CN109704563B - 环保镧系光学玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环保镧系光学玻璃及其制备方法和应用，涉及玻璃制品技术领域。环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3，Nb2O5，ZrO2，SiO2，ZnO，La2O3，Sb2O5，TiO2，CaO，BaO，SrO，Na2O，K2O，Li2O。本发明提供的环保镧系光学玻璃具有高折射率和低色散，有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不含有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃制品技术领域，尤其是涉及一种环保镧系光学玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
随着光电行业的发展，目前国内外数码相机、摄影机和手机等非常流行，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。具有特高的折射率，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和As2O3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和无砷的环保化要求。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保镧系光学玻璃，以缓解现有技术中存在的光学玻璃中含有铅和砷，环保不达标等技术问题。
本发明提供的环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15～18份，Nb2O5：12～17份，ZrO2：2～5份，SiO2：15～20份，ZnO：1～3份，La2O3：24～29份，Sb2O5：0-0.5份，TiO2：5～8份，CaO：0～2.9份，BaO：0～13.5份，SrO：0～13.6份，Na2O：0～2.5份，K2O：0～2.1份，Li2O：0～2.1份；
其中，Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和不超过5份，CaO、BaO和SrO的质量份数之和不超过18份。
进一步的，所述Sb2O5的质量份数为0.1～0.2份。
进一步的，所述CaO的质量份数为0.4～2.9份。
进一步的，所述BaO的质量份数为2.3～13.5份。
进一步的，所述SrO的质量份数为5.1～13.6份。
进一步的，所述Na2O的质量份数为0.4～2.5份。
进一步的，所述K2O的质量份数为0.8～2.1份。
进一步的，所述Li2O的质量份数为1.5～2.1份。
本发明的第二目的在于提供一种环保镧系光学玻璃的制备方法，该制备方法操作简单，条件易于控制，适宜大规模生产。
本发明提供的环保镧系光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合后，烧制，融化、澄清、均化，成型，得到环保镧系光学玻璃。
本发明的第三目的在于提供一种上述环保镧系光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃在制备光学元件中的应用，将上述环保镧系光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃用于制备光学元件，该光学玻璃有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不含有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求，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。
本发明提供了一种上述环保镧系光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃在制备光学元件中的应用。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供的环保镧系光学玻璃以特定配比的B2O3、Nb2O5、ZrO2、SiO2、ZnO、La2O3、Sb2O5、TiO2、CaO、BaO、SrO、Na2O、K2O和Li2O为主要原料，各组分之间协同配合，得到的光学玻璃具有高折射率和低色散，其折射率为1.76～1.81，阿贝数为35～38，有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不合有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求。
本发明提供的环保镧系光学玻璃的制备方法，该制备方法操作简单，条件易于控制，适宜大规模生产。
本发明提供的上述环保镧系光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃用于制备光学元件，该光学玻璃有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不含有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求，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。
具体实施方式
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，而不应视为限制本发明的范围。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，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15～18份，Nb2O5：12～17份，ZrO2：2～5份，SiO2：15～20份，ZnO：1～3份，La2O3：24～29份，Sb2O5：0-0.5份，TiO2：5～8份，CaO：0～2.9份，BaO：0～13.5份，SrO：0～13.6份，Na2O：0～2.5份，K2O：0～2.1份，Li2O：0～2.1份；
其中，Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和不超过5份，CaO、BaO和SrO的质量份数之和不超过18份。
氧化硼(B2O3)是玻璃形成体，特别在高折射率、低色散的镧系光学玻璃中，可以提高熔化性能，但其含量不足时，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，而含量过高时，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15～18份。
