CN117069376A - 一种特种光学玻璃及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种特种光学玻璃及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤：1)按照特种光学玻璃的组分配比称取原料，混合均匀；以重量百分含量计，特种光学玻璃的组分包括：Bi2O3：30％‑40％；Ga2O3：20％‑30％；B2O3：15％‑25％；Tb2O3：2％‑8％；BaO：2％‑6％；La2O3：1％‑5％；Nb2O5：1％‑5％；HfO2：1％‑5％；SiO2：0％‑5％；2)在压力≤0.01Pa的真空条件下将混合料熔制为玻璃液，在搅拌条件下使玻璃液澄清均化，成型，退火，得到特种光学玻璃；其中，熔制过程中与玻璃液接触的容器和搅拌器采用Pt材质。本发明所要解决的技术问题是如何制备一种特种光学玻璃，使其既具有高透过率(在440nm处的内透过率≥94％)，又具有高折射率(nd≥2.0)，且还具有较好的化学稳定性和光学均匀性，其耐水稳定性优于1级，光学均匀性优于3×10‑5。
Description
技术领域
本发明属于特种玻璃技术领域，特别是涉及一种特种光学玻璃及其制备方法和应用。
背景技术
折射率是光学玻璃的一个重要指标，高折射率玻璃是光学系统的重要组成部分，高折射率光学玻璃可使光学元器件具有超广视角的特性，可使系统获得更宽的视场角和更高清的光学清晰度，同时有利于实现元件小型化和可穿戴化，因此其对人文科学、高端材料和工业机器人、专业照相机、半导体集成电路芯片短波光刻等重要技术的发展非常重要，今后有望更多应用于汽车自动驾驶相机、光学信息科学、增强现实和混合现实中。
现有技术中的高折射率玻璃鉴于组分特点及制备工艺，其往往透过率都不高；尽管本领域技术人员在高折射率玻璃的组分配比及制备工艺方面进行了大量研究，但是目前的光学玻璃还是很难同时兼顾玻璃的高折射率和高透过率两种性能，且玻璃的耐化学稳定性和光学均匀性也不好，极大地制约了光学玻璃在特种玻璃领域的应用推广。因此，如何制备一种既具有高透过率，又具有高折射率，且综合性能好的复合功能玻璃成为了本领域一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种特种光学玻璃及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何制备一种特种光学玻璃，使其既具有高透过率(在440nm处的内透过率≥94％)，又具有高折射率(nd≥2.0)，且还具有较好的化学稳定性和光学均匀性，其耐水稳定性优于1级，光学均匀性优于3×10-5，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种特种光学玻璃的制备方法，其包括以下步骤：
1)按照特种光学玻璃的组分配比称取原料，混合均匀；以重量百分含量计，所述特种光学玻璃的组分包括：Bi2O3：30％-40％；Ga2O3：20％-30％；B2O3：15％-25％；Tb2O3：2％-8％；BaO：2％-6％；La2O3：1％-5％；Nb2O5：1％-5％；HfO2：1％-5％；SiO2：0％-5％；
2)在压力≤0.01Pa的真空条件下将混合料熔制为玻璃液，在搅拌条件下使所述玻璃液澄清均化，成型，退火，得到特种光学玻璃；其中，熔制过程中与所述玻璃液接触的容器和搅拌器采用Pt材质。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的制备方法，其中所述特种光学玻璃的组分包括：Bi2O3：35％-40％；Ga2O3：20％-25％；B2O3：15％-20％；Tb2O3：2％-5％；BaO：4％-6％；La2O3：1％-3％；Nb2O5：1％-3％；HfO2：1％-3％；SiO2：3％-5％。
优选的，前述的制备方法，其中所述压力的范围为0.001Pa～0.01Pa。
优选的，前述的制备方法，其中所述Pt材质为锆强化Pt，其中氧化锆含量为100～1000ppm。
优选的，前述的制备方法，其中所述熔制的温度为1300℃-1360℃，时间为3h-5h；所述搅拌是采用框式搅拌器进行，转速为30rpm-50rpm，时间为1h-2h；所述成型的温度为1050℃-1100℃，预热模具温度为300℃-350℃；所述退火的温度为500℃-550℃，退火时间为3h-6h。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种特种光学玻璃，以重量百分含量计，其包括以下氧化物组分：Bi2O3：30％-40％；Ga2O3：20％-30％；B2O3：15％-25％；Tb2O3：2％-8％；BaO：2％-6％；La2O3：1％-5％；Nb2O5：1％-5％；HfO2：1％-5％；SiO2：0％-5％；所述特种光学玻璃的折射率nd≥2.0、在440nm处的内透过率≥94％、耐水稳定性优于1级，光学均匀性优于3×10-5。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的特种光学玻璃，其中所述特种光学玻璃中不包括TiO2。
