CN108975682B

CN108975682B - 光学玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN108975682B
Application number: CN201811190996.1A
Authority: CN
Inventors: 李建新; 霍金龙; 陈超; 徐华峰; 梁立新
Original assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Current assignee: Hubei New Huaguang Information Materials Co Ltd
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2038-10-12
Also published as: CN108975682A

Abstract

本发明涉及一种光学玻璃及其制备方法。所述光学玻璃包含以化合物计的以下组分：P₂O₅：10‑21％；Bi₂O₃：10‑50％；Nb₂O₅：0‑50％；TiO₂：0‑20％；WO₃：0‑12％；SiO₂：0‑6％；B₂O₃：0‑6％；Li₂O：0‑6％；Na₂O：0‑4％；K₂O：0‑6％；Al₂O₃：0‑4％；ZrO₂：0‑3％；CaO：0‑5％；ZnO：0‑5％；BaO：0‑30％；MgO：0‑2％；SrO：0‑3％；Sb₂O₃：0‑0.1％；上述百分比均为重量百分比。本发明的光学玻璃的性能优良，具有高折射率和高色散的特点，可以减少光学系统中使用的透镜、棱镜等光学元件的个数，从而满足光学系统整体轻量化和小型化的要求。

Description

光学玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃及其制备方法，属于光学玻璃技术领域。

背景技术

环保高折射率高色散光学玻璃主要应用于数码相机、摄像机等摄影设备，投影仪、投影电视等图像投影设备，以及远程通信、光学信息技术、移动硬盘、激光技术等光学设备中。由于其具有高折射率和高色散的特点，可以减少光学系统中使用的透镜、棱镜等光学元件的个数，从而满足光学系统整体轻量化和小型化的要求。折射率大于2.0的玻璃还利于改善光学系统的色差，因此高折射高色散玻璃的需求越来越大。

专利申请CN103058517A公开的光学玻璃中含有20～60％的TeO₂，20～40％的GeO₂。TeO₂是一种有毒物质，对环境和人体有害。GeO₂价格比较昂贵，过多加入会大幅增加玻璃的成本。专利申请CN106517765A公开的光学玻璃中含有11～20％的TeO₂，10～21％的Ga₂O₃，Ga₂O₃价格比较昂贵，过多加入会大幅增加玻璃的成本。另外，当使用铂制坩埚或者使用与熔融玻璃接触的部分为铂的熔融槽对玻璃原料进行熔融时，容易因碲(Te)与铂(Pt)发生合金化而导致生成合金的部位的耐热性变差，从而该部位出现穿孔而引起熔融玻璃流出的事故发生。

专利申请CN1955128A公开的光学玻璃中含有13～21％的GeO₂。专利申请CN101734855A公开的光学玻璃中也含有7.25～14％的GeO₂。GeO₂的价格比较昂贵，过多加入会大幅增加玻璃的成本，不符合低成本化的需求。

专利申请CN103113023A公开的光学玻璃中含有1～10％的Sb₂O₃，Sb₂O₃的含量过高，会加重玻璃的着色。而且采用加压成型方式制造玻璃预成形体时，成型体表面易于产生凹凸和模糊，不能满足近年来增加的对光学设计方面的要求。

专利申请CN1955128A、JP2012232874A、CN102765881A等公开的光学玻璃中含有55％以上的Bi₂O₃。专利申请CN102958858A、CN103113023A、JP2012236756A等公开的光学玻璃中含有70～75％以上的Bi₂O₃。过多Bi₂O₃的加入不仅会加重对熔炼器皿的腐蚀，也会使玻璃的密度增大，耐失透性也会变差。

发明内容

发明要解决的问题

鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种环保型高折射率高色散的光学玻璃。所述光学玻璃的透过率高，并且耐失透性和化学稳定性优异。

