CN109761492A - 环保镧冕光学玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents

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本发明提供了一种环保镧冕光学玻璃及其制备方法和应用，涉及玻璃制品技术领域。环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：17.9～44.4％，La2O3：16.6～38.7％，CaO：0～13.5％，SiO2：2～13.9％，BaO：0～50.4％，Y2O3：0～8.8％，SrO：0～9.4％，ZrO2：0～4.4％，Nb2O5：0～0.8％，ZnO：0～3.3％。本发明具有高折射率和低色散；还具有优良的光学性能和耐失透性能，化学稳定性良好，透过率良好且熔融成型性能优异；同时，不含Pb和As等对人体和环境有害的元素，符合现代人对环保的要求。

Description

环保镧冕光学玻璃及其制备方法和应用
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冕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和人们对光学仪器设备使用要求的不断提高，光学电子仪器逐步往数字化和高精细化发展，这使得以数码相机和显微镜等代表的光学仪器所使用的透镜等光学元件对数字化和轻量化的要求也越来越高。
在光学系统的设计中，高折射率的玻璃可以实现光学元件的超薄化和广角化，低色散的玻璃可以弥补和校正色差，使色差被控制在极小的范围，高折射率和低色散的光学玻璃有助于光学系统的成像。
传统型高折射率光学玻璃一般选择使用PbO和As2O3等原料来获取优良的光学性能，但随着人们环保意识的增强，越来越多的国家对光学材料提出了无铅和无砷的环保要求。
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冕光学玻璃，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冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：17.9～44.4％，La2O3：16.6～38.7％，CaO：0～13.5％，SiO2：2～13.9％，BaO：0～50.4％，Y2O3：0～8.8％，SrO：0～9.4％，ZrO2：0～4.4％，Nb2O5：0～0.8％，ZnO：0～3.3％。
进一步的，所述CaO的质量百分比为3.5～13.5％。
进一步的，所述BaO的质量百分比为25.5～43.2％。
进一步的，所述Y2O3的质量百分比为1.7～8.5％。
进一步的，所述SrO的质量百分比为1.4～9.4％。
进一步的，所述ZrO2的质量百分比为0.2～4.4％。
进一步的，所述Nb2O5的质量百分比为0.2～0.8％。
进一步的，所述ZnO的质量百分比为1～2.4％。
本发明的第二目的在于提供一种环保镧冕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冕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，得到环保镧冕光学玻璃。
本发明的第三目的在于提供一种上述环保镧冕光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧冕光学玻璃在制备光学元件中的应用，将环保镧冕光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧冕光学玻璃用于制备光学元件，环保镧冕光学玻璃的高折射率可以实现光学元件的超薄化和广角化，环保镧冕光学玻璃的低色散可以弥补和校正色差，使色差被控制在极小的范围，高折射率、低色散的光学玻璃有助于光学系统的成像。
本发明提供了一种上述环保镧冕光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧冕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冕光学玻璃以B2O3、La2O3、CaO、SiO2、BaO、Y2O3、SrO、ZrO2、Nb2O5和ZnO为主要原料，各原料组分之间的协同配合，得到具有高折射率和低色散，其折射率为1.69～1.71，阿贝数为52～58，为光学仪器的轻量化、广角化和高性能化发展提供了最重要的物质支持；还具有优良的光学性能和耐失透性能，化学稳定性良好，透过率良好且熔融成型性能优异，对铂金侵蚀小，在生产上可以实现连续熔炼；同时，该光学玻璃中不含Pb和As等对人体和环境有害的元素，符合现代人对环保的要求。
本发明提供的环保镧冕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冕光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧冕光学玻璃用于制备光学元件，环保镧冕光学玻璃的高折射率可以实现光学元件的超薄化和广角化，环保镧冕光学玻璃的低色散可以弥补和校正色差，使色差被控制在极小的范围，高折射率、低色散的光学玻璃有助于光学系统的成像。
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。
氧化铅(PbO)能够显著提高玻璃的折射率，三氧化二砷(As2O3)在熔炼中可以起到消除气泡和防止玻璃着色的效果，但二者的加入会加重玻璃液对铂金熔炉中铂金的侵蚀，导致更多铂金离子进入玻璃液中，影响玻璃的透过率等性能，同时引起不必要的成本流失。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：17.9～44.4％，La2O3：16.6～38.7％，CaO：0～13.5％，SiO2：2～13.9％，BaO：0～50.4％，Y2O3：0～8.8％，SrO：0～9.4％，ZrO2：0～4.4％，Nb2O5：0～0.8％，ZnO：0～3.3％。
氧化硼(B2O3)是玻璃生成体，特别是在高折射率和低色散的镧玻璃中，可以提高玻璃的熔化性能，降低析晶倾向，但当含量过低时玻璃易发生失透现象，含量过高时其熔炼过程中的挥发会引起玻璃常数和条纹的波动，不利于生产的稳定。
本发明中B2O3的质量百分比例如可以为，但不限于17.9％、20％、20.3％、23.6％、23.9％、24.2％、39.3％、40.9％、41.3％或44.4％。
氧化镧(La2O3)是高折射率、低色散玻璃的主要组成成分，能够显著提高玻璃的折射率，降低色散，但引入量过大时玻璃易析晶，且玻璃粘度小，易出现铂金离子和成型条纹。
本发明中La2O3的质量百分比例如可以为，但不限于16.6％、19.3％、20.6％、21.4％、21.6％、21.9％、25.7％、28.9％、32.1％、32.3％、37.8％或38.7％。
碱土金属氧化物氧化钙(CaO)是网络外体，能够提高玻璃的化学稳定性和热稳定性，降低玻璃的析晶倾向，但在不含Na的光学玻璃的熔炼中熔化困难，含量不宜过多。
本发明中CaO的质量百分比例如可以为，但不限于3.5％、4.2％、4.9％、5％、5.3％、7％、7.6％、8.9％或13.5％。
氧化硅(SiO2)是玻璃生成体，在高硼、镧系玻璃中起着调节粘度，抑制玻璃析晶的作用，但含量过高时化料困难，玻璃的粘度增大。
本发明中SiO2的质量百分比例如可以为，但不限于2％、3.9％、5.7％、6.8％、10.3％、12.1％、12.7％、12.8％、13.7％或13.9％。
氧化钡(BaO)是网络外体，能够提高光学玻璃的折射率和比重，是镧冕玻璃的重要组成，但引入量过大时会明显降低光学玻璃的化学稳定性和热稳定性，加剧对熔炉的侵蚀。
本发明中BaO的质量百分比例如可以为，但不限于25.5％、31％、31.4％、31.8％、42.6％或43.2％
三氧化二钇(Y2O3)可以改善玻璃的失透性能，但引入量过大，则会使玻璃的化学稳定性降低。
本发明中Y2O3的质量百分比例如可以为，但不限于1.7％、3.2％、3.3％、4％、4.8％、4.9％、5％、6.6％、8.4％或8.5％。