优选的，前述的特种光学玻璃，其是根据前述的制备方法制备的。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种透镜，其材质为前述的特种光学玻璃。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种根据前述的透镜在虚拟现实、数码相机、显微镜、或车载显示技术领域的应用。
借由上述技术方案，本发明提出的一种特种光学玻璃及其制备方法和应用至少具有下列优点：
本发明提出的特种光学玻璃及其制备方法和应用，其首先通过设计特种光学玻璃的组分中含有较大量的重金属氧化物Bi2O3、Tb2O3、Nb2O5和BaO，使得特种光学玻璃本体的折射率nd≥2.0；然后通过设计特种光学玻璃组分中含有一定量的Ga2O3和HfO2，使其能够具有较好的化学稳定性，其耐水稳定性优于1级；最后再通过设计特种光学玻璃组分中不含有着色组分TiO2以避免TiO2对特种光学玻璃的透过率造成影响；同时，在制备工艺控制上采用在压力≤0.01Pa的真空条件下熔制，避免了原料组分中可能包含的杂质铁元素被氧化为Fe2+和Fe3+，避免了Fe3+对特种光学玻璃的透过率造成影响；通过上述特种光学玻璃的组分配比设计以及在特定的真空条件下熔制等多种技术手段的共同作用，确保了特种光学玻璃在440nm处的内透过率可以高达94％以上；由于本发明技术方案的特种光学玻璃中包含较大量的重金属，其多为原子系数较大的元素，以重金属元素为主，腐蚀性较强，为了避免混合料熔制过程中由于其腐蚀性而导致坩埚容器、搅拌器等部件与高温玻璃液腐蚀接触时被高温玻璃液腐蚀，被腐蚀的坩埚容器、搅拌器中可能会引入不期望的元素和离子混入玻璃液中，从而导致特种光学玻璃的光学均匀性较差，导致其无使用价值，本发明技术方案中进一步通过严格控制在真空条件下熔制玻璃，以及控制熔制过程中与玻璃液接触的容器和搅拌器的材质均为Pt材质；由于Pt材质对本发明特种光学玻璃的玻璃液具有较高的耐受性，从而避免了本发明特种光学玻璃配方中较多含量的重金属对容器和搅拌器造成腐蚀，避免了由于容器和搅拌器的材质对于特种光学玻璃的光学均匀性造成影响，使本发明的特种光学玻璃的光学均匀性优于3×10-5。本发明的技术方案通过上述多个技术手段的综合应用，各技术特征之间相互协同作用，相互支持，最终得到一种综合性能良好的特种光学玻璃；本发明所制备的特种光学玻璃的折射率nd≥2.0、在440nm处的内透过率≥94％、耐水稳定性优于1级，光学均匀性优于3×10-5，可用于虚拟现实、数码相机、显微镜或车载显示等技术领域，极大地推动了特种光学玻璃在特种玻璃领域的应用推广。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种特种光学玻璃及其制备方法和应用其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
本发明提出一种特种光学玻璃的制备方法，其包括以下步骤：
1)按照特种光学玻璃的组分配比称取原料，混合均匀；以重量百分含量计，所述特种光学玻璃的组分包括：Bi2O3：30％-40％；Ga2O3：20％-30％；B2O3：15％-25％；Tb2O3：2％-8％；BaO：2％-6％；La2O3：1％-5％；Nb2O5：1％-5％；HfO2：1％-5％；SiO2：0％-5％；
2)在压力≤0.01Pa的真空条件下将混合料熔制为玻璃液，在搅拌条件下使所述玻璃液澄清均化，成型，退火，得到特种光学玻璃；其中，熔制过程中与所述玻璃液接触的容器和搅拌器采用Pt材质。
上述技术方案中，特种光学玻璃的组分配比、混合料的熔制环境，尤其是熔制环境的真空度和接触玻璃液的容器、搅拌器的材质共同作用，获得了本发明的特种光学玻璃。
本发明提出的特种光学玻璃，其折射率nd≥2.0、在440nm处的内透过率≥94％、耐水稳定性优于1级，光学均匀性优于3×10-5，既具有高透过率，又具有高折射率，且还具有较好的化学稳定性和光学均匀性。
本发明的特种光学玻璃组分中，B2O3组分是本发明提供的特种光学玻璃的重要网络形成体，可以提高玻璃的成玻能力。本发明实施例将B2O3组分的重量百分含量控制为15％-25％，优选15％-20％，使特种光学玻璃既可以获得均质的玻璃体，又可以保证特种光学玻璃具有较高折射率。如果该组分的重量百分含量低于15％，其成玻能力变差；而如果该组分的重量百分含量超过25％，则玻璃的折射率会降低。
SiO2组分是本发明提供的特种光学玻璃的重要网络形成体，可以提高玻璃的成玻能力、强度和化学稳定性。如果特种光学玻璃中不加入该组分，会导致其成玻能力和化学性能变坏，此时如果制备较大的玻璃时可能发生表面析晶问题，因此只能用于制备较小的玻璃。本发明实施例将SiO2组分的重量百分含量控制为0％-5％，优选1％-5％，进一步优选3％-5％，使其既可以获得均质玻璃体，又可以保证特种光学玻璃具有较高折射率。而如果该组分的重量百分含量超过5％，会导致特种光学玻璃的折射率降低。