进一步地，本发明还提供一种简单易行的光学玻璃的制备方法。

用于解决问题的方案

本发明提供一种光学玻璃，其包含以化合物计的以下组分：

P₂O₅：10-21％，优选13-20％，更优选15-20％；

Bi₂O₃：10-50％，优选15-45％，更优选20-40％；

Nb₂O₅：0-50％，优选10-45％，更优选15-40％；

TiO₂：0-20％，优选0-18％，更优选2-16％；

WO₃：0-12％，优选2-10％，更优选2-8％；

SiO₂：0-6％，优选0-3％，更优选0-2％；

B₂O₃：0-6％，优选0-3％，更优选0-2％；

Li₂O：0-6％，优选0-4％，更优选0-2％；

Na₂O：0-4％，优选0-3％，更优选0-2％；

K₂O：0-6％，优选0-4％，更优选0-2％；

Al₂O₃：0-4％，优选0.5-3.5％，更优选1-3％；

ZrO₂：0-3％，优选0-2％，更优选0-1％；

CaO：0-5％，优选0-3％，更优选0-1％；

ZnO：0-5％，优选0-3％，更优选0-1％；

BaO：0-30％，优选0-28％，更优选4-25％；

MgO：0-2％；

SrO：0-3％；

Sb₂O₃：0-0.1％；

上述百分比均为重量百分比。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，∑(SiO₂+B₂O₃)的含量为0-6％，优选为0-4％，更优选为0-2％。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量为0-8％，优选为0-6％，优选为0-4％，更优选为0-3％。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量为25-70％，优选为30-68％，更优选为35-65％，进一步优选为40-60％。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值优选为0.20-0.70，更优选为0.25-0.65，进一步优选为0.35-0.60，进一步优选为0.40-0.55。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量为50-77％，优选为55-75％，更优选为60-70％。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值优选控制在0.35以下，更优选0.30以下，进一步优选0.20以下。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，∑(Al₂O₃+ZrO₂)的含量为0-4％，优选为0-2％。

根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的总重量计，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量为0-30％，优选为0-25％，更优选为0-20％，进一步优选为0-10％。

根据本发明的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的折射率为2.0001-2.0190，优选为2.0010-2.0120，更优选为2.0020-2.0100；阿贝数为18.51-22.00，优选为18.80-21.00，更优选为19.10-20.00。

根据本发明的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的着色度λ₇₀/λ₅中的λ₇₀在460nm以下，优选在450nm以下，更优选在440nm以下；着色度λ₇₀/λ₅中的λ₅在405nm以下，优选在400nm以下，更优选在395nm以下。

10、一种根据本发明的光学玻璃的制备方法，其包括将各组分按照比例称量、混合均匀后进行熔炼，然后浇注或漏注在成型模具中成型，或者直接压制成型。

发明的效果

本发明的光学玻璃的性能优良，具有高折射率和高色散的特点，可以减少光学系统中使用的透镜、棱镜等光学元件的个数，从而满足光学系统整体轻量化和小型化的要求。

进一步地，本发明的光学玻璃的析晶性能、耐失透性和化学稳定性、机械性能优异，透过率高，且有利于改善光学系统的色差。

进一步地，本发明的光学玻璃的制备方法简单易行，容易实现批量生产。

具体实施方式

以下将详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

本发明以P₂O₅-Bi₂O₃系统作为基础，获得一种析晶性能好、透过率高、化学稳定性、机械性能和工艺性能优异的光学玻璃。

本发明的光学玻璃，其包含以化合物计的以下组分：

P₂O₅：10-21％，优选13-20％，更优选15-20％，进一步优选16-19％；

Bi₂O₃：10-50％，优选15-45％，更优选20-40％，进一步优选25-35％；

Nb₂O₅：0-50％，优选10-45％，更优选15-40％，进一步优选20-35％；

TiO₂：0-20％，优选0-18％，更优选2-16％；

WO₃：0-12％，优选2-10％，更优选2-8％，进一步优选4-8％；

SiO₂：0-6，优选0-3％，更优选0-2％；

B₂O₃：0-6％，优选0-3％，更优选0-2％；

Li₂O：0-6％，优选0-4％，更优选0-2％；

Na₂O：0-4％，优选0-3％，更优选0-2％；

K₂O：0-6％，优选0-4％，更优选0-2％；

Al₂O₃：0-4％，优选0.5-3.5％，更优选1-3％；

ZrO₂：0-3％，优选0-2％，更优选0-1％；

CaO：0-5％，优选0-3％，更优选0-1％；

ZnO：0-5％，优选0-3％，更优选0-1％；

BaO：0-30％，优选0-28％，更优选4-25％，进一步优选6-20％；

MgO：0-2％；

SrO：0-3％；

Sb₂O₃：0-0.1％；

上述百分比均为重量百分比。

原料引入方式采用能够引入其相应含量的化合物的多种形式。

本发明的光学玻璃中优选不含有Ta₂O₅、GeO₂、Ga₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、Yb₂O₃、Gd₂O₃、Th、Pb、As、Cd、Hg、Sn、Fe、Co、Ce、Te、V、Mo、Cr、Mn、Ni、Cu、Ag、Tl、Os、Be、Se、S和/或F。

