CN104944768A

CN104944768A - 环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

Info

Publication number: CN104944768A
Application number: CN201510323545.0A
Authority: CN
Inventors: 赖德光
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2015-09-30

Abstract

环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器。本发明提供一种折射率为1.70～1.75、阿贝数为25～35的环保光学玻璃。环保光学玻璃，其组成成分按重量百分比组成含有：SiO₂：25～45％、TiO₂：20～40％、BaO：5～20％、Na₂O：7～20％、K₂O：5～20％、Nb₂O₅：0.5～10％。本发明的组分中不加入B₂O₃，玻璃的光透过率优异，不含有PbO等环境污染组分，得到了折射率为1.70～1.75、阿贝数为25～35、透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于425nm、透射比达到5％时对应的波长λ₅小于370nm的环保光学玻璃。

Description

环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

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(n_d)为1.70～1.75、阿贝数(ν_d)为25～35的环保光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。

背景技术

近年来，随着数码相机、摄像机和可拍照手机的快速普及和使用，使得光学材料也朝着高精度化、小型化的方向迅速发展，同时在光学元件成型法中，精密模压法已成为主流。玻璃的精密模压是在压力、高温下，用具有预定形状的模具模制玻璃预制体，获得具有最终产品形状或与其形状非常接近的玻璃模制品。利用精密模压法可以高产率地大规模生产具有所需形状的模制品。由于所需的几何形状的高精确度，这种压制方法必须使用高级的精密仪器，并且因此需要昂贵的模具材料，这种模具的寿命极大地影响所生产的产品的收益。模具使用期限长的重要因素是工作温度尽可能的低，但是其只能降低到被压制材料的粘度仍足以用于压制方法的程度。这就意味着，在被加工的玻璃的转变温度Tg和压制方法的收益性之间,存在有直接的因果关系：玻璃的转变温度越低，则模具的寿命就越长，收益就越高。为满足以上要求，这就使得具有高品质、低密度、低转变温度的光学玻璃的需求量越来越大。

对环境保护的呼声日益高涨的今天，对光学玻璃的环保化也成了产品开发的方向。CN102442775A公开了一种折射率(n_d)为1.63～1.72、阿贝数(ν_d)为29～40的光学玻璃，其含有30～60％的氧化铅，这显然不能满足光学玻璃材料环保化的要求。CN1135207C公开了一种折射率(n_d)为1.65～1.80、阿贝数(ν_d)为28～42的光学玻璃，其含有6～20％的B₂O₃，这会使得玻璃在融化时挥发性增大，同时玻璃的耐失透特性变差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.70～1.75、阿贝数为25～35的环保光学玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保光学玻璃，其组成成分按重量百分比组成含有：SiO₂：25～45％、TiO₂：20～40％、BaO：5～20％、Na₂O：7～20％、K₂O：5～20％、Nb₂O₅：0.5～10％。

进一步的，还包括：ZnO：0～5％、MgO：0～5％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～3％、Li₂O：0～3％、ZrO₂：0～5％、Sb₂O₃：0～0.5％。

进一步的，其中，ZnO：0～3％和/或MgO：0～3％和/或ZrO₂：0～3％。

进一步的，其中，SiO₂/(SiO₂+TiO₂)：0.40～0.80。

进一步的，其中，SiO₂/(SiO₂+TiO₂)：0.40～0.60。

进一步的，其中，SiO₂：30～40％。

进一步的，其中，TiO₂：25.5～35％。

进一步的，其中，Nb₂O₅：1～5％。

进一步的，其中，Na₂O：8～15％和/或K₂O：5～15％和/或BaO：8～15％。

进一步的，所述光学玻璃折射率为1.70～1.75，阿贝数为25～35。

采用上述的环保光学玻璃制成的玻璃预制件。

采用上述的环保光学玻璃制成的光学元件。

采用上述的环保光学玻璃制成的光学仪器。

本发明的有益效果是：本发明的组分中不加入B₂O₃，玻璃的光透过率优异，不含有PbO等环境污染组分，得到了折射率(n_d)为1.70～1.75、阿贝数(ν_d)为25～35、透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于425nm、透射比达到5％时对应的波长λ₅小于370nm的环保光学玻璃。

具体实施方式

下面将描述本发明的光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分的含量用重量％表示。

SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，在玻璃结构中起骨架作用，是光学玻璃实现光学常数的基础，其含量的多少与玻璃的化学稳定性、融化特性密切相关。在本发明中，当SiO₂含量不足25％时，玻璃的化学稳定性会降低；但当其含量超过45％时，则难以维持玻璃的光学常数，同时也会显著提高玻璃的融化温度。为了得到化学稳定性特别优异的玻璃，同时兼顾其融化特性，本发明的SiO₂含量为25～45％，优选为30～40％。

TiO₂在本发明中用于提高玻璃的折射率与色散，以达到所需要的光学常数。同时，TiO₂还可以显著地提高玻璃的机械性能和化学稳定性。但是，如果TiO₂的含量低于20％，那么玻璃不能达到所期望的光学常数；若含量高于40％，会使玻璃着色。因此，TiO₂含量为20～40％，优选为25.5～35％。

