TWI413626B - 硬火石及鑭硬火石位置之無鉛光學玻璃 - Google Patents

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Description

硬火石及鑭硬火石位置之無鉛光學玻璃
本發明係關於一種光學玻璃、此類玻璃之製造、此類玻璃之用途、光學元件或此類光學元件之預成型件以及包括此類光學元件之光學部件或光學組件。
本文主張之光學位置(極硬火石及鑭硬火石位置)之習知光學玻璃通常含有PbO，以便實現所需之光學性質，即，較佳折射率nd 為1.82nd 2.00，及/或阿貝數vd 為18vd 28，但尤其為實現高折射率。因此，此等玻璃在化學方面不太穩定。
另外，As2 O3 常用作澄清劑。由於近年來已將玻璃組分PbO及As2 O3 視為對環境有害，因此光學儀器及產品之大多數製造商傾向於偏愛使用無鉛且無砷之玻璃。為在高價格範圍產品中使用，具有增加之化學穩定性之玻璃亦變得越來越重要。
已知之具有高折射率及低阿貝數之硬火石或鑭硬火石位置之無鉛玻璃通常在矽酸鹽基質中含有大量TiO2 ，此導致極端之結晶不穩定性，且因此導致常在二級模製步驟中不可處理之玻璃。且含有TiO2 之玻璃亦很難以機械方式處理。
為了替代迄今為止用具有塊或錠形式之玻璃進行光學組件之習知加工法，目前之數種製造方法已越來越重要，其中可在玻璃熔化結束時直接獲得直接壓製件(即，與最終輪廓盡可能接近之精密壓製光學組件及/或用於重新壓製之預成型件，即所謂之"精密料塊")。"精密料塊"通常指較佳經完全火焰拋光、半自由或自由成型之玻璃部分，其可經由各種製造方法獲得。
出於此原因，在熔化及模製製程技術之情形中已經越來越多地報告對"短性"玻璃(即，黏度隨溫度劇烈變化之玻璃)之需要。此方法具有處理優勢，即在接近最終幾何形狀之精密模製過程中可能減少模製次數，且因此減少模具閉合次數。以此方式，一方面增加產量，且另一方面節省模具材料，此對整個製造成本具有極為積極之作用。另外，由於藉此獲得之較快凝固，因此亦可能加工與相應較長玻璃相比具有更易於結晶性之玻璃，且將避免或至少明顯減少可能在稍後二級模製步驟中引發問題之預成核(pre－nucleation)。
出於相同原因，亦期待玻璃在絕對項中之溫度－黏度曲線包括模製範圍中之低溫。藉由較低之製程溫度，此亦有利於增加模具壽命，且藉由較快之無應力之冷卻，亦有利於低預成核率。此亦提供更大範圍之可能更經濟之模具材料，此在接近最終幾何形狀之精密模製中尤其顯著。
鑒於本發明，可列入考慮之先前技術為：JP 92027180 B(Hoya Corp.)、US 2004－053768 A(Alcatel)、US 2005－0202952(Hoya Corp.)及WO 03/062162(Ohara)。
由此先前技術可能製造具有類似光學位置或具有相當化學成分之玻璃，但其在與根據本發明之玻璃進行直接比較時顯示出顯著之缺點：JP 92027180 B揭示光學亞碲酸磷酸鹽玻璃，其可能具有類似之光學位置。但因為形成網路之碲及鉛氧化物之必然性，該玻璃除其同樣延伸至玻璃批料及原始材料之高毒性之外亦展示不適用於精密模製(玻璃長度)之溫度－黏度曲線。
US 2004－053768 A揭示拉曼活性纖維核玻璃之玻璃組成。此等玻璃成分必須基於高矽酸鹽基礎(30－90 Mol%)，且在較佳實施例中僅含有4個成分。除僅有之非常小的可獲得之折射率之外，彼等玻璃展示非常高之絕對黏度及不可經由精密模製處理之長度。此外，具有高矽酸鹽含量及很少其它成分之玻璃易發生結晶，此在光學組件/部件(透鏡、稜鏡及其它)之二級精密模製過程中難以處置。
