CN1174929C - 光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
一种光学玻璃，具有优异耐失透性和熔融性、稳定且均匀。其重量组成为SiO21%～15%、B2O325%～45%、P2O50～2%、Al2O30.1～5%且SiO2+Al2O3≥5.5%、La2O3 35%～50%且SiO2+B2O3+La2O3≥78%、TiO20至不足2%、ZrO23%～10%且SiO2+ZrO2≥11%、Nb2O50～5%、Ta2O50～6%且Nb2O5+Ta2O5为0～6%、MgO0～5%、CaO0～5%、SrO0～5%、BaO0～5%、ZnO5～10%且MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO≥5.5%、Li2O0.1～2%、Na2O0～2%、K2O0～2%以及Sb2O30～1%。
Description
技术领域
本发明涉及具有光学常数范围为折射率(nd)1.68至1.75且阿贝数为50以上的光学玻璃。
背景技术
我们知道，已有的具有上述光学常数范围的光学玻璃是，比如，B2O3-La2O3-Y2O3(三氧化二钇)和/或Gd2O3(三氧化二钆)之多价金属氧化物类玻璃。这种玻璃尽管含有较多数量的La2O3组分，难于析出而失透，因而是比较稳定的玻璃，但其粘度非常低，玻璃成型困难，为调整粘度就加进了SiO2组分。然而，在这种情况下，SiO2难于熔融，因此存在着所谓的难以得到无波筋均质玻璃的问题。还有一个问题就是Y2O3和Gd2O3原料价格昂贵，玻璃的制造成本就高。
发明内容
本发明的目的是综合消除前述已有技术中存在的各种缺点，提供具有前述所指范围光学常数且不含价格昂贵的Y2O3、Gd2O3及Ta2O5等原料组成或不以它们为必须组分的耐失透性和熔融性优异之稳定且均质光学玻璃。
本发明人为解决上述问题进行了深入研究，发现了在特定组成范围的SiO2-B2O3-La2O3-ZrO2-RO-Li2O类玻璃中加入Al2O3组分可以达到上述目的，从而完成了本发明。即，达到上述目的之本发明的光学玻璃其特征在于，如权项要求1所述那样，它的重量组成为二氧化硅(SiO2)1％至15％、三氧化二硼(B2O3)25％至45％、五氧化二磷(P2O5)0至2％、三氧化二铝(Al2O3)0.1％至5％且SiO2与Al2O3合计量大于等于5.5％、三氧化二镧(La2O3)35％至50％且SiO2、B2O3和La2O的合计量大于等于78％、二氧化钛(TiO2)0至不足2％、二氧化锆(ZrO2)3％至10％且SiO2和ZrO2的合计量大于等于11％、五氧化二铌(Nb2O5)0至5％、五氧化二钽(Ta2O5)0至6％且Nb2O5和Ta2O5的合计量为0至6％、氧化镁(MgO)0至5％、氧化钙(CaO)0至5％、氧化锶(SrO)0至5％、氧化钡(BaO)0至5％、氧化锌(ZnO)5％至10％且MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的合计量大于等于5.5％、氧化锂(Li2O)0.1％至2％、氧化钠(Na2O)0至2％、氧化钾(K2O)0至2％以及三氧化二锑(Sb2O3)0至1％。
权项要求2所述的是本发明之光学玻璃的特别优选情况，它的特征在于其重量组成为SiO2 5％至9％、B2O3 30％至40％、Al2O3 0.5％至3％且SiO2和Al2O3合计量大于等于5.5％、La2O3 42％至48％且SiO2、B2O3和La2O3合计量大于等于78％、ZrO2 5％至8％且SiO2和ZrO2合计量大于等于11％、Ta2O5 0至6％、MgO 0至5％、CaO0至5％、SrO 0至5％、BaO 0至5％、ZnO 6％至10％、Li2O0.1％至1％、Na2O 0至1％、K2O 0至1％以及Sb2O3 0至0.5％。
具体实施方式
本发明之光学玻璃其各组分限定于上述组成范围的理由如下：
SiO2组分是玻璃成型的氧化物，同时在象本发明这样的含B2O3和La2O3等组分量较多的玻璃中还是调整玻璃的粘度和抑制结晶化倾向的有效成分，若其量不足1％时上述效果就不充分，而超过15％时玻璃的熔融性就变差，容易产生未熔物。为了得到均匀性好的玻璃，SiO2组分量以5％～9％为好。
与SiO2一样，B2O3组分也是形成玻璃氧化物，对本发明这样的含La2O3组分量较多的玻璃来说，它是不可缺少的，若其量不足25％时难以得到所期望折射率，而超过45％时折射率过低且耐化学性变差。为得到具有所期范围光学常数且更优耐化学性的玻璃，本发明之B2O3组分的量在30％至40％范围为好。
Al2O3组分具有提高玻璃的耐化学性和调整粘度以及抑制失透，而稳定化的效果，但其量不足0.1％时上述效果不充分，相反地，超过5％则玻璃失透性增大而不好。为了得到耐化学性和耐失透性更优的玻璃，Al2O3组分的量在0.5％至3％范围更好。还有，在本发明中为使玻璃保持适度的粘度，SiO2成分与Al2O3成分的合计量应在5.5％以上。
La2O3组分是为得到高折射率低分散性的稳定玻璃所不可缺少的，当其量不足35％时很难得到达到本发明目的之玻璃，相反地，超过50％时玻璃的失透趋势增大而难以得到稳定的玻璃。为得到具有所期光学常数且耐失透性更优的均匀玻璃，La2O3组分的量在42％至48％范围内更好。还有、为得到本发明的稳定玻璃，SiO2、B2O3和La2O3三种组分的合计量应在78％以上。