本发明中B2O3的质量份数例如可以为，但不限于15份、15.1份、15.7份、15.3份、15.8份、16.2份、16.3份、16.7份、17.1份或18份。
五氧化二铌(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。当含量不足时，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12～17份。
本发明中Nb2O5的质量份数例如可以为，但不限于12份、12.9份、13.2份、13.6份、14.2份、15.1份、15.2份、15.3份、15.7份、16.4份或17份。
氧化锆(ZrO2)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，其含量不足时，上述效果不明显，而含量过高时，反而会导致玻璃的失透倾向增加，因此将ZrO2组分的含量限定在2～5份。
本发明中ZrO2的质量份数例如可以为，但不限于2份、3.2份、2.8份、3.1份、3.2份、3.3份、3.4份或5份。
二氧化硅(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，但其含量不足时，无法实现上述效果，而含量过高时，玻璃的熔化性能降低，粘度增大，同时玻璃的折射率和色散下降，耐失透性变差，因此将SiO2组分的含量限定在15～20份。
本发明中SiO2的质量份数例如可以为，但不限于15份、15.2份、15.9份、16.1份、16.3份、16.5份、16.8份、17.3份、17.4份、17.6份、18.1份、或20份。
氧化锌(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，但其含量不足时，效果不明显，而其含量过高时，则达不到本发明所要求的高折射率的目的，因此将ZnO组分的含量限定在1～3份。
本发明中ZnO的质量份数例如可以为，但不限于1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.7份、1.8份、1.9份、2.1份或3份。
氧化镧(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23～40份之间，当玻璃制备配方中La2O3含量过高时，玻璃失透倾向增大，不易获得成品，而其含量不足时，玻璃折射率偏低，又无法达到要求，因此将La2O3组分的含量限定在24～29份。
本发明中La2O3的质量份数例如可以为，但不限于24份、25.6份、26.3份、26.4份、26.5份、27.1份、27.2份、27.8份、28.1份、28.3份或29份。
五氧化二锑(Sb2O5)可促进玻璃熔融时的澄清，将Sb2O5组分的含量限定在0-0.5份。
本发明中Sb2O5的质量份数例如可以为，但不限于0.1份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份。
二氧化钛(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，含量不能太高，因此将TiO2组分的含量限定在5～8份。
本发明中TiO2的质量份数例如可以为，但不限于7.1份、6.8份、6.3份、5.8份、5.7份、6.1份、5.9份、5.3份、6.2份、5.7份或8份。
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。因此将Li2O、Na2O和K2O组分的总含量限定在0-5份，优先不加入。
本发明中Na2O的质量份数例如可以为，但不限于0.4份、0.5份、1.2份或2.5份。
本发明中K2O的质量份数例如可以为，但不限于0.8份、1.8份或2.1份。
本发明中Li2O的质量份数例如可以为，但不限于1.5份、1.9份或2.1份。
本发明中Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份或5份。
碱土金属CaO、BaO和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，但其含量过高时，玻璃的失透倾向变大，组分的含量限定0-18份。
本发明中CaO的质量份数例如可以为，但不限于0.4份、0.5份或2.9份。
本发明中BaO的质量份数例如可以为，但不限于2.3份、3.1份、4.3份、10.9份、11.2份、11.3份或13.5份。
本发明中SrO的质量份数例如可以为，但不限于5.1份、8.4份、9.4份、11.2份、12.7份或13.6份。
本发明中CaO、BaO和SrO的质量份数之和例如可以为，但不限于1份、2份、4份、5份、6份、8份、10份、12份、13份或15份。
本发明提供的环保镧系光学玻璃以特定配比的B2O3、Nb2O5、ZrO2、SiO2、ZnO、La2O3、Sb2O5、TiO2、CaO、BaO、SrO、Na2O、K2O和Li2O为主要原料，各组分之间协同配合，得到的光学玻璃具有高折射率和低色散，其折射率为1.76～1.81，阿贝数为35～38，有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不含有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种环保镧系光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合后，烧制，融化、澄清、均化，成型，得到环保镧系光学玻璃。
本发明提供的环保镧系光学玻璃的制备方法，该制备方法操作简单，条件易于控制，适宜大规模生产。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种上述环保镧系光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃在制备光学元件中的应用。
本发明提供的上述环保镧系光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃用于制备光学元件，该光学玻璃有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不合有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求，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。
为了有助于更清楚的理解本发明，下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例一
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15.7份，Nb2O5：13.2份，ZrO2：3.2份，SiO2：15份，ZnO：2.1份，La2O3：25.6份，Sb2O5：0.1份，TiO2：7.1份，BaO：13.5份。
