CN115893833A - 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 - Google Patents
光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115893833A CN115893833A CN202211554294.3A CN202211554294A CN115893833A CN 115893833 A CN115893833 A CN 115893833A CN 202211554294 A CN202211554294 A CN 202211554294A CN 115893833 A CN115893833 A CN 115893833A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- percent
- glass
- zro
- sio
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 147
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 title claims abstract description 87
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 44
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 46
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 abstract description 19
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 10
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 229910000287 alkaline earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 2
- -1 platinum ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
本发明提供一种抗析晶性能优异，具有较低负向特殊色散光学玻璃。光学玻璃，其组分以以摩尔百分比表示，含有：SiO2+B2O3+Al2O3：40～75％；ZrO2：1.5～10％；Nb2O5：5～12％；Li2O：2.5～38％；Na2O：3.5～24％。通过合理的组分设计，本发明玻璃具有较低的负向特殊色散，以及优异的抗析晶性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种抗析晶性能优异，具有负向特殊色散的光学玻璃。
背景技术
在长焦距、大视场和高精度光学系统中，二级光谱是影响成像质量的主要因素，校正二级光谱是长焦距光学系统设计中的一个突出问题，也是比较难解决的一个问题。采用特殊色散玻璃与其他玻璃进行组合使用，可以减少玻璃透镜片数，简化光学系统结构，尤其能够消除二级光谱，提高成像质量和几何精度。光学玻璃的特殊色散性能表征参数主要是相对部分色散偏离值△Pg,F，△Pg,F绝对值越大，表明光学玻璃的特殊色散越大，越有利于消除光学系统的二级光谱。
二次压型具有制作成本低、生产难度小、便于大批量生产等优势，被广泛应用于玻璃元件制作中。二次压型是将玻璃材料放置在模具中加热到软化点以上，再通过加压的方式将玻璃材料压制成预定形状的生产方式。这种生产方式往往需要将玻璃加热至转变温度以上100～200℃，此时的玻璃已经具有一定的流动性，如果玻璃的抗析晶性能不好，在二次压型的过程中玻璃就有析晶报废的风险。为了降低光学玻璃的加工成本，要求光学玻璃具有更高的抗析晶性能，以适应广泛应用的二次压型技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗析晶性能优异，具有较低负向特殊色散光学玻璃。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
(1)光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO2+B2O3+Al2O3：40～75％；ZrO2：1.5～10％；Nb2O5：5～12％；Li2O：2.5～38％；Na2O：3.5～24％。
(2)根据(1)所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，还含有：BaO：0～4％；和/或SrO：0～7％；和/或CaO：0～13％；和/或MgO：0～9.5％；和/或ZnO：0～9.5％；和/或La2O3：0～2.5％；和/或Gd2O3：0～2％；和/或Y2O3：0～3％；和/或Yb2O3：0～2％；和/或TiO2：0～9.5％；和/或WO3：0～4％；和/或Bi2O5：0～2％；和/或Ta2O5：0～3％；和/或K2O：0～8％；和/或Sb2O3：0～0.5％。
(3)光学玻璃，其组分含有SiO2、B2O3、ZrO2、Nb2O5和碱金属氧化物，所述光学玻璃的折射率nd为1.62～1.78，阿贝数vd为34～44，相对部分色散偏离值△Pg,F为-0.00300以下。