Bi2O3是特种光学玻璃具有较高折射率所必需的组分，该组分的重量百分含量控制为30％-40％，优选35％-40％。如果Bi2O3组分的重量百分含量低于30％，难以保证玻璃的折射率≥2.0，而如果Bi2O3组分的重量百分含量超过40％，则可能导致玻璃化学稳定性变差。
Ga2O3是特种光学玻璃具有良好化学稳定性和较高折射率所必需的组分，可以提高玻璃耐水性和折射率。本发明将该组分的重量百分含量控制在20％-30％，优选20％-25％。如果该组分的重量百分含量低于20％，对玻璃耐水性提升不明显；而如果该组分的重量百分含量超过30％，导致玻璃析晶，成玻性变差。
Tb2O3是特种光学玻璃具有较高折射率所必需的组分，该组分的重量百分含量控制为2％-8％，优选2％-5％。如果Tb2O3组分的重量百分含量低于2％，难以保证玻璃的折射率≥2.0，而如果Tb2O3组分的重量百分含量超过8％，导致玻璃析晶，成玻性变差。
BaO是特种光学玻璃具有较高折射率所必需的组分，该组分的重量百分含量控制为2％-6％，优选4％-6％。如果BaO组分的重量百分含量低于2％，难以保证玻璃的折射率≥2.0，而如果BaO组分的重量百分含量超过6％，导致玻璃化学稳定性变差。
La2O3是特种光学玻璃具有较高折射率所必需的组分，该组分的重量百分含量控制为1％-5％，优选1％-3％。如果La2O3组分的重量百分含量低于1％，难以保证玻璃的折射率≥2.0，而如果La2O3组分的重量百分含量超过5％，导致玻璃析晶，成玻性变差。
Nb2O5是有助于改善特种光学玻璃的成玻性能和折射率，该组分的重量百分含量控制在1％-5％，优选1％-3％。如果如果该组分的重量百分含量低于1％，对玻璃折射率提升不明显；而如果该组分的重量百分含量超过5％，Nb2O5难以在玻璃中充分熔融，玻璃光学均匀性变差。
HfO2是特种光学玻璃具有较高折射率所必需的组分，该组分的重量百分含量控制为1％-5％，优选1％-3％。如果HfO2组分的重量百分含量低于1％，难以保证玻璃的折射率≥2.0，而如果HfO2组分的重量百分含量超过5％，导致玻璃析晶，成玻性变差。
本发明技术方案通过设计特种光学玻璃的组分中含有较大量的重金属氧化物Bi2O3、Tb2O3、Nb2O5和BaO，使得特种光学玻璃本体的折射率nd≥2.0；通过设计特种光学玻璃组分中含有一定量的Ga2O3和HfO2，使其能够具有较好的化学稳定性，其耐水稳定性优于1级；再通过设计特种光学玻璃组分中不含有着色组分TiO2以避免TiO2对特种光学玻璃的透过率造成影响。
本发明技术方案在制备工艺控制上采用在压力≤0.01Pa的真空条件下熔制，避免了原料组分中可能包含的杂质铁元素被氧化为Fe2+和Fe3+，从而避免了Fe3+对特种光学玻璃的透过率造成影响；通过上述特种光学玻璃的组分配比设计以及在特定的真空条件下熔制等多种技术手段的共同作用，确保了特种光学玻璃在440nm处的内透过率可以高达94％以上。
由于本发明技术方案的特种光学玻璃中包含较大量的重金属，腐蚀性较强，本发明通过控制熔制过程中与玻璃液接触的容器和搅拌器的材质均为Pt材质，例如为纯铂金，避免了本发明特种光学玻璃配方中较多含量的重金属对容器和搅拌器造成侵蚀，避免了由于容器和搅拌器的材质对于特种光学玻璃的光学均匀性造成影响，使本发明的特种光学玻璃的光学均匀性优于3×10-5。
高温熔制时所述压力的范围优选为0.001Pa～0.01Pa；如此设置的原因在于一方面保证高温熔制的真空度足够大，使炉腔压力≤0.01Pa，避免原料杂质中的铁元素在大气环境下氧化为Fe3+，例如对比例3，导致玻璃着色加重，内透过率变差；以及避免原料杂质中的铁元素在低真空环境下主要以Fe3+形式存在，例如对比例4，导致玻璃内透过率低；另一方面，在真空度达到要求之后，进一步提高真空度对于特种光学玻璃性能的提高不明显，却会增加不必要的能耗，因此本发明优选压力的范围优选为0.001Pa～0.01Pa。
与玻璃液接触的容器及搅拌器的材质进一步优选为锆强化Pt，其中氧化锆含量为100～1000ppm；如此设置的原因在于本发明的玻璃组分中包含较多原子系数较大的重金属，纯铂金材质虽然对混合料高温熔制的玻璃液具有较高的耐受性，但是依然具有发生化学反应的可能性，而如果有微量Pt进入玻璃结构中形成铂金闪点的话，则会影响特种光学玻璃的透过率和光学均匀性，本发明优选熔制混合料的坩埚和框式搅拌器的材质均采用锆强化Pt材料。
本发明混合料熔制时，优选熔制的温度为1300℃-1360℃，时间为3h-5h；通过将高温熔制的温度和时间限定在合理的范围值内，能够保证各原料经过高温加热形成均匀的、无气泡的、并符合成型要求的玻璃液，有利于后续的加工成型。
