KR101251975B1 - 플루오로인산염 광학 유리 - Google Patents

플루오로인산염 광학 유리 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일종의 플루오로인산염 광학 유리는, mol백분율에 의하면 18-25%인 AlF3, 5-20%인 Al(PO3)3, 7-12%인 MgF2, 15-25%인 CaF2, 18-25%인 SrF2, 8-20%인 BaF2, 0-8%인 Ba(PO3)2, 0-3%인 YF3과 0-0.5%인 BaCl2을 포함하고, 굴절률은 1.45-1.52이며, 아베수는 78-85이며, 유리의 전이 온도는 465℃보다 낮으며, 상기 광학 유리의 밀도는 3.8g/cm3보다 작으며, 경도는 360×107pa보다 크며, 또한 상기 플루오로인산염 광학 유리는 정밀 압력 성형에 적용된다.

Description

플루오로인산염 광학 유리 {FLUOROPHOSPHATE OPTICAL GLASS}
본 발명은 일종의 플루오로인산염 광학 유리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일종의 굴절률(nd)의 범위는 1.45-1.52이고, 아베수(vd)의 범위는 78-85인 플루오로인산염 광학 유리에 관한 것이다.
현대 광학 영역에서 고정밀도의 새로운 광전 장치는 정보의 채집, 전송, 저장, 전환과 디스플레이의 성능에 대해 요구는 점점 높아지고 있고, 광학 소자들은 더욱 경량, 소형화를 추구하며, 또한 가격이 저렴한 고정밀도의 비구면경은 종래의 가공렌즈를 대체하여 광범위하게 사용되고 있으며, 이는 절대적으로 필요한 트랜드이기도 하다.
플루오로인산염 광학 유리는 널리 보급된 새로운 유리재료로써, 저분산과 저 굴절률을 갖고 있고, 광학 시스템에서 이차 스펙트럼의 특수 분산을 제거할 수 있으며, 해상도를 향상시켜서, 광학 시스템의 화질을 현저하게 개선시킨다. 또한 저 연화점 특성을 갖고 있어서, 직접 정밀 몰딩으로 고품질의 비구면 렌즈를 제조할 수 있으며, 이는 색 수차를 없애고, 광학 소자에서 제거하기 어려운 구면수차와 광학수차도 제거할 수 있으며, 그리고 2개 내지 3개의 구면렌즈를 대체할 수 있으므로, 시스템의 용적과 중량을 줄일 수 있다. 아울러 광범위하게 콜리메이터, 현미경, 천체망원경, 디지털 카메라, LCD투영기 등 고정밀도와 고해상도를 갖는 광학기기 조합렌즈에 응용되며, 시장전망이 좋아서, 중요하고 새로운 고품격 광전 재료로 주목받고 있다.
플루오로인산염 광학 유리의 융해 제조과정은 난이도가 비교적 크다. 플루오로인산염 유리용의 원재료를 고온에서 용융하는 과정에 불소 성분은 심하게 휘발되며, 또한 불소는 고온의 유리표면에서 증발되기 때문에, 줄무늬의 형성도 용이하다.
또한, 플루오로인산염 광학 유리의 점도는 낮아서 성형이 용이하지 않다. 그러므로 반드시 유리 성형시의 출탕온도를 제어해야 한다. 출탕온도가 낮으면, 유리는 성형이 용이하고, 또한 불소의 휘발도 제어할 수 있어서, 유리 줄무늬의 생성을 감소시킬 수 있다.
플루오로인산염 유리의 아베수는 비교적 크고, 동시에 이상부분 분산성능을 갖고 있으며, 현재 80 또는 이보다 더 큰 아베수를 갖는 플루오로인산염 유리를 실제로 사용하고 있다. 예를 들면 특허번호 2002-234753은 일종의 플루오로인산염 광학 유리를 공개하였으며, nd범위는1.489-1.510이며, vd범위는 79.2-83.1이며, 또한유리 성분 중에 MgF2의 mol백분율 함량은 3-6이며, 유리경도는 작고, 마모는 크며, 후속 가공에 이롭지 않다.
CN1854100A는 일종의 플루오로인산염 광학 유리를 공개하였으며, 유리 성분에는 대량의 Li이 함유되었기 때문에, 유리의 내구력은 저하된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 일종의 저 굴절과 저 분산, 또한 저온에서 성형이 되며, 저밀도의 성능을 갖춘 플루오로인산염 광학 유리를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 플루오로인산염 광학 유리에서, 유리의 굴절률은 1.45-1.52이고, 아베수는 78-85이며, 전이 온도는 465℃보다 낮으며, 밀도는 3.8g/cm3보다 작으며, 경도는 360(107pa)보다 크다.
