CN107365068A - 一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃 - Google Patents

一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：SiO2：8～13％、B2O3：20～28％、La2O3：28～35％、Ta2O5：0～3.1％、Nb2O5：1～4％、TiO2：2～5％、ZnO：1～2.8％、ZrO2：2～5％、Gd2O3：0.2～3％、Sb2O5：0～0.5％、R2O：0～2％、RO：0～18％；其中，所述R2O包括Li2O、Na2O和K2O中任意一种或二种或三种，所述RO包括CaO、BaO和SrO中任意一种或二种或三种。本发明折射率在1.70～1.80之间、阿贝数在50～60之间，有着很好的光学性能、优异的耐失透性、良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，透过率良好，并且具有实现连续熔制的结晶稳定性。

Description

一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃
技术领域
本发明属于玻璃制备领域，具体涉及一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃。
背景技术
随着光电行业的发展，目前国内外数码相机、摄影机、手机等非常流行，质量越来越好，而为之配套的光学镜片的透光性要求也越来越高，体积越来越小而视野越来越广，这就要求光学玻璃具有优良的透过率，趋向于小型化、轻量化和高性能化，折射率在1.71以上的高折射率玻璃适合作为此类光学元件的光学玻璃材料。光学玻璃材料具有高的折射率，而且要求色散低，即阿贝数要大，这也有利于修正透镜系统中的色差，提高成像的质量。而传统使用的具有高折射率的光学玻璃，通常包含PbO以便获得理想的光学性能，但随着人们环保意识的提高，越来越多的国家对光学材料提出了无铅、无砷的环保化要求。在硅酸盐基或硼酸盐基的玻璃中引入TiO2、Nb2O5、La2O3、Gd2O3等多价金属氧化物就可得到无铅、无砷的高折射率、低色散的环保镧系光学玻璃。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种折射率(nd)在1.70～1.80、阿贝数(Vd)在42～48之间，不含对环境有害的PbO、As2O3等重金属元素，化学稳定性优异，透过率良好的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃。
本发明提供一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其化学成分的重量百分比为：SiO2：8～13％、B2O3：20～28％、La2O3：28～35％、Ta2O5：0～3.1％、Nb2O5：1～4％、TiO2：2～5％、ZnO：1～2.8％、ZrO2：2～5％、Gd2O3：0.2～3％、Sb2O5：0～0.5％、R2O：0～2％、RO：0～18％；其中，所述R2O包括Li2O、Na2O和K2O中任意一种或二种或三种，所述RO包括CaO、BaO和SrO中任意一种或二种或三种。
本发明具有以下优点：
第一，本发明的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃不含有对环境危害很大的PbO、As2O3等，不含有价格昂贵的Y2O3，且本产品的折射率在1.70～1.80之间、阿贝数在50～60之间，能够较好的满足光学玻璃市场需求；
第二，本发明的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃有着很好的光学性能、优异的耐失透性、良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，透过率良好，并且具有实现连续熔制的结晶稳定性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
本实施方式提供一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其化学成分的重量百分比为：SiO2：8～13％、B2O3：20～28％、La2O3：28～35％、Ta2O5：0～3.1％、Nb2O5：1～4％、TiO2：2～5％、ZnO：1～2.8％、ZrO2：2～5％、Gd2O3：0.2～3％、Sb2O5：0～0.5％、R2O：0～2％、RO：0～18％；其中，所述R2O包括Li2O、Na2O和K2O中任意一种或二种或三种，所述RO包括CaO、BaO和SrO中任意一种或二种或三种。
