CN1105955A - 光学玻璃 - Google Patents

Abstract

一种光学玻璃，其主要成分包括(重量％)：25—50％SiO₂，16—40％B₂O₃，5—25％SrO，1—10％Li₂O。其光学数据为：折射指数(N_d)1.55—1.65，阿贝值(v_d)55—63，屈服点(At)低于600℃。此玻璃适用于模压成型。

Description

本发明涉及光学玻璃。具体是SiO₂-B₂O₃-SrO-Li₂O体系的光学玻璃，其光学数据为：折射指数（N_d）为1.55-1.65，阿贝值（υ_d）为55-63，具优等耐化学性和较低的软化点。

本技术领域已知具有上述光学数据的是重冕（heavy Crown）体系。例如，由Japan Glass Products Industries Association出版的“Glass Composition Data Book（1991）”描述了多种SK（Schot目录的名称）型的玻璃。然而这些玻璃一般具有高的屈服点（At），超过600℃，并由于此原因，需要高的成形温度。因此这些玻璃不适用于以模压法直接成形光学元件，此直接方法在模压成形后应不需要研磨或抛光工序。在模压时，出现的问题是当玻璃成形温度高时使模具使用寿命缩短，因此，用于模压的玻璃的屈服点应当尽可能地低。

为克服此一问题，有人提出一种玻璃体系，向其中引入R′₂O（其中R′代表碱金属）。例如，日本专利申请公开Hei-4-292435披露了一种玻璃，其中含有TeO₂成分来防止由于在常规SiO₂-B₂O₃-BaO体系的玻璃中引入R′₂O而导致的耐化学性变坏。然而，此玻璃的抗酸性能不足。另一例，日本专利申请公开Sho-60-122747披露了一种SiO₂-B₂O₃-CaO-Li₂O体系的玻璃。然而，此玻璃的抗酸性能也不足，并且趋向于表面变色，因此不适用于模压成形。

本发明的目的是提供一种光学玻璃，其光学数据为折射指数（N_d）约1.55-1.65，阿贝值（υ_d）约55-63，屈服点（At）适用于模压，并仍具有优等的耐化学性。

为达到上述目的，发明人作了大量研究和实验，并且有如下发现而完成本发明，即具有特定组成范围的SiO₂-B₂O₃-SrO-Li₂O体系的光学玻璃具有上述所要求的光学数据并且适用于模压成形，即具有低的屈服点和优等的耐化学性，这种组成的玻璃是以往未曾披露的。

按本发明达到上述目的的光学玻璃的重量百分组成如下：

SiO₂25-50%

B₂O₃16-40%

Al₂O₃0-5%

TiO₂0-1%

ZrO₂0-5%

ZnO  0-5%

MgO  0-5%

CaO  0-8%

SrO  5-25%

BaO  0-9%

Li₂O 1-10%

Na₂O+K₂O 0-5%

Sb₂O₃0-1%

本发明提供的光学玻璃具如下光学数据：折射指数（N_d）1.55-1.65，阿贝值（υ_d）55-63，屈服点（At）低于600℃，与常规光学玻璃相比具优等耐化学性。此外，本发明的光学玻璃容易加工制造和均匀化，从而适于模压成形。

对于本发明的光学玻璃而言，选择上述的各成分含量范围的理由如下。在下文中，各成分含量是以重量百分率表示的。

SiO₂是形成玻璃的必需成分，其含量范围为25-50%。若低于25%，玻璃的耐化学性不佳;若超过50%，难于保持低的软化点，也难于保持作为本发明的光学玻璃的目标指标的各项光学数据。

