CN110407461A - 光学玻璃、光学预制件及光学元件 - Google Patents
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Abstract
光学玻璃、玻璃预制件及光学元件。本发明公开的光学玻璃含有以下重量百分比的组分SiO2:50‑80%,TiO2:0‑10%,BaO:0‑10%,Na2O:1‑20%,K2O:0‑15%,CaO:1‑15%,其中,Na2O和K2O的重量比Na2O/K2O=0.5‑3.0,K2O的含量不为0。本发明光学玻璃软化点低,玻璃模压时对模具损伤小,模具使用寿命更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃,特别是涉及一种Tg在600℃以下、折射率(nd)为1.45~1.65、阿贝数(νd)为50~65的光学玻璃,以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。
背景技术
近年来,随着光电行业的发展,对光学设备提出了小型化、轻量化、高性能化的要求,为了减少构成光学设备中光学系统的透镜数量,在光学设计中越来越多的使用非球面透镜。非球面透镜的制造现在广泛采用精密模压成型。采用精密模压技术制造的非球面透镜通常不用再进行研磨抛光,从而降低了成本,提高了生产效率。然而,模压过程的高温环境会对成型模具造成损伤,为了延长压型模具的使用寿命,则需要尽可能的降低压型温度,这就要求玻璃材料的转变温度(Tg)尽可能的低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有玻璃材料较高的转变温度(Tg),会对模压过程的成型模具造成损伤。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是提供了一种光学玻璃,其含有以下重量百分比的组分:SiO2:50-80%,TiO2:0-10%,BaO:0-10%,Na2O:1-20%,K2O:0-15%,CaO:1-15%,其中,Na2O和K2O的重量比Na2O/K2O=0.5-3.0。
优选的,SiO2:60-80%,进一步优选为65-75%。
优选的,TiO2:0-5%,进一步优选为0-2%。
优选的,BaO:0-5%,进一步优选为1-4%。
优选的,Na2O:1-15%,进一步优选为5-15%。
优选的,K2O:0-10%,进一步优选为2-8%。
优选的,CaO:2-12%,进一步优选为5-12%。
进一步的,上述光学玻璃中,还含有以下重量百分比的组分:Li2O:0-5%;和/或B2O3:0-10%;和/或NaCl:0-2%;和/或Al2O3:0-2%。
进一步的,上述光学玻璃中,Na2O和K2O的重量比为1.0-3.0,优选为1.8-2.3。
进一步的,上述光学玻璃中,K2O和CaO的重量之和与BaO重量之比(K2O+CaO)/BaO为1.8-10,优选为3.80-7.70。
进一步的,上述光学玻璃中,SiO2和K2O的重量比SiO2/K2O大于11,优选为11-35,进一步优选为11.6-20。
进一步的,上述光学玻璃中,BaO和K2O的重量比BaO/K2O为0.1-0.2,优选为0.3-2.0,进一步优选为0.36-1.0。
其中,上述光学玻璃,转变温度Tg在600℃以下,优选在580℃以下。
其中,上述光学玻璃,折射率为1.45-1.65,优选为1.48-1.60。
其中,上述光学玻璃,阿贝数为50-65,优选为52-60。
其中,上述光学玻璃,耐酸作用稳定性(DA)为3类以上,优选为2类以上,更优选为1类。
其中,上述光学玻璃,耐水作用稳定性(DW)为3类以上,优选为2类以上。
其中,上述光学玻璃,λ80在400nm以下,优选为370nm以下。
其中,上述光学玻璃,λ5在360nm以下,优选为340nm以下。
本发明的有益效果是:
本发明通过对玻璃组分以及含量的合理设计和调整,在不加入ZnO的情况下,获得了具有低转变温度、低着色等优异性能且性能稳定的环保光学玻璃,得到的环保光学玻璃折射率为1.45~1.65,阿贝数为50~65,Tg为600以下,着色度λ80在400nm以下,λ5在360nm以下;本发明光学玻璃软化点低,玻璃模压时对模具损伤小,模具使用寿命更高。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。在本说明书中,如果没有特殊说明,各组分(成分)的含量全部采用相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的重量百分比表示。在这里,所述“换算成氧化物的组成”是指,作为本发明的光学玻璃组成成分的原料熔融时分解并转变为氧化物的情况下,将该氧化物的物质总量作为100%。