(4)根据(3)所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO2+B2O3+Al2O3：40～75％；和/或ZrO2：1.5～10％；和/或Nb2O5：5～12％；和/或Li2O：2.5～38％；和/或Na2O：3.5～24％；和/或BaO：0～4％；和/或SrO：0～7％；和/或CaO：0～13％；和/或MgO：0～9.5％；和/或ZnO：0～9.5％；和/或La2O3：0～2.5％；和/或Gd2O3：0～2％；和/或Y2O3：0～3％；和/或Yb2O3：0～2％；和/或TiO2：0～9.5％；和/或WO3：0～4％；和/或Bi2O5：0～2％；和/或Ta2O5：0～3％；和/或K2O：0～8％；和/或Sb2O3：0～0.5％。
(5)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO2+Al2O3+ZrO2：40～70％，优选SiO2+Al2O3+ZrO2：40～60％，更优选SiO2+Al2O3+ZrO2：43～56％；和/或Nb2O5+ZrO2：7～20％，优选Nb2O5+ZrO2：9～18％，更优选Nb2O5+ZrO2：10～16％；和/或TiO2+WO3+Bi2O3：0～10％，优选TiO2+WO3+Bi2O3：0～7％，更优选TiO2+WO3+Bi2O3：0～4％；和/或Rn2O：15～60％，优选Rn2O：20～50％，更优选Rn2O：25～36％；和/或RO：0～13％，优选RO：0～11％，更优选RO：0～7％；和/或Re2O3：0～7％，优选Re2O3：0～3％，所述Rn2O为Li2O、Na2O和K2O的合计含量，Re2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3的合计含量，RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量。
(6)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为0.6～4.5，优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为0.8～3.0，更优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为1.0～2.2；和/或(SiO2+B2O3)/ZrO2为5.0～25.0，优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为6.0～20.0，更优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为7.0～17.0；和/或(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为0.8～4.5，优选(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为1.1～3.8，更优选(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为1.4～2.7，所述Rn2O为Li2O、Na2O和K2O的合计含量，RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量。
(7)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO2+B2O3+Al2O3：45～60％；和/或ZrO2：2.5～8.5％，优选ZrO2：3～7.5％；和/或Nb2O5：6～11％，优选Nb2O5：7～10％；和/或Li2O：7.5～30％，优选Li2O：12～23％；和/或Na2O：7.5～22％，优选Na2O：10.5～18.5％；和/或BaO：0～2.5％，优选BaO：0～1％；和/或SrO：0～3.5％；和/或CaO：0～10.5％，优选CaO：0～7％；和/或MgO：0～5.5％；和/或ZnO：0～4.5％，优选ZnO：0～2％；和/或La2O3：0～1.5％；和/或Gd2O3：0～1％；和/或Y2O3：0～1.5％；和/或Yb2O3：0～1％；和/或TiO2：0～6.5％，优选TiO2：0～4％；和/或WO3：0～2％；和/或Ta2O5：0～2％；和/或K2O：0～6％，优选K2O：0～4％；和/或Sb2O3：0～0.25％，优选Sb2O3：0～0.1％。
(8)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃，其组分以摩尔百分比表示，其中：SiO2：32～58％，优选SiO2：36～54％，更优选SiO2：40～49％；和/或B2O3：4～16％，优选B2O3：5.5～14％，更优选B2O3：6.5～12％；和/或Al2O3：0～7％，优选Al2O3：0～4％。
(9)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃，其组分中不含有Al2O3；和/或不含有SrO；和/或不含有MgO；和/或不含有La2O3；和/或不含有Gd2O3；和/或不含有Y2O3；和/或不含有Yb2O3；和/或不含有WO3；和/或不含有Bi2O5；和/或不含有Ta2O5。
(10)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃的折射率nd为1.62～1.78，优选为1.64～1.75，更优选为1.66～1.70，阿贝数vd为34～44，优选为35～42，更优选为36～40。
