TWI787826B - 環保玻璃材料 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種環保玻璃材料，其組分中含有SiO2 、ZnO、鹼金屬氧化物和S，但不含有Cd；所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，截止波長為550 nm以上，800～850 nm的透過率為75%以上，850～900 nm的透過率為80%以上，900～1000 nm的透過率為83%以上，1000～2000 nm的透過率為85%以上。通過合理的組分設計，本發明的玻璃材料在實現環保化的同時，實現紫外和可見光截止，以及近紅外高的透過率。

Description

環保玻璃材料
本發明涉及一種玻璃材料，尤其是涉及一種環境友好的紫外和可見光截止且近紅外透過率高的玻璃材料。
近年來，隨著光電產業的發展，800 nm～2000 nm近紅外波段探測應用程度越來越高，尤其智慧化設備，迫切需求使用近紅外鐳射以實現對周圍環境的即時感知，從而為智慧化設備的動作、運動提供決策，其實現的基礎是需要光學系統過濾掉對近紅外工作波段有干擾的紫外、可見光波段，並要求在近紅外波段有較高的透過率。
傳統的硒鎘玻璃能截止紫外可見波段，同時其近紅外波段透過率較高，其缺點是玻璃中含有大量的鎘（Cd），不能滿足現行環保標準，在生產、使用、廢棄等各環節對環境和人體帶來巨大的傷害；另外硒鎘玻璃化學穩定性差，不適用於需要承受惡劣環境的智慧設備上。
本發明所要解決的技術問題是提供一種環保的紫外和可見光截止且近紅外透過率高的玻璃材料。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是：
（1）環保玻璃材料，其組分中含有SiO2 、ZnO、鹼金屬氧化物和S，但不含有Cd；所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，截止波長為550 nm以上，800～850 nm的透過率為75%以上，850～900 nm的透過率為80%以上，900～1000 nm的透過率為83%以上，1000～2000 nm的透過率為85%以上。
（2）根據（1）所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，截止波長為600 nm以上，優選截止波長為650 nm以上，更優選截止波長為680 nm以上，進一步優選截止波長為700 nm以上。
（3）根據（1）所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，800～850 nm的透過率為77%以上，優選800～850 nm的透過率為80%以上。
（4）根據（1）所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，850～900 nm的透過率為82%以上，優選850～900 nm的透過率為83%以上。
（5）根據（1）所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，900～1000 nm的透過率為84%以上，優選900～1000 nm的透過率為85%以上。
（6）根據（1）所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，1000～2000 nm的透過率為86%以上，優選1000～2000 nm的透過率為87%以上。
（7）根據（1）所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2 ：35～80%；ZnO：5～35%；Na2 O：5～25%；K2 O：1～10%；S：0.2～8%；Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.5～10%。
（8）根據（7）所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，還含有：Li2 O：0～5%；和/或B2 O3 ：0～10%；和/或Al2 O3 ：0～5%；和/或MgO：0～5%；和/或CaO：0～5%；和/或SrO：0～10%；和/或BaO：0～10%；和/或；Se：0～5%；和/或F：0～5%。
（9）環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2 ：35～80%；ZnO：5～35%；Na2 O：5～25%；K2 O：1～10%；Li2 O：0～5%；S：0.2～8%；Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.5～10%；B2 O3 ：0～10%；Al2 O3 ：0～5%；MgO：0～5%；CaO：0～5%；SrO：0～10%；BaO：0～10%；Se：0～5%；F：0～5%，不含有Cd。