US 2005－0202952根據本發明之玻璃揭示一種用於精密模製之玻璃系統，與本發明之玻璃相比，其展示較高之結晶傾向之缺點。原因為基於高達4 Mol%之強制矽酸鹽含量。原則上，SiO2 (與Bi2 O3 及/或GeO2 相比)導致在磷酸鹽基質中之溶解性問題，使得其網路形成之效果(自不同玻璃系統中已知)變為相反，且尤其在二級精密模製過程中以及在初級精密模製期間之熔化物中會促進結晶。此外，在結晶之前即已產生散光的、膠狀前驅體，該等前驅體顯著地至少減少玻璃之透射。另外，SiO2 降低可實現之折射率及色散。
WO 03/062162揭示鈮鋇磷酸鹽玻璃。根據所提及之實例，至少使用SiO2 及/或B2 O3 抵抗失透明來使此等玻璃穩定。對於此等玻璃，必須考慮以下與根據本發明之玻璃相比所具有之缺點：若SiO2 用於磷酸鹽玻璃系統，則將導致已在US 2005－0202952中論述之關於結晶、光學位置及透射之缺點。因為坩鍋停留時間之緣故，在高質量光學磷酸鹽玻璃中禁止施加B2 O3 ：結合已對耐火材料非常具有侵蝕性之玻璃，因為其磷酸鹽基質之緣故，在施加B2 O3 (尤其與Li2 O組合)之情況下，此效應更明顯增加，且極大地縮短坩鍋停留時間。坩鍋材料在熔化物中之額外膠狀轉移會劇烈降低在整個波長範圍上之透射。若坩鍋材料為鉑、鉑合金或相關合金，則金屬離子之溶解含量將進一步藉由特定吸收而降低透射。常在光譜範圍之一直為敏感之"藍邊"處觀察到此效應。另外，強制之B2 O3 含量使玻璃之可實現之光學位置限於低折射率及色散。對於尤其根據此先前技術所主張之技術玻璃，折射率及透射降低效應並不重要，此與此類效應對於根據本發明之光學玻璃具有之重要性形成鮮明對比。
因此，本發明之目的為提供避免上述先前技術之所述問題及促進所需光學特性之光學玻璃。此等玻璃應較佳可藉由精密壓製方法進行加工，且具有低轉變溫度。另外，其應可容易熔化及加工，且對於二級模製步驟及/或在連續運行之工廠中之製造而言具有充分之結晶穩定性。而且需要一種黏度範圍在107.6 至1013 dPas之盡可能短性之玻璃。
藉由申請專利範圍中所描述之本發明之實施例實現以上目的。
明確而言，提供一種光學玻璃，其包括以下成分(以氧化物計算之重量%)：
根據本發明之玻璃具有1.82nd 2.00、較佳為1.84nd 1.98且更佳為1.88nd 1.94之折射率(nd )，及/或18vd 28、較佳為19vd 26且更佳為19vd 24之阿貝數(vd )。
除非在相應處另外指示，否則表示法"無X"或"無成分X"意味玻璃實質上無此成分X，即，此成分最多作為雜質而存在於玻璃中，然而不將其作為單獨成分添加至玻璃組份中。X表示任意成分，例如B2 O3 。
術語"光學位置"期望指玻璃在阿貝圖中之位置，其由玻璃之nd 及vd 值界定。
基本之玻璃系統為鈮鉍磷酸鹽玻璃，磷酸鹽用作用於調節所要光學位置所需之鈮及鉍氧化物之溶劑。
玻璃含有磷酸鹽，即P2 O5 之比例至少12重量%，較佳至少14重量%，更佳至少16重量%。P2 O5 之比例限於最多為35重量%，較佳最多為32重量%，尤其較佳最多為30重量%。在高於約35重量%之磷酸鹽水平下，對處在足以獲得高折射率之水平下之玻璃不可添加更多高折射率成分。
此外，該玻璃含有至少三種用於增加折射率之成分；特定而言，該玻璃含有至少Nb2 O5 、Bi2 O3 及BaO。
作為用於實現所要光學位置且尤其為高折射率之主要或一級成分，玻璃含有之Nb2 O5 之比例至少為30重量%，較佳至少為33重量%，且更佳至少35重量%，且最多為50重量%，較佳最多為49重量%，更佳最多為48重量%。多於50重量%之Nb2 O5 含量將存在使Nb2 O5 在基質中不再完全溶解之風險，且可能因此導致熔化物結晶。
