CN106116143B

CN106116143B - 光学玻璃

Info

Publication number: CN106116143B
Application number: CN201610505997.5A
Authority: CN
Inventors: 赖德光; 何波
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2019-12-03
Anticipated expiration: 2036-06-29
Also published as: CN106116143A

Abstract

本发明提供一种化学稳定性好，光透过率优异，折射率为1.47～1.52、阿贝数为58～64的光学玻璃。光学玻璃，其组分按重量百分比含有：SiO₂：60～70％、B₂O₃：1～10％、ZnO：0～8％、TiO₂：0～5％、Na₂O：1～10％、K₂O：10～20％、Al₂O₃：1.2～5％、F：0.5～4％。本发明通过各组分的合理搭配，使玻璃转变温度低于470℃，适于精密模压成型；降低了B₂O₃的含量，使得在光学常数达到目的的情况下，光学玻璃的化学稳定性好，光透过率优异，同时不添加SnO和SnO₂等组分，延长了熔化装置的使用寿命。

Description

光学玻璃

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1.47～1.52、阿贝数(ν_d)为58～64的光学玻璃。

背景技术

近年来，随着光学设备的小型化、轻量化的发展，为了减少构成光学设备的光学系统的透镜个数，使用玻璃制非球面透镜逐渐增多。用具有高精度成型面的模具使加热软化的玻璃预制件加压成型，将模具的高精度成型面的形状复制在玻璃预制件上得到玻璃制非球面透镜的方法，就是目前最主流的成型方法—精密模压法。

利用精密模压法，可以高产率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。另外，即使对已失去透明性的玻璃预制件精密模压成型，也不能消除失透性，包含失透的玻璃成型品不能用于透镜等光学元件，因此，精密模压成型中所用的玻璃预制件，必须是耐失透性优异的玻璃。

在众多的光学玻璃品种中，低折射率光学玻璃的用量与日俱增，国内外也公开了一些相关专利。如日本公开专利特开2000—247678记载了一种低折射率光学玻璃，其中含有大量的B₂O₃和Li₂O，使得玻璃的化学稳定性差，易出现分相和失透使玻璃不透明，从而使得玻璃的透过率变差。又如日本专利平8-34633公开了含SnO和SnO₂作为防止日晒作用的必要组分的光学玻璃，在玻璃熔化过程中SnO和SnO₂与熔化设备中的铂金部分形成合金，易使熔化设备损坏，发生玻璃液泄漏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种化学稳定性好，光透过率优异，折射率(n_d)为1.47～1.52、阿贝数(ν_d)为58～64的光学玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其组分按重量百分比含有：SiO₂：60～70％、B₂O₃：1～10％、ZnO：0～8％、TiO₂：0～5％、Na₂O：1～10％、K₂O：10～20％、Al₂O₃：1.2～5％、F：0.5～4％。

进一步的，还含有：Sb₂O₃：0～1％、RO：0～5％，其中，RO包括MgO、BaO、SrO和CaO中的一种或几种，但不含有Li₂O。

光学玻璃，其组分按重量百分比为：SiO₂：60～70％、B₂O₃：1～10％、ZnO：0～8％、TiO₂：0～5％、Na₂O：1～10％、K₂O：10～20％、Al₂O₃：1.2～5％、F：0.5～4％、Sb₂O₃：0～1％、RO：0～5％，其中，RO包括MgO、BaO、SrO和CaO中的一种或几种。

进一步的，其中：SiO₂：65～70％；和/或B₂O₃：2～6％；和/或ZnO：1～6％；和/或TiO₂：1～3％；和/或Na₂O：3～8％；和/或K₂O：12～20％；和/或F：1～3％；和/或Al₂O₃：1.2～3％。

进一步的，其中：0.02﹤F/R₂O﹤0.35，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量。

进一步的，其中：0.03﹤F/R₂O﹤0.3，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量。

进一步的，其中：0.05﹤F/R₂O﹤0.2，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量。

进一步的，所述光学玻璃折射率为1.47～1.52，阿贝数为58～64。

进一步的，所述光学玻璃转变温度低于470℃，密度为2.5g/cm³以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于320nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于280nm。

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：本发明通过各组分的合理搭配，使玻璃转变温度(Tg)低于470℃，适于精密模压成型；降低了B₂O₃的含量，使得在光学常数达到折射率(n_d)为1.47～1.52、阿贝数(ν_d)为58～64的情况下，光学玻璃的化学稳定性好，光透过率优异；不添加SnO和SnO₂等组分，延长了熔化装置的使用寿命。

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是本发明不可或缺的形成玻璃的氧化物，如果其含量少于60％，则玻璃的化学稳定性不好，并且不能获得所需的光学常数；若其含量超过70％，则玻璃的熔化性能变差，需消耗大量能量来熔化玻璃。因此，SiO₂的含量为60～70％，优选为65～70％。

B₂O₃有利于提高玻璃的熔化性能，如果其含量高于10％，则玻璃的化学稳定性变差，在精密模压时，易出现分相和失透，从而导致玻璃变得不透明，并且玻璃易着色；当其含量低于1％时，则难以满足本发明玻璃所需要的光学常数，且玻璃难以熔化。因此，B₂O₃含量为1～10％，优选含量为2～6％。

