CN1772671A - 精密压型用光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种精密压型用光学玻璃，其化学组分按重量百分比包括：SiO2：8－30％、B2O3：6－25％、ZnO：8－30％、Nb2O5：0.5－19％、BaO：5－26％、Li2O：0.5－7％、ZrO2：1－6％。本发明的光学玻璃的折射率为1.65－1.74，阿贝数为36－45，转变温度低于500℃，化学稳定性优良，液相温度(L.T)低，即玻璃的耐失透性良好，透过率优良，比重(D)小，非常适于精密模压成型非球面透镜、球面透镜等光学元件。

Description

精密压型用光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率为1.65-1.74、阿贝数为36-45的光学玻璃，该玻璃适用于精密模压成型非球面透镜等光学元件。
技术背景
随着光电产品市场的激烈竞争和发展，高量产、低成本地制造光学元件是每一个光学材料和光学元件制造商的目标。采用精密模压成型技术(包括直接压型法和二次压型法)可以减少原料消耗，大大降低光学元件的机械加工量，从而降低人力和物力成本，并可以实现批量稳定生产，同时还可以减少环境污染。另一方面，近年来随着数码相机、数码摄像机和拍照手机的日益流行，要求光学系统具有更高的准确度、更轻的重量和更小的尺寸，而使用非球面元件能很好地解决上述问题，非球面透镜的制造方法主要使用精密模压的方法。
所谓精密模压，就是在一定的温度、压力下，用具有预定产品形状的高精密模具模压玻璃预制件，从而获得具有最终产品形状和光学功能的玻璃制品。采用精密模压技术制造的非球面透镜通常不用再进行研磨抛光。通过精密模压技术可以制造各种光学玻璃产品，如球面透镜、非球面透镜、棱镜和衍射光栅等。
在进行精密模压成型时，为了将高精密的模面复制在玻璃成品上，需要在高温下(玻璃转变温度50-60℃以上)加压成型玻璃预制体，这时成型模在高温高压下，即使处于保护气体中，金属模具表面很容易被氧化和侵蚀。为了延长模具寿命，抑制高温环境对模具的损伤，就必须降低压型温度，因此，玻璃材料的转变温度(Tg)和软化温度(Ts)就必须尽可能低，通常要求玻璃的转变温度不超过600℃。
用于非球面透镜的光学玻璃，要求是具有各种光学常数的玻璃。其中折射率(Nd)范围在1.65-1.74，阿贝数范围在(Vd)为36-45的玻璃，通常相当于中国ZBaF类光学玻璃。以往该类玻璃通常含有铅等对环境有害的物质，现在含铅的光学玻璃因其危害性已基本不生产和使用。不含铅的光学玻璃通常为SiO2-BaO-TiO2-RO(R代表碱土金属)体系，而玻璃的转变温度通常在600℃以上，不适合精密模压。
日本特许公报2577794公开了一种ZnO-B2O3-Nb2O5-SiO2系统的精密压型玻璃，但该锌硼系统玻璃耐失透性能较差，易与刚玉耐火材料发生反应，不利于批量化生产。
CN95103393.X提供了一种SiO2-TiO2-ZrO2-K2O-RO(R代表碱土金属)的光学玻璃，但该玻璃由于含有较多TiO2，因此玻璃在短波段区域的透过率较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种精密压型用光学玻璃，该玻璃耐失透性能好，玻璃在短波段区域的透过率高。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：精密压型用光学玻璃，其化学组份按重量百分比包括：SiO2：8-30％、B2O3：6-25％、ZnO：8-30％、Nb2O5：0.5-19％、BaO：5-26％、Li2O：0.5-7％、ZrO2：1-6％。
本发明的有益效果是：光学玻璃的折射率为1.65-1.74，阿贝数为36-45，转变温度低于500℃，化学稳定性优良，液相温度(L.T)低，即玻璃的耐失透性良好，透过率优良，比重(D)小，非常适于精密模压成型非球面透镜、球面透镜等光学元件。
具体实施方式
SiO2是形成玻璃的主要成份，SiO2可提高玻璃的粘度，提高玻璃的耐失透性。当其含量低于8％时，玻璃的透过率及耐失透性较差，若超过30％，玻璃的折射率下降。
B2O3是构成玻璃的必须成份，当其含量低于6％时，玻璃的熔化性能差，耐失透性能不理想，若高于25％，玻璃的软化温度高。
ZnO有利于降低玻璃的软化温度，其含量不足8％时，玻璃的软化温度高，若高于30％，玻璃的析晶倾向增大。
