CN111825329A - 一种光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种能够稳定供应的、具有优良的玻璃稳定性的高折射率中分散光学玻璃。本设计的光学玻璃的特征在于，当以质量％表示时，包含:合计量为10‑50％的Si02和B203；合计量为35‑65％的La203和Y203；合计量为1‑20％的Ti02和Nb205；0‑15％的Zr02；合计量为0‑10％的Li2O,Na2O和K20；合计量为0‑10％的MgO,CaO,Sr0和BaO。该种光学玻璃去掉了ZnO、WO3降低了Nb2O5等价格较高氧化物，增加Ti02调整色散性能，增加Li2O,Na2O和K20中一种或几种，降低熔化温度和转变温度。同时保证了光学玻璃折射率nd在1.83‑1.85，阿贝数vd为37‑39，并且着色度λ70小于390nm的可以稳定生产光学玻璃。其原料价格每公斤比现有专利公布玻璃价格少10元人民币每公斤左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃，特别涉及一种光学玻璃。
背景技术
光学玻璃是用于制造光学仪器或机械系统中的透镜、棱镜、反射镜和窗口等的玻璃材料。光学玻璃透光性能好、折光率高，被广泛应用于制造眼镜片、照相机、望远镜、显微镜和透镜等光学仪器。随着科技的进步，数码产品更新换代，对光学玻璃的需求量也越来越大，并且对光学玻璃的性能也提出了更高的要求。由高折射率、中分散玻璃形成的透镜通过与由低折射率、低分散玻璃形成的透镜相组合，能够修正色差并且使光学系统小型化。其作为构成摄像光学系统或投影仪等投射光学系统的光学元件占有非常重要的位置。
以前同行业生产该类玻璃采用B203--La203--ZnO系统，ZnO含量高于20％，为了提高色散性能，其中的Nb2O5含量也非常高，同时还要少量引入WO3。因为其成分中的ZnO、WO3和Nb2O5含量相对较多，原料单价较贵；并且因为引入了WO3，由于WO3本身质量不稳定，玻璃的着色度不稳定。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光学玻璃，本发明的光学玻璃对本设计的光学玻璃的组成范围的限定理由进行说明，只要没有特殊记载，各成分的含量、合计含量以质量％表示。
本发明中的Si02和B203均是网目形成氧化物，并且是维持玻璃的稳定性而必须的成分。如果Si02和B203的合计含量小于10％，则难以维持玻璃稳定性，在玻璃制造中容易失透。因此Si02和B203的合计含量为10-50％。Si02和B203的合计含量优选的范围为10-45％，更优选的范围为10-40％，进一步优选的范围为15-40％，更进一步优选的范围为20-35％。
在网目形成氧化物中，Si02具有维持玻璃稳定性、维持适于熔融玻璃的成形的粘性、改善化学耐久性等效果，但假如过量的导入，则难以实现期望的折射率、阿贝数，液相温度和玻璃转移温度会上升，或者玻璃的熔融性和耐失透性会恶化。含量优选的范围为3-45％，更优选的范围为3-40％，进一步优选的范围为3-30％，更进一步优选的范围为3-20％。
B203具有维持玻璃的熔融性、抑制液相温度的上升、低分散化这样的效果，但是如果过量导入，玻璃稳定性会下降，难以得到期望的折射率，并且化学耐久性会恶化。含量优选的范围为5-45％，更优选的范围为5-40％，进一步优选的范围为10-30％，更进一步优选的范围为10-25％。
La203,Gd203,Y203是施加高折射率中分散特性的成分，并且也是在高折射率施加成分中难以使玻璃着色的成分。但Gd203的价格较贵，本发明中优先去掉该氧化物。如果能够在维持玻璃稳定性的情况下增加La203和Y203的合计含量，则在实现着色少的高折射率中散玻璃方面非常有效。在本发明中，通过如后面所述使La203和Y203的分配最优化或者导入Ti02或Nb205中的至少一种，可以改善玻璃稳定性，因此能够增加La203与Y203的合计含量。这样的情况也成为能够实现着色少的高折射率中分散玻璃的主要因素。
如果La203和Y203所述合计含量大于65％，则液相温度会上升，耐失透性会恶化。另外，由于使熔融玻璃成形时的粘性也会下降，因此导致成形性也会下降。因此，使La203和Y203的合计含量为35-65％，优选的范围为40-60％，更优选的范围为40-50％，进一步优选的范围为45-50％。
La203和Y203中维持玻璃稳定性并提高折射率的效果最大的成分是La203。但是因为本发明的光学玻璃在维持中分散性的同时折射率极高，因此如果仅使用La203难以确保充分的玻璃稳定性。因而通过使两成分中的La203的含量最多，并且使La203和Y203共存，可以实现玻璃的高折射率中分散，并且具有优良的玻璃稳定性。并且通过对La203和Y203的含量的优选，既进一步改善玻璃稳定性，又进一步改善了熔融玻璃的成形性。另外，还能够抑制玻璃熔融温度的上升，能够防止构成熔融容器的铂或铂合金被玻璃侵蚀而作为离子熔化到玻璃中使玻璃着色或者作为固体而混入到玻璃中。La203的含量范围优选为25-65％,Y203的含量为0-20％。La203的含量优选的范围为30-60％，更优选的范围为30-58％，进一步优选的范围为32-55％，Y203的含量优选的范围为0.1-18％，更优选的范围为0.1-16％，进一步优选的范围为0.1-13％。
Ti02和Nb205均是提高折射率的重要成分。如果想仅通过La203和Y203这样的稀土类氧化物成分来提高折射率，则玻璃稳定性会下降难以制造，但是通过使稀土类氧化物与Ti02和Nb205中的至少一者共存，能够在维持玻璃稳定性的同时提高折射率和色散性能。并且也会提高玻璃的化学耐久性。但是如果Ti02和Nb205两者合计含量大于20％，则液相温度会上升，并且使熔融玻璃成形时的粘性会下降，成形性会恶化。并且玻璃转移温度也会上升，从而必须提高退火温度，或者提高加热玻璃素材并模压成形时的加热温度，退火设备和模压成形模具的热劣化变得显著。另外，玻璃的着色也会增大。因此，本发明的Ti02和Nb205的合计含量为1-20％。优选的范围为2-20％，更优选的范围为2-18％，进一步优选的范围为2-16％。
Ti02的含量从提高折射率、进一步改善化学耐久性和耐失透性的方面出发优选大于等于0.1，但是从较低地抑制液相温度和玻璃转移温度的方面出发，优选小于等于15％。因此，Ti02的含量优选的范围为0.1-15％，更优选的范围为1-15％，进一步优选的范围为2-13％，更进一步优选的范围为2-9％。从提高折射率、进一步降低液相温度、进一步改善耐失透性的观点出发，使Nb205的含量大于等于0.1，但是如果Nb205的含量大于15％，则开始出现液相温度上升的倾向、高分散化的倾向、玻璃的着色的倾向，因此Nb205的含量优选的范围为0.1-15％。Nb205的含量更优选的范围为1-15％，进一步优选的范围为1-13％，更进一步优选的范围为1-9％。
本发明优选原料中Ti02和Nb205共存，这样制造出的玻璃既有高折射率又表现出优良的玻璃稳定性。
Zr02具有提高折射率、改善化学耐久性的效果。即使少量导入也能够得到优良的效果。如果其量大于15％，则玻璃转移温度和液相温度会上升，耐失透性会下降。因此，Zr02的含量为0-15％。Zr02的含量更优选的范围为0.5-13％，进一步优选的范围为1-11％，尤其优选的范围为2-9％。
Li20,Na20和K20是具有改善熔融性、降低玻璃转移温度的作用的任意成分，Li20由于化工原料较贵，优先去掉。如果Na20和K20的合计含量大于10％，则难以实现期望的折射率，化学耐久性也会下降。因此Na20和K20的合计含量为0-10％。优选的范围为0-4％，更进一步优选的范围为0-2％。，Na20和K20的合计含量优选的范围为0-8％，更优选的范围为0-6％，进一步的优选范围是0-4％，及0-2％。
MgO、CaO、Sr0和BaO具有改善玻璃的熔融性和可见区内的光线透射率的作用。另外，通过以碳酸盐、硝酸盐的形式导入到玻璃中，也能够得到消泡的效果。但是，如果其量大于10％，则液相温度会上升，耐失透性会恶化，并且折射率会下降，化学耐久性也会恶化。因此，使MgO,CaO,Sr0和BaO的合计含量为0-10％。优选的范围为0-8％，更优选的范围为0-7％。
Sb203可以作为澄清剂来添加，也具有通过少量添加来抑制由于混入Fe等杂质而导致光线透射率下降的作用，但是由于其强力的氧化作用，会助长模压成形时模压成形模具的成形面的劣化。另外，通过添加Sb203，会表现出玻璃的着色增大的倾向。因此，Sb203的添加量以外比例表示优选0-1％，更优选0-0.5，进一步优选0-0.1。尤其优选不添加Sb203、即无Sb玻璃。
另外，考虑到对环境的影响，也优选不导入As,Pb,U,Th,Te,Cdo
另外，从有效利用玻璃优良的光线透射性的方面出发，优选不导入Cu,Cr,V,Fe,Ni,Co等成为着色的主要因素的物质。
与现有技术中相比：
本发明的原料中不含有ZnO，WO3,并且减少了Nb2O5的导入量。但是为了维持耐失透性并且施加高折射率中分散特性，如果只是去掉WO3和减少Nb2O5的量，则不能玻璃化，或者玻璃在生产过程中会失透而成为无用的东西。为了避免出现上述问题，原料成分的组成和分配就非常重要。
在本发明中，导入作为玻璃的网络形成氧化物的B203和Si02，以及作为高折射率施加成分的La203，Gd203或Y203中的至少一种；Ti02和Nb205中的至少一种作为必要成分而共存。并且，通过调整B203的量与Si02的量的平衡，可以改善耐失透性、熔解性、熔融玻璃的成形性，实现与其他成分的平衡。
通过加入一定量的Li2O,Na2O和K20中一种或几种提高熔解性，能够抑制玻璃的熔融温度的上升，从而使得玻璃难以侵蚀构成玻璃熔融设备的材料。结果能够减少、抑制熔化到熔融玻璃中的铂离子等使着色恶化的物质的混入量，从而能够得到着色少的玻璃。
并且，通过限制提高玻璃稳定性的Ti02含量的上限，可以抑制玻璃的着色。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
制备方法：
本申请实施例所公开的光学玻璃的制备方法是：将下表所示成分的氧化物，氢氧化物，碳酸盐，硝酸盐按比例称量，充分混合均匀后加入2L铂金埚内，在1280—1320℃熔化、澄清、均化后降温至1100℃。将均化降温后的玻璃浇注到事先预热的模具内。在550—580℃对玻璃进行退火。
实施例
与原配方比较
通过以上比较，本发明达到了本设计的要求，同时化工原料单价降低了10元以上。
本发明在确保光学玻璃光学指标和玻璃稳定性前提下去掉了特别昂贵的ZnO，降低了Nb2O5的导入量，降低了单位制造成本10元以上。
本发明不用对色度影响较大的WO3。
本发明在确保光学玻璃光学指标和玻璃稳定性前提下，去掉ZnO，WO3，降低了Nb2O5含量。为了降低熔化温度和转变温度，适当加入一定量的Li2O,Na2O和K20中一种或几种。增Ti02调整色散性能，通过降低熔化温度和减少澄清剂的量抑制因Ti02量增加造成的色度增加。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种光学玻璃，其特征是所述光学玻璃以质量百分比计包含下列组分：
∑(SiO2+B2O3)10-50％，其中SiO2 3-45％，B2O3 5-45％；
∑(La2O3+Y2O3)35-65％，其中La2O3 25-65％,Y2O3 0-20％；
∑(TiO2+Nb2O5)1-20％，其中TiO2 0-15％，Nb2O5 0-15％；
∑(Li2O+Na2O+K2O)0-10％，
∑(MgO+CaO+SrO+BaO)0-10％，
ZrO2 0-15％；
所述光学玻璃的折射率nd为1.83一1.85，阿贝数vd为37一39；
所述光学玻璃不含有ZnO和WO3。
2.根据权利要求1所述的一种光学玻璃，其特征在是其中的∑(SiO2+B2O3)15-40％，其中SiO2 3-30％，B2O3 10-30％；
∑(La2O3+Y2O3)40-60％，其中La2O3 30-60％，Y2O3 0.1-18％；
∑(TiO2+Nb2O5)2-18％，其中TiO2 0.1-15％，Nb2O5 0.1-15％；
∑(Na2O+K2O)0-6％，
∑(MgO+CaO+SrO+BaO)0-8％，
ZrO2 1-11％。
3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征是其中的
∑(SiO2+B2O3)20-35％，其中SiO2 3-20％，B2O3 10-25％；
∑(La2O3+Y2O3)45-50％，其中La2O3 32-55％，Y2O3 0.1-13％；
∑(TiO2+Nb2O5)2-16％，其中TiO2的含量为2-9％；Nb2O5的含量为1-9％；
∑(Li2O+Na2O+K2O)0-2％，
∑(MgO+CaO+SrO+BaO)0-7％，
ZrO2 2-9％。
4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征是所述光学玻璃不添加Li2O。
5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征是所述光学玻璃不添加Sb2O3。
6.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征是所述光学玻璃不含有As，Pb，U,Th，Te，CdO。
7.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征是所述光学玻璃不含有Cu，Cr，V，Fe，Ni，Co。
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