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，还可以在熔化过程中有效降低玻璃的粘度，从而提高玻璃的熔化性能，有效降低玻璃的转变温度。但当ZnO的含量超过8％时，璃的失透性增大。因此，ZnO的含量限定为0～8％，优选为1～6％。

TiO₂可以显著提高玻璃的机械性能和化学稳定性，但如果TiO₂的含量高于5％，会使玻璃着色，引起光透过率的恶化。因此，TiO₂含量为0～5％，优选为1～3％。

Al₂O₃能有效提高玻璃的化学稳定性，是具有极大提高玻璃的化学耐久性效果的必须成分，但是其含量过多会导致液相温度上升，另外，玻璃的平均线膨胀系数增大，很易发生由冷却时产生的热应力而导致的裂纹。因此，Al₂O₃含量为1.2～5％，优选为1.2～3％。

Na₂O可以有效提高玻璃的熔化性能并调整光学常数，如果其含量小于1％，则不能充分获得这些效果；而如果其含量超过10％，则玻璃的化学稳定性显著变差。因此，Na₂O的含量限定为1～10％，优选为3～8％。

K₂O用于调节玻璃的光学常数以及降低玻璃的析晶性能。当其含量低于10％时，无法达到上述效果；如果其含量超过20％，会引起玻璃化学稳定性的恶化。因此，K₂O含量为10～20％，优选为12～20％。

需要特别注意的是，本发明不含有Li₂O，因为加入Li₂O后，本发明的玻璃耐失透性和化学稳定性急剧恶化，无法满足生产要求。

碱土金属氧化物RO，即MgO、BaO、SrO和CaO，可以调整光学常数，向加有碱金属的硅酸盐系玻璃中加入适量的RO，可以防止碱金属离子在玻璃中迁移和/或扩散，从而提高玻璃的化学稳定性，但其含量过高，则会使折射率过高，难以满足本发明的需要。因此，可以分别以MgO、BaO、SrO和CaO其中的一种或几种按总含量不高于5％的量加入玻璃中。

F能有效降低玻璃的粘度，同时也具有一定的澄清作用。但其含量过多，会导致玻璃在熔化过程中氟的蒸发，从而造成环境污染。因此，F含量限定为0.5～4％，优选为1～3％。本发明中F以K₂SiF₆或者Na₂SiF₆形式引入。

发明人通过大量研究发现，当0.02﹤F/R₂O﹤0.35时，其中，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量，玻璃的熔化性能优异，且能有效降低玻璃的析晶温度，优选为0.03﹤F/R₂O﹤0.3，更优选为0.05﹤F/R₂O﹤0.2。

Sb₂O₃在本发明中作为澄清剂使用，其含量为0～1％。

下面将描述本发明的光学玻璃的性能及其测试方法：

折射率(n_d)与阿贝数(ν_d)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。

采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180*10*10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度的炉内保温4小时后取出，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。玻璃的析晶上限温度越低，则玻璃在高温时稳定性越强，生产的工艺性能越好。

经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：折射率(n_d)为1.47～1.52，阿贝数(ν_d)为58～64，转变温度(Tg)低于470℃，密度(ρ)为2.5g/cm³以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于320nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于280nm，析晶温度为1040℃以下。

本发明还提供一种玻璃预制件、光学元件和光学仪器，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，本发明通过合理搭配各组分的含量，在满足折射率(n_d)为1.47～1.52、阿贝数(ν_d)为58～64的同时，析晶温度为1040℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于320nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于280nm，使得玻璃的化学稳定性和光透过率优异；转变温度(Tg)低于470℃，密度(ρ)为2.5g/cm³以下，适于精密模压成型。

Claims

1.光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比含有：SiO₂：60～70％、B₂O₃：1～10％、ZnO：0～8％、TiO₂：0～5％、Na₂O：1～10％、K₂O：13.75～20％、Al₂O₃：1.2～5％、F：0.5～4％，且不含SnO₂，0.02﹤F/R₂O﹤0.35，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量，所述光学玻璃转变温度低于470℃。

2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，还含有：Sb₂O₃：0～1％、RO：0～5％，其中，RO包括MgO、BaO、SrO和CaO中的一种或几种，但不含有Li₂O。

3.光学玻璃，其特征在于，其组分按重量百分比为：SiO₂：60～70％、B₂O₃：1～10％、ZnO：0～8％、TiO₂：0～5％、Na₂O：1～10％、K₂O：13.75～20％、Al₂O₃：1.2～5％、F：0.5～4％、Sb₂O₃：0～1％、RO：0～5％，其中，RO包括MgO、BaO、SrO和CaO中的一种或几种，0.02﹤F/R₂O﹤0.35，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量。

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：SiO₂：65～70％；和/或B₂O₃：2～6％；和/或ZnO：1～6％；和/或TiO₂：1～3％；和/或Na₂O：3～8％；和/或K₂O：13.91～20％；和/或F：1～3％；和/或Al₂O₃：1.2～3％。

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：0.03﹤F/R₂O﹤0.3，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量。

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：0.05﹤F/R₂O﹤0.2，R₂O为Na₂O和K₂O的总含量。

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，所述光学玻璃折射率为1.47～1.52，阿贝数为58～64。

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，所述光学玻璃密度为2.5g/cm³以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于320nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于280nm。

9.采用权利要求1～8任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。

10.采用权利要求1～8任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。

11.采用权利要求1～8任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。