CN114031294A - 一种高折射率光学材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学材料制备领域，具体公开了一种高折射率光学材料及其制备方法，所述高折射率光学材料由以下重量份的原料制备而成：二氧化硅50份、三氧化二硼20‑40份、五氧化二铌20‑40份、二氧化钛15‑30份、三氧化二钆15‑30份、二氧化锆10‑20份、氧化镧10‑20份、氧化锶5‑10份、二氧化锆5‑10份、氧化锂5‑10份、分散剂2‑4份；本发明公开的高折射率光学材料不仅折射率高，且具有高透过率的特点，适合用于各类精密光学仪器。
Description
技术领域
本发明属于光学材料制备领域，具体公开了一种高折射率光学材料及其制备方法。
背景技术
光学材料是用于光学实验和光学仪器中的具有一定光学性质和功能的材料的统称。传统上常把光学材料限定为晶态(光学晶体)、非晶态(光学玻璃)、有机化合物(光学塑料)。其中光学玻璃是能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃；广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。光学玻璃是光电技术产业的基础和重要组成部分。特别是在20世纪90年代以后，随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示三大领域的应用更是突飞猛进，成为社会信息化尤其是光电信息技术发展的基础条件之一。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。品种繁多，主要按他们在折射率(nD)-阿贝值(VD)图中的位置来分类。传统上nD>1.60，VD>50和nD<1.60，VD>55的各类玻璃定为冕(K)玻璃，其余各类玻璃定为火石(F)玻璃。冕玻璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系，轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系，重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系，绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽，其品种在不断扩大，其组成中几乎包括周期表中的所有元素。
生产光学玻璃的原料是一些氧化物、氢氧化物、硝酸盐和碳酸盐,并根据配方的要求,引入磷酸盐或氟化物。为了保证玻璃的透明度，必须严格控制着色杂质的含量，如铁、铬、铜、锰、钴、镍等。配料时要求准确称量、均匀混合。主要的生产过程是熔炼、成型、退火和检验。光学玻璃和其它玻璃的不同之点在于它作为光学系统的一个组成部分，必须满足光学成象的要求。因此，光学玻璃质量的判定也包括某些特殊的和较严格的指标。对光学玻璃有以下要求:一、特定的光学常数以及同一批玻璃光学常数的一致性。每一品种光学玻璃对不同波长光线都有规定的标准折射率数值，作为光学设计者设计光学系统的依据。所以工厂生产的光学玻璃的光学常数必须在这些数值一定的容许偏差范围以内，否则将使实际的成象质量与设计时预期的结果不符而影响光学仪器的质量。同时由于同批仪器往往采用同批光学玻璃制造，为了便于仪器的统一校正，同批玻璃的折射率容许偏差要较它们与标准值的偏差更加严格。
随着单反相机、摄像机的快速普及，作为单反相机中的光学系统，尤其是作为这类相机和摄像机的光学变焦系统，也被广泛使用。作为其光学系统所使用的高折射率、低色散的玻璃，它不仅需满足高性能的单反相机、摄像机以及数码相机的光学系统的设计要求，更需满足单反相机、摄像机的变焦光学系统以及对大尺寸透镜的需求和高透过的要求。因此，开发具有特高折射率、低色散的光学玻璃材料具有迫切的需要。
发明内容
针对上述情况，本发明公开了一种高折射率光学材料及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种高折射率光学材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
优选的，一种高折射率光学材料，由以下重量份的原料制备而成：
进一步的，上述一种高折射率光学材料，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种。
进一步的，上述一种高折射率光学材料，所述光学材料的折射率大于1.98，阿贝数为34～37。
进一步的，上述一种高折射率光学材料，所述光学材料的内部透过(λτ)上限小于405nm；所述材料的密度小于4g/cm 3
进一步的，上述高折射率光学材料的制备方法，由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2200-2500℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在1900-2100℃温度下熔融20-40min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度400rpm-800rpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置10-30min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
优选的，上述高折射率光学材料的制备方法，由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2350℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在2000℃温度下熔融30min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度600rpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置20min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
进一步的，上述高折射率光学材料在精密光学仪器中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明公开了一种高折射率光学材料及其制备方法，本发明通过优化组分配比，添加五氧化二铌，三氧化二钆、氧化镧等，提高了光学材料的折射率，化学稳定性好，所述光学玻璃的折射率大于1.98，阿贝数为34～37，内部透过(λτ)上限小于405nm；所述光学材料的成品的密度小于4g/cm3，适用于高精密成像镜面，简化光学系统，提高成像质量，应用于精密光学仪器中，进一步的减少镜片数量，缩小重量和体积。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中使用的试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场渠道购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种高折射率光学材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
制备方法由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2200℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在1900℃温度下熔融20min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度400rpmrpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置10min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
实施例2
一种高折射率光学材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
制备方法由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2350℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在2000℃温度下熔融30min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度600rpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置20min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
实施例3
一种高折射率光学材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
制备方法由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2500℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在2100℃温度下熔融40min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度800rpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置30min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
测试例
将实施例1-3制备获得的高折射率光学材料，与市售的高折射率的光学材料作为对比例进行对比检测，结果见表1.