Nb2O5可提高玻璃的折射率，当其含量低于0.5％时，玻璃的透过率差，其含量高于19％时，玻璃软化温度升高。
BaO可以低成本地获得本发明所需要的光学常数，同时可以改善玻璃的透过率，其含量在5-26％范围内。
CaO可以提高玻璃的化学稳定性，并有助熔作用，但其含量高于8％时玻璃的析晶倾向增大。
Li2O可以有效地降低玻璃的转变温度，并有强助熔作用。当其含量低于0.5％时，对降低转变温度效果不明显，高于7％时，玻璃的耐失透性急剧下降。
TiO2能有效提高玻璃的折射率和色散，并能提高玻璃的耐水性，降低玻璃比重，但其含量过高会造成玻璃着色，因此其优选含量为0-12％。
Na2O具有降低玻璃转变温度、提高玻璃透明度的作用，当其含量超过8％时，玻璃的析晶倾向增大，因此其优选含量为0-8％。
K2O的作用与Na2O相同，当其含量高于5％时，玻璃的析晶倾向增大。
ZrO2具有改善玻璃耐失透性、提高化学稳定性的作用，当其含量低于1％时，起不到作用，但高于6％时，玻璃的软化温度升高。
WO3具有提高玻璃折射率和色散的作用，但其含量过高时，将引起玻璃的耐失透性能和在紫外区域的透过率下降，因此其优选含量为0-6％。
Al2O3能提高玻璃的化学稳定性，但其含量高于5％时，将使玻璃的耐失透性下降，增加配合料的熔融难度。
MgO和SrO的作用与CaO相似，可以提高玻璃的均质性，MgO优选含量为0-5％，SrO为0-8％。
La2O3和Y2O3可以调整玻璃的光学常数，当其含量超过5％时，将引起玻璃的转变温度升高，其优选含量为0-5％，更优选不加入。
Sb2O3作为除泡剂使用，其优选含量为0-0.5％，更优选不加入。
本发明的光学玻璃的制备方法是：1)按重量比例称量各组份的氧化物、碳酸盐和硝酸盐等通常光学玻璃所用原料，充分混合后加入铂金坩埚内；2)在1240-1300℃下熔化、澄清、均化后降温，3)将熔融玻璃液浇注入预热后的金属模，将玻璃连同金属模一起放入退火炉内冷却退火后即得。
表一和表二是本发明的精密模压成型用光学玻璃的10个实施例和现有技术的4个比较例，通过对比可以看出，本发明光学玻璃的折射率(Nd)为1.65-1.74，阿贝数(Vd)为36-45，转变温度(Tg)不超过500℃，化学稳定性优良，液相温度(L.T)低(含有氧化铅成份的玻璃的液相温度通常也较低，但不适于精密模压)，即玻璃的耐失透性良好；本发明玻璃的着色度(λ80/λ5)不低于含铅的非环保玻璃，即玻璃的透射光谱特性优良，玻璃在短波段区域的透过率高；同时本发明玻璃的比重(D)较小，非常适于精密模压成型非球面透镜、球面透镜等光学元件。
                                              表一
  组份   实施例
  1   2   3   4   5   6   7
  SiO2   20.7   15.0   16.5   16.0   10.0   17.0   16.0
  B2O3   13.0   17.0   14.5   16.0   23.0   15.0   17.0
  ZnO   12.2   17.0   16.0   14.0   21.0   19.0   14.0
  Nb2O5   2.0   13.6   15.0   16.0   14.0   8.0   10.0
  BaO   19.5   16.3   10.0   20.0   16.2   17.0   18.0
  TiO2   9.1   2.8   1.5   0.8   1.0   5.0   3.5
  Na2O   1.0   5.0   6.0   3.0   2.0   6.0   6.0
  CaO   2.0   3.5   3.0   2.5   3.0
  Li2O   4.5   3.5   3.0   3.0   3.0   3.5   3.0
  ZrO2   3.5   4.5   2.9   3.5   1.6   3.5   3.8
  WO3   1.0   2.0   3.0   3.0   2.6   0.5   2.0
  SrO   10.0   8.0
  Al2O3   1.8   1.7
  La2O3   1.5   2.9   2.0
  Y2O3   3.6
  K2O   1.9
  MgO   1.2   1.5
  PbO
  Sb2O3   0.2   0.1   0.1   0.1   0.1   0.2