本发明设计玻璃组分以及含量的原理如下:
SiO2是重要的玻璃形成体氧化物,在玻璃结构中起骨架作用,是提高玻璃熔融性和稳定性的重要成分。在本发明中,当SiO2含量不足50%时,玻璃的化学稳定性会降低;但当其含量超过80%时,则难以维持玻璃的光学常数,同时也会使玻璃熔融性降低,熔融温度升高。为了得到化学稳定性特别优异的玻璃,同时兼顾其融化特性,本发明的SiO2含量为50~80%,优选为60~80%,更优选为65-75%。
B2O3也是形成玻璃的氧化物,适当加入具有使阿贝数增大的效果,但当其含量超过10%时,会出现玻璃的折射率过低的倾向,而且熔炼过程中B2O3挥发性增大,引起玻璃的光学常数波动且玻璃的化学稳定性变差,模压时也容易挥发,使透镜表面出现白浊现象,为得到具有所期望的光学常数范围且具有优异的化学稳定性的光学玻璃,B2O3的含量限定为0~10%,优选含量为0~5%。
TiO2的适当加入能有效提高玻璃的折射率,但其容易造成玻璃着色,透过率降低,还会使玻璃Tg升高,因此TiO2的含量限定为0~10%,优选含量为0~5%,更优选为0-2%。
在玻璃中适量加入碱土金属氧化物RO,包括CaO、BaO、MgO、SrO等,可以提高玻璃的化学稳定性,有效调整玻璃的折射率和阿贝数,但RO高于25%时,导致玻璃的稳定性下降,并且还会显著降低玻璃色散,玻璃比重增大不利于轻量化,其中CaO含量过低,玻璃转变温度和澄清性能达不到理想效果;若过高,玻璃化学稳定性又会显著下降。BaO适当加入会提高耐候性提高折射率,但其对玻璃化学稳定性破坏较大,因此其含量不能过高,过高会影响玻璃的化学稳定性。由此,本发明的RO为0(不含)-25%,优选1-20%,更优选5-20%,在一些实施例中,优选的,RO为0-10%的BaO,优选0-5%的BaO,更优选1-4%的BaO;和1-15%的CaO,优选2-12%的CaO,更优选5-12%的CaO;和/或0-10%的SrO,优选0-5%的SrO,更优选不引入;和/或0~10%的MgO,优选0~5%的MgO,更优选不引入。
Rn2O为碱金属氧化物,包括Na2O、K2O、Li2O等,适量加入可降低玻璃的转变温度,改善玻璃的可熔融性和耐候性,降低高温粘度和结晶倾向;其中Na2O含量过低,玻璃高温粘度达不到设计目标;若过高,玻璃耐候性将显著下降。K2O对玻璃耐候性破坏较大,因此其含量不能过高,过高会影响耐候性。Li2O破坏玻璃网络的能力最强,降低玻璃高温粘度的能力最为显著,若含量过低,降低高温粘度的作用不显著;若含量过高,会降低玻璃的抗析晶性能。因此,本发明中Rn2O的含量限定在0(不含)~35%,优选为1~30%,更为优选的为5~25%。在一些实施例中,优选的,Rn2O为1~20%的Na2O,优选1~15%的Na2O,更优选5~15%的Na2O;和0(不含)~15%的K2O,优选1~10%的K2O,更优选2~8%的K2O;和/或0~5%的Li2O,优选0~2%的Li2O。
在一些实施方式中,通过控制Na2O/K2O的值限定在0.5-3之间,可以进一步提高玻璃的可熔融性,降低玻璃的析晶性能,提高玻璃的化学稳定性,一些实施例中优选Na2O/K2O的值在1-3之间,更优选1.8-2.3之间,玻璃的耐水、耐酸作用稳定性更优异。
本发明体系中,通过控制(K2O+CaO)/BaO的值限定在1.8-10之间,可以进一步降低玻璃的转变温度,调整光学常数,提高玻璃透过率,一些实施例中优选(K2O+CaO)/BaO的值在3.80-7.70之间,更能进一步降低玻璃着色,提高玻璃透过率,降低光学玻璃的转变温度(Tg)。
在一些实施方式中,通过控制BaO/K2O的值限定在0.1-2.0之间,可以进一步提高玻璃的透过率,降低玻璃着色,提高玻璃的化学稳定性和热稳定性,一些实施例中优选BaO/K2O的值在0.30(不含)-2.0之间,更优选0.36(不含)-1.0之间,玻璃的着色度更能达到设计目标。
在一些实施方式中,通过控制SiO2/K2O的值大于11.0,可以进一步调节玻璃的光学常数,降低玻璃的析晶性能,一些实施例中优选SiO2/K2O的值在11.0(不含)-35.0之间,更优选11.6(不含)-20之间,不仅能获得上述优异性能,同时不会明显提高玻璃的熔融温度。