ZrO2组分的作用在于使玻璃有高折射率的同时抑制失透析出和提高玻璃耐化学性，当其量不足3％时，这些效果不充分，而超过10％时则玻璃中容易析出结晶。为得到优异耐失透性且更稳定的玻璃，ZrO2组分的量在5％至8％更好。还有，为得到耐化学性优异的玻璃，SiO2成分和ZrO2成分的合计量应在11％以上。
ZnO组分具有促进玻璃原料的熔融且扩大玻璃化范围的作用，若量不足5％时上述效果不充分，而超过10％时容易导致耐化学性变差。为得到化学稳定且充分的促进熔融的效果，其量在6％至10％范围更好。
为促进玻璃原料的熔融及扩大玻璃化的范围可以在各自直至5％的限度下任意添加MgO、CaO、SrO和BaO等碱土金属类氧化物组分。为得到本发明的均匀稳定玻璃，ZnO、MgO、CaO、SrO和BaO组分中的1或2种以上的合计量应在5.5％以上。
在SiO2原料玻璃中加入Li2O组分具有促进熔融的效果，其量不足0.1％时上述效果不充分，超过2％会使玻璃的粘度过低，在浇铸玻璃成型时容易产生波筋且在玻璃中容易产生结晶。较好的范围为0.1％至1％。
本发明的光学玻璃中，除了上述组分外，为达到调整光学常数等目的，还可加入P2O5、TiO2、Ta2O5和Nb2O5等组分，其量分别为直至2％、不足2％、6％和5％限度内任选，不过由于Ta2O5和Nb2O5原料价格昂贵，而且有降低玻璃耐失透性之倾向，因此这二种组分的合计量应在直至6％的限度内。还有，P2O5有使玻璃耐化学性下降的趋势，TiO2和Nb2O5有使玻璃带色的倾向，因此不含这三种组分更好。为提高玻璃的熔融性等目的，虽可任意加进Na2O和K2O组分，但量以各自直至2％就已足够了，各自直至1％更好。为促进玻璃熔融时的脱泡，可任意地加进Sb2O3组分，不过其量直至1％即已足够了，直至0.5％更好。
实施例
下面表1、表2和表3给出了本发明光学玻璃的合适实施例(No.1至No.26)以及它们的光学常数(nd、vd)。
称量氧化物、碳酸盐和硝酸盐等通常的光学玻璃用原料经混合后，用白金坩埚等在约1200℃至1400℃下熔融，澄清、搅拌2至4小时，然后浇入预热的型具内慢慢冷却，就可很容易的制得本发明的光学玻璃。
表1
(重量％)
| 实施例 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| SiO2 | 5.00 | 9.00 | 7.30 | 5.20 | 6.00 | 6.90 | 5.50 | 8.60 | 5.80 |
| B2O3 | 36.10 | 32.00 | 30.00 | 40.00 | 31.38 | 35.48 | 33.90 | 33.70 | 32.50 |
| Al2O3 | 1.00 | 1.00 | 0.50 | 0.70 | 1.70 | 0.50 | 3.00 | 2.00 | 2.00 |
| La2O3 | 42.60 | 44.60 | 47.45 | 42.30 | 43.60 | 43.20 | 42.90 | 42.00 | 48.00 |
| ZrO2 | 6.50 | 5.50 | 6.50 | 6.28 | 6.60 | 6.90 | 5.50 | 5.50 | 5.25 |
| ZnO | 8.50 | 7.30 | 8.00 | 6.30 | 8.50 | 6.50 | 8.90 | 7.00 | 6.20 |
| Li2O | 0.20 | 0.50 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.50 | 0.20 | 0.80 | 0.20 |
| Sb2O3 | 0.10 | 0.10 | 0.05 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.10 | 0.10 | 0.05 |
| BaO | 2.00 | 0.30 | |||||||
| nd | 1.7244 | 1.7225 | 1.7438 | 1.7089 | 1.7340 | 1.7220 | 1.7196 | 1.7101 | 1.7318 |
| vd | 52.7 | 52.8 | 51.1 | 55.0 | 51.5 | 53.0 | 52.8 | 53.7 | 52.4 |
表2
(重量％)
| 实施例 | |||||||||
| 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
| SiO2 | 6.50 | 7.00 | 5.50 | 6.50 | 7.50 | 7.50 | 6.00 | 6.00 | 5.50 |
| B2O3 | 37.47 | 32.60 | 31.50 | 33.50 | 31.00 | 33.00 | 35.00 | 39.00 | 33.50 |
| Al2O3 | 1.00 | 2.00 | 0.70 | 1.00 | 2.00 | 1.50 | 0.80 | 4.00 | 1.00 |
| La2O3 | 43.30 | 43.30 | 46.00 | 43.20 | 43.20 | 44.00 | 45.50 | 35.60 | 42.30 |