（10）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2 ：40～75%；和/或ZnO：7～30%；和/或Na2 O：7～22%；和/或K2 O：2～8%；和/或Li2 O：0～3%；和/或S：0.5～7%；和/或Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.8～9%；和/或B2 O3 ：0～5%；和/或Al2 O3 ：0～3%；和/或MgO：0～3%；和/或CaO：0～3%；和/或SrO：0～5%；和/或BaO：0～5%；和/或Se：0～4%；和/或F：0～3%。
（11）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2 ：42～73%；和/或ZnO：9～25%；和/或Na2 O：8～19%；和/或K2 O：3～7%；和/或S：1～6%；和/或Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.9～8%；和/或Se：0～3%；和/或Li2 O：0～2%；和/或B2 O3 ：0～3%；和/或Al2 O3 ：0～1%；和/或MgO：0～2%；和/或CaO：0～2%；和/或SrO：0～2%；和/或BaO：0～2%；和/或F：0～1%。
（12）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，含有：CuO+TiO2 +P2 O5 ：0～0.5%，優選CuO+TiO2 +P2 O5 ：0.0001～0.5%，更優選CuO+TiO2 +P2 O5 ：0.0001～0.4%，進一步優選CuO+TiO2 +P2 O5 ：0.0001～0.3%。
（13）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，其中：B2 O3 /SiO2 為0.23以下，優選B2 O3 /SiO2 為0.15以下，更優選B2 O3 /SiO2 為0.1以下。
（14）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，其中：ZnO/SiO2 為0.07～0.95，優選ZnO/SiO2 為0.10～0.75，更優選ZnO/SiO2 為0.15～0.60。
（15）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，其中：Se/S為1.5以下，優選Se/S為1.3以下，更優選Se/S為1.0以下，進一步優選Se/S為0.5以下。
（16）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，其中：（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/（Se+S）為0.1～25.0，優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)為0.2～15.0，更優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)為0.5～8.0，進一步優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)為1.0～5.0。
（17）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，其中：(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/Sb為3.0以下，優選(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/Sb為2.0以下，更優選(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/Sb為1.0以下，進一步優選(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/Sb為0.8以下。
（18）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，其組分以重量百分比表示，其中：Li2 O+Na2 O+K2 O為8～35%，優選Li2 O+Na2 O+K2 O為9～30%，更優選Li2 O+Na2 O+K2 O為10～22%。
