CN1200899C - 无铅的光学轻燧石玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无铅光学轻燧石玻璃，其折射值nd在1.54-1.61之间，阿贝数νd在38-45之间，其组成如下(以氧化物%(重量)计)：SiO2：52-62，Al2O3：3-8，Na2O：7-14，K2O：8-14，Na2O+K2O＞18，TiO2：13-18，ZrO2：0-5。

Description

无铅的光学轻燧石玻璃
本发明涉及无沿的光学玻璃，该玻璃的折射值nd在1.54-1.61之间，阿贝数νd在38-45之间，这种玻璃属于轻燧石玻璃的光学玻璃族。
由于玻璃组分PbO和As2O3对环境的污染已引起公众讨论，使光学仪器制造厂对具有合适光学性质的无PbO和优选也无As2O3的玻璃提出了要求。
用一种或几种组分简单替换氧化铅照例不能达到重现由氧化铅带来的预期的光学和玻璃技术特性。代替这个简单置换需要对玻璃组成作新的研究或大幅度的变化。
已经有了具有类似光学值和类似组成的无铅玻璃的报导。
JP56-59640A的玻璃代表当前的技术水平，其中所述的眼镜片玻璃只含有11-18％(重量)的碱金属氧化物，后者由Na2O、K2O和Li2O组成。其次它还选择性地含有阻止结晶的，但昂贵的组分Nb2O5、La2O3以及作为TiO2的部分代替物成分的ZrO2。
本发明的任务在于研制折射值nd在1.54-1.61之间，阿贝值νd在38-45之间的无铅光学玻璃，这种玻璃能以合理的价格制造并具有良好的熔化和加工性质，这也包括有足够结晶稳定性的要求。
这个任务可通过权利要求1所述的玻璃予以解决。
含玻璃组分SiO2和Al2O3的玻璃，其均衡份额为52-62％(重量)SiO2和3-8％(重量)Al2O3。通过这种方式即使玻璃的可熔化性(随Al2O3份额增加而变坏)，又使化学稳定性(在Al2O3含量过低时变坏)变好。提高上面提及的Al2O3的最低含量还会使反玻璃化的倾向大幅度上升。不含常见的对玻璃的化学稳定性产生正面的影响的第三种玻璃组分B2O3。优选SiO2含量在53-59％(重量)之间，特别优选在55-59％(重量)之间。Al2O3含量优选在4-7％(重量)之间，特别优选5-7％(重量)之间。
该玻璃含较大量的TiO2，13-18％(重量)，以便在保持低阿贝数的同时调节预期的高折射值。优选TiO2含量在14-17％(重量)，特别优选15-17％(重量)之间。除了TiO2，本发明的玻璃还含达5％(重量)ZrO2。由于这两种组分的存在，化学稳定性，特别是抗碱性得到改善。在其份额较高的情况下，结晶稳定性会大幅度下降。TiO2和ZrO2的总和宜≤18％(重量)。在优选的实施方案中不含ZrO2。
为了改进可熔化性，同时降低熔化温度，在给定的高份额玻璃组分下，该玻璃含7-14％(重量)Na2O和8-14％(重量)K2O作为助熔剂。在较高份额下，特别是高TiO2含量下，结晶倾向会大幅度增高。因此R2O和TiO2的总和宜≤42％(重量)。出于同样的原因将完全不含Li2O。提高碱金属含量，其结果会达不到预期的折射值范围。Na2O和K2O的总和至少应＞18％(重量)。优选Na2O含量为8-13％(重量)，K2O含量为10-14％(重量)。特别优选Na2O含量为8-11％(重量)，K2O含量为10-12％(重量)。
为了改善玻璃质量，可向要纯化玻璃的玻璃料中添加一种或几种常规量的纯化剂。这样，这种玻璃具有特别好的内部玻璃质量，比如无气泡，无条痕。
如果作为纯化剂不采用As2O3而采用如Sb2O3，则玻璃质量可不受损失，这样，本发明的无铅玻璃还可无砷。
Sb2O3-含量宜在0.1-0.5％(重量)之间。玻璃除Sb2O3之外，需要时还宜含达0.5％(重量)氟化物，后者同样具有纯化作用。作为氟化物可添加NaF。
本发明的玻璃除折射值nd在1.54-1.61，阿贝数νd在38-45之间和在光谱蓝区内的正偏差部分色散之外，还具有下列优点：
本发明的玻璃无PbO，在优选实施方案中还无As2O3。该玻璃具有良好的结晶稳定性。这样，加工可在连续的熔融装置中进行。产生这种性质的足够结晶稳定性的量度是在反玻璃化上限时的粘度。对于连续生产此值应为1000dPas。本发明的玻璃能满足这一条件。该玻璃的这种结晶稳定性同样使玻璃的进一步热处理，如压制或再压制成为可能。其优点在于能排除昂贵的组分Nb2O5和La2O3，并且虽然TiO2含量高，但玻璃的结晶稳定性仍足够高，完全排除碱土氧化物对此亦有贡献。该玻璃除不可避免的杂质外是不含碱土金属氧化物、Nb2O5和La2O3的。
“玻璃的长度”(随温度缓慢下降的粘度曲线)还保证了良好的加工性能，虽然熔化温度较高，约为1400℃。
该玻璃具有优良的抗碱性能，将其归类为抗碱级AR＝1就表明这点，在其它方面亦具足够的抗化学侵蚀能力。玻璃的抗化学侵蚀能力对其进一步加工如打磨和抛光具有意义。