本发明还可适量添加Al2O3,Al2O3与SiO2可以一起构成玻璃骨架,具有提高玻璃化学稳定性的效果,在本发明中,Al2O3含量控制在0-2%之间,不能超过2%,否则玻璃会出现高粘性,澄清性恶化的倾向,优选0-1%之间。
本发明还可适量添加NaCl,提高玻璃澄清效果,NaCl控制在0-2%之间,优选0-1%之间。
需要说明的是,本发明所记载的“不包含”、“不含有”、“不引入”、“0%”是指没有故意将该化合物、分子或元素等作为原料添加到本发明的玻璃中;但作为生产玻璃的原材料和/或设备,会存在某些不是故意添加的杂质或组分,会在最终的玻璃中少量或痕量含有,此种情形也在本发明专利的保护范围内。
除非在具体情况下另外指出,本文所列出的数值范围包括上限和下限值,“以上”和“以下”包括端点值,在该范围内的所有整数和分数,而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的,例如“A和/或B”、“A;和/或B”、“A,和/或B”,是指只有A,或者只有B,或者同时有A和B。
下面对本发明光学玻璃的相关性能及测试方法进行说明。
本发明光学玻璃的短波透射光谱特性用着色度(λ80/λ5)表示。λ80是指玻璃透射比达到80%时对应的波长,λ5是指玻璃透射比达到5%时对应的波长,其中,λ80的测定是使用具有彼此平行且光学抛光的两个相对平面的厚度为10±0.1mm的玻璃,测定从280nm到700nm的波长域内的分光透射率并表现出透射率80%的波长。所谓分光透射率或透射率是在向玻璃的上述表面垂直地入射强度Iin的光,透过玻璃并从一个平面射出强度Iout的光的情况下通过Iout/Iin表示的量,并且也包含了玻璃的上述表面上的表面反射损失的透射率。玻璃的折射率越高,表面反射损失越大。因此,在本发明的光学玻璃中,λ80的值小意味着玻璃自身的着色少。本发明的光学玻璃透射比达到80%时对应的波长(λ80)在400nm以下,优选在370nm以下,其玻璃透射比达到5%时对应的波长(λ5)在360nm以下,优选在340nm以下。本发明短波透射光谱特性使用具有彼此相对的两个光学抛光平面的厚度为10±0.1mm的玻璃样品,测定分光透射率,根据其结果而计算得出。
本发明光学玻璃的折射率nd为1.45~1.65,优选为1.48~1.60,阿贝数vd为50~65,优选为52~60。本发明折射率与阿贝数按照GB/T7962.1-2010规定的方法进行测试。
本发明玻璃的转变温度(Tg)在600℃以下,优选在580℃以下。光学玻璃在某一温度区间会逐渐由固态变成可塑态,转变温度Tg是指玻璃试样从室温升温至驰垂温度Ts,其低温区域和高温区域直线部分延长线相交的交点所对应的温度。转变温度Tg按GB/T7962.16-2010规定的方法进行测量。
光学玻璃元件在制造和使用过程中,其抛光表面抵抗水、酸等各种侵蚀介质作用的能力称为光学玻璃的化学稳定性,其主要取决于玻璃的化学组分,本发明的光学玻璃的耐酸作用稳定性(DA)为3类以上,优选为2类以上,更优选为1类;耐水作用稳定性(DW)为3类以上,优选为2类以上。按GB/T 17129的测试方法测试耐水作用稳定性Dw和耐酸作用稳定性DA。
密度按照《GB/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。
本发明还提供一种光学预制件和光学元件,由上述光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成,并且所述的光学预制件和光学元件可以应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。
本发明通过调整构成光学玻璃的各组分的重量百分比,以及调整各组分之间的比值,能够在容易获得期望折射率、阿贝数的前提下,使光学玻璃具有优异的化学稳定性和热稳定性,低着色。同时,本发明的光学玻璃还具备优异的转变温度,以使得光学玻璃能够以更低的温度加工成型,且成品光学玻璃具有较好的化学稳定性,热稳定性,高透明度等特性,以满足光学玻璃在光电子领域的应用。