（19）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料,不含有B2 O3 ；和/或不含有Li2 O；和/或不含有Sn；和/或不含有Te。
（20）根據（9）所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，截止波長為550 nm以上，優選截止波長為600 nm以上，更優選截止波長為650 nm以上，進一步優選為680 nm以上，更進一步優選為700 nm以上。
（21）根據（9）所述的環保玻璃材料, 所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，800～850 nm的透過率為75%以上，優選800～850 nm的透過率為77%以上，更優選800～850 nm的透過率為80%以上；和/或所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，850～900 nm的透過率為80%以上，優選850～900 nm的透過率為82%以上，更優選850～900 nm的透過率為83%以上；和/或所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，900～1000 nm的透過率為83%以上，優選900～1000 nm的透過率為84%以上，更優選900～1000 nm的透過率為85%以上；和/或所述環保玻璃材料的厚度為3 mm時，1000～2000 nm的透過率為85%以上，優選1000～2000 nm的透過率為86%以上，更優選1000～2000 nm的透過率為87%以上。
（22）根據（1）～（9）任一所述的環保玻璃材料，所述環保玻璃材料的耐酸作用穩定性為3類以上，優選為2類以上，更優選為1類；和/或耐水作用穩定性為3類以上，優選為2類以上，更優選為1類；和/或熱膨脹係數為80×10-7 /K以上，優選為85×10-7 /K以上，更優選為90×10-7 /K以上，進一步優選為95×10-7 /K以上。
（23）玻璃預製件，採用（1）～（22）任一所述的環保玻璃材料製成。
（24）玻璃元件，採用（1）～（22）任一所述的環保玻璃材料或（23）所述的玻璃預製件製成。
（25）一種設備，含有（1）～（22）任一所述的環保玻璃材料，和/或含有（24）所述的玻璃元件。
（26）（1）～（22）任一所述的環保玻璃材料的製造方法，所述方法包括以下步驟：
1）按環保玻璃材料的組分比例混合各原料，將混合均勻的原料投入到1300～1500℃的熔煉爐中熔制，形成熔融玻璃；
2）對熔融玻璃進行攪拌和均化；
3）將熔融玻璃澆注或漏注在模具內成型；
4）將步驟3）成型的玻璃或將步驟3）成型的玻璃進一步加工成玻璃預製件或玻璃元件後，在470～600℃中保溫10～60小時進行顯色處理。
（27）根據（26）所述的環保玻璃材料的製造方法，所述環保玻璃材料的原料使用複合鹽、和/或氫氧化物、和/或氧化物、和/或硫化物、和/或硒化物、和/或氟化物、和/或單質。
本發明的有益效果是：通過合理的組分設計，本發明的玻璃材料在實現環保化的同時，實現紫外和可見光截止，以及近紅外高的透過率。
下面，對本發明的實施方式進行詳細說明，但本發明不限於下述的實施方式，在本發明目的的範圍內可進行適當的變更來加以實施。此外，關於重複說明部分，雖然有適當的省略說明的情況，但不會因此而限制發明的主旨，在以下內容中，本發明環保玻璃材料有時候簡稱為玻璃。
[環保玻璃材料]
下面對本發明環保玻璃材料的各組分（成分）範圍進行說明。在本說明書中，如果沒有特殊說明，各組分的含量、合計含量全部採用重量百分比（wt%）表示。
除非在具體情況下另外指出，本文所列出的數值範圍包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端點值，以及包括在該範圍內的所有整數和分數，而不限於所限定範圍時所列的具體值。本文所稱“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同時有A和B。
＜必要組分和任選組分＞
SiO2 是本玻璃的主要組分之一，在本發明玻璃中，合適量的SiO2 能夠使著色穩定，使得玻璃能夠實現所需的截止性能，同時合適量的SiO2 能夠提升玻璃的化學穩定性。若SiO2 的含量低於35%，玻璃的截止性能達不到設計要求，同時玻璃的化學穩定性快速下降。因此本發明中，SiO2 的含量下限為35%，優選下限為40%，更優選下限為42%。若SiO2 的含量高於80%，玻璃的熔化溫度急劇升高，著色物質揮發增加，玻璃截止性能降低；同時玻璃高溫粘度急劇增大，產品中的氣泡與夾雜物大幅上升。因此，本發明中SiO2 的含量上限為80%，優選上限為75%，更優選上限為73%。