作为优选方案，所述高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃化学成分的重量百分比为：SiO2：8.2～10.5％、B2O3：22～27.4％、La2O3：33～35％、Ta2O5：1.1～2.5％、Nb2O5：2.5～3.5％、TiO2：2.4～4.8％、ZnO：1～2.1％、ZrO2：3.1～4.2％、Gd2O3：0.2～1.3％、Sb2O5：0～0.2％、Li2O：0～1.5％、Na2O：0～1.2％、K2O：0～0.7％、CaO：0～0.5％、BaO：0～7.2％、SrO：0～2.1％。
作为优选方案，所述高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃化学成分的重量百分比为：SiO2：8.3～9.5％、B2O3：23.5～26％、La2O3：33.7～35％、Ta2O5：1.47～2.4％、Nb2O5：2.5～3.1％、TiO2：2.4～4.2％、ZnO：1.25～2.1％、ZrO2：3.1～4.0％、Gd2O3：0.5～1.3％、Sb2O5：0～0.1％、Li2O：0～1.5％、Na2O：0～1.2％、K2O：0～0.7％、CaO：0～0.5％、BaO：0～7.2％、SrO：0～2.1％。
作为优选方案，所述高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃化学成分的重量百分比为：SiO2：9.4％、B2O3：23.5％、La2O3：35％、Ta2O5：2.1％、Nb2O5：3.1％、TiO2：2.4％、ZnO：1.0％、ZrO2：4.0％、Gd2O3：1.0％、Sb2O5：0.1％、Li2O：1.47％、BaO：3.1％。
作为优选方案，所述高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃化学成分的重量百分比为：SiO2：8.2％、B2O3：21.4％、La2O3：34.7％、Ta2O5：1.47％、Nb2O5：2.8％、TiO2：4.8％、ZnO：1.17％、ZrO2：3.4％、Gd2O3：1.3％、K2O：0.7％、CaO：0.5％、BaO：2.1％。
作为优选方案，所述高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃折射率为1.70～1.80，阿贝数为42～48。
本发明中SiO2是玻璃形成体，同时在高硼、镧系玻璃中起着调整玻璃的粘度和抑制玻璃失透倾向的作用，但其含量过低时无法实现上述效果，而其含量过高时玻璃的熔化性能降低，粘度增大，同时玻璃的折射率、色散下降，耐失透性变差，因此SiO2组分的含量限定在8％～13％。
本发明中B2O3也是玻璃形成体，特别在高折射率、低色散的镧玻璃中，可以提高熔化性能，但其含量不足10％时玻璃的熔化性能差，玻璃的失透倾向大，难以获得稳定的玻璃，而超过28％时折射率无法达到要求且玻璃的化学稳定性变差，为获得达到要求的光学玻璃，B2O3组分的含量限定在20～28％。
本发明中La2O3作为高射率、低色散玻璃的主要成分，能显著提高玻璃的折射率和降低色散，改善玻璃的化学稳定性，提高玻璃的析晶性能，在玻璃制造配方中，La2O3的重量比一般控制在28～43％之间，当玻璃制备配方中La2O3含量超过46％时，玻璃失透倾向增大，不易获得成品。但当其含量不足20％时，玻璃折射率偏低，又无法达到要求，本发明中将La2O3组分的含量限定在28～35％。
本发明中Nb2O5能够较大地提高玻璃的折射率，改善玻璃的化学稳定性和提高玻璃的耐失透性能，但玻璃的色散也会相应的提高。当含量低于2％时，其对提高玻璃折射率和色散的效果不明显，且析晶倾向增加，当其含量过高超过10％时，玻璃耐失透性能降低，结合Nb2O5的价格成本的考虑，将Nb2O5组分的含量限定在1～4％。
本发明中TiO2对于提高玻璃的折射率和色散很有效，且能显著降低玻璃的密度，但由于TiO2是形成晶核的氧化物，要获得高折射率、中等色散的镧系光学玻璃，TiO2含量不能太高，宜控制在2～5％。
本发明中ZrO2和Ta2O5是提高玻璃折射率的有效成分，并且有改善耐失透性能的作用，如果ZrO2的含量低于2％，则上述效果不明显，如果ZrO2的含量超过5％，Ta2O5的含量超过3.1％，反而会导致玻璃的失透倾向增加，因此，ZrO2的含量限定为2～5％，Ta2O5的含量限定为0～3.1％。
本发明中Gd2O3的作用与La2O3类似，也是增加玻璃的折射率的有效成分，能够改善玻璃化学稳定性和耐失透性能，使用一定量的Gd2O3代替La2O3，可以适当有效改善玻璃的失透性能，所以Gd2O3的含量限定在0.2～3％。