氧化锶(SrO)是网络外体，能够降低玻璃的熔化温度，调节玻璃液粘度，提高化学稳定性，但引入量过大时玻璃易失透，结合成本考虑，SrO的组分含量限定在0～9.4％。
本发明中SrO的质量百分比例如可以为，但不限于1.4％、2.4％、7.8％、8.1％或9.4％。
氧化锆(ZrO2)是网络外体，可以提高光学玻璃的折射率，提高析晶性能和化学稳定性，但当引入量过大(超过8％)时，熔化难度增大。
本发明中ZrO2的质量百分比例如可以为，但不限于0.2％、0.8％、1.5％、3.2％、3.3％或4.4％。
五氧化二铌(Nb2O5)是高折射率、低色散光学玻璃的重要组成，可以显著改善玻璃的析晶性能，结合其成本考虑，Nb2O5的组分含量限定在0～0.8％。
本发明中Nb2O5的质量百分比例如可以为，但不限于0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％或0.8％。
氧化锌(ZnO)是中间体，可以降低玻璃的高温粘度和膨胀系数，提高化学稳定性和机械强度，降低析晶倾向，但引入量过大时会造成玻璃的表面张力增大，玻璃液反应不活跃，使残留气泡难以消除。因此ZnO的组分含量限定在0～3.3％。
本发明中ZnO的质量百分比例如可以为，但不限于1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.4％或3.3％。
本发明提供的环保镧冕光学玻璃以B2O3、La2O3、CaO、SiO2、BaO、Y2O3、SrO、ZrO2、Nb2O5和ZnO为主要原料，各原料组分之间的协同配合，得到具有高折射率和低色散，其折射率为1.69～1.71，阿贝数为52～58，为光学仪器的轻量化、广角化和高性能化发展提供了最重要的物质支持；还具有优良的光学性能和耐失透性能，化学稳定性良好，透过率良好且熔融成型性能优异，对铂金侵蚀小，在生产上可以实现连续熔炼；同时，该光学玻璃中不含Pb和As等对人体和环境有害的元素，符合现代人对环保的要求。
优选的，所述CaO的质量百分比为3.5～13.5％。
优选的，所述BaO的质量百分比为25.5～43.2％。
优选的，所述Y2O3的质量百分比为1.7～8.5％。
优选的，所述SrO的质量百分比为1.4～9.4％。
优选的，所述ZrO2的质量百分比为0.2～4.4％。
优选的，所述Nb2O5的质量百分比为0.2～0.8％。
优选的，所述ZnO的质量百分比为1～2.4％。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种环保镧冕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，得到环保镧冕光学玻璃。
本发明提供的环保镧冕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冕光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧冕光学玻璃在制备光学元件中的应用。
本发明提供的环保镧冕光学玻璃或上述制备方法制备得到的环保镧冕光学玻璃用于制备光学元件，环保镧冕光学玻璃的高折射率可以实现光学元件的超薄化和广角化，环保镧冕光学玻璃的低色散可以弥补和校正色差，使色差被控制在极小的范围，高折射率、低色散的光学玻璃有助于光学系统的成像。
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冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：20.3％，La2O3：19.3％，SiO2：13.9％，BaO：43.2％，Y2O3：3.3％。
实施例二
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：20％，La2O3：20.6％，SiO2：13.7％，BaO：42.6％，Y2O3：3.2％。
实施例三
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：23.6％，La2O3：21.4％，CaO：7％，SiO2：12.1％，BaO：31％，Y2O3：4.8％。
实施例四
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：24.2％，La2O3：21.9％，CaO：4.2％，SiO2：12.8％，BaO：31.8％，Y2O3：5％，ZrO2：0.2％。
实施例五
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：23.9％，La2O3：21.6％，CaO：5.3％，SiO2：12.7％，BaO：31.4％，Y2O3：4.9％，ZrO2：0.2％。
实施例六
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：41.3％，La2O3：38.7％，CaO：8.9％，SiO2：5.7％，SrO：1.4％，ZrO2：3.3％，Nb2O5：0.8％。
实施例七
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：44.4％，La2O3：28.9％，CaO：13.5％，SiO2：3.9％，Y2O3：1.7％，SrO：2.4％，ZrO2：4.4％。
实施例八
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：40.7％，La2O3：32.1％，CaO：4.9％，SiO2：2％，Y2O3：8.4％，SrO：9.4％，ZnO：2.4％。
实施例九
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：39.3％，La2O3：37.8％，CaO：7.6％，SiO2：6.8％，Y2O3：4％，SrO：1.4％，ZrO2：3.2％。
实施例十
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：40.9％，La2O3：32.3％，CaO：5％，SiO2：2％，Y2O3：8.5％，SrO：8.1％，ZrO2：0.8％，ZnO：2.4％。
实施例十一
本实施例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：17.9％，La2O3：23.7％，CaO：3.5％，SiO2：13.3％，BaO：24.5％，Y2O3：6.6％，SrO：7.8％，ZrO2：1.5％，Nb2O5：0.2％，ZnO：1％。
实施例一至实施例十一所提供的环保镧冕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，得到环保镧冕光学玻璃。
对比例一
本对比例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：1.5％，La2O3：1.2％，CaO：14.3％，SiO2：0.6％，BaO：51.2％，Y2O3：9.2％，SrO：10.3％，ZrO2：5.8％，Nb2O5：1.5％，ZnO：4.4％。
对比例二
本对比例提供了一种环保镧冕光学玻璃，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：0.5％，La2O3：2.2％，CaO：15.3％，SiO2：0.6％，BaO：51.2％，Y2O3：9.2％，SrO：10.3％，ZrO2：4.8％，Nb2O5：2.5％，ZnO：3.4％。
对比例一至二所提供的环保镧冕光学玻璃的制备方法与实施例十一所提供的环保镧冕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冕光学玻璃具有高折射率和低色散，其折射率为1.69～1.71，阿贝数为52～58，为光学仪器的轻量化、广角化和高性能化发展提供了最重要的物质支持；还具有优良的光学性能和耐失透性能，化学稳定性良好，透过率良好且熔融成型性能优异，对铂金侵蚀小，在生产上可以实现连续熔炼；同时，该光学玻璃中不含Pb和As等对人体和环境有害的元素，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 (10)