B2 O3 在本發明玻璃中可以改善玻璃的熔化性能，提升玻璃的內在品質和化學穩定性。但本發明人通過研究發現，B2 O3 在玻璃中會引起玻璃結構的變化，增加著色物質結合的閾值，使得玻璃的截止能力下降。因此，在玻璃截止能力滿足要求的情況下，可以含有10%以下的B2 O3 用於提升玻璃的熔化性能與化學穩定性，優選B2 O3 的含量為5%以下，更優選為3%以下。在一些實施方式中，進一步優選不含有B2 O3 。
本發明通過大量實驗研究發現，在一些實施方式中，通過使B2 O3 /SiO2 在0.23以下，在優化玻璃截止性能的同時，可提高玻璃的耐水作用穩定性。
優選B2 O3 /SiO2 為0.15以下，更優選B2 O3 /SiO2 為0.1以下。
ZnO在玻璃中可以提升玻璃的化學穩定性，降低玻璃的高溫粘度，能夠在SiO2 的配合下在熔煉階段減少著色物質的揮發，同時可以促進著色物質的結構轉變，提升玻璃的截止性能。若ZnO含量低於5%，玻璃截止性能達不到要求，玻璃的化學穩定性降低。因此，ZnO含量的下限為5%，優選下限為7%，更優選下限為9%。若ZnO的含量超過35%，玻璃容易析晶，尤其是在成型和退火階段，將大幅度降低玻璃的近紅外透過率。因此，ZnO的含量上限為35%，優選上限為30%，更優選上限為25%。
在本發明的一些實施方式中，若ZnO/SiO2 的值低於0.07，玻璃的化學穩定性達不到設計要求，玻璃的截止能力下降。若ZnO/SiO2 的值高於0.95，玻璃容易出現非著色物質的析晶，易導致近紅外透過率，尤其是800～1000nm的透過率快速下降。因此，優選ZnO/SiO2 的值處在0.07～0.95之間，更優選為0.10～0.75之間，進一步優選為0.15～0.60之間時，玻璃著色物質形成的閾值降低，有利於截止性能的提升，同時還有利於近紅外透過率的提升。
Li2 O、Na2 O、K2 O屬於鹼金屬氧化物，在本發明玻璃中可以降低玻璃的高溫粘度，減少玻璃中的氣泡和夾雜物。在降低高溫粘度的同時，還可以提升著色物質的溶解度，提升玻璃的截止性能。另外，鹼金屬氧化物能夠提供更多的游離氧，在實現較好截止性能的同時，能夠提升玻璃的近紅外透過率。但若其含量低於8%，上述作用不明顯，同時玻璃的膨脹係數低於設計目標，不能較好地與高膨脹係數高硬度材料匹配使用。若其含量高於35%，玻璃變得容易析晶，導致玻璃截止性能和近紅外透過率的下降，同時化學穩定性也會快速下降。因此，鹼金屬氧化物的合計含量Li2 O+Na2 O+K2 O為8～35%，優選為9～30%，更優選為10～22%。
Li2 O降低玻璃高溫粘度的能力非常強，在玻璃中有利於提升玻璃的內在品質。但本發明人發現，Li離子在玻璃中的聚集能力較強，能夠干擾著色物質的結構轉換，從而降低玻璃的截止性能，尤其是在其含量高於5%的情況下，玻璃達不到期望的截止性能。因此，優選Li2 O的含量為5%以下，更優選為3%以下，進一步優選為2%以下。在一些實施方式中，更進一步優選不含有Li2 O。
Na2 O在玻璃中可以降低玻璃的高溫粘度，降低著色物質的結構變化閾值，同時還可以提升玻璃的近紅外透過率，提升玻璃的熱膨脹係數，方便本發明玻璃與高強度透明材料的耦合。若Na2 O的含量低於5%，玻璃的近紅外透過率達不到設計要求，玻璃的截止性能下降，玻璃的熱膨脹係數低於設計要求。因此，Na2 O的含量下限為5%，優選下限為7%，更優選下限為8%。若Na2 O的含量高於25%，玻璃的化學穩定性下降，玻璃變得容易析晶，導致著色物質結構變化的閾值上升，玻璃截止性能下降。因此，Na2 O的含量上限為25%，優選上限為22%，更優選上限為19%。
在本玻璃體系中，K2 O的作用與Na2 O類似，但其比Na2 O提升近紅外的能力強；另一方面，K2 O降低玻璃化學穩定性的能力和玻璃抗析晶的能力比Na2 O更強。因此，從優化玻璃化學穩定性、抗析晶性能和截止能力的角度出發，K2 O的含量限定為1～10%，優選為2～8%，更優選為3～7%。
Al2 O3 在玻璃中可以提升玻璃的化學穩定性，但也會造成玻璃截止性能下降，若其含量超過5%，玻璃的截止性能達不到設計要求，因此Al2 O3 的含量為5%以下，優選為3%以下。若玻璃的化學穩定性有富餘，更優選Al2 O3 的含量為1%以下。
MgO可以改善玻璃的化學穩定性，但若其含量超過5%，玻璃的抗析晶性能下降，導致玻璃截止能力下降，玻璃的近紅外透過率下降。因此，MgO的含量限定為5%以下，優選為3%以下，更優選為2%以下。
CaO可以提升玻璃的穩定性和抗析晶性能，降低玻璃的高溫粘度。若其含量超過5%，將干擾著色物質的結構形成，降低玻璃的截止性能。因此，CaO的含量限定為5%以下，優選為3%以下，更優選為2%以下。