為確保Nb2 O5 在玻璃基質中之溶解度，Nb2 O5 與P2 O5 之比率亦應位於特定範圍中。Nb2 O5 /P2 O5 比率(以重量%計)較佳最大為4.5，更佳最大為3.5，最佳最大為3.0。Nb2 O5 /P2 O5 比率高於4.5時，玻璃變得不穩定；可能由於分層及/或結晶而發生"失透明"。Nb2 O5 /P2 O5 比率(以重量%計)較佳最小為約0.7，更佳最小為0.9，尤其較佳最小為1.2。考慮到失透明穩定性，事實上需要非常低或顯著較低之Nb2 O5 /P2 O5 比率，但將需要高得多之絕對磷酸鹽含量，使得將不可能引入足夠之高折射率成分(例如，TiO2 、ZrO2 及BaO)以便實現此處所要之折射率位置，及/或網路改良劑、尤其為二價金屬氧化物MO(即，此處為鹼土金屬氧化物MgO、CaO、BaO)以便調節材料之所要短性。
此即為何較佳將額外展示網路形成特性之額外高折射率成分(即較佳Bi2 O3 及GeO2 )添加至根據本發明之玻璃以便實現所要之折射率位置的原因。因此即使在同等較高之Nb2 O5 /P2 O5 比率下亦可使材料穩定。
作為用於實現所要折射率位置之第二主要成分或二級成分，除Nb2 O5 之外，根據本發明之玻璃亦含有高折射率Bi2 O3 ，其比例至少為2重量%，較佳至少為4重量%，且最多為13重量%，較佳為最多為11重量%。當Bi2 O3 含量小於2重量%時，將不可能實現所要之高折射率。另外，具有其作為網路形成劑之特性之Bi2 O3 促進網路結構之額外產生。此等亦在精密模製過程期間促進對抗結晶傾向之穩定性，該結晶傾向在不具有額外網路形成劑之鈮磷酸鹽玻璃中可觀察到。在含量小於2重量%之情況下，不能實現此效果。另一方面，含量多於13重量%將太過於加強網路，使得將出現與溫度黏度特性相關之不良效果。該玻璃將變得長性，且因此失去其用於精密模製之資格。
作為用於實現所要折射率位置之第三主要成分或三級成分，除Nb2 O5 及Bi2 O3 之外，根據本發明之玻璃另外亦含有網路形成GeO2 ，其比例至少為0.1重量%，較佳至少為0.5重量%，且最多為7重量%，較佳為最多為1重量%。在比例小於0.1重量%之情況下，不可實現此效應，亦不可實現具有高折射率及高色散(小阿貝數)之光學位置。另一方面，含量多於7重量%將很大程度上加強網路，使得將出現與溫度黏度特性相關之不良效應。該玻璃將變得長性，且因此失去其用於精密模製之資格。
儘管Nb2 O5 在高於50重量%之比例下不再完全溶解在基質中且可能導致熔化物結晶，但令人驚奇，高達50重量%之Nb2 O5 及高達7重量%之GeO2 及/或高達13重量%之Bi2 O3 的混合物即使在此種高水平下仍然良好地溶解。
作為用於實現或精細調節所要光學位置之其它成分，根據本發明之玻璃含有高折射率但並非網路穩定之成分BaO及WO3 。此等成分經由其網路修改特徵在本質上有助於調節適用於精密模製之黏度溫度曲線(短性玻璃)。
其中所使用之鹼土金屬氧化物BaO之比例至少為7重量%，較佳至少為9重量%，且最多<17重量%，較佳最多為16重量%，且更佳最多為15重量%。在BaO含量小於7重量%之情況下，無論鈮、鉍及鍺氧化物含量為多少，均不可實現高折射率。尤其不可實現需用於精密模製玻璃之"陡度"。另一方面在BaO含量為17重量%或更多之情況下，所出現之網路不穩定效應將非常強烈，使得在熔化物中以及一級及二級精密模製中將出現不可接受地高之結晶傾向。
