻璃浸出百分数(%);
B-过滤器和试样的质量(g);
C-过滤器和侵蚀后试样的质量(g);
A-过滤器质量(g)。
根据得出的浸出百分数,将光学玻璃耐水作用稳定性分为六类,其中4类指标为:浸出百分数(DA)为0.65~1.20
无色光学玻璃被大气侵蚀后,其表面产生“雾浊”等变质层。玻璃表面的侵蚀程度,通过测量样品侵蚀前后的浊度差来确定。为此将玻璃加工成30mm×30mm×10mm的规格尺寸,其中两个大面抛光,表面粗糙度Ra不高于0.025μm,面形精度N不大于3,面形精度差△N小于0.5,其余各面精磨。用超声波清洗器清洗或用长纤维棉和符合GB/T 678要求的无水乙醇与符合GB/T 12591要求的乙醚(1:9)的混合溶剂拭净样品,采用积分球式浊度计测量玻璃侵蚀前的浊度H0,后将测试样品放置在相对湿度为90%的饱和蒸汽环境中,升温至40℃,然后40℃-50℃每隔1h交替循环,试验30h后,取出样品玻璃,测试玻璃侵蚀后的浊度H1,试验所用蒸馏水为符合GB/T 6682要求的二级蒸馏水。
浊度差计算
△H=H1-H0
式中:△H--被侵蚀样品的浊度差;
H1--侵蚀后被测样品的浊度;
H0--侵蚀前被测样品的浊度。
根据浊度△H,将光学玻璃耐气候稳定性分为四类,其中1类指标为:浊度差△H<0.3%。
将玻璃制成10mm±0.1mm厚度的样品,测试玻璃在透射比达到80%时,对应的波长。
经过测试,本发明的光学玻璃具有以下性能:光学玻璃折射率(nd)为1.60~1.65,阿贝数(υd)为62~66,透射比达到80%时,对应的波长为370nm以下,转变温度(Tg)不超过550℃,耐水作用稳定性DW为1类,耐酸作用稳定性DA为4类,耐气候稳定性为1类,适于低成本高产率精密模压非球面光学元件。
本发明还提供一种光学玻璃预制件和光学元件,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4中显示的实施例1~40是通过按照表1~表4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、磷酸盐、偏磷酸盐、碳酸盐和硝酸盐等),将混合原料放置在坩埚中,在一定的温度内熔融,并且经澄清、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1~40的组成与折射率(nd)、阿贝数(υd)、耐水作用稳定性DW、耐酸作用稳定性DA、耐气候稳定性、转变温度(Tg)和玻璃透过率为80%时的波长λ80结果一起在表1~表4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
表4
通过上述表1~表4中的实施例可以看出,本发明的发明人通过合理调整各组分的配比,所得到的光学玻璃折射率(nd)为1.60~1.65,阿贝数(υd)为62~66,透射比达到80%时,对应的波长为370nm以下,转变温度(Tg)不超过550℃,耐水作用稳定性DW为1类,耐酸作用稳定性DA为4类,耐气候稳定性为1类,该玻璃光学及物理化学性能优良,适于低成本高产率精密模压非球面光学元件。
Claims (18)
1.光学玻璃,其特征在于,其组成按重量百分比含有:P2O5:30~50%、BaO:35~50%、B2O3:2~6%、La2O3:0~5%、Gd2O3:0~5%、Al2O3:0.1~5%、Li2O:0.1~5%、MgO:2~10%、CaO:2~10%。
2.如权利要求1所述的光学玻璃,其特征在于,还含有:ZnO:0~3%、SrO:0~8%、Sb2O3:0~0.5%。
3.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:P2O5:30~50%、BaO:35~50%、La2O3:0~5%、Gd2O3:0~5%、B2O3:2~6%、Al2O3:0.1~5%、Li2O:0.1~5%、MgO:2~10%、CaO:2~10%、ZnO:0~3%、SrO:0~8%、Sb2O3:0~0.5%。
4.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:P2O5:38~42%。
5.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:BaO:39~45%。
6.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:B2O3:2.5~4.5%。
7.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:Al2O3:1~5%。
8.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:Li2O:1~3%。
9.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:MgO:4~8%。
10.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:CaO:4~8%。
11.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:Gd2O3:0~3%和/或La2O3:0~3%。
12.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:0.9≤BaO/(P2O5+B2O3)≤1.5。
13.如权利要求1~3任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其中:0.1%≤La2O3+Gd2O3≤8%。
14.如权利要求1~13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1.60~1.65,阿贝数为62~66。
15.如权利要求1~13任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃透射比达到80%时,对应的波长小于370nm,所述光学玻璃的耐水性DW为1类,耐酸性DA为4类,所述光学玻璃的耐气候稳定性为1类,所述光学玻璃转变温度不超过550℃。
16.采用权利要求1~13中任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。
17.采用权利要求1~13中任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。
18.采用权利要求1~13中任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。
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