CN112028475A - 光学玻璃和光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种折射率为1.50~1.56、阿贝数为57~67、高温粘度低的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,含有:SiO2:50~80%;B2O3:3~20%;Li2O+Na2O+K2O:5~25%;Al2O3+ZrO2:0.05~5%,其中,(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8。通过合理的组分设计,本发明获得的光学玻璃在具有期望的折射率和阿贝数的同时,高温粘度低,内在质量和光透过率优异,原料成本、生产能耗和单位氮氧化物排放低,工艺性能好,能够满足一次滴料成型工艺需求,可用于高精度成像级车载大灯透镜制造等领域。

Description

光学玻璃和光学元件
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃,尤其是涉及一种高温粘度低的光学玻璃,以及由其制成的玻璃预制件、光学元件和光学仪器。
背景技术
现有技术中,汽车大灯透镜通常采用派莱克斯玻璃制造,派莱克斯玻璃具有较低的热膨胀系数和较高的化学稳定性,在制造汽车透镜中具备较大的优势。随着车载大灯技术向智能化、高功率、精密控制、激光光源等方向发展,相应的需要汽车透镜向成像级质量提升,甚至需要制造更为精密的非球面镜片。
派莱克斯玻璃高温粘度非常大,甚至在1600℃的熔炼温度下玻璃的气泡度和条纹度也不能满足光学级成像要求。同时由于生产时需要非常高的熔炼温度,玻璃溶液对耐火材料的侵蚀非常严重,从而会导致耐火材料中的过渡金属离子杂质进入玻璃,使得玻璃的光透过率达不到光学级成像的要求,严重时玻璃甚至成为绿色。
近年来,随着汽车行业竞争的加剧,对汽车零部件的成本要求越来越高,汽车透镜制造商逐渐开始使用一次滴料成型方法来制造透镜,相比传统的二次压型方法,一次滴料成型可以大幅度降低制造成本,但派莱克斯玻璃由于在成型阶段粘度非常大,不能采用一次滴料成型方法来生产。根据生产实际,玻璃材料在1200℃的成型温度下,高温粘度需低于1500泊,滴料表面才能形成自由表面,大幅度减少后续的加工量和加工成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.50~1.56、阿贝数为57~67、高温粘度低的光学玻璃。
本发明解决技术问题采用的技术方案是:
(1)光学玻璃,其组分以重量百分比表示,含有:SiO2:50~80%;B2O3:3~20%;Li2O+Na2O+K2O:5~25%;Al2O3+ZrO2:0.05~5%,其中,(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8。
(2)根据(1)所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,还含有:TiO2:0~4%;和/或BaO+CaO:0~5%;和/或ZnO:0~5%;和/或MgO:0~3%;和/或SrO:0~5%;和/或La2O3:0~5%;和/或Gd2O3:0~5%;和/或Y2O3:0~5%;和/或Nb2O5:0~5%;和/或Sb2O3:0~1%。
(3)光学玻璃,含有SiO2、B2O3和碱金属氧化物,其组分以重量百分比表示,含有Al2O3+ZrO2:0.05~5%,其中,(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8,所述光学玻璃的折射率nd为1.50~1.56,阿贝数νd为57.5~67,1400℃的粘度为200泊以下,1200℃的粘度为1500泊以下。
(4)根据(3)所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,含有:SiO2:50~80%;和/或B2O3:3~20%;和/或Li2O+Na2O+K2O:5~25%;和/或TiO2:0~4%;和/或BaO+CaO:0~5%;和/或ZnO:0~5%;和/或MgO:0~3%;和/或SrO:0~5%;和/或La2O3:0~5%;和/或Gd2O3:0~5%;和/或Y2O3:0~5%;和/或Nb2O5:0~5%;和/或Sb2O3:0~1%。
(5)光学玻璃,其组分以重量百分比表示,由SiO2:50~80%;B2O3:3~20%;Li2O+Na2O+K2O:5~25%;Al2O3+ZrO2:0.05~5%;TiO2:0~4%;BaO+CaO:0~5%;ZnO:0~5%;MgO:0~3%;SrO:0~5%;La2O3:0~5%;Gd2O3:0~5%;Y2O3:0~5%;Nb2O5:0~5%;Sb2O3:0~1%组成,其中(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8。