合適量的BaO和SrO在玻璃中可以改善玻璃的化學穩定性，提高玻璃的硬度，提升玻璃的近紅外透過率，但若其含量超過10%，玻璃固定著色物質的能力減小，會帶來截止能力下降的風險。因此，BaO和SrO的含量分別限定在10%以下，優選為5%以下，更優選為2%以下。
F在玻璃中可以提升玻璃的熔化性能，在加料階段減少著色物質的揮發，提升玻璃的截止性能。但若其含量超過5%，玻璃的高溫粘度快速下降，反而引起著色物質的過度揮發。因此，F的含量為5%以下，優選為3%以下，更優選為1%以下，從環境保護角度考慮，進一步優選為不含有F。
S在本發明玻璃中可以和Sb、Ag、Ce、Sn、Te、V、Fe等形成著色物質，使玻璃在500～720nm前的波段產生截止吸收。若S含量超過8%，玻璃變得容易析晶，並且近紅外透過率急劇下降；若其含量低於0.2%，玻璃的截止性能達不到設計要求。因此，S的含量限定為0.2～8%，優選為0.5～7%，更優選為1～6%。本發明所述的S含量，是指玻璃中所有的含硫物質中的硫全部轉換為單質硫的含量。本發明中可以通過單質硫和/或含硫化合物的方式引入S。
Se在本發明玻璃中可以和Sb、Ag、Ce、Sn、Te、V、Fe等形成著色物質，會使玻璃在650～1200nm前的波段產生截止吸收，截止性能優於S單質或者硫化物。若Se的含量超過5%，玻璃變得容易析晶，並且近紅外透過率急劇下降。因此，在本體系玻璃中Se含量為5%以下，優選為4%以下，更優選為3%以下，在截止性能達到設計要求的情況下，進一步優選不含有Se。本發明所述的Se含量，是指玻璃中所有的含硒物質中的硒全部轉換為單質硒的含量。本發明中可以通過單質硒和/或含硒化合物的方式引入Se。
本發明通過大量實驗研究發現，在一些實施方式中，若Se/S的值大於1.5，玻璃的800～1000nm的透過率不能滿足設計要求。因此，優選Se/S的值為1.5以下，更優選為1.3以下，進一步優選為1.0以下，更進一步優選為0.5以下。
Sb、Ag、Ce、Sn、Te、V和Fe等組分中的一種或多種在本發明玻璃中，可以與S和/或Se形成著色化合物，若其合計含量Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe超過10%，玻璃變得容易析晶，導致近紅外透過率急劇下降。若其合計含量Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe低於0.5%，玻璃中形成的著色物質偏少，達不到設計的截止性能。因此，Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe的含量為0.5～10%，優選為0.8～9%，更優選為0.9～8%。本發明所述的Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe含量，是指玻璃中所有的含Sb物質中的Sb、含Ag物質中的Ag、含Ce物質中的Ce、含Sn物質中的Sn、含Te物質中的Te、含V物質中的V、含Fe物質中的Fe全部轉換為單質後的合計含量。Sb、Ag、Ce、Sn、Te、V和Fe可以用氧化物，和/或硫化物，和/或硒化物，和/或氟化物，和/或單質，和/或複合鹽，和/或氫氧化物等的方式引入。在本發明的一些實施方式中，優選不含有Sn和/或Te。
在本發明的一些實施方式中，若（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)低於0.1，玻璃的近紅外透過率下降明顯；若（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)超過25.0，玻璃的截止性能明顯下降，玻璃的抗析晶能力急劇下降。因此，優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)的值為0.1～25.0，更優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)的值為0.2～15.0，進一步優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)的值為0.5～8.0，更進一步優選（Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/(S+Se)的值為1.0～5.0。
在本發明的一些實施方式中，Sb、Ag、Ce、Sn、Te、V、Fe在玻璃中與陰離子形成著色物質時，存在協同效應，當（Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/Sb的值大於3.0時，玻璃的近紅外透過率大幅度下降。因此，優選（Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe）/Sb的值為3.0以下，更優選為2.0以下，進一步優選為1.0以下，更進一步優選為0.8以下。
在本發明的一些實施方式中，還可另外含有CuO、TiO2 、P2 O5 中的一種或多種在本發明玻璃中促進著色物質的形成，但CuO、TiO2 、P2 O5 的合計含量CuO+TiO2 +P2 O5 超過0.5%，玻璃變得特別容易析晶，使著色物質的結構發生負面變化，導致近紅外透過率急劇下降，因此CuO+TiO2 +P2 O5 的含量為0.5%以下。另一方面，若CuO+TiO2 +P2 O5 低於0.0001%，著色物質只能依附於玻璃中的雜質缺陷形成，導致截止性能不佳，玻璃的著色均勻性不佳等問題。因此，優選CuO+TiO2 +P2 O5 為0.0001～0.5%，更優選為0.0001～0.4%，進一步優選為0.0001～0.3%。本發明所述的CuO、TiO2 、P2 O5 的含量，不包含在本發明所述的除CuO、TiO2 、P2 O5 以外的其他所有組分含量所構成的100wt%中。
＜不應含有的組分＞
為了實現環境友好，本發明的玻璃不含有Cd、As和Pb。
本文所記載的“不含有”“0%”是指沒有故意將該化合物、分子或元素等作為原料添加到本發明玻璃中，但作為生產玻璃的原材料和/或設備，會存在某些不是故意添加的雜質或組分，在最終的玻璃中少量或痕量含有，此種情形也在本發明專利的保護範圍內。
下面，對本發明的環保玻璃材料的性能進行說明。
＜截止性能＞
3mm玻璃樣品按照GB/T7962.12-2010方法使用光譜儀測試玻璃300nm～2000nm的透過率曲線，當透過率在5%處成為截止波長。對於本發明來講，截止波長數值越高，說明玻璃的截止性能越好，截止波長數值越低，說明截止性能越差。
在本發明的一些實施方式中，環保玻璃材料的截止波長為550nm以上，優選截止波長為600nm以上，更優選截止波長為650nm以上，進一步優選為680nm以上，更進一步優選為700nm以上。
＜近紅外透過率＞
3mm玻璃樣品按照GB/T7962.12-2010方法使用光譜儀測試玻璃300nm～2000nm的透過率曲線，本發明近紅外透過率是指800nm～2000nm的透過率數值。本發明所述的近紅外透過率，是指相應波段範圍內的最低透過率。
在本發明的一些實施方式中，本發明環保玻璃材料具有以下一種或多種透過率：
1）800～850nm的透過率為75%以上，優選800～850nm的透過率為77%以上，更優選800～850nm的透過率為80%以上；
2）850～900nm的透過率為80%以上，優選850～900nm的透過率為82%以上，更優選850～900nm的透過率為83%以上；
3）900～1000nm的透過率為83%以上，優選900～1000nm的透過率為84%以上，更優選900～1000nm的透過率為85%以上；
4）1000～2000nm的透過率為85%以上，優選1000～2000nm的透過率為86%以上，更優選1000～2000nm的透過率為87%以上。
＜耐酸作用穩定性＞
玻璃的耐酸作用穩定性（DA ）(粉末法)按照GB/T 17129規定的方法測試。本文中耐酸作用穩定性有時候簡稱為耐酸性或耐酸穩定性。
在本發明的一些實施方式中，環保玻璃材料的耐酸作用穩定性（DA ）為3類以上，優選為2類以上，更優選為1類。
＜耐水作用穩定性＞
玻璃的耐水作用穩定性（DW ）(粉末法)按照GB/T 17129規定的方法測試。本文中耐水作用穩定性有時候簡稱為耐水性或耐水穩定性。
在本發明的一些實施方式中，環保玻璃材料的耐水作用穩定性（DW ）為3類以上，優選為2類以上，更優選為1類。
＜熱膨脹係數＞
本發明所述的熱膨脹係數是指玻璃20～300℃平均熱膨脹係數,以   α20-300℃ 表示,按GB/T7962.16-2010規定方法測試。
在本發明的一些實施方式中，環保玻璃材料的平均熱膨脹係數     （α20-300℃ ）為80×10-7 /K以上，優選為85×10-7 /K以上，更優選為90×10-7 /K以上，進一步優選為95×10-7 /K以上。
[製造方法]
本發明環保玻璃材料的製造方法，包括以下步驟：
1）按環保玻璃材料的組分比例混合各原料，將混合均勻的原料投入到1300～1500℃的熔煉爐中熔制，形成熔融玻璃；
2）對熔融玻璃進行攪拌和均化；
3）將熔融玻璃澆注或漏注在模具內成型；
4）將步驟3）成型的玻璃在470～600℃中保溫10～60小時進行顯色處理；或將步驟3）成型的玻璃進一步加工成玻璃預製件或玻璃元件後在470～600℃中保溫10～60小時進行顯色處理。