P₂O₅是作为玻璃形成体的必须组分，也是赋予玻璃高折射率和高色散性能的成分。以化合物的总重量计，如果P₂O₅的含量低于10％，则无法融入较多的高折射和高色散成分，达不到想要的光学常数，且玻璃的耐失透性和化学稳定性也会急剧变差。P₂O₅含量超过21％时，无法得到期望的高折射率和高色散，析晶性能会变差，硬度也会降低，磨耗度也会增大。因此，本发明的P₂O₅的含量控制在10-21％之间，优选为13-20％。更优选为15-20％，进一步优选为16-19％，例如，P₂O₅的含量还可以是11％、12％、14％、17％、18％等。

Bi₂O₃在具有提高折射率和色散的同时，还具有减小部分色散比，并降低玻璃转变温度的效果。另外，使用Bi₂O₃还可以降低玻璃的熔融温度。以化合物的总重量计，特别是Bi₂O₃的含量不超过50％时，可以抑制玻璃的失透和透射比的降低。如果Bi₂O₃含量低于10％，则不能达到改善析晶性能、耐失透性和化学稳定性的效果；如果Bi₂O₃含量高于50％，则容易导致玻璃的耐失透性变差，密度增加，生产难度加大，具有强腐蚀性能，甚至还会加速熔炼设备的损坏，导致制造成本大幅增加。因此，本发明的Bi₂O₃含量控制在10-50％之间，优选为15-45％，更优选为20-40％，进一步优选为25-35％；例如，Bi₂O₃的含量还可以是12％、18％、22％、28％、32％、38％、42％、48％等。

在本发明光学玻璃中，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量过低时，玻璃熔融性能、析晶性能、化学稳定性和耐失透性等都会变差；∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量过高时，玻璃的制造成本增加，也达不到预期的性能指标。因此，在本发明中，以化合物的总重量计，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量优选为25-70％，更优选为30-68％，进一步优选为35-65％，进一步优选为40-60％；例如：∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量还可以是28％，32％，38％，42％，48％，52％，58％，62％，66％等。

在本发明光学玻璃中，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值过小时，无法融入较多的高折射和高色散成分，达不到想要的光学常数，玻璃的耐失透性和化学稳定性也会急剧变差，且玻璃液的腐蚀性增强，使制造难度增大，制造成本增加；P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值过大时，玻璃的析晶性能、耐失透性、化学稳定性以及机械性能都会变差。因此，在本发明中，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值优选为0.20-0.70，更优选为0.25-0.65，进一步优选为0.35-0.60，进一步优选为0.40-0.55；例如：P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值还可以是0.30，0.45，0.50等。

Nb₂O₅是提高玻璃折射率和色散的任选组分，适量添加时可以提高耐失透性和化学稳定性。以化合物的总重量计，如果Nb₂O₅的含量高于50％时，玻璃的化学稳定性和耐失透性会急剧下降，生产过程中还容易产生异物，影响玻璃的内部质量。因此，以化合物的总重量计，Nb₂O₅的含量控制在0-50％，优选为10-45％，更优选为15-40％，进一步优选20-35％；例如，Nb₂O₅的含量还可以是5％，8％，12％，18％，22％，28％，32％，38％，42％，48％等。

TiO₂成分可以提高玻璃折射率和色散，并且是能够改善玻璃的化学稳定性和耐失透性的任选成分。以化合物的总重量计，如果TiO₂含量高于20％，会使可见光短波长区域的透过率大幅降低、化学稳定性变差。因此，TiO₂的含量控制在0-20％之间，优选为0-18％，更优选为2-16％；例如：TiO₂的含量还可以是2％、5％、8％、10％、12％、14％等。

WO₃具有调整玻璃光学常数，提高玻璃色散，改善玻璃的耐失透性和化学稳定性的效果。WO₃还可以抑制玻璃对短波长可见光透射比的降低。以化合物的总重量计，如果WO₃的含量高于12％，则耐失透性和可见光短波长区域的透过率会明显变差，因此，本发明的WO₃含量控制在0-12％之间，优选为2-10％，更优选为2-8％，进一步优选为4-8％；例如，WO₃的含量还可以是1％，3％，5％，7％，9％，11％等。

在本发明光学玻璃中，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量过低时，难以达到要求的高折射和高色散；∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量过高时，玻璃的化学稳定性、耐失透性、透过率等都会变差。因此，以化合物的总重量计，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量优选控制在50-77％之间，更优选55-75％之间，进一步优选60-70％之间，例如，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量还可以是52％，58％，62％，68％，72％等。

