CN1323967C - 无铅高折射率高色散光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种折射率为1.78-1.84、色散为22-28的无铅高折射率高色散光学玻璃，其化学组份按重量百分比包括：SiO2：23-35%；TiO2：24-35.5%；Nb2O5：8-18%；Na2O：6-14%；K2O：1-8%；BaO：8-20%，所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20%，其化学组份还包括：CaO、SrO和ZnO，所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22%。本发明的光学玻璃不含有PbO、CdO、As2O3和ZrO2；折射率(Nd)为1.78-1.84、色散(Vd)为22-28；玻璃具有良好的透光性能、化学稳定性和熔融性能。

Description

无铅高折射率高色散光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种无铅光学玻璃，特别是涉及一种折射率(Nd)为1.78-1.84、色散(Vd)为22-28的无铅高折射率高色散光学玻璃。
背景技术
火石玻璃的特征是具有高折射率和高色散，但其一般含有大量的PbO。由于PbO、CdO和As2O3是环境污染物，如果简单地用一种或多种组份替代PbO，则产品一般不能成功地具有含有PbO的光学玻璃的其它光学性能。
特开昭JP55-126549公开的无铅玻璃虽然具有高折射率高色散的性能，但其组份中含有价格昂贵且具有熔点高的特性的ZrO2，提高了玻璃的粘度和熔炼温度，同时增加了玻璃的析晶倾向，降低了玻璃的晶体稳定性。
中国专利申请03154510.6公开的玻璃的组份中含有高挥发性、高腐蚀性的15-35％(重量百分比含量，以下同)的P2O5和昂贵的40-60％的Nb2O5，如此大量的P2O5和Nb2O5组份存在，导致玻璃液中P2O5挥发严重和对熔炼设备(铂器)的严重侵蚀，增加生产难度和成本。
特公昭JP63-32733和特开昭JP58-204838公开的玻璃具有高折射率高色散的性能，但玻璃组份中均含有易挥发的B2O3、价格昂贵的WO3和非环保的As2O3。
USP3,836,375(Sept.17，1974)公开的无铅玻璃具有高折射率高色散的性能，但其玻璃组份中含有22.5-36.1％的高挥发性和高腐蚀性的P2O5，这同样会存在P2O5挥发严重和对熔炼设备(铂器)的严重侵蚀等问题，从而增加工业生产难度。同样的问题也出现在特开昭JP55-51732所公开的玻璃中，其玻璃组份中含有HPO4和Al(PO3)3，这两种组份可分解产生具有高挥发性和高腐蚀性的P2O5。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.78-1.84、色散为22-28的无铅高折射率高色散光学玻璃，该玻璃组份中不含有高熔点的ZrO2，具有良好的熔融性能和化学稳定性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：无铅高折射率高色散光学玻璃，化学组份按重量百分比包括：SiO2：23-35％；TiO2：24-35.5％；Nb2O5：8-18％；Na2O：6-14％；K2O：1-8％；BaO：8-20％，所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20％，其化学组份还包括：CaO、SrO和ZnO，所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22％。
本发明的有益效果是：本发明的光学玻璃不含有PbO、CdO、As2O3和ZrO2；折射率为1.78-1.84、色散为22-28；玻璃具有良好的透光性能、化学稳定性和熔融性能。
具体实施方式
玻璃中的SiO2含量高于35％时，玻璃的熔融性能变差，并且折射率和色散降低；而当低于23％时，玻璃的耐酸性能下降，因此，SiO2优选的含量是24.5-30％。
为了提高玻璃的化学稳定性、折射率和色散值，玻璃中应含有24-35.5％的TiO2，当TiO2含量高于35.5％时，玻璃的析晶趋势增加；而低于24％时，玻璃的化学稳定性降低，优选的TiO2含量是26-30％。
Na2O和K2O用于改善玻璃的熔融性能，若Na2O+K2O含量高于20％，将对玻璃的热膨胀系数、玻璃转变温度以及耐酸性有不利影响；而Na2O+K2O含量低于10％时，玻璃的熔点高，本发明的Na2O+K2O含量优选10-20％，其中Na2O的含量为6-14％，最好为8-13％，K2O的含量为1-8％，最好为1-7％。
当玻璃中的BaO含量高于20％时，玻璃的析晶趋势增加；低于8％时，不能获得Nd为1.75-1.84、Vd为22-28的光学玻璃，本发明优选的BaO含量是10-19％。为使玻璃更稳定，可加入适量的CaO、SrO和ZnO，其加入量为CaO+SrO+ZnO+BaO＝14-22％。
为使玻璃的Nd介于1.78至1.84之间，Vd介于22至28的范围，获得稳定不析晶且具有良好透光性能的玻璃，必须控制玻璃中的TiO2加入量，本玻璃中含有8-18％的Nb2O5的目的就是要通过Nb2O5控制TiO2的加入量和调整玻璃的光学和其他性能。当玻璃中Nb2O5含量高于18％时，玻璃的成本和析晶趋势增加；当Nb2O5低于8％时，为提高玻璃的光学常数将导致玻璃中的TiO2加入量增加，这将导致玻璃的透光性能降低，本发明优选的Nb2O5含量是10-15％。
