CN112028472A

CN112028472A - 光学玻璃、光学元件和光学仪器

Info

Publication number: CN112028472A
Application number: CN202010927762.1A
Authority: CN
Inventors: 匡波
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2040-09-07
Also published as: CN112028472B

Abstract

本发明提供一种光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：B₂O₃：20～35％；SiO₂：2～15％；La₂O₃：6～20％；Gd₂O₃：1～12％；Y₂O₃：0～8％；ZrO₂：1～10％；ZnO：15～30％；WO₃：2～15％；TiO₂：0.5～12％，不含有Ta₂O₅,其中ZnO/La₂O₃为0.8～3.0，Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.1～1.5。通过合理的组分设计，可以以较低的原料成本获得本发明的光学玻璃，同时本发明玻璃具有优异的化学稳定性和较低的转变温度。

Description

光学玻璃、光学元件和光学仪器

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种折射率为1.85～1.91，阿贝数为31～39的光学玻璃，以及由其制成的光学元件和光学仪器。

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。目前将光学玻璃制造为光学元件的主流方法是精密模压成型，采用精密模压技术制造的透镜通常不用再进行研磨和抛光，从而减少了原材料消耗，降低了人力和物力成本，并且减少了环境污染，该技术可以低成本大批量生产光学元件。在进行精密模压成型时，为了将高精密的模面复制在玻璃成品上，需要在高温下加压成型玻璃预制体，这时成型模在高温和压力下，即使处于保护气体中，模具表面也容易被氧化和侵蚀。为了延长模具的寿命，抑制高温环境对模具的损伤，就必须降低压型温度，因此，用于模压的玻璃材料的转变温度(T_g)需要尽可能的低。

光学玻璃在加工或使用过程中会受到环境中各种液体(如酸、碱、水等)的侵蚀，因此光学玻璃对这些侵蚀的抵抗能力，即光学玻璃的化学稳定性对于仪器的使用精度和寿命至关重要。CN101239780A公开了一种折射率为1.87以上，阿贝数为35以上且不足40的光学玻璃，其组分中含有1～15％的Ta₂O₅,所述玻璃的化学稳定性较差，且Ta₂O₅的价格比较昂贵，降低了玻璃的经济性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种化学稳定性优异，成本较低、适于精密模压的光学玻璃。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：B₂O₃：20～35％；SiO₂：2～15％；La₂O₃：6～20％；Gd₂O₃：1～12％；Y₂O₃：0～8％；ZrO₂：1～10％；ZnO：15～30％；WO₃：2～15％；TiO₂：0.5～12％，不含有Ta₂O₅,其中ZnO/La₂O₃为0.8～3.0，Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.1～1.5。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，还含有：Nb₂O₅：0～6％；和/或Yb₂O₃：0～5％；和/或Li₂O：0～10％；和/或Na₂O：0～6％；和/或K₂O：0～6％；和/或RO：0～5％；和/或Al₂O₃：0～5％；和/或澄清剂：0～1％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，由B₂O₃：20～35％；SiO₂：2～15％；La₂O₃：6～20％；Gd₂O₃：1～12％；Y₂O₃：0～8％；ZrO₂：1～10％；ZnO：15～30％；WO₃：2～15％；TiO₂：0.5～12％；Nb₂O₅：0～6％；Yb₂O₃：0～5％；Li₂O：0～10％；Na₂O：0～6％；K₂O：0～6％；RO：0～5％；Al₂O₃：0～5％；澄清剂：0～1％组成，其中ZnO/La₂O₃为0.8～3.0，Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.1～1.5，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.1～2.5；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.03～1.5；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.05～2.0；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.05～2.0；和/或