(11)根据(1)～(4)任一所述的光学玻璃的相对部分色散偏离值△Pg,F为-0.00300以下，优选为-0.00350以下，更优选为-0.00410以下；和/或所述光学玻璃的密度ρ为3.25g/cm3以下，优选为3.15g/cm3以下,更优选为3.05g/cm3以下；和/或所述光学玻璃析晶数量A为5颗以下，优选为2颗以下，更优选为0颗。
(12)玻璃预制件，采用(1)～(11)任一所述的光学玻璃制成。
(13)光学元件，采用(1)～(11)任一所述的光学玻璃制成，或采用(12)所述的玻璃预制件制成。
(14)光学仪器，含有(1)～(11)任一所述的光学玻璃，和/或含有(13)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，本发明玻璃具有较低的负向特殊色散，以及优异的抗析晶性能。
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。以下内容中有时候将本发明光学玻璃简称为玻璃。
Ⅰ、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>
SiO2是玻璃网络生成体组分，具有提升玻璃的化学稳定性和耐候性、维持玻璃抗析晶性能的作用，若SiO2的含量低于32％，难以达到上述效果。因此SiO2含量的下限为32％，优选SiO2含量的下限为36％，更优选SiO2含量的下限为40％。若SiO2的含量高于58％，则玻璃变得很难熔，且难以获得本发明所期望的光学常数，而且负向相对部分色散偏离值上升。因此，SiO2的含量上限为58％，优选上限为54％，更优选上限为49％。
B2O3是玻璃网络形成体组分，可以维持玻璃抗析晶性能，降低玻璃的化料难度，同时降低玻璃高温粘度和转变温度。若B2O3的含量低于4％，难以达到上述效果。因此B2O3含量的下限为4％，优选B2O3含量的下限为5.5％，更优选B2O3含量的下限为6.5％。若B2O3的含量高于16％，玻璃中的B2O3倾向处于[BO3]配位状态，会使玻璃的负向相对部分色散偏离值上升，难以获得本发明所期望的光学常数。因此，B2O3的含量上限为16％，优选上限为14％，更优选上限为12％。
Al2O3能改善玻璃的热稳定性，维持玻璃的抗析晶性能，但会提升玻璃的化料温度和高温粘度，增加生产难度。当Al2O3含量超过7％时，玻璃呈现熔融性变差、耐失透性降低的倾向。因此，本发明Al2O3的含量为0～7％，优选为0～4％，更优选不含有Al2O3。
在本发明的一些实施方式中，通过控制SiO2、B2O3和Al2O3的合计含量SiO2+B2O3+Al2O3在40～75％范围内，有利于维持玻璃的抗析晶性能，并将玻璃的相对部分色散偏离值维持在设计范围内。因此，优选SiO2+B2O3+Al2O3为40～75％，更优选SiO2+B2O3+Al2O3为45～60％。
BaO的原料成本低廉，易于获取，在玻璃中能够很好地提升玻璃的折射率。但BaO对降低玻璃的密度是不利的，另外BaO含量过多时，玻璃的耐候性快速下降。因此，BaO的含量限定为0～4％，优选为0～2.5％，更优选为0～1％。
适量的SrO可以提升玻璃的耐候性，降低玻璃的密度，但由于SrO的原料价格昂贵，含量高导致玻璃成本上升，因此SrO的含量限定为0～7％，优选为0～3.5％，更优选不含有SrO。
CaO可以提升玻璃的硬度、机械强度和耐候性，更为重要的是，相比于BaO和SrO，CaO对降低玻璃的密度更有利，此外CaO还有利于生产过程中光学常数的控制与调节。但是CaO含量过多时，导致玻璃熔化困难，生产过程中容易在熔化池形成一层富钙的硬壳。因此，CaO的含量限定为0～13％，优选为0～10.5％，更优选为0～7％。
MgO有助于提升玻璃的耐候性，但含量高时玻璃的折射率难以达到设计要求，玻璃的抗析晶性能和稳定性下降，同时玻璃的成本快速上升。因此，MgO含量限定为0～9.5％，优选为0～5.5％，更优选不含有MgO。
BaO、SrO、CaO、MgO属于碱土金属氧化物，具有改善玻璃的热稳定性及耐失透性的作用，但是这些玻璃组分的含量过多时，玻璃的密度增大，难以获得期望的光学常数，而且玻璃的热稳定性及耐失透性降低。因此，碱土金属氧化物的合计含量RO优选控制在0～13％范围内，更优选为0～11％，进一步优选为0～7％。
ZnO可以改善玻璃的耐酸稳定性，提升玻璃耐候性，降低玻璃的转变温度，但当其含量过高时，玻璃密度增加，且会增加熔炼过程中对铂金器皿的侵蚀，降低熔炉的使用寿命。因此，本发明玻璃中的ZnO的含量为0～9.5％，优选为0～4.5％，更优选为0～2％。
ZrO2具有改善玻璃的耐候性，提升玻璃的抗析晶性的作用。同时，ZrO2在玻璃中可以大幅度降低玻璃的相对部分色散偏离值。但ZrO2在本体系玻璃中的溶解度不高，含量过多时反而容易游离于玻璃系统之外，形成析晶核，进而导致玻璃的抗析晶性能变差。因此，本发明中ZrO2的含量为1.5～10％，优选为2.5～8.5％，更优选为3～7.5％。
SiO2、Al2O3和ZrO2都可以提升玻璃的耐候性，同时SiO2、Al2O3和ZrO2也是本发明中较难熔化的组分。通过发明人大量实验研究发现，在一些实施方式中，当SiO2、Al2O3和ZrO2的合计含量SiO2+Al2O3+ZrO2在40～70％范围内时，玻璃既可以获得优异的耐候性，又可以获得较好的生产性能。因此，优选SiO2+Al2O3+ZrO2为40～70％，更优选SiO2+Al2O3+ZrO2为40～60％，进一步优选SiO2+Al2O3+ZrO2为43～56％。
La2O3是一种高折射低色散的组分，在玻璃中能极大地降低玻璃的相对部分色散，但其含量过高时导致玻璃色散降低，较难实现本发明所期望的光学常数。因此，本发明的La2O3的含量为2.5％以下，优选含量为1.5％以下，更优选为不含有La2O3。