進一步的，上述環保玻璃材料的原料可使用複合鹽（如碳酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等）、和/或氫氧化物、和/或氧化物，和/或硫化物、和/或硒化物、和/或氟化物、和/或單質等。
[玻璃預製件和玻璃元件]
可以使用例如研磨加工的手段、或再熱壓成型、精密衝壓成型等模壓成型的手段，由所製成的環保玻璃材料來製作玻璃預製件。即，可以通過對環保玻璃材料進行磨削和研磨等機械加工來製作玻璃預製件，或通過對由環保玻璃材料製作模壓成型用的預成型坯，對該預成型坯進行再熱壓成型後再進行研磨加工來製作玻璃預製件，或通過對進行研磨加工而製成的預成型坯進行精密衝壓成型來製作玻璃預製件。
需要說明的是，製備玻璃預製件的手段不限於上述手段。
本發明的玻璃預製件與玻璃元件均由上述本發明的環保玻璃材料形成。本發明的玻璃預製件具有環保玻璃材料所具有的優異特性；本發明的玻璃元件具有環保玻璃材料所具有的優異特性，能夠提供價值高的各種濾光片、透鏡、棱鏡等玻璃元件。
[設備]
本發明環保玻璃材料，以及其所形成的玻璃元件可製作如濾光器、照相設備、攝像設備、顯示裝置、監控設備、電子設備和智慧化設備等設備。
實施例
為了進一步清楚地闡釋和說明本發明的技術方案，提供以下的非限制性實施例1～22。
本實施例採用上述環保玻璃材料的製造方法得到具有表1～表3所示的組成的環保玻璃材料。另外，通過本發明所述的測試方法測定各玻璃的特性，並將測定結果表示在表1～表3中。 [表1]
組分（wt%） 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#
SiO2 36 40 51 55 64 64 60 62
B2 O3 8 0 2 0 1 0 2 0
F 1 0 0 0 0 0 0.5 0.5
Al2 O3 2 4 2 0 0 0 0 0
ZnO 34 29.3 22 14 11 13.2 12 12.5
BaO 3 1 0 1 0 0 0 0
CaO 1 3 0 1 0 0 1.5 1
MgO 0 0 1 0 0 0 1 0
SrO 0 0 1 1 1 0 1 0
K2 O 2 4 5 4 3 3.8 3 3.8
Na2 O 6 8 8.7 15.3 11 13.2 12 12.7
Li2 O 1.3 2 0 1 0.5 0 0 0
S 1 3 2.5 4 3 2.5 2.6 2.8
Se 0 0 0 0 0 0.2 0 0
Sb 3 4 4.2 3 3.9 3.1 3.5 3.2
Ag 0.5 0.3 0.2 0.2 0.3 0 0.3 0.2
Ce 0 0.3 0.2 0.3 1 0 0.3 0.3
Sn 0.7 0.9 0.1 0.2 0.2 0 0.2 1
Te 0.4 0 0.1 0 0.1 0 0.1 0
V 0 0.1 0 0 0 0 0 0
Fe 0.1 0.1 0 0 0 0 0 0
合計 100 100 100 100 100 100 100 100
B2 O3 /SiO2 0.22 0.00 0.04 0.00 0.02 0.00 0.03 0.00
ZnO/SiO2 0.94 0.73 0.43 0.25 0.17 0.21 0.20 0.20
Li2 O+Na2 O+K2 O 9.30 14.00 13.70 20.30 14.50 17.00 15.00 16.50
Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe 4.70 5.70 4.80 3.70 5.50 3.10 4.40 4.70
Se/S 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08 0.00 0.00
(Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/(Se+S) 4.70 1.90 1.92 0.93 1.83 1.15 1.69 1.68
(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/Sb 0.57 0.43 0.14 0.23 0.41 0.00 0.26 0.47
TiO2 0.001 0.005 0.002 0.001 0.01 0 0.001 0.001
P2 O5 0.002 0.002 0.001 0.001 0.01 0.001 0.001 0.001
CuO 0.005 0.003 0.003 0.003 0.02 0.007 0.003 0.003
CuO+TiO2 +P2 O5 0.008 0.01 0.006 0.005 0.04 0.008 0.005 0.005