ZnO/La₂O₃为1.0～2.5；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.15～1.0；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.5～3.0；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.1～6.0；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.02～1.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：B₂O₃：23～33％；和/或SiO₂：4～13％；和/或La₂O₃：8～18％；和/或Gd₂O₃：2～10％；和/或Y₂O₃：0.5～5％；和/或ZrO₂：2～8％；和/或ZnO：18～28％；和/或WO₃：4～13％；和/或TiO₂：1～8％；和/或Nb₂O₅：0.1～5％；和/或Yb₂O₃：0～3％；和/或Li₂O：0.5～8％；和/或Na₂O：0～4％；和/或K₂O：0～4％；和/或RO：0～3％；和/或Al₂O₃：0～3％；和/或澄清剂：0～0.5％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.2～2.0；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.05～1.0；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.1～1.0；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.1～1.0；和/或

ZnO/La₂O₃为1.2～2.2；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.25～0.75；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.8～2.5；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.3～3.0；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.03～0.8。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：B₂O₃：26～31％；和/或SiO₂：6～12％；和/或La₂O₃：10～15％；和/或Gd₂O₃：3～9％；和/或Y₂O₃：1～3％；和/或ZrO₂：3～7％；和/或ZnO：21～26％；和/或WO₃：6～12％；和/或TiO₂：2～7％；和/或Nb₂O₅：0.5～3％；和/或Yb₂O₃：0～2％；和/或Li₂O：1～5％；和/或Na₂O：0～2％；和/或K₂O：0～2％；和/或RO：0～2％；和/或Al₂O₃：0～1％；和/或澄清剂：0～0.1％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.25～1.0；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.08～0.5；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.2～0.8；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.15～0.8；和/或

ZnO/La₂O₃为1.5～2.0；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.3～0.55；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为1.0～2.0；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.5～2.0；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.05～0.4。

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.3～0.7；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.1～0.4；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.3～0.6；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.2～0.5；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为1.1～1.7；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.8～1.6；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.07～0.2。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分中不含有GeO₂；和/或不含有F；和/或不含有Al₂O₃；和/或不含有RO；和/或不含有P₂O₅；和/或不含有Bi₂O₃；和/或不含有Na₂O；和/或不含有K₂O。

进一步的，所述的光学玻璃的折射率n_d为1.85～1.91，优选为1.86～1.90，更优选为1.87～1.895；阿贝数ν_d为31～39，优选为32～37，更优选为33～36.5。

进一步的，所述的光学玻璃的耐酸作用稳定性D_A为3类以上，优选为2类以上，更优选为1类；和/或耐水作用稳定性D_W为2类以上，优选为1类；和/或密度ρ为5.30g/cm³以下，优选为5.25g/cm³以下，更优选为5.20g/cm³以下；和/或λ₇₀小于或等于410nm，优选λ₇₀小于或等于405nm，更优选λ₇₀小于或等于400nm，进一步优选λ₇₀小于或等于395nm；和/或λ₅小于或等于375nm，优选λ₅小于或等于370nm，更优选λ₅小于或等于365nm，进一步优选λ₅小于或等于360nm。

进一步的，所述的光学玻璃的热膨胀系数α_100/300℃为100×10^-7/K以下，优选为95×10^-7/K以下，更优选为90×10^-7/K以下；和/或转变温度T_g为610℃以下，优选为605℃以下，更优选为600℃以下,进一步优选为595℃以下。

玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的光学玻璃或上述的玻璃预制件制成。

光学仪器，含有上述的光学玻璃，和/或含有上述的光学元件。

本发明的有益效果是：通过合理的组分设计，可以以较低的原料成本获得本发明的光学玻璃，同时本发明玻璃具有优异的化学稳定性和较低的转变温度。

具体实施方式

下面，对本发明的光学玻璃的实施方式进行详细说明，但本发明不限于下述的实施方式，在本发明目的的范围内可进行适当的变更来加以实施。此外，关于重复说明部分，虽然有适当的省略说明的情况，但不会因此而限制发明的主旨，在以下内容中，本发明光学玻璃有时候简称为玻璃。

[光学玻璃]

下面对本发明光学玻璃的各组分(成分)范围进行说明。在本发明中，如果没有特殊说明，各组分的含量、总含量全部采用摩尔百分比(mol％)表示，即，各组分的含量、总含量相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的摩尔百分比表示。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而使用的氧化物、复合盐及氢氧化物等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摩尔量作为100％。