本发明人员通过研究发现，在本发明玻璃系统中，SiO₂和TiO₂的组分含量比率将影响到玻璃的光透过率，当SiO₂/(SiO₂+TiO₂)小于0.35时，将引起光透过率的显著恶化，当SiO₂/(SiO₂+TiO₂)大于0.90时，玻璃的光学常数将不符合要求。因此，本发明将SiO₂/(SiO₂+TiO₂)的比率限定在0.40～0.80的范围内，优选为0.40～0.60。

ZrO₂能提高玻璃的粘度、硬度和化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZrO₂的含量超过5％时，玻璃难熔，易失透，而且玻璃化学稳定性恶化。因此ZrO₂的含量为0～5％，优选为0～3％。

ZnO能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率，还可以降低玻璃的析晶倾向，当ZnO的含量超过5％时，玻璃的失透性增大，因此，ZnO的含量限定为0～5％，优选为0～3％。

Nb₂O₅是用于获得本发明的光学常数的必要组分，同时也是一种提高玻璃化学耐久性的组分，当其含量大于10％时，在玻璃中会产生反玻璃化作用；当其含量小于0.5％时，难以保持所希望的光学常数，因此，Nb₂O₅的含量限定为0.5～10％，优选为1～5％。

Na₂O可以有效降低玻璃的转变温度，提高玻璃的熔化性能以及调整玻璃的光学常数，如果该组分的含量小于7％，则不能充分获得这些效果；而如果此组分的含量超过20％，则玻璃的化学稳定性显著变差。因此，Na₂O的含量限定为7～20％，优选为8～15％。

K₂O是本发明必须添加的组分之一，用于调节光学常数以及降低玻璃的溶解温度。当其含量低于5％时，无法达到上述效果；如果含量超过20％，会引起玻璃化学稳定性的恶化。因此，K₂O含量为5～20％，优选为5～15％。

Li₂O能大幅度降低玻璃的转变温度，有效改善玻璃的熔化性能，在本发明中，当其含量大于3％时，玻璃的耐失透性和化学稳定性急剧恶化，因此Li₂O的含量限定为0～3％，优选为不添加。

BaO可以调整玻璃的折射率和阿贝数，提高玻璃化学稳定性和热稳定性，当其含量超过20％时，玻璃的阿贝数增加，玻璃的失透倾向增大，因此，BaO的含量优选为5～20％，优选为8～15％。

CaO可提高玻璃的化学耐久性，降低并维持平均线膨胀系数，同时还可降低玻璃的转变温度，但其含量过多时，液相温度易上升。因此，CaO的含量限定为0～5％，优选为不添加。

MgO与BaO的作用相似，其含量为0～5％，优选为0～3％。

Al₂O₃是用于提高玻璃的化学耐久性可添加的成分，如果其含量过多，则不能获得所期望的玻璃化转变温度。因此，Al₂O₃的含量为0～3％。

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：

折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1—2010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。

密度(ρ)按照《GB/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。

光学玻璃短波透射光谱特性用着色度(λ₈₀/λ₅)表示。即：样品厚度为10mm±0.1mm，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。

经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：密度(ρ)为3.1g/cm³以下，折射率(n_d)为1.70～1.75，阿贝数(ν_d)为25～35，转变温度(Tg)为550℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于425nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于370nm。

本发明还提供一种玻璃预制件、光学元件及光学仪器，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3中显示的实施例1～30是通过按照表1～表3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、碳酸盐、硝酸盐等)，将混合原料放置在铂金坩埚中，在一定的温度内熔融，并且经熔化、澄清、搅拌和均化后，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1～30的组成与折射率(nd)、阿贝数(vd)、密度(ρ)、玻璃转变温度(Tg)、透射比(λ₈₀/λ₅)的结果一起在表1～表3中表示。在这些表中，各个组分的组成是用重量％表示的。

表1

表2

表3

通过上述的表1～表3中的实施例可以看出，本发明通过合理调整SiO₂、TiO₂等组分的含量，使得玻璃的光透过率优异，密度为3.1g/cm³以下，折射率(n_d)为1.70～1.75，阿贝数(ν_d)为25～35，转变温度(Tg)为550℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于425nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于370nm。

Claims

1.环保光学玻璃，其特征在于，其组成成分按重量百分比组成含有：SiO₂：25～45％、TiO₂：20～40％、BaO：5～20％、Na₂O：7～20％、K₂O：5～20％、Nb₂O₅：0.5～10％。

2.如权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，还包括：ZnO：0～5％、MgO：0～5％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～3％、Li₂O：0～3％、ZrO₂：0～5％、Sb₂O₃：0～0.5％。

3.如权利要求2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，ZnO：0～3％和/或MgO：0～3％和/或ZrO₂：0～3％。

4.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，SiO₂/(SiO₂+TiO₂)：0.40～0.80。

5.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，SiO₂/(SiO₂+TiO₂)：0.40～0.60。

6.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，SiO₂：30～40％。

7.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，TiO₂：25.5～35％。

8.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，Nb₂O₅：1～5％。

9.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中，Na₂O：8～15％和/或K₂O：5～15％和/或BaO：8～15％。

10.如权利要求1～9任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃折射率为1.70～1.75，阿贝数为25～35。

11.采用权利要求1～9任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的玻璃预制件。

12.采用权利要求1～9任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的光学元件。

13.采用权利要求1～9任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的光学仪器。