CN106032308B - 环保光学玻璃及光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种易于熔制、原料成本低、不易析晶及化学稳定性好的环保光学玻璃,其折射率为1.45~1.55,阿贝数为45~55。环保光学玻璃,其组成按重量百分比含有:SiO2:55~75%、TiO2:2~15%、Na2O:5~20%、K2O:2~10%。本发明以SiO2作为玻璃的网络生成体,通过合理调整各组分的含量范围得到一种易于熔制、原料成本低及化学稳定性好的环保光学玻璃,光学玻璃透射率达到80%时,对应的波长小于370nm,光学玻璃的耐酸性DA为1类,玻璃转变温度不超过480℃,密度小于或等于2.6g/cm3。
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1.45~1.55、阿贝数(υd)为45~55的环保光学玻璃,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
冕火石类光学玻璃为了获得理想的光学常数和质量,一般都会引入对环境有害的PbO、CdO、As2O3。随着环境保护意识的增强,玻璃的生产、加工和使用对环境造成的污染问题受到高度重视,美国、日本等已经严格限制含有PbO、CdO、As2O3等有毒、有害成分的光学玻璃的使用。采用其它成分替代PbO、CdO、As2O3等有毒、有害成分来实现玻璃的环保化已经成为必然。
专利文献报道了一些具有上述光学常数范围的环保玻璃,然而这些玻璃存在许多不足。
JP52-45616A公开的玻璃中含有大量具有高熔点的ZrO2,一方面增加了玻璃的熔制温度,提高玻璃的工艺生产成本,另一方面增加玻璃的粘度,使得玻璃的气泡和条纹难以消除。
EP0645349B2公开了一种SiO2-Nb2O5-R20-F系统的玻璃,由于Nb2O5和TiO2的含量高,使得玻璃易于析晶,同时由于Nb2O5属于稀土原料,价格昂贵,大大增加了原料成本。
CN11987C公开了一种折射率1.50~1.56、阿贝数50至64的光学玻璃,但是该玻璃中含有4.5~21wt%的BaO,这样会过多地增加玻璃的折射率,提高玻璃的阿贝数,同时会提高玻璃密度,另外,该玻璃中还含有5~9.5wt%的B2O3,这样会显著降低玻璃的色散,降低玻璃的耐酸性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种易于熔制、原料成本低、不易析晶及化学稳定性好的环保光学玻璃,其折射率为1.45~1.55,阿贝数为45~55。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:环保光学玻璃,其组成按重量百分比含有:SiO2:55~75%、TiO2:2~15%、Na2O:5~20%、K2O:2~10%。
进一步的,还含有:B2O3:0~5%、Al2O3:0~5%、ZrO2:0~2%、F-:0~8%、ZnO:0~5%、Sb2O3:0~0.5%。
进一步的,其中:B2O3:0~3%和/或F-:0~3%和/或ZrO2:0.5~2%和/或ZnO:0~2%。
进一步的,其中:Al2O3:0.5~3%,进一步的,Al2O3:0.5~2%。
进一步的,其中:SiO2:65~75%,进一步的,SiO2:68~72%。
进一步的,其中:TiO2:4~8%。
进一步的,其中:Na2O:10~18%,进一步的,Na2O:13~17%。
进一步的,其中:K2O:2~8%,进一步的,K2O:3~5%。
进一步的,其中:Na2O+K2O:10~35%。
进一步的,其中:1≤Na2O/K2O≤5,优选为2~4。
进一步的,所述光学玻璃折射率为1.45~1.55,阿贝数为45~55。
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,所述光学玻璃的耐酸性DA为1类,所述光学玻璃的密度小于2.6g/cm3,所述光学玻璃转变温度不超过480℃。
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SiO2作为玻璃的网络生成体,通过合理调整各组分的含量范围得到一种易于熔制、原料成本低及化学稳定性好的环保光学玻璃,其折射率为1.45~1.55,阿贝数为45~55。光学玻璃透射率达到80%时,对应的波长小于370nm,光学玻璃的耐酸性DA为1类,玻璃转变温度不超过480℃,密度小于或等于2.6g/cm3。
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,各个组分的含量是用重量%表示。
SiO2是网络生成体,是构成玻璃骨架的主要组分,其含量过少易导致玻璃耐失透性恶化,含量过多则会使玻璃的熔制难度增加且不易获得预期的光学常数,因此,SiO2的含量限定为55~75%,优选含量为65~75%,进一步优选含量为68~72%。
B2O3是玻璃获得低色散的可以添加成分,但是当其含量过大时,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0~5%,优选含量为0~3%,最优选不含有。
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%时,会提高玻璃的熔融难度,增加玻璃粘度,所以Al2O3的含量限定为0~5%,优选为0.5~3%,最优选为0.5~2%。
ZrO2是提高折射率、改善玻璃化学稳定性的重要组分,当其含量高于2%,会提高玻璃的熔制温度,提高生产成本,同时增加玻璃粘度,所以ZrO2的含量限定为0~2%,优选为0.5~2%。
TiO2是调整玻璃光学常数改善玻璃析晶性能的必须成分,当其含量小于3%时,无法获得该效果,但是当其含量超过15%时,玻璃容易析晶,并且玻璃的短波透过率恶化。因此,TiO2的含量限定为2~15%,优选为4~8%。
ZnO是降低玻璃的析晶倾向、改善化稳的任意添加成分,但其含量不可过高,否则会使玻璃的耐失透性降低,所以,ZnO的含量限定为0~5%,优选为0~2%。
Na2O是本发明的必要组份,不仅具有降低玻璃的转变温度的作用,而且还有较强的助熔作用。相对于K2O,Na2O可以使玻璃高温粘度变小,有利于气泡和条纹的消除。但当其含量低于5%时,对降低转变温度及助熔的作用不明显,若其含量高于20%,则玻璃耐失透性和化学稳定性急剧下降。因此,Na2O的含量范围为5~20%,优选为10~18%,最优选为13~17%。