在本发明光学玻璃中，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值较高时，玻璃的析晶性能、化学稳定性、耐失透性、透过率等都会变差。因此，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值优选控制在0.35以下，更优选0.30以下，进一步优选0.20以下，例如，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值还可以是0，0.05，0.10，0.15，0.25等。

SiO₂是作为玻璃网络生成体而起作用的任选成分，可提高玻璃的耐失透性和成型时的粘度，还可以改善玻璃的化学稳定性。尤其是在磷酸盐体系中引入少量的SiO₂，可以明显改善玻璃的析晶性能。以化合物的总重量计，如果引入SiO₂的含量高于6％，部分硅(Si)无法融入玻璃中，熔炼时容易产生异物，并降低玻璃质量和化学稳定性。因此，SiO₂含量的上限值控制在6％，优选为3％，更优选为2％；例如，SiO₂的含量还可以为0.5％、1％、1.5％、2.5％、3.5％、4％、4.5％、5％等。

B₂O₃是作为玻璃网络生成体而起作用的任选成分，可有效改善玻璃的熔融性，降低玻璃化转变温度。以化合物的总重量计，如果B₂O₃含量高于6％时，则玻璃的化学稳定性变差，难以获得预期的光学玻璃。因此，B₂O₃含量的上限值控制在6％，优选为3％，更优选为2％；例如，B₂O₃含量还可以为0.5％、1％、1.5％、2.5％、3.5％、4％、4.5％、5％等。

在本发明光学玻璃中，如果∑(SiO₂+B₂O₃)的含量过高，光学玻璃的化学稳定性较差，耐失透性也会下降，难以获得预期的光学玻璃。因此，本发明的光学玻璃中，以化合物的总重量计，∑(SiO₂+B₂O₃)的含量优选控制在6％以下，更优选4％以下，进一步优选为2％以下；例如，∑(SiO₂+B₂O₃)的含量还可以为1％、1.5％、2.5％、3％、3.5％、4.5％、5％等。

Li₂O具有减小部分色散比、大幅度降低玻璃转变温度、降低液相线温度、明显提高玻璃熔融性能的效果。以化合物的总重量计，如果Li₂O的含量高于6％，容易导致耐失透性急剧变差。因此，Li₂O的含量控制在6％以下，优选在4％以下，更优选在2％以下；例如，Li₂O的含量还可以为0.5％、1％、1.5％、2.5％、3％、3.5％、4.5％、5％等。

Na₂O是形成玻璃的重要成分，能够降低玻璃转变温度和膨胀系数，改善玻璃的熔融性。以化合物的总重量计，如果Na₂O的含量大于4％时，容易导致玻璃的耐失透性变差。因此，本发明的Na₂O的含量控制在4％以下，优选在3％以下，更优选在2％以下；例如，Na₂O的含量可以是0.5％、1％、1.5％、2.5％、3.5％等。

K₂O的性能与Na₂O相似，能够降低玻璃转变温度和膨胀系数，改善玻璃的熔融性。以化合物的总重量计，如果K₂O含量高于6％，会导致光学玻璃的耐失透性变差。因此，K₂O的含量控制在6％以下，优选在4％以下，更优选在2％以下；例如，K₂O的含量还可以为0.5％、1％、1.5％、2.5％、3％、3.5％、4.5％、5％等。

在本发明光学玻璃中，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量过高，不利于光学常数的调整，也会导致熔炼过程中电流过大，使生产难度增加，还会导致玻璃的耐失透性和化学稳定性下降。因此，以化合物的总重量计，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量优选控制在8％以下，优选6％以下，更优选为4％以下，进一步优选为3％以下；例如，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量还可以为0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3.5％、4.5％、5％、5.5％、6.5％、7％、7.5％等。

Al₂O₃是改善光学玻璃稳定性和机械性能的组分，有利于形成玻璃微细结构的骨架，可以提高玻璃熔融时的粘度，降低玻璃失透的倾向。以化合物的总重量计，如果Al₂O₃的含量高于4％，则不利于光学常数的调整，还会破坏玻璃的化学稳定性，导致液相线温度上升、耐失透性恶化。因此，Al₂O₃的含量控制在0-4％，优选0.5-3.5％，更优选为1-3％；例如，Al₂O₃的含量还可以是1.5％、2％、2.5％等。