Gd2O3是一种高折射低色散的组分，在玻璃中能起到降低玻璃的相对部分色散的作用，但是昂贵的原料价格限制了Gd2O3在玻璃中的使用。因此，Gd2O3的含量为0～2％，优选为0～1％，更优选不含有Gd2O3。
Y2O3可以改善玻璃的熔融性，同时还可以提升玻璃耐候性，但其含量过高时，在制造过程中玻璃容易失透，还会导致玻璃色散降低，无法实现本发明所期望的光学常数。因此，Y2O3的含量为0～3％，优选为0～1.5％，更优选为不含有Y2O3。
La2O3、Gd2O3和Y2O3在玻璃中可以起到提高折射率、降低相对部分色散的作用，但含量过多时将难以实现本发明所期望的光学常数。因此本发明中La2O3、Gd2O3、Y2O3的合计含量Re2O3优选为0～7％，更优选Re2O3为0～3％，进一步优选不含有Re2O3。
与La2O3、Gd2O3、Y2O3相比，Yb2O3的分子量大，因此会增大玻璃的密度。另外，Yb2O3的含量过多时，玻璃的热稳定性降低。从防止玻璃的热稳定性降低、抑制密度的增加方面考虑，Yb2O3的含量范围限定为0～2％，优选为0～1％，更优选不含有Yb2O3。
Nb2O5是本发明玻璃的必要组分，是保证玻璃具有期望光学常数和负向相对部分色散偏离值特性的关键组分。经本发明人潜心研究发现，若Nb2O5的含量过多，会使玻璃的抗析晶性能恶化。因此，本发明中Nb2O5的含量为5～12％，优选为6～11％，更优选为7～10％。
Nb2O5和ZrO2是维持本发明低的相对部分色散性能的关键组分，在本发明的一些实施方式中，当Nb2O5和ZrO2的合计含量Nb2O5+ZrO2控制在7～20％范围内时，玻璃的折射率、色散和相对部分色散偏离值能够较好地达到设计要求。因此，优选Nb2O5+ZrO2为7～20％，更优选Nb2O5+ZrO2为9～18％，进一步优选Nb2O5+ZrO2为10～16％。
TiO2可以提升玻璃的折射率和色散，改善玻璃的抗析晶性能，降低玻璃的密度。但TiO2在玻璃中会导致相对部分色散急剧上升，当玻璃中的TiO2含量高于9.5％时，玻璃的低负向相对色散偏离特性难以满足设计要求。因此，TiO2的含量为0～9.5％，优选为0～6.5％，更优选为0～4％。
WO3可以提升玻璃的折射率和色散，但会导致玻璃的负向相对色散偏离值急剧上升，同时也会导致玻璃的光透过率降低。本发明中WO3含量为0～4％，优选为0～2％，更优选不含有WO3。
Bi2O3可以提升玻璃的折射率和色散，但会导致玻璃的负向相对色散偏离值急剧上升。另外，Bi2O3在熔炼过程中对铂金器皿的腐蚀较为严重，因此其含量限定为2％以内，优选不含有Bi2O3。
TiO2、WO3和Bi2O3都具有提升玻璃的折射率和色散的作用，但都会使玻璃的负向相对色散偏离值急剧上升。因此，本发明中优选TiO2、WO3和Bi2O3的合计含量TiO2+WO3+Bi2O3为0～10％，更优选TiO2+WO3+Bi2O3为0～7％，进一步优选TiO2+WO3+Bi2O3为0～4％。
Ta2O5是一种高折射高色散组分，可以降低玻璃的相对部分色散值，同时Ta2O5可以改善玻璃的抗析晶性能，提升玻璃的稳定性。但是昂贵的原料成本极大地限制了Ta2O5的使用。本发明中Ta2O5的含量为0～3％，优选为0～2％，更优选不含有Ta2O5。
Li2O属于碱金属氧化物，是本发明中降低玻璃生产难度的关键组分。Li2O可以作为助熔剂使用，降低玻璃的化料难度。同时，Li2O可以降低玻璃的高温粘度和转变温度，使玻璃生产和加工更为容易。经发明人潜心研究发现，通过使玻璃中含有Li2O，利用Li2O的积聚效应，可以提升玻璃的耐候性。但若Li2O的含量过高，会造成玻璃的耐酸性下降。因此，在本发明玻璃中，Li2O的含量为2.5～38％，优选为7.5～30％，更优选为12～23％。
Na2O和K2O也可以降低玻璃的化料温度和高温粘度，降低玻璃生产难度，但是相比于Li2O的积聚效应，Na2O和K2O会导致玻璃的硅网络结构断裂，并导致玻璃相对部分色散增大。因此，本发明玻璃中Na2O的含量为3.5～24％，优选为7.5～22％，更优选为10.5～18.5％；K2O的含量为0～8％，优选为0～6％，更优选为0～4％。
Li2O、Na2O和K2O都属于碱金属氧化物，可以降低玻璃的生产难度，但含量过多会导致玻璃的化学稳定性降低。因此，本发明中优选将Li2O、Na2O和K2O的合计含量Rn2O控制在15～60％范围内，更优选为20～50％，进一步优选为25～36％。
经发明人大量实验研究发现，碱金属氧化物Rn2O和碱土金属氧化物RO可以促进SiO2、Al2O3和ZrO2熔化，降低玻璃的熔炼难度。进一步的，在一些实施方式中，当SiO2、Al2O3和ZrO2的合计含量SiO2+Al2O3+ZrO2与Rn2O+RO的含量之间的比值(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)在0.6～4.5之间时，玻璃能够获得优异的熔化性能和抗析晶性能。因此，优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为0.6～4.5，更优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为0.8～3.0，进一步优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为1.0～2.2。