K2O的作用和Na2O相似,同样具有降低玻璃的转变温度和助熔的作用。相对于Na2O,K2O可以改善玻璃的透明度和光泽,降低析晶性能。K2O的含量范围为2~10%,优选为2~8%,最优选为3~5%。
本发明中,K2O和Na2O的合计量K2O+Na2O为10~35%。
经过本发明人的多次实践研究发现,当Na2O与K2O的含量存在以下关系时:1≤Na2O/K2O≤5,玻璃的高温粘度以及析晶性能能够获得最优。当Na2O/K2O<1时,玻璃的高温粘度相对增大,不利于气泡和条纹的消除,而当Na2O/K2O>5时,SiO2的过剩量增加,玻璃的析晶倾向增大,因此Na2O/K2O的含量比值范围为1~5,优选为2~4。
F-是降低玻璃粘度、提高玻璃化学稳定性的重要组分,但是当其含量超过8%时,玻璃无法获得期望的光学常数,并且由于氟的挥发增大,对于玻璃熔制器具的腐蚀增大,因此,F-的含量范围为0~8%,优选为0~3%。F-可以使用K2SiF6、KHF2等作为原料导入玻璃当中。
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1类指标为:浸出百分数(DA)为<0.20。
将玻璃制成10mm±0.1mm厚度的样,测试玻璃在透射比达到80%时,对应的波长。
光学玻璃的密度按照GB/T 7962.20-2010规定的方法进行测量。单位以g/cm3表示。
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1.45~1.55,阿贝数(υd)为45~55,透射比达到80%时,对应的波长为370nm以下,转变温度(Tg)不超过480℃,耐酸作用稳定性DA为1类,密度(ρ)小于或等于2.6g/cm3。
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中显示的实施例1~10是通过各个实施例的组分含量称重并混合光学玻璃用普通原料(如氧化物、氟化物、氢氧化物、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浇注成型并退火而成。
本发明实施例1~10的组成与折射率(nd)、阿贝数(υd)、耐酸作用稳定性DA、转变温度(Tg)、玻璃透过率为80%时的波长λ80结果以及密度(ρ)一起在表1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
通过上表1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1.45~1.55,阿贝数(υd)为45~55,透射比达到80%时,对应的波长为370nm以下,转变温度(Tg)不超过480℃,耐酸作用稳定性DA为1类,密度(ρ)小于或等于2.6g/cm3,本发明的玻璃易于熔制,成本低,光学及物理化学性能优良,适于光学元件的生产。
Claims (18)
1.环保光学玻璃,其特征在于,其组成按重量百分比含有:SiO2:55~75%、TiO2:2~15%、Na2O:5~20%、K2O:2~10%,2≤Na2O/K2O≤5,所述光学玻璃折射率为1.45~1.55,阿贝数为45~55,所述光学玻璃转变温度不超过480℃。
2.如权利要求1所述的环保光学玻璃,其特征在于,还含有:B2O3:0~5%、Al2O3:0~5%、ZrO2:0~2%、F-:0~8%、ZnO: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:B2O3:0~3%和/或F-:0~3%和/或ZrO2:0.5~2%和/或ZnO:0~2%。
4.如权利要求2所述的环保光学玻璃,其特征在于,其中:Al2O3:0.5~3%。
5.如权利要求2所述的环保光学玻璃,其特征在于,其中:Al2O3:0.5~2%。
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:SiO2:65~75%。
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:SiO2:68~72%。
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:TiO2:4~8%。
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:10~18%。
10.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:13~17%。
11.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃,其特征在于,其中:K2O:2~8%。
12.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃,其特征在于,其中:K2O:3~5%。
13.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+K2O:10~28.3%。
14.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃,其特征在于,其中:2≤Na2O/K2O≤4。
15.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃,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,所述光学玻璃的耐酸性DA为1类,所述光学玻璃的密度小于2.6g/cm3。
16.采用权利要求1~15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1~15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1~15任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。
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