(6)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:SiO2:55~78%;和/或B2O3:5~18%;和/或Li2O+Na2O+K2O:7~22%;和/或Al2O3+ZrO2:0.05~3%;和/或TiO2:0~2%;和/或BaO+CaO:0.1~4%;和/或ZnO:0~3%;和/或MgO:0~2%;和/或SrO:0~3%;和/或La2O3:0~3%;和/或Gd2O3:0~3%;和/或Y2O3:0~3%;和/或Nb2O5:0~3%;和/或Sb2O3:0~0.8%。
(7)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:SiO2:60~75%;和/或B2O3:6~17%;和/或Li2O+Na2O+K2O:9~20%;和/或Al2O3+ZrO2:0.05~1.5%;和/或BaO+CaO:0.5~3%;和/或Nb2O5:0~2%;和/或Sb2O3:0~0.5%。
(8)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.25~0.7,优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.3~0.6,更优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.3~0.5。
(9)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:B2O3/SiO2为0.36以下,优选B2O3/SiO2为0.3以下,更优选B2O3/SiO2为0.25以下,进一步优选B2O3/SiO2为0.1~0.2。
(10)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为0.8~3.0,优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为1.1~2.8,更优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为1.2~2.5,进一步优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为1.2~2.0。
(11)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:K2O/Na2O为0.15~0.9,优选K2O/Na2O为0.2~0.85,更优选K2O/Na2O为0.3~0.8,进一步优选K2O/Na2O为0.5~0.75。
(12)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分以重量百分比表示,其中:Li2O:0~5%,优选Li2O:0~3%;和/或BaO:0~3%,优选BaO:0~2%,更优选BaO:0.1~2%;和/或CaO:0~3%,优选CaO:0~2%,更优选CaO:0.1~2%。
(13)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃,其组分中不含有Li2O;和/或不含有ZnO;和/或不含有TiO2;和/或不含有SrO;和/或不含有MgO;和/或不含有La2O3;和/或不含有Y2O3;和/或不含有Gd2O3
(14)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃的折射率nd为1.50~1.56,优选为1.50~1.55,更优选为1.51~1.54;和/或阿贝数νd为57~67,优选为60~66,更优选为62~65。
(15)根据(1)~(5)任一所述的光学玻璃的光透过率τ400nm为98.0%以上,优选为99.0%以上,更优选为99.5%以上,进一步优选为99.7%以上,更进一步优选为99.8%以上;和/或光学玻璃的耐候性CR为2类以上,优选为1类;和/或光学玻璃的耐酸作用稳定性DA为2类以上,优选为1类;和/或光学玻璃的热膨胀系数α20/300℃为92×10-7/K以下,优选为90×10-7/K以下,更优选为88×10-7/K以下;和/或光学玻璃的1400℃的粘度为200泊以下,优选为180泊以下,更优选为150泊以下;和/或光学玻璃的1200℃的粘度为1500泊以下,优选为1200泊以下,更优选为1000泊以下;和/或光学玻璃的气泡度为A级以上,优选为A0级以上,更优选为A00级;和/或光学玻璃的条纹度为D级以上,优选C级以上,更优选为B级以上。