硅酸盐玻璃网络结构对ZrO2的承载能力不强，当ZrO2含量过高时，在熔制过程中容易析出形成结石。通过发明人大量实验研究发现，在一些实施方式中，B2O3可以提升硅酸盐玻璃对ZrO2的承载能力，当SiO2、B2O3合计含量与ZrO2的含量之间的比值(SiO2+B2O3)/ZrO2在5.0～25.0范围内时，可以提高本发明玻璃系统对ZrO2的承载能力，并提高玻璃的化学稳定性，改善玻璃的抗析晶性能。因此，优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为5.0～25.0，更优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为6.0～20.0，进一步优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为7.0～17.0。
通过发明人大量实验研究发现，在一些实施方式中，碱金属氧化物Rn2O可以协同B2O3提升玻璃对ZrO2的承载能力，当SiO2+B2O3+ZrO2含量与Rn2O的含量之间的比值(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O在0.8～4.5范围内时，可以提高本发明玻璃系统对ZrO2的承载能力，并改善玻璃的抗析晶性能。因此，优选(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为0.8～4.5，更优选(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为1.1～3.8，进一步优选(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为1.4～2.7。
Sb2O3可以在本发明中作为澄清剂使用，以提高玻璃的澄清效果，其含量范围为0～0.5％，优选为0～0.25％，更优选为0～0.1％。
<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。PbO可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能，但PbO和As2O3都造成环境污染的物质。
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>
光学玻璃折射率(nd)与阿贝数(vd)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(nd)为1.62～1.78，优选为1.64～1.75，更优选为1.66～1.70。
在一些实施方式中，本发明光学玻璃的阿贝数(vd)为34～44，优选为35～42，更优选为36～40。
<相对部分色散偏离值>
光学玻璃的相对部分色散偏离值(△Pg,F)计算方式为：△Pg,F＝(ng-nF)/(nF-nC)-0.6457+0.001703vd。式中ng、nF与nC按照《GB/T 7962.1—2010》规定的方法测试。
在一些实施方式中，本发明光学玻璃的相对部分色散偏离值△Pg,F为-0.00300以下，优选△Pg,F为-0.00350以下，更优选△Pg,F为-0.00410以下。
<密度>
光学玻璃的密度(ρ)按照《GB/T 7962.20—2010》规定方法测试。
在一些实施例中，本发明光学玻璃的密度(ρ)为3.25g/cm3以下，优选为3.15g/cm3以下，更优选为3.05g/cm3以下。
<抗析晶性能>
光学玻璃的抗析晶性能测试方法如下：将试样放入Tg+230℃的马弗炉中保温15分钟后取出，再放置在室温下冷却，再经双面抛光后观察样品内每立方厘米内的析晶颗粒数量(A)。
在一些实施方式中，本发明所述光学玻璃析晶数量(A)为5颗以下，优选为2颗以下，更优选为0颗。
[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，使用复合盐(如碳酸盐、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。
Ⅱ、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。
Ⅲ、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、车载设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。
由于本发明光学玻璃具有高折射高色散和低相对部分色散性能，因此特别适用于长焦镜头和高清交换镜头中。
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。
Claims (14)
1.光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO2+B2O3+Al2O3：40～75％；ZrO2：1.5～10％；Nb2O5：5～12％；Li2O：2.5～38％；Na2O：3.5～24％。
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：BaO：0～4％；和/或SrO：0～7％；和/或CaO：0～13％；和/或MgO：0～9.5％；和/或ZnO：0～9.5％；和/或La2O3：0～2.5％；和/或Gd2O3：0～2％；和/或Y2O3：0～3％；和/或Yb2O3：0～2％；和/或TiO2：0～9.5％；和/或WO3：0～4％；和/或Bi2O5：0～2％；和/或Ta2O5：0～3％；和/或K2O：0～8％；和/或Sb2O3：0～0.5％。
3.光学玻璃，其特征在于，其组分含有SiO2、B2O3、ZrO2、Nb2O5和碱金属氧化物，所述光学玻璃的折射率nd为1.62～1.78，阿贝数vd为34～44，相对部分色散偏离值△Pg,F为-0.00300以下。