组成范围(以氧化物的％(重量)计)为SiO2：52-62，优选53-59，Al2O3：3-8，优选4-7，Na2O：7-14，K2O：8-14，Na2O+K2O＞18，优选Na2O：8-13，K2O：10-14，TiO2：13-18，优选14-17，ZrO2：0-5，TiO2+ZrO2≤18，优选不含ZrO2，的玻璃的折射值nd在1.55-1.60之间，阿贝数νd在39-44之间。组成(以氧化物％(重量)计)为SiO2：55-59，Al2O3：5-7，Na2O：8-11，K2O：10-12，Na2O+K2O＞18，TiO2：15-17的玻璃的折射值nd在1.56-1.59之间，阿贝数νd在39-44之间。
总而言之，本发明提供了一种无铅化学玻璃，其具有折射值nd在1.54-1.61之间、阿贝数νd在38-45之间的，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有52-62、Al2O3含量有3-8、Na2O含量有7-14、K2O含量有8-14、TiO2含量有13-18、ZrO2含量有0-5，其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要通常量的常规纯化剂。
一个实施方案是上述玻璃具有折射值nd在1.55-1.60之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有52-62、Al2O3含量有3-8、Na2O含量有7-14、K2O含量有8-14、TiO2含量有13-18、ZrO2含量有0-5，其中Na2O和K2O之和＞18，TiO2和ZrO2之和≤18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
一个实施方案是上述玻璃具有折射值nd在1.55-1.60之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有52-62、Al2O3含量有3-8、Na2O含量有7-14、K2O含量有8-14、TiO2含量有13-18、其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
一个实施方案是上述玻璃具有折射值nd在1.55-1.60之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有53-59、Al2O3含量有4-7、Na2O含量有8-13、K2O含量有10-14、TiO2含量有14-17、其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
一个实施方案是上述玻璃具有折射值nd在1.56-1.59之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有55-59、Al2O3含量有5-7、Na2O含量有8-11、K2O含量有10-12、TiO2含量有15-17、其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
一个实施方案是上述玻璃含0.1-0.5重量％的Sb2O3。
一个实施方案是上述玻璃含达0.5重量％的氟化物。
一个实施方案是上述玻璃除不可避免的杂质外不含氧化砷。
一个实施方案是上述玻璃除不可避免的杂质外不含氧化硼、氧化铌、氧化镧，氧化锂和碱土金属氧化物。
实施例：
本发明玻璃的6个实施例由通常的原料熔制。
表2列出了各组分(以氧化物％(重量)计)、折射值nd、阿贝数νd、光谱蓝区内的部分色散Pg，F和这种色散偏差ΔPg，F[10-4]、密度ρ[g/cm3]、热膨胀系数α20/300[10-6/K]以及玻璃转变温度Tg[℃]。
本发明的玻璃按下列方式制备：氧化物的原料，优选碳酸盐和硝酸盐经预混合，加入纯化剂，然后充分混合。玻璃料在1400℃-1450℃的间断熔融装置中熔融，然后纯化和充分匀化。浇注温度约为1300℃。
表1列出一个熔融物的实施例。
表1：100kg计算的玻璃的熔融物实施例
  氧化物  ％(重量)    原料     称重(kg)
 SiO2     51.7  SiO2     51.72
 Al2O3     8.0  Al(OH)3     12.35
 Na2O     8.0  Na2CO3     13.70
 K2O     14.0  K2CO3     20.59
 TiO2     17.0  TiO2     17.10
 ZrO2     1.0  ZrO2     1.02
 Sb2O3     0.3  Sb2O3     0.30
所得玻璃的性质列于表2的实施例2中。
表2：本发明玻璃的成分(以氧化物％(重量)计)及玻璃的主要性质
    1     2     3     4     5     6
  SiO2     52.7     51.7     54.7     62.0     58.7     54.7
  Al2O3     7.0     8.0     4.0     3.0     5.0     7.0
  Na2O     13.0     8.0     13.0     14.0     9.0     11.0