(16)玻璃预制件,采用(1)~(15)任一所述的光学玻璃制成。
(17)光学元件,采用(1)~(15)任一所述的光学玻璃或(16)所述的玻璃预制件制成。
(18)光学仪器,含有(1)~(15)任一所述的光学玻璃,和/或含有(17)所述的光学元件。
本发明的有益效果是:通过合理的组分设计,本发明获得的光学玻璃在具有期望的折射率和阿贝数的同时,高温粘度低,内在质量和光透过率优异,原料成本、生产能耗和单位氮氧化物排放低,工艺性能好,能够满足一次滴料成型工艺需求,可用于高精度成像级车载大灯透镜制造等领域。
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范围进行说明。在本说明书中,如果没有特殊说明,各组分的含量、总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(wt%)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量作为100%。
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,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>
SiO2是本发明形成玻璃的基础组分,是构成玻璃网络的主要组分。若SiO2的含量超过80%,玻璃变得难熔,高温粘度急剧升高,容易在产品中出现气泡或结石等夹杂物,从而达不到内在质量要求,同时玻璃的折射率也达不到设计要求。因此,SiO2的含量限定80%以下,优选为78%以下,更优选为75%以下。另一方面,若SiO2的含量低于50%,玻璃的耐酸性达不到设计要求。因此,SiO2的含量为50%以上,优选为55%以上,更优选为60%以上。
B2O3在本发明玻璃中对折射率和色散产生较大影响,若B2O3的含量高于20%,B2O3的结构向疏松方向发展,折射率快速下降而难以达到设计要求,同时玻璃的耐酸性和耐候性快速下降。若其含量低于3%,玻璃的色散高于设计要求,熔融温度和高温粘度升高,玻璃的内在质量变差,生产玻璃单位能耗升高。因此,本发明中B2O3含量为3~20%,优选为5~18%,更优选为6~17%。
在一些实施方式中,B2O3/SiO2的值对碱金属离子的束缚能力有较大的影响,影响碱金属离子的析出,从而影响玻璃的耐候性和耐酸性。当玻璃中适量含有B2O3时,可以修补碱金属离子对SiO2网络的破坏,从而提升玻璃网络对碱金属离子的束缚能力。但是,随着B2O3/SiO2的值逐渐增大,尤其是超过0.36时,B2O3对玻璃网络反而开始起到破坏作用,对碱金属离子的束缚能力快速下降,从而导致玻璃的耐酸性和耐候性降低。因此,优选B2O3/SiO2的值为0.36以下,更优选B2O3/SiO2的值为0.3以下,进一步优选B2O3/SiO2的值为0.25以下,更进一步优选B2O3/SiO2的值为0.1~0.2。
Li2O、Na2O、K2O属于碱金属氧化物,在本发明玻璃中可以提升玻璃的成玻性能,降低玻璃的熔解温度和高温粘度,与其他组分相协同还可以调整玻璃的折射率和色散。
在本发明的一些实施方式中,期望获得的玻璃具有优异的耐候性和耐酸性,这主要是防止并降低碱金属离子的析出;另一方面期望获得的玻璃具有较低的高温粘度,从而降低生产工艺难度和能耗;再一方面期望获得的玻璃具有较低的热膨胀系数,降低玻璃的热膨胀系数可以在拉制棒料时棒料表面收缩小,良品率高,同时玻璃的抗热冲击能力强。
在现有技术中,对于本体系玻璃而言,同时获得上述期望的耐候性、耐酸性、高温粘度和热膨胀系数具有一定的难度。发明人通过研究发现,若Li2O、Na2O、K2O的合计量低于5%,玻璃的高温粘度会高于设计要求,同时玻璃的耐酸性与耐候性难以达到设计要求;若其合计含量高于25%,玻璃的热膨胀系数高于设计要求,同时玻璃的耐酸性与耐候性也难以达到设计要求。因此,优选Li2O、Na2O、K2O的合计量Li2O+Na2O+K2O为5~25%,更优选Li2O+Na2O+K2O为7~22%,进一步优选Li2O+Na2O+K2O为9~20%。
上述三种碱金属氧化物中,Li2O降低高温粘度的能力最强,同时对耐酸性与耐候性的损伤最小,从降低高温粘度、提升耐酸性和耐候性的角度来说最适宜含有,但若其含量超过5%,玻璃在成型过程中从液态冷却为固态的时间快速增长,这对厚规格产品以及棒料产品的良品率带来致命的影响。因此,Li2O的含量限定为5%以下,优选为3%以下。进一步的,Li2O在压型过程中容易析出污染模具,同时其原料成本较高,因此更优选为不含有Li2O。