4.根据权利要求3所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以摩尔百分比表示，含有：SiO2+B2O3+Al2O3：40～75％；和/或ZrO2：1.5～10％；和/或Nb2O5：5～12％；和/或Li2O：2.5～38％；和/或Na2O：3.5～24％；和/或BaO：0～4％；和/或SrO：0～7％；和/或CaO：0～13％；和/或MgO：0～9.5％；和/或ZnO：0～9.5％；和/或La2O3：0～2.5％；和/或Gd2O3：0～2％；和/或Y2O3：0～3％；和/或Yb2O3：0～2％；和/或TiO2：0～9.5％；和/或WO3：0～4％；和/或Bi2O5：0～2％；和/或Ta2O5：0～3％；和/或K2O：0～8％；和/或Sb2O3：0～0.5％。
5.根据权利要求1～4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+Al2O3+ZrO2：40～70％，优选SiO2+Al2O3+ZrO2：40～60％，更优选SiO2+Al2O3+ZrO2：43～56％；和/或Nb2O5+ZrO2：7～20％，优选Nb2O5+ZrO2：9～18％，更优选Nb2O5+ZrO2：10～16％；和/或TiO2+WO3+Bi2O3：0～10％，优选TiO2+WO3+Bi2O3：0～7％，更优选TiO2+WO3+Bi2O3：0～4％；和/或Rn2O：15～60％，优选Rn2O：20～50％，更优选Rn2O：25～36％；和/或RO：0～13％，优选RO：0～11％，更优选RO：0～7％；和/或Re2O3：0～7％，优选Re2O3：0～3％，所述Rn2O为Li2O、Na2O和K2O的合计含量，Re2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3的合计含量，RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量。
6.根据权利要求1～4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+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为0.6～4.5，优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为0.8～3.0，更优选(SiO2+Al2O3+ZrO2)/(Rn2O+RO)为1.0～2.2；和/或(SiO2+B2O3)/ZrO2为5.0～25.0，优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为6.0～20.0，更优选(SiO2+B2O3)/ZrO2为7.0～17.0；和/或(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为0.8～4.5，优选(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为1.1～3.8，更优选
(SiO2+B2O3+ZrO2)/Rn2O为1.4～2.7，所述Rn2O为Li2O、Na2O和K2O的合计含量，RO为BaO、SrO、CaO、MgO的合计含量。
7.根据权利要求1～4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+Al2O3：45～60％；和/或ZrO2：2.5～8.5％，优选ZrO2：3～7.5％；和/或Nb2O5：6～11％，优选Nb2O5：7～10％；和/或Li2O：7.5～30％，优选Li2O：12～23％；和/或Na2O：7.5～22％，优选Na2O：10.5～18.5％；和/或BaO：0～2.5％，优选BaO：0～1％；和/或SrO：0～3.5％；和/或CaO：0～10.5％，优选CaO：0～7％；和/或MgO：0～5.5％；和/或ZnO：0～4.5％，优选ZnO：0～2％；和/或La2O3：0～1.5％；和/或Gd2O3：0～1％；和/或Y2O3：0～1.5％；和/或Yb2O3：0～1％；和/或TiO2：0～6.5％，优选TiO2：0～4％；和/或WO3：0～2％；和/或Ta2O5：0～2％；和/或K2O：0～6％，优选K2O：0～4％；和/或Sb2O3：0～0.25％，优选Sb2O3：0～0.1％。
8.根据权利要求1～4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：SiO2：32～58％，优选SiO2：36～54％，更优选SiO2：40～49％；和/或B2O3：4～16％，优选B2O3：5.5～14％，更优选B2O3：6.5～12％；和/或Al2O3：0～7％，优选Al2O3：0～4％。
9.根据权利要求1～4任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分中不含有Al2O3；和/或不含有SrO；和/或不含有MgO；和/或不含有La2O3；和/或不含有Gd2O3；和/或不含有Y2O3；和/或不含有Yb2O3；和/或不含有WO3；和/或不含有Bi2O5；和/或不含有Ta2O5。
10.根据权利要求1～4任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率nd为1.62～1.78，优选为1.64～1.75，更优选为1.66～1.70，阿贝数vd为34～44，优选为35～42，更优选为36～40。
