CN108726872A - 一种光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学玻璃，其组成按重量百分比表示，包括：SiO2：20‑40％、B2O3：1‑10％、La3O2：15‑35％、Bi2O3：5‑15％、TiO2：1‑8％、ZrO2：5‑20％、Ta2O5：1‑10％、Gd2O3：2‑15％、Y2O3：1‑10％、Na2O：1‑12％、Li2O：1‑12％；其中所述Bi2O3为掺杂Zn2+的Bi2O3。本发明提出的该光学玻璃，通过在Bi2O3中掺杂Zn2+，避免了使用对熔炼装置侵蚀性强的ZnO，且同时保留了ZnO对于获得高质量的光学玻璃的贡献。

Description

一种光学玻璃
技术领域
本发明涉及光学材料的技术领域，尤其涉及一种光学玻璃。
背景技术
光学玻璃是用于制造光学仪器或机械系统中的透镜、棱镜、反射镜和窗口等的玻璃材料。光学玻璃透光性能好、折光率高，被广泛应用于制造眼镜片、照相机、望远镜、显微镜和透镜等光学仪器。随着科技的进步，数码产品更新换代，对光学玻璃的需求量也越来越大，并且对光学玻璃的性能也提出了更高的要求。
中国专利申请CN1772671A公开了一种折射率在1.65-1.74，阿贝数为36-45的光学玻璃。其组分中含有8-30重量％的ZnO和5-26重量％的BaO。由于ZnO和BaO的含量高，在玻璃原料的熔解过程中，对熔炼装置的侵蚀性强，难于熔炼出内在质量优良的玻璃，同时BaO的引入影响玻璃的密度。
中国专利申请CN101229955A公开了一种折射率在1.69-1.74，阿贝数在40-45范围内的光学玻璃，其组成中含有26-40重量％的ZnO。由于ZnO含量高，在玻璃原料的熔解过程中，对熔炼装置的侵蚀性强，难于熔炼出内在质量优良的玻璃。
中国专利申请CN102241479A公开了一种折射率在1.75-1.95，阿贝数在30-40范围内的光学玻璃，其组成中含有5-20重量％的ZnO。由于ZnO含量高，在玻璃原料的熔解过程中，对熔炼装置的侵蚀性强，难于熔炼出内在质量优良的玻璃。
由上可知，过多的ZnO会使玻璃耐失透性和化学稳定性变差。但是ZnO是形成低熔点光学玻璃的重要组分，摒弃使用ZnO对于获得高质量的光学玻璃亦是一种损失。
发明内容
基于背景技术中存在的问题，本发明提出了一种光学玻璃，通过在Bi2O3中掺杂Zn2 +，避免了使用对熔炼装置侵蚀性强的ZnO，且同时保留了ZnO对于获得高质量的光学玻璃的贡献。
本发明提出的一种光学玻璃，其组成按重量百分比表示，包括：SiO2：20-40％、B2O3：1-10％、La3O2：15-35％、Bi2O3：5-15％、TiO2 1-8％、ZrO2：5-20％、Ta2O5：1-10％、Gd2O3：2-15％、Y2O3：1-10％、Na2O：1-12％、Li2O：1-12％；其中所述Bi2O3为掺杂Zn2+的Bi2O3。
优选地，所述光学玻璃还包括Sb2O3：0-5％。
优选地，以重量百分含量比计，5≤SiO2/B2O3≤15。
优选地，以重量百分含量比计，0.6≤La3O2/SiO2≤1.2。
优选地，以重量百分含量比计，0.05≤Y2O3/(Ta2O5+Gd2O3+Y2O3)≤0.5。
优选地，以重量百分含量比计，15％≤Bi2O3+TiO2+ZrO2≤30％。
优选地，所述Bi2O3中Zn2+的掺杂含量为5-10wt％。
优选地，制备所述Bi2O3的方法包括：将硝酸铋溶于乙二醇中，加入锌盐混匀，再送入微波反应器中进行微波加热处理，采用功率为300-600W的微波，分5-8次进行微波加热，每次加热2-6min，冷却，过滤后用水和无水乙醇分别洗涤，干燥后在500-600℃下焙烧1-2h，得到掺杂Zn2+的Bi2O3。