ZrO₂可以改善玻璃的化学稳定性，提高玻璃粘度和玻璃对可见波长的透射比。与TiO₂的共存时还可以改善玻璃的耐失透性、抑制液相线温度上升。以化合物的总重量计，如果ZrO₂的含量高于3％，会导致熔融温度升高，玻璃的耐失透性变差，还会产生异物，影响玻璃内部质量，因此ZrO₂的含量控制在0-3％，优选为0-2％，更优选为0-1％，例如，ZrO₂的含量还可以是0.5％、1.5％、2.5％等。

在本发明光学玻璃中，∑(Al₂O₃+ZrO₂)的含量过高，会破坏玻璃的化学稳定性和耐失透性，不利于生产及玻璃光学常数的调整。因此，以化合物的总重量计，∑(Al₂O₃+ZrO₂)的含量优选控制在4％以下，更优选2％以下；例如，∑(Al₂O₃+ZrO₂)的含量还可以是0.5％、1％、1.5％、2.5％、3.5％等。

CaO是调整玻璃的光学常数，改善玻璃的化学稳定性的组分。以化合物的总重量计，如果CaO含量高于5％时，玻璃得熔融性和化学稳定性会变差，液相线温度也会升高，析晶性能和压型性能也会变差。因此，CaO的含量控制在0-5％，优选为0-3％，更优选为0-1％；例如，CaO的含量还可以为0.5％、1.5％、2％、2.5％、3.5％、4％、4.5％等。

ZnO可以有效降低玻璃化转变温度、改善玻璃的化学稳定性、降低玻璃的高温粘度、改善玻璃熔融性能。并且ZnO能够有效消除玻璃的气泡，还具有抑制结晶的作用。以化合物的总重量计，如果ZnO的含量高于5％时，会降低玻璃的耐失透性能，还会导致液相线温度上升，甚至导致透过性能变差。因此，本发明中ZnO的含量控制在0-5％，优选为0-3％，更优选为0-1％；例如，ZnO的含量还可以为0.5％、1.5％、2％、2.5％、3.5％、4％、4.5％等。

BaO具有调整光学常数的效果，还可以改善玻璃的耐失透性和化学稳定性。以化合物的总重量计，如果BaO的含量高于30％，会导致耐失透性变差。因此，BaO的含量控制在0-30％，优选为0-28％，更优选为4-25％，进一步优选为6-20％；例如，BaO的含量还可以是2％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、22％、26％等。

SrO与BaO效果相同，少量添加可以改善玻璃的机械性能和化学稳定性。以化合物的总重量计，其含量限制在3％以下，优选不添加；例如：SrO的含量可以是0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％等。

MgO属于小分子物质，少量添加可以进入玻璃网络结构，提高玻璃网络结构的稳定性，改善玻璃的机械性能和化学稳定性。以化合物的总重量计，其含量限制在2％以下，优选不添加；例如：MgO的含量可以是0.5％、1％、1.5％等。

MgO、CaO、ZnO、BaO、SrO引入不仅可以提高玻璃的化学稳定性，还能够调整光学常数。当∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量过量引入时，玻璃的化学稳定性会下降，也达不到预期的光学常数，在本发明中，以化合物的总重量计，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量优选控制在30％以下，更优选25％以下，进一步优选20％以下，更进一步优选10％以下；例如，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量还可以是2％、6％、8％、12％、14％、16％、18％、22％、24％、26％、28％等。

Sb₂O₃可作为消泡剂添加，以化合物的总重量计，其含量在0.1％以内即可，而且如果Sb₂O₃高于0.1％时，玻璃的着色度和内部透过率将变差，也会加重玻璃的着色。另外，在采用加压成型方式制造玻璃预成形体时，成型体表面易于产生凹凸和模糊，不能满足近年来增加的对光学设计方面的要求。因此，Sb₂O₃组分含量限定在0.1％以内，优选不添加。

Ta₂O₅、GeO₂等不仅使得玻璃的密度大，而且其原料价格也极其昂贵，不符合现代轻量化和低成本的需求，本申请优选不添加。

Yb₂O₃在近红外波段有吸收，不利于玻璃透过率的提高，本申请优选不添加。

Th、Pb、As、Cd、Hg、Sn、Fe、Co、Ce、Te、S、V、Mo、Cr、Mn、Ni、Cu、Ag等对环境有害或易于使玻璃着色，优选的，本申请也不添加。

F易于挥发或吸潮的组分，它们会产生挥发条纹，造成生产难度增大，优选的，本申请也不添加。

为保证本发明所述光学玻璃的透射率，优选的，本发明提供的光学玻璃也不含有Tl、Os、Be、Se等元素。

另外，本发明的光学玻璃组分中，还可以不含价格昂贵Ga₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、Gd₂O₃等。也可以不含易于着色的Fe₂O₃、CoO₂、CeO₂等；还可以不含有毒物质TeO₂等。