| ZrO2 | 5.00 | 8.00 | 7.50 | 5.40 | 6.40 | 6.40 | 5.50 | 6.10 | 5.50 |
| ZnO | 6.20 | 6.50 | 6.00 | 10.00 | 9.00 | 6.30 | 6.50 | 6.50 | 6.50 |
| Li2O | 0.50 | 0.50 | 0.50 | 0.30 | 0.10 | 1.00 | 0.20 | 0.30 | 0.50 |
| Sb2O3 | 0.03 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.20 | 0.30 | 0.50 | 1.00 | 0.20 |
| P2O5 | 1.50 | ||||||||
| MgO | 5.00 | ||||||||
| CaO | 0.60 | ||||||||
| Ta2O5 | 2.20 | ||||||||
| nd | 1.7409 | 1.7323 | 1.7437 | 1.7256 | 1.7282 | 1.7266 | 1.7269 | 1.6874 | 1.7189 |
| vd | 54.6 | 51.6 | 50.0 | 52.4 | 51.8 | 51.9 | 52.9 | 55.5 | 53.1 |
表3
(重量％)
| 实施例 | ||||||||
| 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | |
| SiO2 | 5.50 | 5.50 | 5.80 | 13.00 | 7.10 | 5.40 | 5.60 | 5.60 |
| B2O3 | 33.50 | 32.60 | 32.60 | 27.00 | 31.00 | 33.30 | 31.50 | 31.50 |
| Al2O3 | 1.00 | 2.00 | 2.00 | 3.00 | 0.10 | 0.77 | 1.50 | 1.50 |
| La2O3 | 42.30 | 42.50 | 42.25 | 43.00 | 49.00 | 42.30 | 43.00 | 43.00 |
| ZrO2 | 5.50 | 5.50 | 5.30 | 3.50 | 4.00 | 5.60 | 5.50 | 5.50 |
| ZnO | 6.50 | 6.60 | 6.30 | 5.00 | 6.50 | 6.30 | 7.00 | 7.00 |
| Li2O | 0.50 | 0.20 | 0.50 | 1.50 | 0.20 | 0.30 | 0.10 | 0.10 |
| Sb2O3 | 0.20 | 0.10 | 0.05 | 0.80 | 0.10 | 0.03 | 0.30 | 0.30 |
| CaO | 5.00 | 1.50 | 1.00 | 1.00 | ||||
| SrO | 5.00 | |||||||
| BaO | 5.00 | 0.70 | 2.50 | 2.50 | ||||
| TiO2 | 1.00 | |||||||
| Nb2O5 | 2.00 | |||||||
| Ta2O5 | 6.00 | |||||||
| Na2O | 2.00 | |||||||
| K2O | 2.00 | |||||||
| nd | 1.7239 | 1.7245 | 1.7228 | 1.7013 | 1.7443 | 1.7353 | 1.7297 | 1.7295 |
| vd | 62.7 | 52.6 | 52.8 | 54.5 | 50.6 | 50.2 | 51.8 | 51.6 |
如上所述，本发明的光学玻璃是特定组成范围的SiO2-B2O3-Al2O3-La2O3-ZrO2-RO-Li2O类玻璃。根据本发明可以得到具有光学常数范围为折射率(nd)1.68至1.75、阿贝数(vd)50以上的优异耐失透及熔融性、稳定且均匀的光学玻璃。而且，本发明的光学玻璃不含Y2O3、Gd2O3和Ta2O3之类原料价格昂贵的组分，或者，不作为必须成分，因此便宜的制得这种玻璃这一点也是有用的。
Claims (2)
1.一种光学玻璃，其特征在于它的重量组成为SiO2 1％至15％、B2O325％至45％、P2O5 0至2％、Al2O3 0.1％至5％且SiO2与Al2O3合计量大于等于5.5％、La2O3 35％至50％且SiO2、B2O3和La2O3的合计量大于等于78％、TiO2 0至不足2％、ZrO2 3％至10％且SiO2和ZrO2的合计量大于等于11％、Nb2O5 0至5％、Ta2O5 0至6％且Nb2O5和Ta2O5的合计量为0至6％、MgO 0至5％、CaO 0至5％、SrO 0至5％、BaO 0至5％、ZnO 5％至10％且MgO、CaO、SrO、BaO和ZnO的合计量大于等于5.5％、Li2O 0.1％至2％、Na2O 0至2％、K2O 0至2％以及Sb2O3 0至1％。
2.权项要求1所述的光学玻璃，其特征在于它的重量组成为SiO2 5％至9％、B2O3 30％至40％、Al2O3 0.5％至3％、La2O3 42％至48％、ZrO2 5％至8％、ZnO 6％至10％、Li2O 0.1％至1％、Na2O 0至1％、K2O 0至1％以及Sb2O3 0至0.5％。
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