在本发明的一些实施方式中,合适含量的碱金属氧化物在玻璃中促进B2O3向紧密结构方向转变,从而提升玻璃的耐候性,降低玻璃的热膨胀系数。当(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3的值小于0.8时,上述效果不明显。当(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3的值大于3.0时,玻璃中的自由氧过量,会造成玻璃网络的破坏,从而降低玻璃的耐候性,玻璃的热膨胀系数也会快速上升。因此,优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3的值为0.8~3.0,更优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3的值为1.1~2.8,进一步优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3的值为1.2~2.5,更进一步优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3的值为1.2~2.0。
Na2O和K2O是本发明玻璃中主要存在的碱金属氧化物,通过发明人研究发现,在本发明的一些实施方式中,K2O/Na2O的比值跟玻璃网络对碱金属离子的禁锢能力有密切的关系。当K2O/Na2O的值处于0.15~0.9之间,优选为0.2~0.85之间,更优选为0.3~0.8之间时,玻璃的耐酸性与耐候性能最佳,进一步优选K2O/Na2O的值为0.5~0.75。
在本发明的一些实施方式中,从降低玻璃的熔炼温度和高温粘度的角度出发,(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)的值若低于0.2,玻璃熔解困难,1400℃以及1200℃的高温粘度高于设计要求,进而带来生产能耗升高和炉体寿命降低等问题。若(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)的值高于0.8,玻璃的热膨胀系数高于设计要求,不利于棒料的拉制和提高抗热冲击能力。因此,优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)的值为0.2~0.8,更优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)的值为0.25~0.7,进一步优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)的值为0.3~0.6,更进一步优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)的值为0.3~0.5。
在本发明玻璃中,适量的含有Al2O3和ZrO2,可以降低玻璃熔解对耐火材料的腐蚀,从而减少耐火材料中的杂质进入玻璃,进而提升玻璃的光透过率,与此同时,炉体寿命也会大幅度的提升。Al2O3和ZrO2的总含量Al2O3+ZrO2若低于0.05%,上述效果不明显;若Al2O3+ZrO2高于5%,玻璃高温粘度,尤其是1200℃粘度快速上升。因此,Al2O3和ZrO2的总含量Al2O3+ZrO2为0.05~5%之间,优选为0.05~3%,更优选为0.05~1.5%。
TiO2在玻璃中能够明显提升玻璃内部网络的致密性,从而提升玻璃的抗热冲击性能和化学稳定性。若TiO2的含量高于4%,玻璃的色散快速上升,达不到设计要求。因此,TiO2的含量为4%以下,优选为2%以下。进一步的,少量的TiO2在生产过程中的还原气氛下会大幅度降低玻璃的光透过率,若要生产高透过率产品,需要保持稳定的氧化气氛,这增加了生产的工艺难度。同时少量的TiO2在玻璃中,在400~480nm激光照射下,玻璃的光透过率大幅度衰减,这对使用激光光源的照明系统是致命的问题。综上所述,在一些实施方式中更优选不含有TiO2
少量的Nb2O5在玻璃中可以快速提升玻璃的折射率和色散,还可以提升玻璃抗日照性能,即可以减少车灯在长期日照环境(尤其是太阳光中的UV-A波段)下的透过率衰减。若其含量高于5%,玻璃的色散快速上升,达不到设计要求。因此,其含量限定在5%以下,优选为3%以下,进一步优选为2%以下。
ZnO、BaO、SrO、CaO、MgO属于二价金属氧化物,在玻璃中可以提升玻璃的折射率,增强玻璃的稳定性。
少量的ZnO可以提升玻璃的耐候性,但由于ZnO色散较高,若其含量超过5%,玻璃的阿贝数达不到设计要求。本发明中通过含有5%以下的ZnO,优选含有3%以下的ZnO,在实现上述效果的同时,可以降低玻璃的表面张力,提升玻璃产品的内在质量。在一些实施方式中,若玻璃的化学稳定性和气泡度能够满足设计要求,更优选不含有ZnO。