本发明的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的折射率n_d可以为2.0001-2.0190，可以为2.0010-2.0120，可以为2.0020-2.0100；阿贝数υ_d可以为18.51-22.00，可以为18.80-21.00，可以为19.10-20.00。

本发明的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的密度ρ可以低于5.11g/cm³，可以低于4.8g/cm³，可以低于4.5g/cm³，可以低于4.2g/cm³，可以低于4.0g/cm³。

本发明的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的着色度λ₇₀/λ₅中的λ₇₀可以在460nm以下，可以在450nm以下，可以在440nm以下；着色度λ₇₀/λ₅中的λ₅可以在405nm以下，可以在400nm以下，可以在395nm以下。

本发明的光学玻璃，其中，玻璃的磨耗度F_A不超过375，可以不超过350，可以不超过300，可以不超过250，可以不超过220。

本发明的光学玻璃，其中，玻璃的转变温度Tg不超过625℃，可以不超过600℃，可以不超过550℃，可以不超过500℃，可以不超过460℃。

本发明的光学玻璃，其中，Knoop硬度HK不超过435×10⁷Pa，可以不超过400×10⁷Pa，可以不超过350×10⁷Pa。

本发明的光学玻璃，其中，平均膨胀系数α_-50/80℃不超过85×10^-7/K，可以不超过78×10^-7/K，可以不超过70×10^-7/K，可以不超过65×10^-7/K。

本发明的光学玻璃，其中，平均膨胀系数α_100/300℃不超过110×10^-7/K，可以不超过100×10^-7/K，可以不超过90×10^-7/K，可以不超过80×10^-7/K。

本发明的光学玻璃，其中，弛垂温度Ts不超过680℃，可以不超过630℃，可以不超过600℃，可以不超过550℃，可以不超过500℃。

本发明还提供一种根据本发明的光学玻璃的制备方法，包括：将各组分按照比例称量、混合均匀后进行熔炼，然后浇注或漏注在成型模具中，或者直接压制成型。

具体地，所述制备方法包括：将各组分分别按规定的比例称量、混合均匀后制成配合料，并将制成的配合料投入石英或刚玉等制成的熔炼装置中，在800-1350℃的温度下通入氧化气氛熔融、搅拌均匀后浇注于水中。将浇注的碎玻璃沥干、烘干后投入到贵金属(Au、Pt等)制成的坩埚中进行二次熔炼，并浇注或漏注到成型模具中成型，或者直接压制成型。

本发明还提供一种光学元件，其包括本发明的光学玻璃。

实施例

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

将表1-7中实施例1-56的各组分按比例称量、混合均匀后制成配合料，并将制成的配合料投入石英或刚玉坩埚中，在900-1350℃的温度和氧化气氛下，熔化、搅拌6-8小时后浇注入于水中，将浇注的碎玻璃沥干、烘干，然后再投入贵金属(如Au、Pt)制成的坩埚中，经过16-24小时熔化、搅拌、澄清后，降温至800-1250℃保温2小时后出炉，漏注到模具中成型，玻璃退火冷却后即可制得本发明的光学玻璃。

对比例

将表8中对比例A-E的各组分对应的原料分别按规定的比例称取，采用与实施例1-56相同的制备方法进行制备，获得对比例A-E的光学玻璃。

性能测试

1、折射率n_d、阿贝数υ_d

按照GB/T7962.1-2010的测试方法对所得光学玻璃进行折射率n_d、阿贝数υ_d的测定，表中所列n_d、υ_d为-25℃退火后的数据。

2、磨耗度F_A

光学玻璃的磨耗度按GB/T 7962.19规定的测试方法测量。

3、Knoop硬度HK

光学玻璃的Knoop硬度按ISO 9385规定的测试方法测量。

4、平均线膨胀系数α_-50/80℃、α_100/300℃

光学玻璃的平均线膨胀系数α_-50/80℃、α_100/300℃按GB/T 7962.16规定的方法进行测量。

5、转变温度Tg和弛垂温度Ts

光学玻璃的转变温度Tg和弛垂温度Ts按GB/T 7962.16规定的方法进行测量。

6、密度ρ

光学玻璃的密度ρ按照GB/T7962.20-2010的测试方法进行测定。

7、着色度λ₇₀/λ₅

光学玻璃短波透射光谱特性用着色度λ₇₀/λ₅表示。λ₇₀是指玻璃透射比达到70％时对应的波长，λ₅是指玻璃透射比达到5％时对应的波长。按照日本玻璃工业协会“光学玻璃着色度测定方法”JOGIS02，测定经平行的对面研磨的厚度为10±0.1mm的玻璃的光线透过率。