  Nd   1.71900   1.71680   1.71502   1.71389   1.71431   1.70992   1.71160
  Vd   39.29   38.5   38.2   39.18   39.64   39.10   39.26
  Tg(℃)   495   466   471   476   496   480   485
  D(g/cm3)   3.59   3.62   3.64   3.66   3.62   3.49   3.56
  L.T(℃)   960   980   920   920   1000   980   950
  λ80/λ5   40/35   39/34   38/33   39/33   40/34   40/34   40/34
                                                     表二
  组份   实施例   比较例
  8   9   10   1   2   3   4
  SiO2   16.7   20.0   20.0   54.0   28.2   30.5   5.8
  B2O3   19.0   14.0   13.0   2.0   1.8   26.7
  ZnO   20.2   12.0   11.0   3.9   9.0   50.5
  Nb2O5   4.0   7.0   3.75   1.0   6.5
  BaO   13.5   19.6   21.8   3.8   33.8   35.0
  TiO2   7.0   6.0   8.0   24.0   9.5   2.0
  Na2O   2.0   6.0   3.0   4.0   1.5   3.0
  CaO   3.8   2.9   2.5   2.5
  Li2O   4.5   3.0   3.2   2.0   1.0
  ZrO2   3.5   3.9   4.0   4.5   3.2   4.0   2.5
  WO3   3.0   1.65
  SrO   4.0   2.5   6.0   3.5
  Al2O3   1.8   1.2   4.0
  La2O3   1.0   1.5   0.5
  Y2O3   1.0
  K2O   6.5
  MgO   0.6
  PbO   25.0
  Sb2O3   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2   0.2
  Nd   1.71824   1.71126   1.71622   1.65841   1.72033   1.71010   1.71230
  Vd   38.01   39.02   38.70   36.7   38.1   38.6   40.4
  Tg(℃)   472   482   490   500   540   600   516
  D(g/cm3)   3.44   3.50   3.48   未测定   4.40.   3.69   3.71
  L.T(℃)   940   950   1010   未测定   950   1080   1080
  λ80/λ5   40/34   40/34   40/35   42/36   40/35   42/35   40/34

Claims (3)

1、精密压型用光学玻璃，其特征在于，化学组份按重量百分比包括：SiO2：8-30％、B2O3：6-25％、ZnO：8-30％、Nb2O5：0.5-19％、BaO：5-26％、Li2O：0.5-7％和ZrO2：1-6％。
2、如权利要求1所述的精密压型用光学玻璃，其特征在于，化学组份按重量百分比还包括：WO3：0-6％、Al2O3：0-5％、SrO：0-11％、MgO：0-5％、Na2O：0-8％、K2O：0-5％、CaO：0-8％、TiO2：0-12％、La2O3：0-5％、Y2O3：0-5％和Sb2O3：0-0.5％。
3、如权利要求1所述的精密压型用光学玻璃，其特征在于，化学组份按重量百分比还包括：WO3：0-6％、Al2O3：0-5％、SrO：0-11％、MgO：0-5％、Na2O：0-8％、K2O：0-5％、CaO：0-8％和TiO2：0-12％。
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