表1光学性能测试
| 序号 | 折射率 | 透过率 | 密度(g/cm<sup>3</sup>) | 阿贝数 |
| 1 | 1.98 | 87％ | 3.93 | 35 |
| 2 | 1.99 | 89％ | 3.94 | 37 |
| 3 | 2.02 | 88％ | 3.98 | 36 |
| 对比例 | 1.92 | 71％ | 4.24 | 29 |
从上述表1可见，本发明制备方法简便，光学玻璃的折射率大于1.98，阿贝数为34～37，内部透过(λτ)上限小于405nm；所述光学材料的成品的密度小于4g/cm3，适用于高精密成像镜面，简化光学系统，提高成像质量，应用于精密光学仪器中，进一步的减少镜片数量，缩小重量和体积。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种高折射率光学材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
二氧化硅 50份
三氧化二硼 20-40份
五氧化二铌 20-40份
二氧化钛 15-30份
三氧化二钆 15-30份
二氧化锆 10-20份
氧化镧 10-20份
氧化锶 5-10份
二氧化锆 5-10份
氧化锂 5-10份
分散剂 2-4份。
2.根据权利要求1所述的一种高折射率光学材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：
二氧化硅 50份
三氧化二硼 30份
五氧化二铌 30份
二氧化钛 22份
三氧化二钆 22份
二氧化锆 15份
氧化镧 15份
氧化锶 7份
二氧化锆 7份
氧化锂 7份
分散剂 3份。
3.根据权利要求1所述的一种高折射率光学材料，其特征在于，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高折射率光学材料，其特征在于，所述光学材料的所述光学玻璃的折射率大于1.98，阿贝数为34～37。
5.根据权利要求1所述的一种高折射率光学材料，其特征在于，所述光学材料的内部透过(λτ)上限小于405nm；所述材料的密度小于 4g/cm3。
6.如权利要求1-5任一项所述的高折射率光学材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼 、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2200-2500℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在1900-2100℃温度下熔融20-40min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度400rpm-800rpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置10-30min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
7.根据权利要求6所述的高折射率光学材料的制备方法，其特征在于，由以下步骤组成：
S1将配方量的的二氧化硅、三氧化二硼 、五氧化二铌、二氧化钛、三氧化二钆、二氧化锆、氧化镧充分混合均匀后，然后加入石英容器中在2350℃下熔化、澄清，进行一次熔炼，并持续通入氮气，得到融态的玻璃料液；
S2将所述玻璃料液在2000℃温度下熔融30min，在玻璃熔制过程中，对所述玻璃料液进行搅拌，搅拌速度600rpm，并持续通入氦气；待玻璃熔融后，加入所述氧化锶、二氧化锆、氧化锂和分散剂后，静置20min；
S3将所述玻璃料液浇注到预热的模具内，并退火，即得到光学材料成品。
8.如权利要求1-5任一项所述的高折射率光学材料在精密光学仪器中的应用。
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