优选搅拌是采用框式搅拌器进行，转速为30rpm-50rpm，时间为1h-2h；通过对高温熔制的过程中采用的搅拌器类型、搅拌转速和搅拌时间进行进一步地限定，有利于提高高温熔制的效率。
优选成型的温度为1050℃-1100℃，预热模具温度为300℃-350℃；通过将浇注成型的成形温度和预热模具温度限定在合理的范围值内，能够提高浇注成形效率。
优选退火的温度为500℃-550℃，退火时间为3h-6h。通过将退火温度和退火时间限定在合理的范围值内，有利于更好地消除特种光学玻璃中的应力，并提高其光透明度和机械强度。
本发明的特种光学玻璃优选通过本发明的制备方法进行制备。
本发明还提出一种透镜，其材质使用前述的特种光学玻璃。
本发明还提出一种根据前述的透镜在虚拟现实、数码相机、显微镜、或车载显示技术领域的应用。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不能理解为是对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
若无特殊说明，以下所涉及的材料、试剂等均为本领域技术人员熟知的市售商品；若无特殊说明，所述方法均为本领域公知的方法。除非另外定义，所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内的普通技术人员所理解的通常意义。
本发明实施例中特种光学玻璃组分配料时，B2O3组分根据B元素含量换算后选用硼酸为原料；SiO2组分根据Si元素含量换算后选用石英砂为原料；Bi2O3、Ga2O3、Tb2O3、BaO、La2O3、Nb2O5、HfO2可以直接以氧化物本身作为原料，也可以根据各元素含量换算后选用与其相应的碳酸盐或相应的硝酸盐为原料。
本发明实施例中各种性能指标的测试方法如下：
折射率按GB/T 7962.1-2010《无色光学玻璃测试方法第1部分：折射率和色散系数》的方法进行测试。
内透过率按GB/T 7962.12-2010《无色光学玻璃测试方法第12部分：光谱内透过率》的方法进行测试。
耐水稳定性按GB/T6582-2021《玻璃在98℃耐水性的颗粒试验方法和分级》的方法进行测试。
光学均匀性按GB/T 7962.2-2010《无色光学玻璃测试方法第2部分：光学均匀性—斐索平面干涉法》的方法进行测试。
实施例1
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1360℃进行高温熔化5h，炉腔压力为0.01Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为30rpm，搅拌时间为2h。所述锆强化Pt中锆含量100ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1100℃，预热模具温度为350℃。成形后的玻璃在550℃退火3h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例2
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1300℃进行高温熔化4h，炉腔压力为0.001Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为50rpm，搅拌时间为2h。所述锆强化Pt中锆含量250ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1050℃，预热模具温度为320℃。成形后的玻璃在530℃退火5h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例3
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1330℃进行高温熔化3h，炉腔压力为0.018Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为40rpm，搅拌时间为1h。所述锆强化Pt中锆含量400ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1100℃，预热模具温度为300℃。成形后的玻璃在500℃退火6h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例4
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1320℃进行高温熔化3h，炉腔压力为0.05Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为30rpm，搅拌时间为2h。所述锆强化Pt中锆含量550ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1080℃，预热模具温度为300℃。成形后的玻璃在520℃退火6h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例5