本发明中可以含有合计量不超过5%的BaO和CaO来调整玻璃的折射率和色散,增加玻璃在生产过程中的折射率与阿贝数的稳定性,并防止玻璃的耐酸性下降。因此,BaO和CaO的合计含量BaO+CaO为0~5%,优选为0.1~4%,更优选为0.5~3%。进一步的BaO的含量限定为0~3%,优选为0~2%,更优选为0.1~2%。CaO的含量限定在0~3%,优选为0~2%,更优选为0.1~2%。
本发明中可以含有5%以下的SrO来降低玻璃的高温粘度和表面张力,同时还可以解决量产过程中折射率与阿贝数稳定性的问题,但SrO的原料成本较高,因此SrO的含量为0~5%,优选为0~3%,更优选不含有SrO。
少量的MgO在玻璃中可以提升玻璃色散和耐酸性。但是MgO的折射率较低,色散较大,尤其是含Mg原料容易吸潮导致MgO的准确含量不易测定,加入到玻璃中容易导致量产时折射率和阿贝数的稳定性变差。因此,MgO的含量限定为0~3%,优选为0~2%,更优选为不含有MgO。
玻璃中可以通过含有La2O3、Y2O3、Gd2O3等氧化物,以提升玻璃的折射率,降低玻璃色散。同时La2O3、Y2O3、Gd2O3还可以降低玻璃高温粘度,提高玻璃的耐候性。以上三种组分在玻璃中场强较高,若单独含量超过5%,会导致玻璃的抗析晶性能变差,特别是在需要长时间加热塑型的生产条件下。因此,本发明中La2O3、Y2O3、Gd2O3单独含量限定为5%以下,优选为3%以下,更优选不含有La2O3;和/或不含有Y2O3;和/或不含有Gd2O3
Sb2O3是一种澄清剂,在玻璃中使气泡消除变得更加容易。在本发明中Sb2O3含量限定为0~1%,优选为0~0.8%,更优选为0~0.5%。
<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(nd)与阿贝数(νd)按照GB/T 7962.1—2010规定的方法测试。
在一些实施方式中,光学玻璃的折射率(nd)为1.50~1.56,优选为1.50~1.55,更优选为1.51~1.54。
在一些实施方式中,光学玻璃的阿贝数(νd)为57~67,优选为60~66,更优选为62~65。
<光透过率>
光学玻璃的光透过率(τ400nm)按GB/T 7962.12-2010规定的方法进行测试。
在一些实施方式中,光学玻璃的光透过率(τ400nm)为98.0%以上,优选为99.0%以上,更优选为99.5%以上,进一步优选为99.7%以上,更进一步优选为99.8%以上。
<耐候性>
光学玻璃的耐候性(CR)按以下方法进行测试。
将试样放置在相对湿度为90%的饱和水蒸气环境的测试箱内,在40~50℃每隔1小时交替循环,循环15个周期。根据试样放置前后的浊度变化量来划分耐候性类别,表1为耐候性分类情况。
表1.耐候性分类情况
Figure BDA0002677745890000111
在一些实施方式中,光学玻璃的耐候性(CR)为2类以上,优选为1类。
<耐酸作用稳定性>
光学玻璃的耐酸作用稳定性(DA)按GB/T17129规定的方法进行测试。
在一些实施方式中,光学玻璃的耐酸作用稳定性(DA)为2类以上,优选为1类。
<热膨胀系数>
光学玻璃的热膨胀系数(α20/300℃)按照GB/T7962.16-2010规定的方法进行测试20~300℃的数据。
在一些实施方式中,光学玻璃的热膨胀系数(α20/300℃)为92×10-7/K以下,优选为90×10-7/K以下,更优选为88×10-7/K以下。
<高温粘度>
光学玻璃的高温粘度按以下方法测试:玻璃的高温粘度使用THETA RheotronicII高温粘度计采用旋转法测试,数值单位为dPaS(泊),其数值越小,表示粘度越小。
在一些实施方式中,光学玻璃1400℃的粘度为200泊以下,优选为180泊以下,更优选为150泊以下。
在一些实施方式中,光学玻璃1200℃的粘度为1500泊以下,优选为1200泊以下,更优选为1000泊以下。
<气泡度>
光学玻璃的气泡度按GB/T7962.8-2010规定的方法测试。
在一些实施方式中,光学玻璃的气泡度为A级以上,优选为A0级以上,更优选为A00级。
<条纹度>
本发明玻璃的条纹度按MLL-G-174B规定的方法进行测量。方法为用点光源和透镜组成的条纹仪,从最容易看见条纹的方向上,与标准试样比较检查,共分为4级,分别为A、B、C、D级,A级为在规定检测条件下,A级为规定检测条件下无肉眼可见的条纹,B级为规定检测条件下有细而分散的条纹,C级为规定检测条件下无有轻微的平行条纹,D级为规定检测条件下有粗略的条纹。