实施例二
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：16.3份，Nb2O5：12.9份，ZrO2：2份，SiO2：17.6份，ZnO：1.8份，La2O3：29份，Sb2O5：0.1份，TiO2：6.8份，SrO：11.2份。
实施例三
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15份，Nb2O5：17份，ZrO2：3.1份，SiO2：16.3份，ZnO：1.9份，La2O3：26.3份，TiO2：6.3份，CaO：2.9份，BaO：10.9份，Na2O：2.5份。
实施例四
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15.8份，Nb2O5：14.2份，ZrO2：3.2份，SiO2：17.3份，ZnO：1.3份，La2O3：27.2份，Sb2O5：0.2份，TiO2：5.8份，BaO：11.2份，Na2O：1.2份。
实施例五
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15.3份，Nb2O5：15.3份，ZrO2：3.3份，SiO2：18.1份，ZnO：1.7份，La2O3：26.5份，Sb2O5：0.1份，TiO2：5.7份，CaO：0.5份，SrO：12.7份，Na2O：0.4份。
实施例六
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：16.7份，Nb2O5：15.3份，ZrO2：3.4份，SiO2：16.8份，ZnO：1.3份，La2O3：27.1份，TiO2：6.1份，CaO：0.5份，BaO：11.3份，K2O：0.8份。
实施例七
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15.8份，Nb2O5：16.4份，ZrO2：3.4份，SiO2：17.4份，ZnO：1.2份，La2O3：26.4份，TiO2：5.9份，BaO：2.3份，SrO：13.6份，Na2O：0.5份。
实施例八
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：16.2份，Nb2O5：15.7份，ZrO2：3.5份，SiO2：16.5份，ZnO：1.3份，La2O3：27.8份，Sb2O5：0.1份，TiO2：5份，BaO：3.1份，SrO：8.4份。
实施例九
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：16.3份，Nb2O5：15.1份，ZrO2：3.4份，SiO2：15.9份，ZnO：1.2份，La2O3：28.1份，TiO2：6.2份，CaO：0.4份，BaO：4.3份，SrO：5.1份，K2O：2.1份。
实施例十
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：17.1份，Nb2O5：15.2份，ZrO2：3.2份，SiO2：16.1份，ZnO：1份，La2O3：27.2份，TiO2：5.7份，CaO：0.5份，SrO：9.4份，K2O：1.8份，Li2O：1.9份。
实施例十一
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：18份，Nb2O5：12份，ZrO2：5份，SiO2：20份，ZnO：3份，La2O3：24份，Sb2O5：0.5份，TiO2：8份，CaO：1.5份，BaO：6.5份，SrO：2.1份，Na2O：0.6份，K2O：1.2份，Li2O：1.5份。
实施例一至实施例十一所提供的环保镧系光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合后，烧制，融化、澄清、均化，成型，得到环保镧系光学玻璃。
对比例一
本对比例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：5份，Nb2O5：5份，ZrO2：10份，SiO2：5份，ZnO：0.5份，La2O3：10份，Sb2O5：1份，TiO2：2份，CaO：5份，BaO：15份，SrO：15份，Na2O：5份，K2O：5份，Li2O：5份。
对比例二
本对比例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：10份，Nb2O5：10份，ZrO2：1份，SiO2：8份，ZnO：5份，La2O3：15份，Sb2O5：2份，TiO2：10份，CaO：3.5份，BaO：20份，SrO：16份，Na2O：6份，K2O：6份，Li2O：6份。
对比例一至二所提供的环保镧系光学玻璃的制备方法与实施例十一所提供的环保镧系光学玻璃的制备方法。
试验例
各实施例和对比例的光学玻璃的性能，结果见表1。
本发明中实施例一至十一分别用A1-A11表示，对比例一至二分别用D1-D2表示。
表1各实施例和对比例的配方及性能测试结果
由表中数据可知，本发明实施例一至十一所提供的环保镧系光学玻璃具有高折射率和低色散，其折射率为1.76～1.81，阿贝数为35～38，有着很好的光学性能、优异的耐失透性以及良好的熔融成型性能，化学稳定性优异，具有实现连续熔制的结晶稳定性，并且玻璃组分中不含有PbO和AsO等成分，符合现代人对环保的要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种环保镧系光学玻璃，其特征在于，主要由如下质量份数的原料制备而成：B2O3：15～18份，Nb2O5：12～17份，ZrO2：2～5份，SiO2：15～20份，ZnO：1～3份，La2O3：24～29份，Sb2O5：0.1～0.2份，TiO2：5～8份，CaO：0.4～2.9份，BaO：2.3～13.5份，SrO：5.1～13.6份，Na2O：0.4～2.5份，K2O：0.8～2.1份，Li2O：1.5～2.1份；
其中，Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和不超过5份，CaO、BaO和SrO的质量份数之和不超过18份。
2.一种权利要求1所述的环保镧系光学玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料组分混合后，烧制，融化、澄清、均化，成型，得到环保镧系光学玻璃。
3.一种权利要求1所述的环保镧系光学玻璃或权利要求2所述的制备方法制备得到的环保镧系光学玻璃在制备光学元件中的应用。
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