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1350℃进行高温熔化4h，炉腔压力为0.01Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为50rpm，搅拌时间为1h。所述锆强化Pt中锆含量700ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1080℃，预热模具温度为330℃。成形后的玻璃在530℃退火5h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例6
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1310℃进行高温熔化5h，炉腔压力为0.08Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为30rpm，搅拌时间为2h。所述锆强化Pt中锆含量850ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1100℃，预热模具温度为300℃。成形后的玻璃在500℃退火6h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例7
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，将这些原料混合均匀后得到配合料。将配合料球加入到锆强化Pt坩埚中，在真空条件下于1350℃进行高温熔化4h，炉腔压力为0.06Pa，利用锆强化Pt搅拌器对玻璃液进行机械搅拌，转速为50rpm，搅拌时间为2h。所述锆强化Pt中锆含量1000ppm。采用漏料方式，将均化好的玻璃液成形到预热的模具中，成形温度为1075℃，预热模具温度为350℃。成形后的玻璃在500℃退火3h，关闭退火炉电源；最后对高折射率特种光学玻璃进行性能测试，测试结果详见表1所示。
实施例8
同实施例7。区别在于所用的坩埚和搅拌器均为纯铂金材质，测试结果详见表1所示。
对比例1
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，玻璃制备方法同实施例7，测试结果详见表1所示。
对比例2
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，玻璃制备方法同实施例7，测试结果详见表1所示。
对比例3
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，玻璃制备方法同实施例7。区别在于玻璃制备过程中，在大气环境下进行熔制，测试结果详见表1所示。
对比例4
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，玻璃配方和制备方法同实施例7。区别在于玻璃制备过程中，熔制真空度为0.5Pa，测试结果详见表1所示。
对比例5
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，玻璃制备方法同实施例7，测试结果详见表1所示。
对比例6
按表1中的玻璃组分称取相应重量的原料，玻璃配方和制备方法同实施例7。区别在于玻璃制备过程中，采用刚玉坩埚和刚玉搅拌器，测试结果详见表1所示。
表1各实施例和对比例特种光学玻璃的组分及性能测试结果
表1中，各组分的含量均为重量百分含量，单位％；折射率测试的波长为587.6nm；内透过率测试的波长为440nm，单位为％；耐水稳定性的单位为级；光学均匀性均为×10-6的数值。
从表1所示的测试数据可以看出，本发明所有实施例制备的特种光学玻璃具有高折射率(≥2.0)、良好内透过率(440nm下的透过率≥94％)、优异的化学稳定性(1级)和良好的光学均匀性(优于3×10-5)，特种光学玻璃的综合性能优良。
从表1所示的测试数据可以看出，对比例1、2、5的特种光学玻璃中，其原料组分配比不符合本发明技术方案，所制备的特种光学玻璃性能较差；具体的，对比例1中Bi2O3含量较高，由该配比制备的特种光学玻璃折射率虽然高，但是其化学稳定性变差，为3级；对比例2中Bi2O3含量较低，由该配比制备的特种光学玻璃折射率偏低，nd＜2.0；对比例5中Ga2O5和HfO2含量偏低，由该配比制备的特种光学玻璃耐水稳定性变差，耐水等级为3级。
从表1所示的测试数据可以看出，对比例3、4、6的特种光学玻璃中，其制备工艺不符合本发明技术方案，所制备的特种光学玻璃性能较差；具体的，对比例3的特种光学玻璃熔制过程在大气环境下进行，导致玻璃中杂质Fe离子以高价态Fe3+形式存在，玻璃着色加重，内透过率变差；对比例4的特种光学玻璃熔制是在低真空环境下进行的，玻璃中Fe离子仍主要以Fe3+形式存在，导致玻璃内透过率低；对比例6的特种光学玻璃采用刚玉坩埚和搅拌器，高温玻璃液对其侵蚀较大，导致不期望的离子被引入玻璃液中，使得玻璃透光率和光学均匀性变差。