11.根据权利要求1～4任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的相对部分色散偏离值△Pg,F为-0.00300以下，优选为-0.00350以下，更优选为-0.00410以下；和/或所述光学玻璃的密度ρ为3.25g/cm3以下，优选为3.15g/cm3以下,更优选为3.05g/cm3以下；和/或所述光学玻璃析晶数量A为5颗以下，优选为2颗以下，更优选为0颗。
12.玻璃预制件，其特征在于，采用权利要求1～11任一所述的光学玻璃制成。
13.光学元件，其特征在于，采用权利要求1～11任一所述的光学玻璃制成，或采用权利要求12所述的玻璃预制件制成。
14.光学仪器，其特征在于，含有权利要求1～11任一所述的光学玻璃，和/或含有权利要求13所述的光学元件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211554294.3A CN115893833A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211554294.3A CN115893833A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115893833A true CN115893833A (zh) | 2023-04-04 |
Family
ID=86486672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211554294.3A Pending CN115893833A (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115893833A (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112142324A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-29 | 成都光明光电股份有限公司 | 光学玻璃、玻璃预制件和光学元件 |
-
2022
- 2022-12-06 CN CN202211554294.3A patent/CN115893833A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112142324A (zh) * | 2020-09-28 | 2020-12-29 | 成都光明光电股份有限公司 | 光学玻璃、玻璃预制件和光学元件 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112125511B (zh) | 光学玻璃 | |
| CN110255893B (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 | |
| CN110342814B (zh) | 高折射高色散光学玻璃 | |
| CN110316960B (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 | |
| CN109626814B (zh) | 环保光学玻璃、光学预制件、光学元件及光学仪器 | |
| CN110128005B (zh) | 光学玻璃 | |
| CN115974403A (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器 | |
| CN109896740B (zh) | 光学玻璃及光学元件 | |
| CN110316961B (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 | |
| CN111960665A (zh) | 光学玻璃 | |
| CN110255887B (zh) | 光学玻璃、光学元件和光学仪器 | |
| CN110342813B (zh) | 光学玻璃、光学元件和光学仪器 | |
| CN110372202B (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器 | |
| CN114853337A (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器 | |
| CN111977970B (zh) | 光学玻璃及光学元件 | |
| CN112159098B (zh) | 光学玻璃、光学元件和光学仪器 | |
| CN110228946B (zh) | 光学玻璃 | |
| CN111423112A (zh) | 氟磷酸盐光学玻璃 | |
| CN111320382A (zh) | 光学玻璃 | |
| CN115231818B (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件和光学元件 | |
| CN112028473B (zh) | 精密模压用光学玻璃 | |
| CN112028472B (zh) | 光学玻璃、光学元件和光学仪器 | |
| CN115246707A (zh) | 光学玻璃、光学元件和光学仪器 | |
| CN112142324B (zh) | 光学玻璃、玻璃预制件和光学元件 | |
| CN115304274A (zh) | 高折射高色散光学玻璃 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |