CN114907011B

CN114907011B - 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器

Info

Publication number: CN114907011B
Application number: CN202210710089.5A
Authority: CN
Inventors: 袁帅; 毛露路; 郝良振; 匡波
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2022-06-22
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2023-08-01
Anticipated expiration: 2042-06-22
Also published as: CN114907011A

Abstract

本发明提供一种具有优异化学稳定性和抗析晶性，具有适宜的热膨胀系数和较高气泡度等级的光学玻璃，所述光学玻璃的组分以摩尔百分比表示，含有：SiO₂：12～27％；B₂O₃：38～58％；Al₂O₃：2～18％；La₂O₃：1～13％；Y₂O₃：1～13％。通过合理的组分设计，本发明获得的光学玻璃具有优异的化学稳定性和抗析晶性，且具有适宜的热膨胀系数和较高的气泡度等级。

Description

光学玻璃、玻璃预制件、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1.62～1.67，阿贝数为54～58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

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、光储存和光电显示等技术领域的应用不断增加。近年来，光学仪器在数字化、集成化和高精细化方面发展迅速，尤其在车载成像、投影仪和数码相机等多领域的应用，都对光学玻璃的性能提出了更高的要求。

对于光学玻璃来说，折射率、阿贝数是其核心光性特征。折射率和阿贝数决定了玻璃的基本功能，光学玻璃除需要期望的光学性能外，还必须具有优良的内部质量(如条纹度、气泡度等)，如果光学玻璃的组分设计不合理，容易造成玻璃内部存在大量气泡或条纹。光学玻璃在组成设计时，需要考虑其抗析晶性能，抗析晶性能差易导致玻璃在生产或压制过程中产生析晶，造成光学玻璃的失透或破裂，严重时甚至会造成玻璃的报废。

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光学仪器的使用精度和寿命至关重要。另一方面，光学玻璃由于热膨胀系数不合适，会降低光学玻璃的加工性能，即容易在加工过程中造成破裂，降低玻璃元件的良品率；同时导致其抗热冲击的性能也较差。

发明内容

基于以上原因，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优异化学稳定性和抗析晶性，具有适宜的热膨胀系数和较高气泡度等级的光学玻璃。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO₂：12～27％；B₂O₃：38～58％；Al₂O₃：2～18％；La₂O₃：1～13％；Y₂O₃：1～13％。

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：ZnO：0～7％；和/或ZrO₂：0～9％；和/或BaO：0～9％；和/或Gd₂O₃：0～5％；和/或SrO：0～3％；和/或CaO：0～5％；和/或Li₂O：0～13％；和/或Na₂O：0～5％；和/或澄清剂：0～0.5％，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、CeO₂中的一种或多种。

光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，由SiO₂：12～27％；B₂O₃：38～58％；Al₂O₃：2～18％；La₂O₃：1～13％；Y₂O₃：1～13％；ZnO：0～7％；ZrO₂：0～9％；BaO：0～9％；Gd₂O₃：0～5％；SrO：0～3％；CaO：0～5％；Li₂O：0～13％；Na₂O：0～5％；澄清剂：0～0.5％组成，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、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：(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.3～1.0，优选(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.4～0.9，更优选(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.6～0.8。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.05～0.35，优选(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.1～0.3，更优选(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.15～0.25。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.1～2.0，优选Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.3～1.5，更优选Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.4～1.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.05～5.0，优选(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.1～2.0，更优选(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.2～1.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：BaO/ZnO为20.0以下，优选BaO/ZnO为0.1～15.0，更优选BaO/ZnO为1.0～8.0。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：4×Li₂O/B₂O₃为0.01～1.0，优选4×Li₂O/B₂O₃为0.05～0.8，更优选4×Li₂O/B₂O₃为0.1～0.5。

进一步的，所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：15～25％，优选SiO₂：17～22％；和/或B₂O₃：40～55％，优选B₂O₃：44～51％；和/或Al₂O₃：5～15％，优选Al₂O₃：9～13％；和/或La₂O₃：2～10％，优选La₂O₃：4～8％；和/或Y₂O₃：3～12％，优选Y₂O₃：6～11％；和/或ZnO：0.1～5％，优选ZnO：0.1～2％；和/或ZrO₂：0～5％，优选ZrO₂：0.1～3％；和/或BaO：0.1～5％，优选BaO：0.1～3％；和/或Gd₂O₃：0～2％，优选不含有Gd₂O₃；和/或SrO：0～2％，优选不含有SrO；和/或CaO：0～3％，优选CaO：0～2％，更优选不含有CaO；和/或Li₂O：0.5～10％，优选Li₂O：1～5％；和/或Na₂O：0～2％，优选不含有Na₂O；和/或澄清剂：0～0.2％，优选澄清剂：0～0.1％，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、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：SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为90％以上，优选SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为92％以上，更优选SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为94％以上。

进一步的，所述的光学玻璃的折射率n_d为1.62～1.67，优选为1.64～1.66；阿贝数ν_d为54～58，优选为55～57。

进一步的，所述的光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为2类以上，优选为1类；和/或密度ρ为4.00g/cm³以下，优选为3.81g/cm³以下，更优选为3.60g/cm³以下，进一步优选为3.41g/cm³以下；和/或气泡度为A级以上，优选为A₀级以上，更优选为A₀₀级；和/或热膨胀系数α_100/300℃为45×10^-7/K～80×10^-7/K，优选为47×10^-7/K～75×10^-7/K，更优选为50×10^-7/K～75×10^-7/K，进一步优选为55×10^-7/K～70×10^-7/K；和/或转变温度T_g为700℃以下，优选为680℃以下，更优选为675℃以下，进一步优选为670℃以下；和/或析晶上限温度为1100℃以下，优选为1050℃以下，更优选为1030℃以下；和/或杨氏模量E为6500×10⁷Pa～10500×10⁷Pa，优选为6700×10⁷Pa～9000×10⁷Pa，更优选为6900×10⁷Pa～7900×10⁷Pa；和/或硬度H_K为590×10⁷Pa以上，优选为600×10⁷Pa以上，更优选为610×10⁷Pa以上；和/或λ₈₀小于或等于400nm，优选λ₈₀小于或等于395nm，更优选λ₈₀小于或等于390nm。

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，本发明获得的光学玻璃具有优异的化学稳定性和抗析晶性，且具有适宜的热膨胀系数和较高的气泡度等级。

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在本发明中是玻璃的网络形成体组分，具有维持玻璃稳定性和适于熔融玻璃成形粘性，改善玻璃的耐水作用稳定性的效果，但若SiO₂的含量过高，则会导致玻璃难熔。因此，SiO₂的含量范围为12～27％，优选为15～25％，更优选为17～22％。

B₂O₃在本发明中是玻璃的网络形成体组分。B₂O₃能够改善玻璃原料的熔化过程，并能够显著降低熔融玻璃液的高温粘度，但是B₂O₃的含量过高会降低玻璃的耐水作用稳定性。因此，B₂O₃的含量范围为38～58％，优选为40～55％，更优选为44～51％。

Al₂O₃在本发明中是玻璃的网络形成体组分。Al₂O₃能够提高玻璃的耐水作用稳定性。同时，玻璃中含有较高含量的Al₂O₃，还能降低玻璃在受划伤和硬物压入等情况下碎裂的可能性。但是，Al₂O₃含量过多会导致玻璃粘度升高，熔炼困难。因此，本发明中Al₂O₃的含量范围为2～18％，优选为5～15％，更优选为9～13％。

在一些实施方式中，通过控制(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃在0.3以上，可以提高玻璃的耐水作用稳定性和硬度；但若(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃超过1.0，则玻璃粘度过高，不利于生产。因此，优选(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.3～1.0，更优选(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.4～0.9，进一步优选(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.6～0.8。

ZnO在本发明中可以提高玻璃的稳定性，降低着色度并改善玻璃的气泡度。若ZnO的含量超过7％，玻璃成型难度增加。因此，本发明中ZnO的含量为0～7％，优选为0.1～5％，更优选为0.1～2％。

La₂O₃在本发明中是玻璃的网络修饰组分，对于实现高折射率、低色散性来说是必需的，同时对提高玻璃硬度有显著作用，还可提高玻璃的化学稳定性。但是，高含量的La₂O₃会提升玻璃的转变温度，而且抗析晶性下降，不利于玻璃的二次热加工。因此，La₂O₃的含量范围为1～13％，优选为2～10％，更优选为4～8％。

Y₂O₃在本发明中是玻璃的网络修饰组分，当与La₂O₃同时存在时起到降低玻璃高温粘度以及大幅改善抗析晶性的作用，当其含量小于1％时，折射率降低，液相线温度升高，抗析晶性以及化学稳定性下降。当Y₂O₃的含量超过13％时，抗析晶性反而下降。因此，Y₂O₃含量范围为1～13％，优选为3～12％，更优选为6～11％。

在本发明的一些实施方式中，通过控制(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)在0.05以上，可以保证玻璃折射率和色散性能满足要求，并拥有良好的化学稳定性；但若(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)超过0.35，则玻璃的密度上升，达不到玻璃轻量化的目的，且容易出现结石和气泡。因此，优选(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.05～0.35，更优选(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.1～0.3，进一步优选(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.15～0.25。

Gd₂O₃在本发明中是任选组分，能提高玻璃的折射率和化学稳定性，但会提高玻璃的密度和折射率，若其含量过多，密度和折射率难以达到设计要求。因此，Gd₂O₃的含量为0～5％，优选为0～2％，更优选不含有Gd₂O₃。

ZrO₂在本发明中具有提高玻璃的化学稳定性和硬度的作用，在含有Al₂O₃的情况下，ZrO₂在玻璃中的溶解度下降，导致玻璃中易产生结石等缺陷。因此，ZrO₂的含量范围为0～9％，优选为0～5％，更优选为0.1～3％。

在一些实施方式中，通过控制Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)在0.1以上，可以提高玻璃的硬度，有利于得到合适的杨氏模量；但若Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)超过2.0，则气泡度变差。因此，优选Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.1～2.0，更优选Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.3～1.5，进一步优选Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.4～1.0。

BaO在本发明中是调整玻璃的折射率、改善透过率和强度的组分，当其含量超过9％，则玻璃的抗析晶性能和化学稳定性变差。因此，BaO的含量为0～9％，优选含量为0.1～5％，更优选含量为0.1～3％。

在一些实施方式中，通过控制(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃在0.05以上，有利于玻璃得到合适的杨氏模量，提高玻璃的光透过率；但若(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃超过5.0，则玻璃的抗析晶性能下降，且易产生结石和气泡。因此，优选(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.05～5.0，更优选(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.1～2.0，进一步优选(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.2～1.0。

在一些实施方式中，通过控制BaO/ZnO在20.0以下，可以保证玻璃的抗析晶性能和着色度要求，并且具有较好的气泡度。因此，优选BaO/ZnO为20.0以下，更优选BaO/ZnO为0.1～15.0，进一步优选BaO/ZnO为1.0～8.0。

SrO在本发明中是任选组分，可以调节玻璃的折射率和阿贝数，但若含量过大，玻璃的化学稳定性下降，同时玻璃的成本也会快速上升。因此，SrO的含量限定为0～3％，优选为0～2％，更优选不含有SrO。

CaO在本发明中是任选组分，有助于调整玻璃的光学常数，改善玻璃的加工性能，但是CaO含量过多时，使得玻璃的光学数据难以达到设计要求，玻璃粘度升高，气泡度降低。因此，CaO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CaO。

Li₂O是碱金属氧化物，具备强烈的助熔作用，有利于提高玻璃中其他对强度有利组分的含量,可以降低玻璃的转变温度。但是，Li₂O的含量过高，玻璃易析晶，不利于后续热加工，且对玻璃的耐水作用稳定性和热膨胀系数不利。因此，本发明中Li₂O的含量为0～13％，优选为0.5～10％，更优选为1～5％。

在一些实施方式中，通过控制4×Li₂O/B₂O₃在0.01以上，玻璃具有合适的粘度和气泡度；但若4×Li₂O/B₂O₃超过1.0，则耐水作用稳定性下降。因此，优选4×Li₂O/B₂O₃为0.01～1.0，更优选4×Li₂O/B₂O₃为0.05～0.8，进一步优选4×Li₂O/B₂O₃为0.1～0.5。

Na₂O是碱金属氧化物，具有改善玻璃熔融性的作用，对于提高玻璃熔制效果有着明显的作用，但Na₂O含量过高会导致玻璃硬度下降，且对玻璃的耐水作用稳定性和热膨胀系数不利。因此，本发明中Na₂O的含量为0～5％，优选为0～2％，更优选不含有Na₂O。

本发明中通过含有0～0.5％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0～0.2％，更优选为0～0.1％。当Sb₂O含量超过0.5％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Sb₂O的添加量为0～0.5％，更优选为0～0.2％，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0.5％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0～0.5％，更优选为0～0.2，进一步优选0～0.1％，更进一步优选不含有；SnO的含量优选为0～0.5％，更优选为0～0.2％，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0～0.5％，更优选为0～0.1％，进一步优选0～0.1％，更进一步优选不含有。

在本发明的一些实施方式中，为使光学玻璃具有具有适宜的热膨胀系数和硬度，满足折射率和阿贝数要求，优选SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为90％以上，更优选SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为92％以上，进一步优选SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为94％以上。

<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，从而减弱可见光透过率，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1.62，优选下限为1.64，折射率(n_d)的上限为1.67，优选上限为1.66。

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54，优选下限为55，阿贝数(ν_d)的上限为58，优选上限为57。

<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。

<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4.00g/cm³以下，优选为3.81g/cm³以下，更优选为3.60g/cm³以下，进一步优选为3.41g/cm³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，本发明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。

<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，本发明光学玻璃的热膨胀系数(α_100/300℃)的下限为45×10^-7/K，优选下限为47×10^-7/K，更优选下限为50×10^-7/K，进一步优选下限为55×10^-7/K，热膨胀系数(α_100/300℃)的上限为80×10^-7/K，优选上限为75×10^-7/K，更优选上限为70×10^-7/K。

<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，本发明的光学玻璃的转变温度(T_g)为700℃以下，优选为680℃以下，更优选为675℃以下，进一步优选为670℃以下。

<析晶上限温度>

采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180×10×10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度(5℃/cm)的炉内升温至1200℃保温4小时后取出自然冷却到室温，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的析晶上限温度为1100℃以下，优选为1050℃以下，更优选为1030℃以下。

<杨氏模量>

玻璃的杨氏模量(E)采用超声波测试其纵波速度和横波速度，再按以下公式计算得出。

G＝V_S ²ρ

式中：E为杨氏模量，Pa；

G为剪切模量，Pa；

V_T为横波速度，m/s；

V_S为纵波速度，m/s；

ρ为玻璃密度，g/cm³。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的杨氏模量(E)的下限为6500×10⁷Pa，优选下限为6700×10⁷Pa，更优选下限为6900×10⁷Pa，杨氏模量(E)的上限为10500×10⁷Pa，优选上限为9000×10⁷Pa，更优选上限为7900×10⁷Pa。

<硬度>

硬度(H_K)按《GB/T 7962.18-2010》规定的测试方法测量。该方法采用对称棱角为172°30’和130°的四角锥金刚石压头，给其施加一定负荷垂直压在试样上，保持一定时间后，撤去负荷，用显微镜观察并测量试样上压痕对角线的长度，按下列公式计算Knoop硬度：

式中：F—负荷，N；

d—压痕长对角线的长度，mm；

H_K—Knoop硬度，10⁷Pa。

在一些实施方式中，本发明光学玻璃的硬度(H_K)为590×10⁷Pa以上，优选为600×10⁷Pa以上，更优选为610×10⁷Pa以上。

<着色度>

本发明玻璃的短波透射光谱特性用着色度(λ₈₀)表示。λ₈₀是指玻璃透射比达到80％时对应的波长。λ₈₀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80％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，λ₈₀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，本发明光学玻璃的λ₈₀小于或等于400nm，优选λ₈₀小于或等于395nm，更优选λ₈₀小于或等于390nm。

[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，包括但不限于使用磷酸盐、偏磷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物、氧化物、硼酸等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1000～1300℃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1～20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

1.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO₂：12～27％；B₂O₃：38～58％；Al₂O₃：2～18％；La₂O₃：1～13％；Y₂O₃：1～13％；ZnO：0～7％；BaO：0～9％；ZrO₂：0～9％，其中，BaO/ZnO为0.1～15.0，(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.247～5.0。

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：Gd₂O₃：0～5％；和/或SrO：0～3％；和/或CaO：0～5％；和/或Li₂O：0～13％；和/或Na₂O：0～5％；和/或澄清剂：0～0.5％，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、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SiO₂：12～27％；B₂O₃：38～58％；Al₂O₃：2～18％；La₂O₃：1～13％；Y₂O₃：1～13％；ZnO：0～7％；ZrO₂：0～9％；BaO：0～9％；Gd₂O₃：0～5％；SrO：0～3％；CaO：0～5％；Li₂O：0～13％；Na₂O：0～5％；澄清剂：0～0.5％组成，其中，BaO/ZnO为0.1～15.0，(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.247～5.0，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、CeO₂中的一种或多种。

4.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.3～1.0。

5.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.4～0.9。

6.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(Al₂O₃+SiO₂)/B₂O₃为0.6～0.8。

7.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.05～0.35。

8.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.1～0.3。

9.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(La₂O₃+Y₂O₃)/(SiO₂+B₂O₃+Al₂O₃)为0.15～0.25。

10.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.1～2.0。

11.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.3～1.5。

12.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：Y₂O₃/(Al₂O₃+ZrO₂)为0.4～1.0。

13.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.247～2.0。

14.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：(ZrO₂+2×ZnO+2×BaO)/Al₂O₃为0.247～1.0。

15.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：BaO/ZnO为1.0～8.0。

16.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：4×Li₂O/B₂O₃为0.01～1.0。

17.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：4×Li₂O/B₂O₃为0.05～0.8。

18.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：4×Li₂O/B₂O₃为0.1～0.5。

19.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：15～25％；和/或B₂O₃：40～55％；和/或Al₂O₃：5～15％；和/或La₂O₃：2～10％；和/或Y₂O₃：3～12％；和/或ZnO：0.1～5％；和/或ZrO₂：0～5％；和/或BaO：0.1～5％；和/或Gd₂O₃：0～2％；和/或SrO：0～2％；和/或CaO：0～3％；和/或Li₂O：0.5～10％；和/或Na₂O：0～2％；和/或澄清剂：0～0.2％，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、CeO₂中的一种或多种。

20.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂：17～22％；和/或B₂O₃：44～51％；和/或Al₂O₃：9～13％；和/或La₂O₃：4～8％；和/或Y₂O₃：6～11％；和/或ZnO：0.1～2％；和/或ZrO₂：0.1～3％；和/或BaO：0.1～3％；和/或CaO：0～2％；和/或Li₂O：1～5％；和/或澄清剂：0～0.1％，所述澄清剂为Sb₂O₃、SnO、SnO₂、CeO₂中的一种或多种。

21.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，不含有CaO；和/或不含有Gd₂O₃；和/或不含有SrO；和/或不含有Na₂O。

22.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为90％以上。

23.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为92％以上。

24.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO₂、B₂O₃、Al₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、BaO的合计含量为94％以上。

25.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率n_d为1.62～1.67；阿贝数ν_d为54～58。

26.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率n_d为1.64～1.66；阿贝数ν_d为55～57。

27.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为2类以上；和/或密度ρ为4.00g/cm³以下；和/或气泡度为A级以上；和/或热膨胀系数α_100/300℃为45×10^-7/K～80×10^-7/K；和/或转变温度T_g为700℃以下；和/或析晶上限温度为1100℃以下；和/或杨氏模量E为6500×10⁷Pa～10500×10⁷Pa；和/或硬度H_K为590×10⁷Pa以上；和/或λ₈₀小于或等于400nm。

28.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为1类；和/或密度ρ为3.81g/cm³以下；和/或气泡度为A₀级以上；和/或热膨胀系数α_100/300℃为47×10^-7/K～75×10^-7/K；和/或转变温度T_g为680℃以下；和/或析晶上限温度为1050℃以下；和/或杨氏模量E为6700×10⁷Pa～9000×10⁷Pa；和/或硬度H_K为600×10⁷Pa以上；和/或λ₈₀小于或等于395nm。

29.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的密度ρ为3.60g/cm³以下；和/或气泡度为A₀₀级；和/或热膨胀系数α_100/300℃为50×10^-7/K～75×10^-7/K；和/或转变温度T_g为675℃以下；和/或析晶上限温度为1030℃以下；和/或杨氏模量E为6900×10⁷Pa～7900×10⁷Pa；和/或硬度H_K为610×10⁷Pa以上；和/或λ₈₀小于或等于390nm。

30.根据权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的密度ρ为3.41g/cm³以下；和/或热膨胀系数α_100/300℃为55×10^-7/K～70×10^-7/K；和/或转变温度T_g为670℃以下。

31.玻璃预制件，其特征在于，采用权利要求1～30任一所述的光学玻璃制成。

32.光学元件，其特征在于，采用权利要求1～30任一所述的光学玻璃或权利要求31所述的玻璃预制件制成。

33.光学仪器，其特征在于，含有权利要求1～30任一所述的光学玻璃，和/或含有权利要求32所述的光学元件。