为消除玻璃中的气泡、提高玻璃的澄清效果，本发明含有0-0.5％的Sb2O3，优选含量是0-0.3％。
本发明不含有ZrO2，原因是ZrO2能提高玻璃的粘度和熔炼温度，容易出现结石、增加玻璃的析晶倾向和降低玻璃的透光性能。
本发明玻璃的生产步骤为：称出氧化物原料，然后将原料充分混合，将混合好的原料投入1250-1340℃的熔炼炉中熔制，经澄清和充分均化后，在1150-1220℃的温度下浇铸即获得本发明玻璃。
表1是本发明的9个实施例，其中耐酸作用稳定性(DA)和耐碱作用稳定性(DW)都是用粉末法测试得到的。
                                            表1
组份                                                   实施例
  1   2   3   4   5   6   7   8   9
  SiO2   23.5   28.4   23.5   27.8   28.0   23.5   34.8   32.0   23.0
  TiO2   28.0   28.5   25.5   25.0   29.0   35.5   28.0   30.0   28.0
  Na2O   9.8   9.0   9.5   10.0   8.5   7.0   6.0   9.5   7.5
  K2O   8.0   7.0   7.4   6.0   6.5   7.0   4.0   7.5   6.0
  BaO   19.0   13.0   14.0   12.0   15.0   15.5   10.0   14.0   17.5
  CaO   -   -   2.0   2.0   -   -   2.0   -   -
  SrO   -   -   -   3.0   1.0   -   1.0   2.0   -
  ZnO   -   -   2.0   -   -   -   1.0   1.0   1.0
  Nb2O5   11.5   14.0   16.0   14.0   12.0   11.5   13.0   8   17
  Sb2O3   0.2   0.1   0.1   0.2   -   -   0.2   -   -
  Nd   1.808   1.812   1.824   1.807   1.814   1.830   1.793   1.786   1.838
  Vd   26.0   25.2   26.5   24.8   25.6   23.5   27.4   26.2   23.1
  着色度   43/36   42/37   43/37   41/36   42/37   43/37   40/36   40/36   44/38
  D(g/cm3)   3.36   3.29   3.23   3.35   3.27   3.18   3.38   3.41   3.16
  DA   1类   1类   1类   1类   1类   1类   1类   1类   1类
  DW   1类   1类   1类   1类   1类   1类   1类   1类   1类
从上表可以看出：本发明的光学玻璃不含有PbO、CdO、As2O3和ZrO2；折射率(Nd)为1.78-1.84、色散(Vd)为22-28；玻璃的着色度好，即玻璃具有良好的透光性能；玻璃的DA和DW都是1类，即玻璃具有良好的化学稳定性；玻璃的比重(D)小。从本发明的生产方法可以看出：本发明的玻璃的熔点为1250-1340℃，即玻璃具有良好的熔融性能。

Claims (4)

1、无铅高折射率高色散光学玻璃，其特征在于，化学组分按重量百分比包括：SiO2：23-35％；TiO2：24-35.5％；Nb2O5：8-18％；Na2O：6-14％；K2O：1-8％；BaO：8-20％，所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20％，其化学组分还包括：CaO、SrO和ZnO，所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22％。
2、如权利要求1所述的无铅高折射率高色散光学玻璃，其特征在于，化学组分按重量百分比包括：SiO2：24.5-30％；TiO2：26-30％；Nb2O5：10-15％；Na2O：8-13％；K2O：1-7％；BaO：10-19％，所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20％，其化学组分还包括：CaO、SrO和ZnO，所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22％。
3、如权利要求1或2所述的无铅高折射率高色散光学玻璃，其特征在于，化学组分按重量百分比还包括：Sb2O3：0-0.5％。
4、如权利要求1或2所述的无铅高折射率高色散光学玻璃，其特征在于，化学组分按重量百分比还包括：Sb2O3：0-0.3％。
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