8、耐水性D_W、耐酸性D_A

按照JB/T10576-2006的测试方法对所得光学玻璃的耐水性D_W、耐酸性D_A进行测试。

9、复压性能试验

复压性能试验是按照如下方法进行的。将长度为25mm，宽度和厚度均为15mm的玻璃样品置入压型炉中，升温至比试样玻璃化转变温度Tg高250～350℃进行压型，并反复3次以上，检测玻璃是否出现析晶长大或析晶颗粒增多的情况。

将实施例1-56以及对比例A-E制得的光学玻璃的折射率n_d、阿贝数υ_d、磨耗度F_A、硬度HK、膨胀系数、转变温度Tg、弛垂温度Ts、密度ρ、着色度λ₇₀/λ₅、耐水性D_W、耐酸性D_A以及复压性能，列于表1-7中；将对比例A-E经测量得到的数据列于表1-8中。

表1：实施例1-8的玻璃组分及性能参数

表2：实施例9-16的玻璃组分及性能参数

表3：实施例17-24的玻璃组分及性能参数

表4：实施例25-32的玻璃组分及性能参数

表5：实施例33-40的玻璃组分及性能参数

表6：实施例41-48的玻璃组分及性能参数

表7：实施例49-56的玻璃组分及性能参数

表8：比较例A-E的玻璃组分及性能参数

从表1-7可以看出，本发明实施例1-56的光学玻璃的折射率n_d在2.0001-2.0190之间，阿贝数υ_d在18.51-22.00之间，其磨耗度在211-372之间，Knoop硬度在310×10⁷Pa-431×10⁷Pa之间，平均膨胀系数α_-50/80℃在62×10^-7/K-82×10^-7/K之间，平均膨胀系数α_100/300℃在73×10^-7/K-108×10^-7/K之间。弛垂温度T_s在474-674℃之间，密度在3.83-5.11g/cm³之间，着色度λ₇₀/λ₅中的λ₇₀不超过460nm，着色度λ₇₀/λ₅中的λ₅不超过405nm。化学稳定性的耐水性、耐酸性均能达到1级。并且本发明的光学玻璃工艺性能优良，适于批量化生产，尤其是玻璃复压性能好，软化温度较低，适合于二次压型和模压成型。

从表8可以看出，对比例A、D含有10％以上的GeO₂，对比例D还含有5.15％的La₂O₃，使玻璃成本大幅增加，不符合当今市场低成本化的要求。另外，对比例A的透过率和耐水性较差；对比例D还含有60％以上的Bi₂O₃，Bi₂O₃的密度较大，且腐蚀性极强，易于与熔炼设备发生反应，设备寿命缩短，明显增加制造成本和生产难度。

对比例B含有14％的WO₃，而WO₃是易着色物质，少量添加就会对着色度有明显影响，降低了玻璃的透过率。另外，对比例4中还含有4.4％的Na₂O，容易导致玻璃的耐失透性变差。

对比例C和E含有75％左右的Bi₂O₃，而Bi₂O₃的密度较大，且腐蚀性极强，易于与熔炼设备发生反应，设备寿命缩短，明显增加制造成本和生产难度。对比例C还含有1％的La₂O₃，使玻璃成本增加。对比例E还含有2％以上的TeO₂，而TeO₂是一种有毒物质，对环境和人体有害，空气中加热熔化，会生成白烟，使人感到恶心、头痛、口渴，皮肤瘙痒和心悸。人体摄入后可引发神经衰弱等症状。

另外，对比例A-E制备得到的光学玻璃的密度均较大，无法满足要求。

产业上的可利用性

本发明的光学玻璃及其制备方法可以在工业上进行生产，可以通过冷加工、热加工、精密模压等方式加工成透镜、预制件等各种光学元件，并且，本发明的光学元件可以用在各类光学仪器的光学系统中。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，其包含以化合物计的以下组分：