除非在具体情况下另外指出，本发明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，以及包括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”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

<必要组分和任选组分>

B₂O₃在本发明中是网络形成组分，可以改善玻璃的热稳定性，提高玻璃的熔融性，从而能够得到没有玻璃原料的熔融残留的玻璃，本发明中通过含有20％以上的B₂O₃以获得上述效果，优选B₂O₃的含量为23％以上，更优选B₂O₃的含量为26％以上。但当B₂O₃的含量过多时，玻璃的折射率降低，化学稳定性变差，因此本发明中B₂O₃的含量上限为35％，优选上限为33％，更优选上限为31％。

SiO₂具有改善玻璃化学稳定性、维持适于熔融玻璃成型的粘度、降低对耐火材料的侵蚀的作用，若其含量过高，玻璃的熔融难度增加，同时对降低玻璃的转变温度不利。因此，本发明中SiO₂的含量限定为2～15％，优选为4～13％，更优选为6～12％。

La₂O₃是一种高折射低色散组分，在玻璃中可以提高玻璃的折射率并调节色散，降低玻璃的高温粘度，本发明中La₂O₃的含量为6％以上，优选La₂O₃的含量为8％以上，更优选La₂O₃的含量为10％以上。另一方面，通过将La₂O₃的含量限定为20％以下，可通过提高玻璃的稳定性来降低玻璃的失透，并抑制折射率温度系数和阿贝数上升超过设计要求。因此，La₂O₃的含量为20％以下，优选为18％以下，更优选为15％以下。

在本发明中通过含有1％以上的Gd₂O₃，以改善光学玻璃的化学稳定性，并调整玻璃的热膨胀系数和折射率，优选Gd₂O₃的含量为2％以上，更优选Gd₂O₃的含量为3％以上。但当Gd₂O₃含量超过12％时，玻璃的耐失透性变差，玻璃的转变温度升高。因此，本发明中Gd₂O₃的含量12％以下，优选为10％以下，更优选为9％以下。

本发明中优选还含有8％以下的Y₂O₃，通过同时含有Y₂O₃与La₂O₃相配合，在维持高折射率和低色散的同时，改善玻璃的熔融性和耐失透性，若Y₂O₃的含量超过8％，玻璃的稳定性和耐失透性降低，转变温度升高。因此Y₂O₃的含量为0～8％，优选为0.5～5％。在一些实施方式中，通过含有1％以上的Y₂O₃，还可降低玻璃析晶上限温度和密度。因此，本发明中Y₂O₃的含量更优选为1～3％。

在一些实施方式中，若Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)低于0.1，玻璃的稳定性降低，折射率温度系数上升，玻璃在使用过程中受温度变化的影响变大；若Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)超过1.5，玻璃的磨耗度变差，密度增加。因此，优选Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.1～1.5，更优选Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.15～1.0，进一步优选Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.25～0.75，更进一步优选Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.3～0.55。

Yb₂O₃也是一种赋予玻璃高折射低色散性能的组分，在本发明中是一种任选组分，当其含量超过5％时，玻璃的抗析晶性能和化学稳定性下降，因此Yb₂O₃的含量限定为0～5％，优选为0～3％，更优选为0～2％，进一步优选不含有Yb₂O₃。

ZnO在本发明体系玻璃中，可以调整玻璃的折射率和色散，降低转变温度，改善玻璃的抗析晶性能，提高玻璃的稳定性，同时ZnO还可以降低玻璃的高温粘度，使得玻璃可以在较低温度下熔炼，从而可以提高玻璃的透过率。本发明中通过含有15％以上的ZnO以获得上述效果，优选ZnO的含量为18％以上，更优选ZnO的含量为21％以上。另一方面，若ZnO的含量高于30％，玻璃磨耗度变差，成型难度增加，玻璃的抗析晶性能变差。因此，ZnO含量限定为30％以下，优选为28％以下，更优选为26％以下。