本发明的光学预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的光学预制件具有光学玻璃所具有的优异特性;本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性,能够提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。
作为透镜的例子,可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。
另外,对于棱镜来说,由于折射率相对较高,因此通过组合在摄像光学体系中,通过弯曲光路,朝向所需的方向,即可实现紧凑、广角的光学体系。
本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明,但并不因此将本发明保护范围限制在所述的实施例范围之中。
本发明实施例1~20所提供的光学玻璃按照如下方法制备:
表1~表4中显示的实施例1~20是通过按照表1~表4所示各个实施例的比值称重并混合光学玻璃用普通原料,将混合原料放置在坩埚中,在一定的温度内熔融,并且经熔化、澄清、搅拌和均化后,得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃,将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。
本发明实施例1~20的组成与折射率、阿贝数、密度、DA、Dw、Tg、λ80、λ5的结果一起在表1~表4中表示。在这些表中,各个组分的组成是用重量百分比表示的。
表1
表2
表3
表4
Claims (13)
1.光学玻璃,其特征在于含有以下重量百分比的组分:SiO2:50-80%,TiO2:0-10%,BaO:0-10%,Na2O:1-20%,K2O:0-15%,CaO:1-15%,其中,Na2O和K2O的重量比Na2O/K2O=0.5-3.0,K2O的含量不为0。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃,其特征在于:所述光学玻璃中
SiO2:60-80%,优选为65-75%;
TiO2:0-5%,优选为0-2%;
BaO:0-5%,优选为1-4%;
Na2O:1-15%,优选为5-15%;
K2O:0-10%,优选为2-8%;
CaO:2-12%,优选为5-12%。
3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃,其特征在于还含有以下重量百分比的组分:Li2O:0-5%;和/或B2O3:0-10%;和/或NaCl:0-2%;和/或Al2O3:0-2%。
4.根据权利要求1~3任一项所述的光学玻璃,其特征在于:Na2O和K2O的重量比Na2O/K2O为1.0-3.0,优选为1.8-2.3。
5.根据权利要求1~4任一项所述的光学玻璃,其特征在于:K2O和CaO的重量之和与BaO重量之比(K2O+CaO)/BaO为1.8-10,优选为3.80-7.70。
6.根据权利要求1~5任一项所述的光学玻璃,其特征在于:SiO2和K2O的重量比SiO2/K2O大于11,优选为11-35,进一步优选为11.6-20。
7.根据权利要求1~6任一项所述的光学玻璃,其特征在于:BaO和K2O的重量比BaO/K2O为0.1-0.2,优选为0.3-2.0,进一步优选为0.36-1.0。
8.根据权利要求1~7任一项所述的光学玻璃,其特征在于:所述光学玻璃的转变温度Tg在600℃以下,优选在580℃以下;所述光学玻璃的折射率为1.45-1.65,优选为1.48-1.60;阿贝数为50-65,优选为52-60。
9.根据权利要求1~8任一项所述的光学玻璃,其特征在于:所述光学玻璃的耐酸作用稳定性(DA)为3类以上,优选为2类以上,更优选为1类;耐水作用稳定性(DW)为3类以上,优选为2类以上。
10.根据权利要求1~9任一项所述的光学玻璃,其特征在于:所述光学玻璃的λ80在400nm以下,优选为370nm以下;λ5在360nm以下,优选为340nm以下。
11.一种玻璃预制件,其特征在于,所述玻璃预制件采用权利要求1-10中任一项所述的光学玻璃制成。
12.一种光学元件,其特征在于,所述光学元件采用权利要求1-10中任一项所述的光学玻璃或权利要求11所述玻璃预制件制成。
13.一种光学仪器,其特征在于,所述光学仪器具有权利要求12所述的光学元件。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20191105 |