1.一种环保镧冕光学玻璃，其特征在于，主要由如下质量百分比的原料制备而成：B2O3：17.9～44.4％，La2O3：16.6～38.7％，CaO：0～13.5％，SiO2：2～13.9％，BaO：0～50.4％，Y2O3：0～8.8％，SrO：0～9.4％，ZrO2：0～4.4％，Nb2O5：0～0.8％，ZnO：0～3.3％。
2.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述CaO的质量百分比为3.5～13.5％。
3.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述BaO的质量百分比为25.5～43.2％。
4.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述Y2O3的质量百分比为1.7～8.5％。
5.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述SrO的质量百分比为1.4～9.4％。
6.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述ZrO2的质量百分比为0.2～4.4％。
7.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述Nb2O5的质量百分比为0.2～0.8％。
8.根据权利要求1所述的环保镧冕光学玻璃，其特征在于，所述ZnO的质量百分比为1～2.4％。
9.一种权利要求1-8任一项所述的环保镧冕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，得到环保镧冕光学玻璃。
10.一种权利要求1-8任一项所述的环保镧冕光学玻璃或权利要求9所述的制备方法制备得到的环保镧冕光学玻璃在制备光学元件中的应用。
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CN110563328A (zh) * 2019-10-11 2019-12-13 湖北戈碧迦光电科技股份有限公司 重火石玻璃及其制备方法和应用

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