또한, 구성성분은 mol백분율에 의하면, AlF3은 18-25%이고, Al(PO3)3은 5-20%이며, MgF2은 7-12%이며, CaF2은 15-25%이며, SrF2은 18-25%이며, BaF2은 8-20%이며, Ba(PO3)2은 0-8%이며, YF3은 0-3%이며, BaCl2은 0-0.5%이다.
또한, 그중에서, AlF3은 18-22%이고, Al(PO3)3은 8-15%이다.
또한, 그중에서, CaF2은 17-22%이고, SrF2은 20-25%이며, BaF2은 10-17%이다.
또한, 그중에서, Ba(PO3)2은 1-5%이고, YF3은 0.1-3%이다.
또한, 구성성분은 mol백분율에 의하면, AlF3은 18-22%이고, Al(PO3)3은 8-15%이며, CaF2은 17-22%이며, SrF2은 20-25%이며, BaF2은 10-17%이며, Ba(PO3)2은 1-5%이며, YF3은 0.1-3%이다.
플루오로인산염 광학 유리의 구성성분은 mol백분율에 의하면, AlF3은 18-25%이고, Al(PO3)3은 5-20%이며, MgF2은 7-12%이며, CaF2은 15-25%이며, SrF2은 18-25%이며, BaF2은 8-20%이며, Ba(PO3)2은 0-8%이며, YF3은 0-3%이며, BaCl2은 0-0.5%이다.
또한, 그중에서, AlF3은 18-22%이고, Al(PO3)3은 8-15%이다.
또한, 그중에서, CaF2은 17-22%이고, SrF2은 20-25%이며, BaF2은 10-17%이다.
또한, 그중에서, Ba(PO3)2은 1-5%이고, YF3은 0.1-3%이다.
또한, 상기 유리의 출탕온도 범위는 620-750℃사이이다.
또한, 상기 플루오로인산염 광학 유리로 제조된 유리 예형이다.
또한, 상기 플루오로인산염 광학 유리로 제조된 광학 소자이다.
또한, 상기 플루오로인산염 광학 유리로 제조된 광학기기이다.
본 발명의 광학 유리의 효과는, 저 굴절, 저분산, 낮은 유리밀도, 비교적 큰 경도, 좋은 가공성, 낮은 출탕온도의 특징을 갖고 있으며, 또한 성형이 용이하며, 줄무늬의 형성도 방지할 수 있다.
광학 유리의 저 굴절과 저분산의 광학특성을 구현하기 위하여, 보통 P, Al, F와 O의 유리 시스템을 채용하고, 특히 유리에 대량의 불소를 첨가하여, 안정과 평행된 유리 시스템을 형성시킨다. 더욱이 안정된 생산을 위하여, Ca, Sr,Ba중에 적어도 일종의 원소를 첨가하여 유리 변이 성분으로 하며, 이러한 유리 변이 성분은 유리의 굴절률과 아베수를 조절할 수 있으며, 또한 devitrification resistance를 향상시킨다. 이러한 유리 변이 효과를 발생시키는 원소는 상기 3종의 원소에 국한하지 않는다.
아래는 본 발명의 광학 유리에 함유되는 성분을 설명한다. 각 성분의 함유량은 mol%로 표시한다.
AlF3은 본 발명의 필요 성분이고, 유리에 Al, F를 첨가하여 유리의 형성을 안정시키며, 유리의 굴절과 분산을 줄일 수 있으며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 필요되는 광학 상수의 범위에 달하지 못한다.
또한 함유량이 너무 높으면, 유리의 devitrification resistance은 악화된다. 그러므로 AlF3의 함유량을 18-25%로 한정하며, 바람직하게는 18-22%이다.
Al(PO3)3은 본 발명의 필요 성분이고, 유리에 Al, P, O를 첨가하여 유리의 형성을 안정시키며, 또한 유리의 기계강도와 화학안정성을 향상시킬 수 있으며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과에 달하지 못한다.
또한 함유량이 너무 높으면, 유리의 굴절은 증가되며, 필요되는 유리상수의 범위에 달하지 못한다. 그러므로 함유량은 5-20%이고, 바람직하게는 8-15%이다.
CaF2은 유리중에서 유리의 아베수와 비중을 줄일 수 있고, 또한 유리의 형성을 안정시키며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 효과는 뚜렷하지 않다.