P₂O₅：13.52-18.53％；

Bi₂O₃：10-50％；

Nb₂O₅：0-50％；

TiO₂：0％；

WO₃：0-12％；

SiO₂：0-6％；

B₂O₃：0-6％；

Li₂O：0-6％；

Na₂O：0-4％；

K₂O：0-6％；

Al₂O₃：0-4％；

ZrO₂：0-3％；

CaO：0-5％；

ZnO：0-5％；

BaO：0-30％；

MgO：0-2％；

SrO：0-3％；

Sb₂O₃：0-0.1％；

上述百分比均为重量百分比；

所述光学玻璃的折射率为2.0001-2.0190；阿贝数为18.51-22.00；

以化合物的总重量计，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值为0.20-0.67。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其包含以化合物计的以下组分：

P₂O₅：13.52-18.53％；

Bi₂O₃：15-45％；

Nb₂O₅：10-45％；

WO₃：2-10％；

SiO₂：0-3％；

B₂O₃：0-3％；

Li₂O：0-4％；

Na₂O：0-3％；

K₂O：0-4％；

Al₂O₃：0.5-3.5％；

ZrO₂：0-2％；

CaO：0-3％；

ZnO：0-3％；

BaO：0-28％；

上述百分比均为重量百分比。

3.根据权利要求2所述的光学玻璃，其特征在于，其包含以化合物计的以下组分：

P₂O₅：15-18.53％；

Bi₂O₃：20-40％；

Nb₂O₅：15-40％；

WO₃：2-8％；

SiO₂：0-2％；

B₂O₃：0-2％；

Li₂O：0-2％；

Na₂O：0-2％；

K₂O：0-2％；

Al₂O₃：1-3％；

ZrO₂：0-1％；

CaO：0-1％；

ZnO：0-1％；

BaO：4-25％；

上述百分比均为重量百分比。

4.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(SiO₂+B₂O₃)的含量为0-6％。

5.根据权利要求4所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(SiO₂+B₂O₃)的含量为0-4％。

6.根据权利要求5所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(SiO₂+B₂O₃)的含量为0-2％。

7.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量为0-8％。

8.根据权利要求7所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量为0-6％。

9.根据权利要求8所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量为0-4％。

10.根据权利要求9所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Li₂O+Na₂O+K₂O)的含量为0-3％。

11.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量为25-70％。

12.根据权利要求11所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量为30-68％。

13.根据权利要求12所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量为35-65％。

14.根据权利要求13所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的含量为40-60％。

15.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值为0.25-0.65。

16.根据权利要求15所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值为0.35-0.60。

17.根据权利要求16所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，P₂O₅/∑(P₂O₅+Bi₂O₃)的值为0.40-0.55。

18.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量为50-77％。

19.根据权利要求18所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量为55-75％。

20.根据权利要求19所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的含量为60-70％。

21.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值控制在0.35以下。

22.根据权利要求21所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值控制在0.30以下。

23.根据权利要求22所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，TiO₂/∑(Nb₂O₅+Bi₂O₃+TiO₂+WO₃)的值控制在0.20以下。

24.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Al₂O₃+ZrO₂)的含量为0-4％。

25.根据权利要求24所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(Al₂O₃+ZrO₂)的含量为0-2％。

26.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量为0-30％。

27.根据权利要求26所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量为0-25％。

28.根据权利要求27所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量为0-20％。

29.根据权利要求28所述的光学玻璃，其特征在于，以化合物的总重量计，∑(CaO+ZnO+BaO+SrO+MgO)的含量为0-10％。

30.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率为2.0010-2.0120；阿贝数为18.80-21.00。

31.根据权利要求30所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率为2.0020-2.0100；阿贝数为19.10-20.00。

32.根据权利要求1-3任一项所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的着色度λ₇₀/λ₅中的λ₇₀在460nm以下；着色度λ₇₀/λ₅中的λ₅在405nm以下。

33.根据权利要求32所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的着色度λ₇₀/λ₅中的λ₇₀在450nm以下；着色度λ₇₀/λ₅中的λ₅在400nm以下。

34.根据权利要求33所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的着色度λ₇₀/λ₅中的λ₇₀在440nm以下；着色度λ₇₀/λ₅中的λ₅在395nm以下。

35.一种根据权利要求1-34任一项所述的光学玻璃的制备方法，其特征在于，包括将各组分按照比例称量、混合均匀后进行熔炼，然后浇注或漏注在成型模具中成型，或者直接压制成型。