优选地，所述光学玻璃的密度低于3.50g/cm3，玻璃化转变温度为550℃以下。
本发明的有益效果在于，本发明不含有对熔炼装置侵蚀性强的ZnO，而通过在Bi2O3中掺杂Zn2+，减轻玻璃生产过程中对熔炼装置的侵蚀作用的同时，又能减低光学玻璃的熔点，并且采用Bi2O3能够提高玻璃的稳定性，高折射率高分散化，降低玻璃化转移点(Tg)，因此是实现本发明目的所不可缺少的成分；采用适量的Ta2O5、Gd2O3、Y2O3，使得本发明的光学玻璃具有较低的密度和优异的耐失透性能；控制配方中的SiO2/B2O3的比例，增大了玻璃的成型粘度。最终本发明通过优化各组分的配比，提高了光学玻璃的透过率和产品质量，减轻熔炼过程对熔炼装置的侵蚀，降低光学玻璃的制造成本，可得到具有优异的耐失透性能的高折射低色散光学玻璃。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
在本发明的光学玻璃中，由下面所述的原因选择上述含量的每种组分。如下所述中，各组分的含量是以重量百分比(wt％)来表示的。
SiO2是玻璃形成氧化物，同时起到提高抗失透性和化学稳定性的作用。为了达到上述效果，SiO2的重量百分含量为10％以上，过低的SiO2含量降低玻璃中的桥氧含量，玻璃的析晶上限温度超过1100℃，同时玻璃的光透过性能恶化，但重量百分含量超过40％，折射率难以达到1.70-1.75的范围内，同时会降低Nb2O5在玻璃中的熔融性，因此SiO2重量百分含量优选在20-40％的范围内。
B2O3是玻璃网络生成体，尤其是在高折射低色散的镧系玻璃中，B2O3是得到析晶稳定玻璃的必要成分。当B2O3含量低于1％时，玻璃的析晶稳定性不够理想；但当B2O3含量高于10％时，玻璃的化学稳定性会降低。因此，B2O3含量限定在1-10％。
通过调节SiO2/B2O3的比值，可以起到调节玻璃粘度的作用。玻璃的粘度是制定生产工艺的重要依据，玻璃的澄清温度、成型温度、热处理温度的制定都取决于玻璃的粘度。因此，合适的玻璃粘度能够有效地降低玻璃的生产难度。当SiO2/B2O3的比值在5-15范围内时，玻璃具有合适的粘度。
La3O2具有提高玻璃折射率、且增大阿贝数的作用，是本发明的光学玻璃的有效成分。La3O2的重量百分比超过35％时玻璃的失透倾向增大，析晶上限温度升高。
Bi2O3能够提高玻璃的稳定性，高折射率高分散化，降低玻璃化转移点(Tg)，因此是实现本发明目的所不可缺少的成分；如果含有过量的Bi2O3，就容易破坏玻璃的稳定性，而如果过少的话就难以满足本发明的目的。因此，Bi2O3的含量优选5-15％。
TiO2是对提高玻璃折射率、赋予高分散、降低液相温度有效的任意成分，但是过量的话反而容易增加玻璃的失透性。因此，优选8％以下。
ZrO2具有改善光学玻璃的光学常数和提高耐失透性及化学稳定性的作用，还可以起到提高折射率和色散的作用。在本发明中为必要添加组分，其重量百分含量不足5％时，效果不明显，其重量百分含量大于20％时，降低玻璃的熔融性能，且玻璃的析晶性能会变差。所以，ZrO2的重量百分含量控制在5-20％之间。
Gd2O3对于增加折射率降低色散有帮助，当Gd2O3含量少于2％时，上述效果不明显；但是其含量高于15％时，玻璃的耐失透性能及化学稳定性变差。因此，本发明中，Gd2O3的含量为2-15％。
本发明高折射低色散作用的组分还引入Y2O3，以改善玻璃的熔融性、耐失透性，同时还可以降低玻璃析晶上限温度，若其含量小于1％，则效果不明显；但若其含量超过10％，则玻璃的稳定性、耐失透性降低。因此，Y2O3含量范围为1-10％。
Ta2O5、Gd2O3、Y2O3都可以起到增加折射率降低色散的作用，而当仅仅使Ta2O5、Gd2O3、Y2O3在上述范围内时，玻璃的耐失透性能并不稳定。因此，本发明的光学玻璃使Y2O3与Ta2O5、Gd2O3、Y2O3总含量的比值为0.05-0.5的范围，脱离上述范围时玻璃的热稳定性恶化、耐失透性能降低。