在本发明的一些实施方式中，通过使ZnO的含量与La₂O₃的含量之间的比例ZnO/La₂O₃在0.8以上，可以改善玻璃的化学稳定性和折射率温度系数，但若ZnO/La₂O₃超过3.0，玻璃的抗析晶性能下降。因此，优选ZnO/La₂O₃为0.8～3.0，更优选ZnO/La₂O₃为1.0～2.5，进一步优选ZnO/La₂O₃为1.2～2.2，更进一步优选ZnO/La₂O₃为1.5～2.0。

WO₃可提高玻璃折射率和机械强度，降低玻璃的转变温度，本发明中通过含有2％以上的WO₃以获得上述效果，优选WO₃的含量下限为4％，更优选WO₃的含量下限为6％。若WO₃的含量超过15％，玻璃的热稳定性下降，耐失透性降低。因此，WO₃的含量上限为15％，优选上限为13％，更优选上限为12％。

在本发明的一些实施方式中，若Y₂O₃/WO₃低于0.03，玻璃的密度上升，不利于实现玻璃的轻量化，若Y₂O₃/WO₃超过1.5，玻璃的热稳定性下降。因此，优选Y₂O₃/WO₃为0.03～1.5，更优选Y₂O₃/WO₃为0.05～1.0，进一步优选Y₂O₃/WO₃为0.08～0.5，更进一步优选Y₂O₃/WO₃为0.1～0.4。

Nb₂O₅是高折射高色散组分，可以提高玻璃的折射率和耐失透性，降低玻璃的热膨胀系数，若Nb₂O₅的含量过高，玻璃的热稳定性和化学稳定性降低，光透过率下降。因此，本发明中Nb₂O₅的含量为0～6％，优选为0.1～5％，更优选为0.5～3％。

发明人通过大量实验研究发现，在本发明的一些实施方式中，Nb₂O₅、WO₃和Gd₂O₃在玻璃中会产生复杂的协同作用，尤其是使5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)在0.05～2.0范围内，玻璃在获得良好的热压稳定性的同时，还可具有适宜的磨耗度，优选5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.1～1.0。进一步的，通过使5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)在0.15～0.8范围内，还可进一步优化玻璃的热膨胀系数，因此更优选5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.15～0.8，进一步优选5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.2～0.5。

在本发明的一些实施方式中，使Nb₂O₅/Y₂O₃在0.1以上，有助于提高玻璃的抗析晶性能，但若Nb₂O₅/Y₂O₃超过2.5，玻璃的着色倾向增加，光透过率下降。因此，优选Nb₂O₅/Y₂O₃为0.1～2.5，更优选Nb₂O₅/Y₂O₃为0.2～2.0，进一步优选Nb₂O₅/Y₂O₃为0.25～1.0，更进一步优选Nb₂O₅/Y₂O₃为0.3～0.7。

在本发明的一些实施方式中，通过使Nb₂O₅/WO₃在0.02～1.0范围内，有助于提高玻璃的热稳定性，优化玻璃的化学稳定性，优选Nb₂O₅/WO₃为0.03～0.8，更优选Nb₂O₅/WO₃为0.05～0.4，进一步优选Nb₂O₅/WO₃为0.07～0.2。

TiO₂具有提高玻璃折射率和色散的作用，适量含有可使玻璃更稳定并降低玻璃的粘度。但TiO₂含量超过12％，玻璃的析晶倾向增加，玻璃的转变温度上升，同时玻璃加压成型时变得容易着色。因此，本发明中TiO₂的含量为0.5～12％，优选TiO₂的含量为1～8％，更优选为2～7％。

在本发明的一些实施方式中，通过控制Y₂O₃的含量与TiO₂的含量之间的比例Y₂O₃/TiO₂在0.05以上，可改善玻璃的耐候性，但若Y₂O₃/TiO₂超过2.0，玻璃的气泡度变差，硬度下降。因此优选Y₂O₃/TiO₂为0.05～2.0，更优选Y₂O₃/TiO₂为0.1～1.0，进一步优选Y₂O₃/TiO₂为0.2～0.8，更进一步优选Y₂O₃/TiO₂为0.3～0.6。