在根據本發明之玻璃中採用氧化鎢(WO3 )，其比例至少為2重量%，較佳至少為4重量%，且最多為14重量%，較佳最多為12重量%。與氧化鋇等效，除調節所要之光學位置之外(高色散處之高折射率)，此範圍內之比例獨佔地適合於調節需用於精密模製之陡度。
少量地添加的作為其它高折射率成分之TiO2 及ZrO2 可證實有利於根據本發明之玻璃。進而每種化合物之比例限於最多7重量%，且較佳最多5重量%。但較佳地，根據本發明之多數實施例，成分TiO2 及ZrO2 之含量總和限於最多7重量%。限制此等成分亦為所需的，以便不增加玻璃之結晶傾向且不增加硬度(例如，以努普硬度值或磨蝕性作為特徵)。此硬度上之增加將證明非常不利於冷修整過程(例如，研磨及拋光)。因為增加之硬度，處理時間及/或工具磨損將增加，且因此處理及組件之成本將上升。因此，根據本發明之較佳實施例，玻璃無TiO2 及/或ZrO2 ，較佳無此兩種成分。
出於減小根據本發明之玻璃之結晶敏感度之目的，可添加含量為最多6重量%，較佳最多4重量%之少量ZnO，此防止或阻礙晶體結構之形成。然而大於6重量%之ZnO水平降低折射率，使得不能實現所要之光學位置。
可將鹼金屬氧化物Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O添加至根據本發明之玻璃以用於特殊之專用調適(例如以便使玻璃適合於離子交換)，以用於溫度黏度曲線或光學位置之精細調適。鹼金屬氧化物之總比例較佳低於10重量%，更佳最多8重量%。10重量%或更多之水平導致較低折射率、較高熱膨脹及/或"較長性玻璃"之方向上的不可接受之劇烈影響，以及由於增加之離子遷移率而導致之結晶。
根據本發明之玻璃之某些實施例含有Li2 O，其比例最多4重量%，較佳最多2重量%，且最佳最多1重量%。然而，根據本發明之玻璃之某些實施例無Li2 O。多於4重量%之氧化鋰含量一般並非所需，且導致熔化物對耐火材料之侵蝕性提高。此導致耐火材料強烈侵蝕進入玻璃，且縮短設備壽命。若鉑用作耐高溫材料，此導致藍色光譜邊緣處之透射損失，且在使用陶瓷材料時，此藉由異質結晶核之進入而導致熔化物中以及一級及二級模製過程中之結晶敏感度提高。
對於黏度溫度曲線之精細調節，根據本發明之玻璃可具有含量最多為6重量%，較佳最多為4重量%之群MO之二價金屬氧化物(即，MgO、CaO、SrO及/或ZnO)中之每一者。此等氧化物之更佳之量為總共8重量%。使用此方法獲得之"被迫型混合物"使得可藉由對抗行為來降低玻璃之結晶敏感度。
若存在，氟化物所存在之量至多僅為6重量%，較佳至多4重量%，且更佳至多2重量%。可存在非常少量(ppm)之氟化物，以便掩蓋彩色效應。玻璃較佳無此成分。
超過MO及F之此上限將對黏度溫度曲線有不良影響(過於短性之玻璃)，且由於顯著降低折射率及增加阿貝數而與所要之光學位置偏離。
根據本發明之玻璃之特殊實例亦較佳無B2 O3 。B2 O3 對玻璃有不良影響，尤其為與鉑熔化設備組合時。B2 O3 本質上導致玻璃中離子遷移率之增加，此導致提高之失透明敏感度。與在鉑坩堝中熔化組合時此效應增劇，因為由於其對坩堝材料之侵蝕，B2 O3 增加異質鉑核之進入。另外，增加之鉑進入亦劣化透射，尤其為在藍色光譜範圍中之透射。
由於根據本發明之玻璃對氧化還原反應敏感，因此在熔化時使條件轉向還原條件可導致玻璃由於所得之膠體微粒而引起強烈著色。為抵消此效應及避免過度還原之熔化物，根據本發明之玻璃含有Sb2 O3 ，其比例至少為0.1重量%，較佳至少為0.2重量%，且最多為2重量%，較佳最多為0.8重量%。因此，此成分僅次要地用作澄清劑，且主要用以確保氧化性熔化條件。然而，由於Sb2 O3 具有固有之吸收性，所以不應超過2重量%之水平。Sb2 O3 水平越高，藍色光譜範圍內之吸收邊緣向較高波長之轉移越強烈，使得使可見範圍成像時之色差可能隨著Sb2 O3 量之增加而發生。較佳實施例無此成分。