Li2O具有助熔的作用，并且能够增加玻璃的高温熔融性，降低玻璃化转变温度。在本发明中对改善玻璃析晶性能起着重要的作用。其重量百分含量低于1％，达不到改善光学玻璃的析晶性能的作用。然而其重量百分含量也不能超过12％，否则玻璃的化学稳定性和可加工性就会变差，同时玻璃的析晶性能变差。因此，其重量百分含量控制在1-12％。
Na2O能有效地降低熔化温度，并降低玻璃化转变温度。若其重量百分含量超过12％会使光学玻璃的析晶性能恶化，并难以获得具有期望的折射率的光学玻璃。因此，其重量百分含量控制在1-12％。
实施例
本发明的光学玻璃可以按照以下的方式制作：均匀混合上述原料，使各成分在规定的含量范围内，将混合物投入到铂坩埚中，根据玻璃组成的熔融难易度，在1250-1500℃的温度范围内熔融2-5h，并搅拌均质化，然后降低至适当的温度，最后浇铸至模具中，缓慢冷却而成。
表1-2中显示的光学玻璃(实施例1-18)是通过按照表1-2所示各个实施例的比值称重得到光学玻璃。
本发明实施例1的组成、折射率(nd)、阿贝数(vd)、玻璃转变温度(Tg)的结果一起在表1-2中表示，折射率nd、阿贝数υd：按照GB/T7962.1-2010标准的测试方法进行测定；玻璃化转变温度(Tg)采用美国PE公司的TMA测试仪在室温下进行测试；密度(ρ)按照GB/T7962.20-2010规定的方法进行测量。在这些表中，各个组分的组成是用重量％表示的。
表1
表2
本发明为低成本且化学稳定性优异的高折射低色散性的光学玻璃，折射率为1.776-1.819，阿贝数为38.3-43.3，以及所述玻璃形成的光学元件，能够满足现代新型光电产品的需要。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比表示，包括：SiO2：20-40％、B2O3：1-10％、La3O2：15-35％、Bi2O3：5-15％、TiO2 1-8％、ZrO2：5-20％、Ta2O5：1-10％、Gd2O3：2-15％、Y2O3：1-10％、Na2O：1-12％、Li2O：1-12％；其中所述Bi2O3为掺杂Zn2+的Bi2O3。
2.根据权利要求1所述光学玻璃，其特征在于，还包括Sb2O3：0-5％。
3.根据权利要求1或2所述光学玻璃，其特征在于，以重量百分含量比计，5≤SiO2/B2O3≤15。
4.根据权利要求1-3任一项所述光学玻璃，其特征在于，以重量百分含量比计，0.6≤La3O2/SiO2≤1.2。
5.根据权利要求1-4任一项所述光学玻璃，其特征在于，以重量百分含量比计，0.05≤Y2O3/(Ta2O5+Gd2O3+Y2O3)≤0.5。
6.根据权利要求1-5任一项所述光学玻璃，其特征在于，以重量百分含量比计，15％≤Bi2O3+TiO2+ZrO2≤30％。
7.根据权利要求1-6任一项所述光学玻璃，其特征在于，所述Bi2O3中Zn2+的掺杂含量为5-10wt％。
8.根据权利要求7所述光学玻璃，其特征在于，制备所述Bi2O3的方法包括：将硝酸铋溶于乙二醇中，加入锌盐混匀，再送入微波反应器中进行微波加热处理，采用功率为300-600W的微波，分5-8次进行微波加热，每次加热2-6min，冷却，过滤后用水和无水乙醇分别洗涤，干燥后在500-600℃下焙烧1-2h，得到掺杂Zn2+的Bi2O3。
9.根据权利要求1-8任一项所述光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的密度低于3.50g/cm3，玻璃化转变温度为550℃以下。
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