从表1所示的测试数据可以看出，实施例1至7使用锆强化铂材质的坩埚和搅拌器，其光学均匀性均非常好；实施例8中使用纯铂金材质的坩埚和搅拌器，其光学均匀性为2.5×10-5，其结果也较好，但是从光学均匀性的测试数据来看，使用锆强化铂的材质能更进一步提高特种光学玻璃的光学均匀性。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种特种光学玻璃的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
1)按照特种光学玻璃的组分配比称取原料，混合均匀；以重量百分含量计，所述特种光学玻璃的组分包括：Bi2O3：30％-40％；Ga2O3：20％-30％；B2O3：15％-25％；Tb2O3：2％-8％；BaO：2％-6％；La2O3：1％-5％；Nb2O5：1％-5％；HfO2：1％-5％；SiO2：0％-5％；
2)在压力≤0.01Pa的真空条件下将混合料熔制为玻璃液，在搅拌条件下使所述玻璃液澄清均化，成型，退火，得到特种光学玻璃；其中，熔制过程中与所述玻璃液接触的容器和搅拌器采用Pt材质。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述特种光学玻璃的组分包括：Bi2O3：35％-40％；Ga2O3：20％-25％；B2O3：15％-20％；Tb2O3：2％-5％；BaO：4％-6％；La2O3：1％-3％；Nb2O5：1％-3％；HfO2：1％-3％；SiO2：3％-5％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述压力的范围为0.001Pa～0.01Pa。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Pt材质为锆强化Pt，其中氧化锆含量为100～1000ppm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔制的温度为1300℃-1360℃，时间为3h-5h；所述搅拌是采用框式搅拌器进行，转速为30rpm-50rpm，时间为1h-2h；所述成型的温度为1050℃-1100℃，预热模具温度为300℃-350℃；所述退火的温度为500℃-550℃，退火时间为3h-6h。
6.一种特种光学玻璃，其特征在于，以重量百分含量计，其包括以下氧化物组分：Bi2O3：30％-40％；Ga2O3：20％-30％；B2O3：15％-25％；Tb2O3：2％-8％；BaO：2％-6％；La2O3：1％-5％；Nb2O5：1％-5％；HfO2：1％-5％；SiO2：0％-5％；所述特种光学玻璃的折射率nd≥2.0、在440nm处的内透过率≥94％、耐水稳定性优于1级，光学均匀性优于3×10-5。
7.根据权利要求6所述的特种光学玻璃，其特征在于，所述特种光学玻璃中不包括TiO2。
8.根据权利要求6或7任一项所述的特种光学玻璃，其特征在于，其是根据权利要求1至5任一项所述的制备方法制备的。
9.一种透镜，其特征在于，其材质为权利要求6至9任一项所述的特种光学玻璃。
10.一种根据权利要求9所述的透镜在虚拟现实、数码相机、显微镜、或车载显示技术领域的应用。
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| CN202311128693.8A CN117069376A (zh) | 2023-09-04 | 2023-09-04 | 一种特种光学玻璃及其制备方法和应用 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117567034A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-02-20 | 武汉工程大学 | 一种高灵敏性的光学温度传感材料及其制备方法和应用 |
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2023
- 2023-09-04 CN CN202311128693.8A patent/CN117069376A/zh active Pending
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| CN117567034B (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-23 | 武汉工程大学 | 一种高灵敏性的光学温度传感材料及其制备方法和应用 |
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