ZrO₂是一种高折射低色散组分，在玻璃中可以提高玻璃的折射率并调节色散，提高玻璃的抗析晶性能，本发明中通过含有1％以上的ZrO₂以获得上述效果，优选ZrO₂的含量为2％以上，更优选ZrO₂的含量为3％以上。若ZrO₂的含量高于10％，玻璃熔化难度增加，熔炼温度上升，进一步的，还会导致玻璃内部出现夹杂物及透过率下降。因此，ZrO₂含量为10％以下，优选为8％以下，更优选为7％以下。

在本发明的一些实施方式中，通过控制WO₃和ZnO的合计含量WO₃+ZnO与La₂O₃、TiO₂、ZrO₂的合计含量La₂O₃+TiO₂+ZrO₂之间的比例(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)在0.5～3.0范围内，玻璃可以在具有较低转变温度的同时，获得较低的热膨胀系数。因此，本发明中优选(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.5～3.0，更优选(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.8～2.5。进一步的，通过控制(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)在1.0～2.0范围内，还可进一步优化玻璃的气泡度和磨耗度，因此进一步优选(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为1.0～2.0，更进一步优选(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为1.1～1.7。

Li₂O是碱金属氧化物，可以降低玻璃的转变温度，但其含量高时对玻璃的耐酸稳定性和热膨胀系数不利，因此，本发明中Li₂O的含量为10％以下，优选为0.5～8％，更优选为1～5％。

在本发明的一些实施方式中，通过使5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)的值在0.1～6.0范围内，可优化玻璃的粘度，改善玻璃的条纹度和气泡度，优选5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.3～3.0。进一步的，使5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)的值在0.5～2.0范围内，还可明显改善玻璃的模压性能，降低压型过程中玻璃起雾的发生概率。因此更优选5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.5～2.0，进一步优选5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.8～1.6。

Na₂O是碱金属氧化物，具有改善玻璃熔融性的作用，可以提高玻璃熔制效果，同时还可降低玻璃的转变温度，若Na₂O含量超过6％，玻璃的化学稳定性和耐候性降低，因此Na₂O的含量为0～6％，优选Na₂O的含量为0～4％，更优选Na₂O的含量为0～2％，进一步优选不含有Na₂O。

K₂O是碱金属氧化物，具有改善玻璃热稳定性和熔融性的作用，但其含量超过6％，玻璃的耐失透性下降，玻璃化学稳定性恶化，因此本发明中K₂O的含量为6％以下，优选K₂O的含量为0～4％，更优选为0～2％，进一步优选不含有K₂O。

RO是碱土金属氧化物，RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种。RO加入玻璃中可以改善玻璃的熔融性，降低玻璃化转变温度，但若RO的含量超过5％，玻璃的耐失透性降低。因此，本发明RO含量为0～5％，优选为0～3％，更优选为0～2％，进一步优选不含有RO。

Al₂O₃能改善玻璃的化学稳定性，但其含量超过5％时，玻璃的熔融性和透过率变差。因此，本发明Al₂O₃的含量为0～5％，优选为0～3％，更优选为0～1％，进一步优选不含有Al₂O₃。

本发明中通过添加0～1％的Sb₂O₃、SnO、SnO₂、CeO₂组分中的一种或多种作为澄清剂，可以提高玻璃的澄清效果，优选澄清剂的含量为0～0.5％，更优选为0～0.1％。当Sb₂O₃含量超过1％时，玻璃有澄清性能降低的倾向，同时由于其强氧化作用促进了熔制玻璃的铂金或铂合金器皿的腐蚀以及成型模具的恶化，因此本发明优选Sb₂O₃的添加量为0～1％，更优选为0～0.5％，进一步优选0～0.1％。SnO和SnO₂也可以作为澄清剂来添加，但当其含量超过1％时，则玻璃着色倾向增加，或者当加热、软化玻璃并进行模压成形等再次成形时，Sn会成为晶核生成的起点，产生失透的倾向。因此本发明的SnO₂的含量优选为0～1％，更优选为0～0.5，进一步优选0～0.1％，更进一步优选不含有；SnO的含量优选为0～1％，更优选为0～0.5％，进一步优选0～0.1％，更进一步优选不含有。CeO₂的作用及添加量比例与SnO₂一致，其含量优选为0～1％，更优选为0～0.5％，进一步优选0～0.1％，更进一步优选不含有。

在本发明的玻璃中可以含有适量的F(氟)，但在一些实施方式中，F会导致玻璃稳定性变差，耐失透性下降，同时其挥发性会导致玻璃光学常数不稳定和条纹度变差，因此优选不含有F。

在本发明的玻璃中可以含有适量的GeO₂，但在一些实施方式中，GeO₂的引入会导致玻璃透过率降低，同时由于它是价格昂贵的原料，降低了玻璃的经济性，因此优选不含有GeO₂。

在本发明的玻璃中可以含有适量的P₂O₅，但在一些实施方式中，玻璃中含有P₂O₅导致较难获得期望的高折射率，且玻璃的耐失透性降低，因此优选不含有P₂O₅。

在本发明的玻璃中可以含有适量的Bi₂O₃，但在一些实施方式中，Bi₂O₃会导致玻璃的光透过率降低，磨耗度和化学稳定性变差，密度明显增大，因此优选不含有Bi₂O₃。

<不应含有的组分>

本发明玻璃中，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属的氧化物，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明的提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不含有。

Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的氧化物，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃变得实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。

为了实现环境友好，本发明的光学玻璃优选不含有As₂O₃和PbO。虽然As₂O₃具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果，但As₂O₃的加入会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀，导致更多的铂金离子进入玻璃，对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。

本文所记载的“不含有”“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光学玻璃中；但作为生产光学玻璃的原材料和/或设备，会存在某些不是故意添加的杂质或组分，会在最终的光学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。

下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明。

<折射率与阿贝数>

光学玻璃的折射率(n_d)与阿贝数(ν_d)按照GB/T 7962.1—2010规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的折射率(n_d)的下限为1.85，优选下限为1.86，更优选下限为1.87；折射率(n_d)的上限为1.91，优选上限为1.90，更优选上限为1.895。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的阿贝数(ν_d)的下限为31，优选下限为32，更优选下限为33，阿贝数(ν_d)的上限为39，优选上限为37，更优选上限为36.5。

<密度>

光学玻璃的密度(ρ)按GB/T7962.20-2010规定的方法进行测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的密度(ρ)为5.30g/cm³以下，优选为5.25g/cm³以下,更优选为5.20g/cm³以下。

<热膨胀系数>

光学玻璃的热膨胀系数(α_100/300℃)按照GB/T7962.16-2010规定的方法进行测试100～300℃的数据。

在一些实施方式中，本发明的光学玻璃的热膨胀系数(α_100/300℃)为100×10^-7/K以下，优选为95×10^-7/K以下，更优选为90×10^-7/K以下。

<转变温度>

光学玻璃的转变温度(T_g)按GB/T7962.16-2010规定的方法进行测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的转变温度(T_g)为610℃以下，优选为605℃以下，更优选为600℃以下，进一步优选为595℃以下。

<着色度>

本发明玻璃的短波透射光谱特性用着色度(λ₇₀和λ₅)表示。λ₇₀是指玻璃透射比达到70％时对应的波长。λ₇₀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70％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I_in的光，透过玻璃并从一个平面射出强度I_out的光的情况下通过I_out/I_in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，在高折射率玻璃中，λ₇₀的值小意味着玻璃自身的着色极少，光透过率高。

在一些实施方式中，本发明的光学玻璃的λ₇₀小于或等于410nm，优选λ₇₀为小于或等于405nm，更优选λ₇₀小于或等于400nm，进一步优选λ₇₀小于或等于395nm。

在一些实施方式中，本发明的光学玻璃的λ₅小于或等于375nm，优选λ₅为小于或等于370nm，更优选λ₅为小于或等于365nm，进一步优选λ₅小于或等于360nm。

<耐酸作用稳定性>

光学玻璃的耐酸作用稳定性(D_A)(粉末法)按照GB/T 17129规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的耐酸作用稳定性(D_A)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>

光学玻璃的耐水作用稳定性(D_W)(粉末法)按照GB/T 17129规定的方法测试。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的耐水作用稳定性(D_W)为2类以上，优选为1类。

<抗析晶性能>

抗析晶性能测试方法为：将样品玻璃切割为20×20×10mm规格，放入温度为T_g+230℃温度的马弗炉中保温30分钟，取出后放入保温棉中徐冷，冷却后观察表面及内部析晶情况。若冷却后的玻璃有明显析晶，则玻璃的抗析晶性能差，记为“B”；若冷却后玻璃无明显析晶，则玻璃的抗析晶性能较好，记为“A”，即使玻璃块经过两次软化压型也不会发生析晶，能够满足二次压型要求。

本发明光学玻璃的抗析晶性能能够达到A级，满足二次压型生产毛坯的需要。

[光学玻璃的制造方法]

本发明光学玻璃的制造方法如下：本发明的玻璃采用常规原料和工艺生产，包括但不限于使用氧化物、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1200～1400℃的熔炼炉(如铂金坩埚、氧化铝坩埚等)中熔制，并且经澄清、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。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。

[玻璃预制件和光学元件]

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的光学玻璃来制作玻璃预制件。即，可以通过对光学玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作玻璃预制件，或通过对由光学玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作玻璃预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作玻璃预制件。

需要说明的是，制备玻璃预制件的手段不限于上述手段。如上所述，本发明的光学玻璃对于各种光学元件和光学设计是有用的，其中特别优选由本发明的光学玻璃形成预成型坯，使用该预成型坯来进行再热压成型、精密冲压成型等，制作透镜、棱镜等光学元件。

本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃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。

[光学仪器]

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。

实施例

<光学玻璃实施例>

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。

本实施例采用上述光学玻璃的制造方法得到具有表1～表2所示的组成的光学玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1～表2中。

表1.

表2.

<玻璃预制件实施例>

将光学玻璃实施例1～18所得到的玻璃使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，来制作凹弯月形透镜、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、棱镜等的预制件。

<光学元件实施例>

将上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、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、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

<光学仪器实施例>

将上述光学元件实施例制得的光学元件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，或用于车载领域的摄像设备和装置。

Claims

1.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，含有：B₂O₃：20～35％；SiO₂：2～15％；La₂O₃：6～20％；Gd₂O₃：1～12％；Y₂O₃：0～8％；ZrO₂：1～10％；ZnO：15～30％；WO₃：2～15％；TiO₂：0.5～12％，不含有Ta₂O₅,其中ZnO/La₂O₃为0.8～3.0，Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.1～1.5。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，还含有：Nb₂O₅：0～6％；和/或Yb₂O₃：0～5％；和/或Li₂O：0～10％；和/或Na₂O：0～6％；和/或K₂O：0～6％；和/或RO：0～5％；和/或Al₂O₃：0～5％；和/或澄清剂：0～1％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

3.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，由B₂O₃：20～35％；SiO₂：2～15％；La₂O₃：6～20％；Gd₂O₃：1～12％；Y₂O₃：0～8％；ZrO₂：1～10％；ZnO：15～30％；WO₃：2～15％；TiO₂：0.5～12％；Nb₂O₅：0～6％；Yb₂O₃：0～5％；Li₂O：0～10％；Na₂O：0～6％；K₂O：0～6％；RO：0～5％；Al₂O₃：0～5％；澄清剂：0～1％组成，其中ZnO/La₂O₃为0.8～3.0，Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.1～1.5，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.1～2.5；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.03～1.5；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.05～2.0；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.05～2.0；和/或

ZnO/La₂O₃为1.0～2.5；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.15～1.0；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.5～3.0；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.1～6.0；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.02～1.0。

5.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：B₂O₃：23～33％；和/或SiO₂：4～13％；和/或La₂O₃：8～18％；和/或Gd₂O₃：2～10％；和/或Y₂O₃：0.5～5％；和/或ZrO₂：2～8％；和/或ZnO：18～28％；和/或WO₃：4～13％；和/或TiO₂：1～8％；和/或Nb₂O₅：0.1～5％；和/或Yb₂O₃：0～3％；和/或Li₂O：0.5～8％；和/或Na₂O：0～4％；和/或K₂O：0～4％；和/或RO：0～3％；和/或Al₂O₃：0～3％；和/或澄清剂：0～0.5％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

6.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.2～2.0；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.05～1.0；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.1～1.0；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.1～1.0；和/或

ZnO/La₂O₃为1.2～2.2；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.25～0.75；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为0.8～2.5；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.3～3.0；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.03～0.8。

7.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：B₂O₃：26～31％；和/或SiO₂：6～12％；和/或La₂O₃：10～15％；和/或Gd₂O₃：3～9％；和/或Y₂O₃：1～3％；和/或ZrO₂：3～7％；和/或ZnO：21～26％；和/或WO₃：6～12％；和/或TiO₂：2～7％；和/或Nb₂O₅：0.5～3％；和/或Yb₂O₃：0～2％；和/或Li₂O：1～5％；和/或Na₂O：0～2％；和/或K₂O：0～2％；和/或RO：0～2％；和/或Al₂O₃：0～1％；和/或澄清剂：0～0.1％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO、CeO₂中的一种或多种。

8.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.25～1.0；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.08～0.5；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.2～0.8；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.15～0.8；和/或

ZnO/La₂O₃为1.5～2.0；和/或

Gd₂O₃/(La₂O₃+Y₂O₃)为0.3～0.55；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为1.0～2.0；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.5～2.0；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.05～0.4。

9.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：

Nb₂O₅/Y₂O₃为0.3～0.7；和/或

Y₂O₃/WO₃为0.1～0.4；和/或

Y₂O₃/TiO₂为0.3～0.6；和/或

5×Nb₂O₅/(WO₃+Gd₂O₃)为0.2～0.5；和/或

(WO₃+ZnO)/(La₂O₃+TiO₂+ZrO₂)为1.1～1.7；和/或

5×Li₂O/(TiO₂+SiO₂)为0.8～1.6；和/或

Nb₂O₅/WO₃为0.07～0.2。

10.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其组分中不含有GeO₂；和/或不含有F；和/或不含有Al₂O₃；和/或不含有RO；和/或不含有P₂O₅；和/或不含有Bi₂O₃；和/或不含有Na₂O；和/或不含有K₂O。

11.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率n_d为1.85～1.91，优选为1.86～1.90，更优选为1.87～1.895；阿贝数ν_d为31～39，优选为32～37，更优选为33～36.5。

12.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的耐酸作用稳定性D_A为3类以上，优选为2类以上，更优选为1类；和/或耐水作用稳定性D_W为2类以上，优选为1类；和/或密度ρ为5.30g/cm³以下，优选为5.25g/cm³以下，更优选为5.20g/cm³以下；和/或λ₇₀小于或等于410nm，优选λ₇₀小于或等于405nm，更优选λ₇₀小于或等于400nm，进一步优选λ₇₀小于或等于395nm；和/或λ₅小于或等于375nm，优选λ₅小于或等于370nm，更优选λ₅小于或等于365nm，进一步优选λ₅小于或等于360nm。

13.根据权利要求1～3任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的热膨胀系数α_100/300℃为100×10^-7/K以下，优选为95×10^-7/K以下，更优选为90×10^-7/K以下；和/或转变温度T_g为610℃以下，优选为605℃以下，更优选为600℃以下,进一步优选为595℃以下。

14.玻璃预制件，其特征在于，采用权利要求1～13任一所述的光学玻璃制成。

15.光学元件，其特征在于，采用权利要求1～13任一所述的光学玻璃或权利要求14所述的玻璃预制件制成。

16.光学仪器，其特征在于，含有权利要求1～13任一所述的光学玻璃，和/或含有权利要求15所述的光学元件。