除Sb2 O3 之外，根據本發明之玻璃可含有少量其它習知澄清劑。此等另外添加之澄清劑之總量較佳最多為1重量%，此等量進一步添加至剩餘玻璃組分之成分從而構成100重量%。以下成分可用作其它澄清劑(以另外對剩餘玻璃組分之重量%計)：As2 O3 0－1 及/或SnO 0－1 及/或SO4 2－ 0－1 及/或NaCl 0－1 及/或F－ 0－1
為在可實現之光學位置範圍內更靈活地調節特殊之光學位置，根據本發明之玻璃亦可含有群La2 O3 、Y2 O3 、Gd2 O3 、Ta2 O5 、Yb2 O5 中之一或多種氧化物，其總比例為最多5重量%，較佳最多為2重量%。此群La2 O3 、Y2 O3 、Gd2 O3 、Ta2 O5 、Yb2 O5 中成分之總含量增加超過5重量%將導致透射損耗(由於Y2 O3 、La2 O3 、Gd2 O3 、Yb2 O5 )及/或增加之失透明敏感度(由於La2 O3 )。
根據光學玻璃之多數實施例，根據本發明之玻璃較佳無著色及/或光學活性(例如雷射活性)成分。根據本發明之特殊實施例，當用作用於光學過濾器或固態雷射器之基底玻璃時，根據本發明之玻璃可仍然含有之著色及/或光學活性(例如雷射活性)成分之比例最多為5重量%。
根據多數實施例，根據本發明之玻璃較佳無氧化鋁。然而，根據本發明之特定實施例，玻璃亦適用於離子交換過程。根據此實施例，玻璃較佳含有Al2 O3 。最多6重量%之低Al2 O3 比例促進材料中結構之形成，此亦藉由增加離子遷移率而有利於離子交換。然而，使Al2 O3 含量增加超過6重量%將導致增加之失透明敏感度及非所需之玻璃"長度"，因此並非較佳的。根據此實施例之玻璃亦可含有之氧化銀之比例為5重量%，較佳為2重量%。然而，使氧化銀含量增加超過5重量%將導致玻璃透射之損耗。
根據本發明之一個實施例，玻璃無對環境有害之成分，例如鉛及/或砷。
根據本發明之另一實施例，根據本發明之玻璃亦較佳無申請專利範圍及/或此說明中未提及之其它成分，即，根據此實施例，玻璃本質上由該等成分組成。在此情況下，表示法"本質上由…組成"意味其它成分最多作為雜質存在，但不會作為單獨成分有意添加至玻璃組分。
根據本發明之一個實施例，根據本發明之玻璃較佳由占玻璃之自90重量%至95%、更佳98重量%、最佳99重量%的上文提及之該等成分所組成。
根據一個實施例，根據本發明之玻璃"無污染物"，即，其本質上無藉由熔化過程作為雜質而引入之化合物。特定而言，玻璃無有關SiO2 之污染物，且亦無有關金屬坩堝材料(尤其為Pt0/I 、Au、Ir或此等金屬之合金)殘餘物之污染物。表示法"無污染物"意味此等成分並不作為成分添加至玻璃批量中，或並不藉由熔化玻璃時之坩堝腐蝕而作為雜質引入玻璃中。表示法"無有關SiO2 之污染物"意味玻璃含有最多0.1重量%之SiO2 ，較佳最多為500 ppm。
表示法"無有關金屬坩堝材料殘餘物之污染物"意味玻璃含有最多100 ppm，較佳最多為60 ppm之此種金屬坩堝材料殘餘物。根據此實施例之玻璃具有顯著增加之透射以及較大程度增加之結晶穩定性。增加之結晶穩定性在此情況下基於缺少異質SiO2 及/或金屬結晶核，其通常藉由自個別選擇之坩堝材料進入而進入熔化物。藉由缺乏散射膠體Pt0 微粒及散射矽酸鹽微粒以及基於上述物質之微結晶，避免整個頻帶範圍內之透射減少。吸收其整個頻帶譜之PtI 或類似金屬離子之缺乏亦導致改進之透射。可藉由合適之過程控制獲得根據此實施例之玻璃。特定而言，熔化坩堝或熔化槽必須充分冷卻以使得玻璃之塗層形成在熔化槽之表面上，且玻璃熔化物本身在本質上不會與坩堝或槽之表面接觸，且塗層用以保護坩堝或槽不受雜質影響。
根據本發明之所有玻璃均具有最多660℃之Tg、均結晶穩定，且可良好地加工。
根據本發明之所有玻璃均具有在以約7 K/h之冷卻速率冷卻之量測樣本上大於或等於130×10－4 之不規則相對部分色散△Pg,F ，即，其高度適用於彩色成像系統中之光學彩色校正。
根據本發明之所有玻璃均具有小於等於4.7 g/cm3 之特定密度ρ。由於其相對低之承載質量，由其製成之光學元件及/或光學組件因此尤其適用於移動/攜帶型單元。
根據本發明之所有玻璃均具有自20至300℃範圍內最多11×10－7 /K之熱膨脹係數α。因此，其與已知之磷酸鹽玻璃顯著不同，已知之磷酸鹽玻璃由於其在約14×10－7 /K區域中之極高之熱膨脹，因而在再加工及組裝技術中存在熱應力之問題。
而且，根據本發明之所有玻璃亦具有良好之化學穩定性及針對結晶之穩定性，即結晶穩定性。此外，其以接近最終幾何形狀之良好可熔性及靈活可加工性、由於加工成本減少獲得之低製造成本、良好之離子交換特性及良好之環境友好性而著稱。
藉由使用根據本發明之玻璃，實現光學位置、黏度溫度曲線及加工溫度之調節，使得即使用敏感之精密機器亦能確保接近最終幾何形狀之高度指定之模製。此外，實現結晶穩定性及黏度溫度曲線之校正，使得可能容易對玻璃進行進一步熱處理，例如壓製或重新壓製或離子交換過程。
此外，本發明係關於一種用於製造光學玻璃之方法，其包括在熔化物中建立氧化條件之步驟。
根據依照本發明之方法之一個實施例，將至少有效比例之成分(特定而言至少為0.2重量%)作為硝酸鹽添加至待熔化之批量中。舉例而言，在硝酸鹽情況下，"0.2重量%"意味0.2重量%之相應金屬氧化物被重新計算為相同莫耳比例之相應硝酸鹽，且將此比例作為硝酸鹽添加至熔化物批量中。硝酸鹽在氧化還原澄清系統中氧化澄清劑本身，因此當用AS2 O3 及/或Sb2 O3 澄清時為較佳使用的。
可同樣將氧化氣體引入熔化物以便設定熔化物中之氧化條件，含有氧之氣體(例如空氣或純氧氣)較佳。
此外，熔化坩堝或熔化槽可充分冷卻以使得玻璃之塗層形成於熔化槽之表面上，且玻璃熔化物本身在本質上不會與坩堝或槽之表面接觸，且塗層用以保護坩堝或槽不受雜質影響。
磷酸鹽比例較佳作為複合磷酸鹽添加至批量中，即，並非以自由P2 O5 之形式而是作為具有其它成分之化合物(例如，作為例如Ba(H2 PO4 )2 之磷酸衍生物)來添加磷酸鹽。
此外，本發明係關於根據本發明之玻璃在成像、感測器、顯微術、醫療技術、數位投影、電信、光學通信工程/資訊傳輸、汽車行業中之光學元件/照明、光微影、步進器、準分子雷射器、晶圓、電腦晶片以及積體電路及含有此類電路及晶片之電子裝置之應用領域的用途。
此外，本發明係關於包含根據本發明之玻璃之光學元件。在此情況下，光學元件可特定為透鏡、稜鏡、光導桿、陣列、光纖、梯度組件、光學窗及緊湊組件。根據本發明，術語"光學元件"亦包括此光學元件之預成型件，例如料塊、精密料塊及類似物。
此外，本發明係關於一種用於製造光學元件或光學組件之方法，其包含以下步驟：－壓製根據本發明之光學玻璃。
玻璃之壓製較佳為精密壓製過程。
根據一個實施例，藉由重新壓製將玻璃加工為光學組件。
根據本發明使用之術語"精密壓製"指一種壓製方法，其中所製造之光學組件之表面在精密壓製之後不再需要修整或拋光，而是具有實質充分之表面品質。
在習知壓製方法中，表面在壓製之後並無充分之光學品質，且受壓件必須(例如)在進一步使用之前進行拋光。
作為開始材料，可自熔化物直接加工用於壓製方法之玻璃。在精密壓製之情況下，便使用術語"精密模製"。
作為自玻璃熔化物進行壓製之替代方法，可重新加熱凝固之玻璃料塊；在此情況下壓製過程為二級模製過程，其亦稱為重新壓製。對玻璃之此種重新壓製之要求非常嚴格。此等玻璃必須比自熔化物直接處理且未二次加熱至加工溫度之玻璃具有基本上更高之結晶穩定性。
對於重新壓製，可使用料塊或鋸成之預成型件。所謂之精密料塊亦較佳用於精密壓製，即，凝固之玻璃料塊，其重量已對應於將製造之光學組件之最終重量，且其形狀亦較佳類似於將製造之光學組件之最終形狀。在此等精密料塊之情況下，重新壓製不會留下在進一步加工步驟中必須去除之多餘材料之突出毛口。
此外，本發明係關於使用此種元件來製造光學部件，例如感測器、顯微術、醫療技術、數位投影、電信、光學通信工程/資訊傳輸、汽車行業中之光學元件/照明、光微影、步進器、準分子雷射器、晶圓、電腦晶片以及積體電路及含有此類電路及晶片之電子裝置。
此外，本發明係關於包括上文提及之光學元件之例如用於成像感測器、顯微術、醫療技術、數位投影、電信、光學通信工程/資訊傳輸、汽車行業中之光學元件/照明、光微影、步進器、準分子雷射器、晶圓、電腦晶片以及積體電路及含有此類電路及晶片之電子裝置之光學部件。
以下將藉由一系列實例更詳細地解釋本發明。然而本發明不限於所述實例。
實例
表2含有在較佳組分範圍內之13個例示性實施例，以及兩個比較性實例。如下製成實例中描述之玻璃：稱出氧化物之原材料(較佳為相應之碳酸鹽)及磷酸鹽比例(較佳為複合磷酸鹽)，添加一或多種澄清劑(例如Sb2 O3 )，且隨後將其良好地混合。玻璃批量在不連續之批量熔化設備中在約1200℃下熔化，隨後被精煉(1250℃)並均質化。在約1000℃之鑄造溫度下，玻璃可被鑄造並加工成所要之尺寸。經驗顯示，在大容量之連續設備中，溫度可降低至少約100 K，且可藉由模製方法(例如，精密壓製)將材料加工成接近最終幾何形狀。
如實例4，表2中指定以此方式獲得之玻璃之特性。
實例1至13之所有玻璃均具有含量低於0.1重量%之SiO2 及含量低於100 ppm之金屬坩堝材料殘餘物。其以高結晶穩定性及優良之透明度著稱。
比較性實例A及B展示玻璃組分，對於此，由於高流量材料含量位於根據本發明之組分範圍之外(鹼金屬氧化物高於10重量%)，所以實際上獲得異質熔化質量，但藉由組分之冷卻，出現微小之失透明，使得產生透明之玻璃陶瓷材料。然而，對光學資料之量測為可能的。藉由查看逐步升高之熱特性值(在此情況下，例如熱膨脹係數)，相位轉變變得特別明顯。
根據本發明之玻璃與已知之此位置之光學玻璃具有共同之光學資料。然而其以較好之化學穩定性及機械加工性、由於減少之原材料及處理成本而獲得之較低製造成本、由於其短性而獲得之充分結晶穩定性以及良好環境友好性而著稱。藉由由實例(表2)支援之根據本發明之玻璃，實現對結晶穩定性及黏度－溫度曲線之調節，使得可容易地對玻璃進行進一步熱處理(壓製或重新壓製)。

Claims (18)

  1. 一種無鉛光學玻璃，其包括以下組成(以氧化物之重量%計)：P2 O5 12 - 35 Nb2 O5 30 - 50 Bi2 O3 2 - 13 GeO2 0.1 - 7 BaO 7 - <17 Na2 O 0 - 1.5 WO3 2 - 14。
  2. 如請求項1之玻璃，其中該玻璃無B2 O3 且/或無有關SiO2 之污染物及/或有關金屬坩鍋材料殘餘物之污染物。
  3. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含TiO2 及ZrO2 之至少一者，且TiO2 +ZrO2 之總含量不超過7重量%。
  4. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含氧化物Li2 O、Na2 O、K2 O及Cs2 O之至少一者，且界定為該氧化物Li2 O+Na2 O+K2 O+Cs2 O之總和之鹼金屬氧化物含量最多為8重量%，且/或一單一鹼金屬氧化物在該玻璃中存在之量至多為6重量%。
  5. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含氧化物MgO、CaO、SrO及ZnO之至少一者，且該氧化物MgO、CaO、SrO及ZnO之總和最多為8重量%，且/或此等氧化物中之每一者所存在之量至多為6重量%。
  6. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含氧化鋁，且該氧化鋁含量總計最多為6重量%。
  7. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含氧化鋅， 且該氧化鋅含量總計最多為6重量%。
  8. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含Ag2 O，且該Ag2 O含量總計最多為5重量%。
  9. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃進一步包含氧化物La2 O3 、Y2 O3 、Gd2 O3 、Ta2 O5 及Yb2 O5 之至少一者，且該氧化物La2 O3 、Y2 O3 、Gd2 O3 、Ta2 O5 、Yb2 O5 之總含量至多為5重量%。
  10. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃無Pt及/或SiO2 。
  11. 如請求項1或2之玻璃，其中該玻璃包括至少一種選自由Sb2 O3 、As2 O3 、SnO、NaCl、SO4 2- 及F- 所組成之群的成分作為澄清劑，且該等成分係獨立地以至多1重量%之量存在。
  12. 如請求項1或2之玻璃，其特徵在於其折射率nd 為1.82nd 2.00，及/或阿貝數νd 為18νd 28。
  13. 一種製造如請求項1至12中任一項之玻璃之方法，根據該方法藉由將氧化氣體引入熔化物以在熔化物中設置氧化條件。
  14. 一種如請求項1至12中任一項之玻璃之用途，其用於例如透鏡、稜鏡、光導桿、陣列、光纖、梯度組件及光學窗等光學元件。
  15. 一種如請求項1至12中任一項之玻璃之用途，其用於製造光學部件或光學組件以用於感測器、顯微術、醫療技術、數位投影、電信、光學通信工程/資訊傳輸、汽車行業中之光學元件/照明、光微影、步進器、準分子雷射 器、晶圓、電腦晶片以及積體電路及含有此類電路及晶片之電子裝置。
  16. 一種光學元件，其包括透鏡、稜鏡、光導桿、陣列、光纖、梯度組件及光學窗，該光學元件包括如請求項1至12中任一項之玻璃。
  17. 一種用於製造一光學元件之方法，其包括以下步驟：- 壓製如請求項1至12中任一項之玻璃。
  18. 一種光學部件或光學組件，其用於成像、感測器、顯微術、醫療技術、數位投影、電信、光學通信工程/資訊傳輸、汽車行業中之光學元件/照明、光微影、步進器、準分子雷射器、晶圓、電腦晶片以及積體電路及含有此類電路及晶片之電子裝置，該等光學部件或光學組件包括如請求項1至12中任一項之玻璃。
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