또한 함유량이 너무 높으면, 유리의 devitrification resistance은 악화된다. 그러므로 함유량의 범위는 15-25%이며, 바람직하게는 17-22%이다.
SrF2은 유리중에서 유리상수를 조절하고, 유리의 형성을 안정시키며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 효과는 뚜렷하지 않다.
또한, 함유량이 너무 높으면, 필요한 광학 상수를 얻지 못하며, 또한 devitrification resistance은 악화된다. 그러므로 함유량의 범위는 18-25%이며, 바람직하게는 20-25%이다.
BaF2은 유리의 굴절률을 조절하고, 유리의 형성을 안정시키며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과에 달하지 못한다.
또한, 함유량이 너무 높으면, 유리의 굴절률은 증가되고, 유리의 비중도 증가되며, 화학안정성도 악화된다. 그러므로 함유량의 범위는 8-20%이며, 바람직하게는 10-17%이다.
MgF2은 유리중에서 유리상수를 조절하고, 유리의 경도와 화학안정성을 향상시키며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과에 달하지 못한다.
또한, 함유량이 너무 높으면, 유리융해의 제조는 곤란하게 된다. 그러므로 함유량의 범위는 7-12%이다.
Ba(PO3)2은 유리중에서 유리의 형성을 안정시키고, 또한 유리상수를 조절시키며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과에 달하지 못한다.
또한, 함유량이 너무 높으면, 유리화학안정은 악화된다. 그러므로 함유량의 범위는 0-8%이며, 바람직하게는 1-5%이다.
YF3은 유리중에서 유리의 굴절률을 조절하며, 만약 함유량이 너무 낮으면, 상기 효과에 달하지 못한다.
또한, 함유량이 너무 높으면, 유리굴절률은 필요되는 범위를 벗어난다. 그러므로 함유량의 범위는 0-3%이며, 바람직하게는 0.1-3%이다.
BaCl2은 청징제로 첨가되며, 만약 함유량이 너무 높으면, Cl은 용융설비의 Pt에 손해를 발생시킨다. 그러므로 함유량의 범위는 0-0.5%로 한정한다.
본 발명의 광학 유리의 제조방법은 아래와 같다.
1) mol비례에 따라 각 성분의 산화물, 탄산염과 질산염 등 광학 유리의 원료를 측정하여, 충분히 혼합한 후 백금 도가니에 첨가시킨다.
2) 700-1100℃에서 융화, 정제, 균질 후 냉각시킨다.
3) 용융유리액을 예열된 금속 몰드에 주입시키고, 유리와 금속 몰드를 같이 어니일링로에 넝어 아닐링하며, 냉각시킨다.
본 발명에서, 상기 유리의 구성을 통해, 특히 상기 바람직한 범위내의 구성은 아래와 같은 바람직한 특성을 갖게 한다.
즉 본 발명의 광학 유리의 굴절률(nd)의 범위는 1.45-1.52이고, 아베수(vd)의 범위는 78-85이며, 전이 온도(Tg)는 465℃보다 낮으며, 밀도(D)는 3.8g/cm3보다 작으며, 유리의 경도(Hk)는 360(107pa)보다 크며, 유리의 출탕온도는 620-750℃사이이다.
그중에서, 굴절률(nd)의 값은 (-2℃/h)-(-6℃/h)의 아닐링 값이며, 굴절률과 분산 계수는 <GB/T7962.1-1987 무색광학유리측정방법 굴절률과 분산 계수>에 근거하여 측정된다.
전이 온도(Tg)는 <GB/T7962.16-1987 무색광학유리측정방법 선팽창계수, 전이 온도와 항복온도>에 근거하여 측정된다. 즉 샘플은 일정한 온도범위내에서 1℃씩 올라갈 때마다 샘플의 팽창곡선에 나타나며, 저온 구역과 고온 구역의 직선부분은 연장 교차되며, 그 교차에 대응되는 온도를 측정한다.
밀도는 <GB/T7962.20-1987 무색광학유리측정방법 밀도측정방법>에 근거하여 측정된다.
유리 경도는 <GB/T7962.21-1987 무색광학유리측정방법 K-경도>에 근거하여 측정된다.
유리의 출탕온도의 측정에 있어서, 유리를 170mm＊7mm＊7mm의 샘플로 제작하여, 결정로에 넣고 1200℃로 상승시키며, 4시간 보온한 후 샘플을 꺼내서 상온까지 냉각시키며, 확대경으로 샘플을 관측하며, 유리의 결정화의 상황에 근거하여 측정을 진행한다.