  K2O     11.0     14.0     14.0     8.0     10.0     12.0
  TiO2     16.0     17.0     14.0     13.0     17.0     15.0
  ZrO2     1.0
  Sb2O3     0.3     0.3     0.3     0.3     0.3
  nd     1.5829     1.5906     1.5705     1.5663     1.58763     1.57648
  νd     41.44     39.81     43.82     43.88     39.67     42.33
  Pg，F     0.5764     0.5797     0.5713     0.5709     0.5804     0.5737
  ΔPg，F[10-4]     23     29     12     9     33     11
  ρ[g/cm3]     2.61     2.61     2.60     2.57     2.59     2.59
  α20/300[10-6/K]     11.2     10.2     12.2     10.4     9.2     10.7
  Tg[℃]     558     575     525     541     582     557

Claims (9)

1.一种无铅化学玻璃，其具有折射值nd在1.54-1.61之间、阿贝数νd在38-45之间的，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有52-62、Al2O3含量有3-8、Na2O含量有7-14、K2O含量有8-14、TiO2含量有13-18、ZrO2含量有0-5，其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要通常量的常规纯化剂。
2.根据权利要求1的无铅光学玻璃，其具有折射值nd在1.55-1.60之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有52-62、Al2O3含量有3-8、Na2O含量有7-14、K2O含量有8-14、TiO2含量有13-18、ZrO2含量有0-5，其中Na2O和K2O之和＞18，TiO2和ZrO2之和≤18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
3.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其具有折射值nd在1.55-1.60之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有52-62、Al2O3含量有3-8、Na2O含量有7-14、K2O含量有8-14、TiO2含量有13-18、其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
4.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其具有折射值nd在1.55-1.60之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有53-59、Al2O3含量有4-7、Na2O含量有8-13、K2O含量有10-14、TiO2含量有14-17、其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
5.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其具有折射值nd在1.56-1.59之间、阿贝数νd在39-44之间，其特征在于：其具有以氧化物重量％计，下列的组成：
SiO2含量有55-59、Al2O3含量有5-7、Na2O含量有8-11、K2O含量有10-12、TiO2含量有15-17、其中Na2O和K2O之和＞18，以及如有需要的通常量的常规纯化剂。
6.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其特征在于，该玻璃含0.1-0.5重量％的Sb2O3。
7.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其特征在于，该玻璃含达0.5重量％的氟化物。
8.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其特征在于，该玻璃除不可避免的杂质外不含氧化砷。
9.根据权利要求1或2的无铅光学玻璃，其特征在于，该玻璃除不可避免的杂质外不含氧化硼、氧化铌、氧化镧，氧化锂和碱土金属氧化物。
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