B₂O₃成分有利于使玻璃具低的软化点。若其含量低于16%，玻璃的反玻璃化趋势增加;若超过40%，耐化学性变差。

Al₂O₃成分有利于玻璃的耐化学性。若其含量超过5%，反玻璃化趋势增加，同时屈服点温度（At）增高。

加入TiO₂可以防止玻璃的日晒作用（solarization），以及调节其光学数据。其含量最高为1%已足够。

加入ZrO₂可以提高折射指数和改进耐化学性。若其含量超过5%，反玻璃化趋势增加。

在本发明中，含有SrO是很重要的，当它与上述含量范围的B₂O₃共同存在时，业已发现能保持低的软化点和具有优等抗酸性能。

在具有上述光学数据的常规式玻璃体系中，加入SrO是为了调节光学数据，并作为与BaO和CaO功能一样的成分。本发明则意外地发现，SrO成分不仅使玻璃的折射指数增大，并且从全面来讲，与其他二价金属氧化物相比，是有利于低的色散性、耐化学性以及低的软化点的最有益的成分。在从前，将多量的SrO引入玻璃中是困难的，因为它使玻璃的稳定性变差。本发明则意外地发现，借助于加入16%或更多的B₂O₃成分，虽然加入多量的SrO成分，仍能制成具足够稳定性的玻璃。

为能获得优等耐化学性和低的软化点，同时保持玻璃的稳定性，SrO成分的量应当是5-25%。若少于5%，玻璃的抗酸性能变差;若超过25%，玻璃变得不稳定，而不是原来希望的更稳定。

ZnO、MgO、CaO、BaO成分是另一些可加入的二价金属氧化物，用于调节光学数据。但，若是这些成分的加入量分别超过5%、5%、8%、9%，该玻璃不能达到足够稳定性，其耐化学性变差。

其中的Li₂O成分很重要，因为它对于降低玻璃的软化点特别有效。为使此成分发挥此一功能，同时防止反玻璃化趋势增加，此成分的量应在1-10%范围。

可以按需要加入Na₂O和K₂O成分，以便获得低的软化点。这些成分的量不应超过5%，以防反玻璃化趋势增大和保持好的耐化学性。

可以加入Sb₂O₃成分作为熔化玻璃时的澄清剂。此成分的量最高1%已足。

在需要时，可以加入上述之外的其他成分，例如La₂O₃、Bi₂O₃、Cs₂O、SnO、F，其总量最高可达约3%，用于调节光学数据，改进熔化性质，防止反玻璃化趋势。

实施例

以下的表中列出按本发明所制的光学玻璃（例1-例10）以及对比实施例所制常规光学玻璃（A、B、C），还包括各测试结果：折射指数（N_d）、阿贝值（υ_d）、屈服点（At，℃）、耐化学性。

由前面的表可以看到，按本发明的实施例的玻璃具有所希望的光学数据和低的屈服点（At），此外，与对比实施例的玻璃相比，也具有改进的耐化学性。另外，按本发明的实施例的玻璃具优等防止反玻璃化性能，并且易于均匀化。由此，本发明的实施例的玻璃易于加工制造和很适于模压成形。

抗酸性能的测定是将玻璃试样（约30×30×5mm，具抛光和未抛光的相对表面）浸在3N的硝酸水溶液中，25℃，30分钟，观察二个表面的浸蚀程度。其结果是圆圈符号时表示二个表面未有任何变化并保持其透明性;是交叉符号时表示二个表面被浸蚀并且透明性变差。

本发明各实施例的玻璃的制造很简便，包括将氧化物、碳酸盐、硝酸盐或氢氧化物形式的玻璃原料成分按规定比例称重并将之混合，在白金坩埚中熔化这些原料，其温度范围为1150-1350℃，时间约2-4小时，视乎该玻璃组成的熔化程度而定，将熔化的玻璃料搅拌使之均匀化，然后在模具中铸造，最后退火。

Claims (2)

1、一种光学玻璃，其重量百分组成如下：

SiO₂25-50%

B₂O₃16-40%

Al₂O₃0-5%

TiO₂0-1%

ZrO₂0-5%

ZnO       0-5%

MgO       0-5%

CaO       0-8%

SrO       5-25%

BaO       0-9%

Li₂O 1-10%

Na₂O+K₂O 0-5%

Sb₂O₃0-1%。

2、权利要求1的光学玻璃，其光学数据为：折射指数（N_d）1.55-1.65，阿贝值（υ_d）55-63，屈服点（At）低于600℃。