在一些实施方式中,光学玻璃的条纹度为D级以上,优选C级以上,更优选为B级以上。
[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常规工艺生产,使用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物、氧化物等为原料,按常规方法配料后,将配好的炉料投入到1250~1450℃的熔炼炉(如铂金坩埚、石英坩埚等)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。本发明玻璃还可采用一次滴料成型的方法来制造玻璃预制件。本发明光学玻璃特别适合用于制造车载大灯透镜。
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]
本发明光学玻璃或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。本发明光学玻璃或光学元件特别适合用于车载照明/光学设备,应用于车载、监控安防等领域。
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2~表3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2~表3中。
表2.
Figure BDA0002677745890000131
Figure BDA0002677745890000141
表3.
Figure BDA0002677745890000142
Figure BDA0002677745890000151
<玻璃预制件实施例>
将光学玻璃实施例1~20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 (18)

1.光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,含有:SiO2:50~80%;B2O3:3~20%;Li2O+Na2O+K2O:5~25%;Al2O3+ZrO2:0.05~5%,其中,(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,还含有:TiO2:0~4%;和/或BaO+CaO:0~5%;和/或ZnO:0~5%;和/或MgO:0~3%;和/或SrO:0~5%;和/或La2O3:0~5%;和/或Gd2O3:0~5%;和/或Nb2O5:0~5%;和/或Y2O3:0~5%;和/或Sb2O3:0~1%。
3.光学玻璃,其特征在于,含有SiO2、B2O3和碱金属氧化物,其组分以重量百分比表示,含有Al2O3+ZrO2:0.05~5%,其中,(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8,所述光学玻璃的折射率nd为1.50~1.56,阿贝数νd为57~67,1400℃的粘度为200泊以下,1200℃的粘度为1500泊以下。
4.根据权利要求3所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,含有:SiO2:50~80%;和/或B2O3:3~20%;和/或Li2O+Na2O+K2O:5~25%;和/或TiO2:0~4%;和/或BaO+CaO:0~5%;和/或ZnO:0~5%;和/或MgO:0~3%;和/或SrO:0~5%;和/或La2O3:0~5%;和/或Gd2O3:0~5%;和/或Y2O3:0~5%;和/或Nb2O5:0~5%;和/或Sb2O3:0~1%。
5.光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,由SiO2:50~80%;B2O3:3~20%;Li2O+Na2O+K2O:5~25%;Al2O3+ZrO2:0.05~5%;TiO2:0~4%;BaO+CaO:0~5%;ZnO:0~5%;MgO:0~3%;SrO:0~5%;La2O3:0~5%;Gd2O3:0~5%;Y2O3:0~5%;Nb2O5:0~5%;Sb2O3:0~1%组成,其中(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.2~0.8。
6.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:SiO2:55~78%;和/或B2O3:5~18%;和/或Li2O+Na2O+K2O:7~22%;和/或Al2O3+ZrO2:0.05~3%;和/或TiO2:0~2%;和/或BaO+CaO:0.1~4%;和/或ZnO:0~3%;和/或MgO:0~2%;和/或SrO:0~3%;和/或La2O3:0~3%;和/或Gd2O3:0~3%;和/或Y2O3:0~3%;和/或Nb2O5:0~3%;和/或Sb2O3:0~0.8%。