본 발명의 광학 유리는 압력성형용 유리의 예비 재료에 사용될 수 있고, 또는 직접 용융 유리를 압력 성형시킬 수 있다. 유리의 예비 재료에 사용되는 제조방법과 열성형 방법은 특히 제한된 것이 아니며, 공지된 제조방법 및 성형방법을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 유리로 제작된 예비 재료로 압력가공을 진행하여, 광학 소자를 제조할 수 있으며, 또는 직접 용융, 연화된 광학 유리에 대해 압력가공을 진행하여 광학 소자를 제조할 수 있다.
또한, 광학 소자는 양면 볼록 렌즈, 양면 오목 렌즈, 평면 볼록 렌즈(plano-convex lens), 평면 오목 렌즈, 볼록오목렌즈 등과 같은 각종의 렌즈, 반사경, 프리즘, 회절 격자 등에 사용될 수 있다.
본 발명의 광학 유리의 실시예 1-14의 구성과 이러한 유리의 굴절률, 아베수, 전이 온도, 밀도, 경도, 출탕온도는 아래의 표 1, 표 2와 같다. 각 성분의 구성은 mol%로 표시한다.
표 1
Figure 112011081271421-pct00001
표 2
Figure 112011081271421-pct00002
표 1내지 표 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 광학 유리는 모두 상기 특정 범위의 광학상수를 갖고 있다. 즉 굴절률(nd)의 범위는 1.45-1.52이고, 아베수(vd)의 범위는 78-85이며, 전이 온도(Tg)는 465℃보다 낮으며, 유리의 출탕온도는 620-750℃사이이며, 밀도(D)는 3.8g/cm3보다 작으며, 유리의 경도(Hk)는 360(107pa)보다 크며, 또한 정밀 압력 성형에 사용되는 예비 재료 및 정밀 압력 성형에 적용된다.

Claims (14)

  1. 유리의 굴절률은 1.45-1.52이고, 아베수는 78-85이며, 전이 온도는 465℃보다 낮으며, 밀도는 3.8g/cm3보다 작으며, 경도는 360(107pa)보다 큰 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  2. 제 1항에 있어서,
    구성성분은 mol백분율에 의하면, AlF3은 18-25%이고, Al(PO3)3은 5-20%이며, MgF2은 7-12%이며, CaF2은 15-25%이며, SrF2은 18-25%이며, BaF2은 8-20%이며, Ba(PO3)2은 0-8%이며, YF3은 0-3%이며, BaCl2은 0-0.5%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  3. 제 2항에 있어서,
    그중에서, AlF3은 18-22%이고, Al(PO3)3은 8-15%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  4. 제 2항에 있어서,
    그중에서, CaF2은 17-22%이고, SrF2은 20-25%이며, BaF2은 10-17%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  5. 제 2항에 있어서,
    그중에서, Ba(PO3)2은 1-5%이고, YF3은 0.1-3%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  6. 제 2항에 있어서,
    구성성분은 mol백분율에 의하면, AlF3은 18-22%이고, Al(PO3)3은 8-15%이며, CaF2은 17-22%이며, SrF2은 20-25%이며, BaF2은 10-17%이며, Ba(PO3)2은 1-5%이며, YF3은 0.1-3%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  7. 구성성분은 mol백분율에 의하면, AlF3은 18-25%이고, Al(PO3)3은 5-20%이며, MgF2은 7-12%이며, CaF2은 15-25%이며, SrF2은 18-25%이며, BaF2은 8-20%이며, Ba(PO3)2은 0-8%이며, YF3은 0-3%이며, BaCl2은 0-0.5%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  8. 제 7항에 있어서,
    그중에서, AlF3은 18-22%이고, Al(PO3)3은 8-15%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  9. 제 7항에 있어서,
    그중에서, CaF2은 17-22%이고, SrF2은 20-25%이며, BaF2은 10-17%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  10. 제 7항에 있어서,
    그중에서, Ba(PO3)2은 1-5%이고, YF3은 0.1-3%인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유리의 출탕온도 범위는 620-750℃사이인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  12. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루오로인산염 광학 유리로 제조된 유리 예형인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  13. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루오로인산염 광학 유리로 제조된 광학 소자인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
  14. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플루오로인산염 광학 유리로 제조된 광학기기인 것을 특징으로 하는 일종의 플루오로인산염 광학 유리.
    .
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