本发明中ZnO在实现玻璃的高折射率、低色散这一特性方面是必须的成分，有利于改善玻璃的熔融性和抗失透性，降低玻璃的液相温度，改变了一般高折射率玻璃液相温度高、难以熔制的特点，但引入量少于1％时效果不明显，当引入量大于6％时，则达不到本发明所要求的高折射率的目的，本发明把含量控制在1～2.8％。
本发明中碱金属氧化物Li2O、Na2O和K2O有改善玻璃熔化性能的作用，但其含量不可引入过多，因为这些成分会降低玻璃粘度，使玻璃的化学稳定性和耐失透性能变差。因此Li2O、Na2O和K2O总含量限定在0～2％，优先不加入。
本发明中碱土金属CaO、BaO、SrO可以调整玻璃的折射率和阿贝数、提高玻璃的化学稳定性、热稳定性，并且可以减小玻璃的析晶危险，但其含量超过18％时，玻璃的失透倾向变大，组分的含量限定0～18％。
为促进玻璃熔融时的澄清，可添加0～0.5％的Sb2O3作为澄清剂。
表1为本发明列举的10个实施例的具体原料见及制得的光学玻璃的各参数。
表1：
本发明提供的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃的折射率为1.70～1.80、阿贝数为42～48，为光学镜头小型化、轻量化、高性能化提供了很大的选择空间，同时该光学玻璃中不含PbO、As2O3，有着很好的光学性能、优异的耐失透性、良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，透过率良好，并且具有实现连续熔制的结晶稳定性。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：SiO2：8～13％、B2O3：20～28％、La2O3：28～35％、Ta2O5：0～3.1％、Nb2O5：1～4％、TiO2：2～5％、ZnO：1～2.8％、ZrO2：2～5％、Gd2O3：0.2～3％、Sb2O5：0～0.5％、R2O：0～2％、RO：0～18％；其中，所述R2O包括Li2O、Na2O和K2O中任意一种或二种或三种，所述RO包括CaO、BaO和SrO中任意一种或二种或三种。
2.根据权利要求1所述的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：SiO2：8.2～10.5％、B2O3：22～27.4％、La2O3：33～35％、Ta2O5：1.1～2.5％、Nb2O5：2.5～3.5％、TiO2：2.4～4.8％、ZnO：1～2.1％、ZrO2：3.1～4.2％、Gd2O3：0.2～1.3％、Sb2O5：0～0.2％、Li2O：0～1.5％、Na2O：0～1.2％、K2O：0～0.7％、CaO：0～0.5％、BaO：0～7.2％、SrO：0～2.1％。
3.根据权利要求1所述的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：SiO2：8.3～9.5％、B2O3：23.5～26％、La2O3：33.7～35％、Ta2O5：1.47～2.4％、Nb2O5：2.5～3.1％、TiO2：2.4～4.2％、ZnO：1.25～2.1％、ZrO2：3.1～4.0％、Gd2O3：0.5～1.3％、Sb2O5：0～0.1％、Li2O：0～1.5％、Na2O：0～1.2％、K2O：0～0.7％、CaO：0～0.5％、BaO：0～7.2％、SrO：0～2.1％。
4.根据权利要求1所述的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：SiO2：9.4％、B2O3：23.5％、La2O3：35％、Ta2O5：2.1％、Nb2O5：3.1％、TiO2：2.4％、ZnO：1.0％、ZrO2：4.0％、Gd2O3：1.0％、Sb2O5：0.1％、Li2O：1.47％、BaO：3.1％。
5.根据权利要求1所述的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：其化学成分的重量百分比为：SiO2：8.2％、B2O3：21.4％、La2O3：34.7％、Ta2O5：1.47％、Nb2O5：2.8％、TiO2：4.8％、ZnO：1.17％、ZrO2：3.4％、Gd2O3：1.3％、K2O：0.7％、CaO：0.5％、BaO：2.1％。
6.根据权利要求1所述的高折射率、中等色散环保镧系光学玻璃，其特征在于：所述光学玻璃折射率为1.70～1.80，阿贝数为42～48。
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