7.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:SiO2:60~75%;和/或B2O3:6~17%;和/或Li2O+Na2O+K2O:9~20%;和/或Al2O3+ZrO2:0.05~1.5%;和/或BaO+CaO:0.5~3%;和/或Nb2O5:0~2%;和/或Sb2O3:0~0.5%。
8.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.25~0.7,优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.3~0.6,更优选(Li2O+Na2O+K2O+B2O3)/(SiO2+Al2O3)为0.3~0.5。
9.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:B2O3/SiO2为0.36以下,优选B2O3/SiO2为0.3以下,更优选B2O3/SiO2为0.25以下,进一步优选B2O3/SiO2为0.1~0.2。
10.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为0.8~3.0,优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为1.1~2.8,更优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为1.2~2.5,进一步优选(Li2O+Na2O+K2O)/B2O3为1.2~2.0。
11.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:K2O/Na2O为0.15~0.9,优选K2O/Na2O为0.2~0.85,更优选K2O/Na2O为0.3~0.8,进一步优选K2O/Na2O为0.5~0.75。
12.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,其组分以重量百分比表示,其中:Li2O:0~5%,优选Li2O:0~3%;和/或BaO:0~3%,优选BaO:0~2%,更优选BaO:0.1~2%;和/或CaO:0~3%,优选CaO:0~2%,更优选CaO:0.1~2%。
13.根据权利要求1~5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Li2O;和/或不含有ZnO;和/或不含有TiO2;和/或不含有SrO;和/或不含有MgO;和/或不含有La2O3;和/或不含有Y2O3;和/或不含有Gd2O3
14.根据权利要求1~5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nd为1.50~1.56,优选为1.50~1.55,更优选为1.51~1.54;和/或阿贝数νd为57~67,优选为60~66,更优选为62~65。
15.根据权利要求1~5任一权利要求所述的光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃的光透过率τ400nm为98.0%以上,优选为99.0%以上,更优选为99.5%以上,进一步优选为99.7%以上,更进一步优选为99.8%以上;和/或光学玻璃的耐候性CR为2类以上,优选为1类;和/或光学玻璃的耐酸作用稳定性DA为2类以上,优选为1类;和/或光学玻璃的热膨胀系数α20/300℃为92×10-7/K以下,优选为90×10-7/K以下,更优选为88×10-7/K以下;和/或光学玻璃的1400℃的粘度为200泊以下,优选为180泊以下,更优选为150泊以下;和/或光学玻璃的1200℃的粘度为1500泊以下,优选为1200泊以下,更优选为1000泊以下;和/或光学玻璃的气泡度为A级以上,优选为A0级以上,更优选为A00级;和/或光学玻璃的条纹度为D级以上,优选C级以上,更优选为B级以上。
16.玻璃预制件,其特征在于,采用权利要求1~15任一权利要求所述的光学玻璃制成。
17.光学元件,其特征在于,采用权利要求1~15任一权利要求所述的光学玻璃或权利要求16所述的玻璃预制件制成。
18.光学仪器,其特征在于,含有权利要求1~15任一权利要求所述的光学玻璃,和/或含有权利要求17所述的光学元件。
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