截止波長（nm） 625 682 652 695 690 710 668 682
800～850 nm透過率（%） 90.6 85.1 90.4 80.2 80.2 78.9 83.2 88
850～900 nm透過率（%） 90.9 88.4 90.1 85 81.5 80.5 89 88.5
900～1000 nm透過率（%） 91.2 90 91.3 86.1 85.5 85.8 90.5 90.1
1000～2000 nm透過率（%） 91.2 91 91.3 90.1 88.7 87.6 91.3 90.5
DW 3類 3類 2類 2類 2類 1類 2類 2類
DA 2類 2類 2類 2類 2類 2類 2類 2類
α20-300℃ （×10-7 /K） 112 105 103 104 100 99 96 99
[表2]
組分（wt%） 9# 10# 11# 12# 13# 14# 15#
SiO2 70 74 38 39 49 54 64
B2 O3 0 2 6 0 0 1 0
F 0 0 0 0 0 0.5 0
Al2 O3 0 0 0 5 4 0 0
ZnO 5 6 33.3 29.3 22 13 12
BaO 0 0 3 2 0 1 0
CaO 0 0 1 2 0 0 0
MgO 0 0 0 0 1 1 0
SrO 0 0 0 0 1 1 0
K2 O 4 3 3 4 5.5 4 3
Na2 O 15 8.8 8 7.5 8 15 12
Li2 O 1 3 1 2 0 1 0.5
S 2 1 1 3 2.5 4 3
Se 0 0 1 0.5 0.5 0.8 0.2
Sb 2 2 2.9 4 4.2 3 3.9
Ag 0.4 0.1 0.6 0.5 1 0.2 0.3
Ce 0.2 0.1 0 0.4 1 0.3 0.7
Sn 0.2 0 0.7 0.5 0.1 0.2 0.2
Te 0.2 0 0.5 0.3 0.2 0 0.1
V 0 0 0 0 0 0 0
Fe 0 0 0 0 0 0 0.1
合計 100 100 100 100 100 100 100
B2 O3 /SiO2 0.00 0.03 0.16 0.00 0.00 0.02 0.00
ZnO/SiO2 0.07 0.08 0.88 0.75 0.45 0.24 0.19
Li2 O+Na2 O+K2 O 20.00 14.80 12.00 13.50 13.50 20.00 15.50
Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe 3.00 2.20 4.70 5.70 6.50 3.70 5.30
Se/S 0.00 0.00 1.00 0.17 0.20 0.20 0.07
(Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/(Se+S) 1.50 2.20 2.35 1.63 2.17 0.77 1.66
(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/Sb 0.50 0.10 0.62 0.43 0.55 0.23 0.36
TiO2 0.001 0.001 0.001 0.005 0.002 0.001 0.01
P2 O5 0.001 0.001 0.002 0.002 0.002 0.001 0.01
CuO 0.003 0.003 0.005 0.003 0.003 0.003 0.02
CuO+TiO2 +P2 O5 0.005 0.005 0.008 0.01 0.007 0.005 0.04
截止波長（nm） 642 636 689 700 693 720 701
800～850 nm透過率（%） 90 89.3 81.1 80.2 80.3 80 78
850～900 nm透過率（%） 90.1 90.5 82.3 82.1 83.2 80.5 80.1
900～1000 nm透過率（%） 90.5 90.8 85.6 86.2 87.1 86 85.1
1000～2000 nm透過率（%） 91 91.6 87.8 88.7 89.2 88.1 87.2
DW 1類 1類 3類 3類 2類 2類 2類
DA 1類 1類 3類 3類 3類 3類 3類
α20-300℃ （×10-7 /K） 89 85 110 104 102 102 101
[表3]
組分（wt%） 16# 17# 18# 19# 20# 21# 22#
SiO2 62 66 66 73 62 60 68
B2 O3 0 1 0 1 0 2 0
F 0 0 0 0 0.5 0.5 0.5
Al2 O3 0 0 0 0 1 1 0
ZnO 15.2 12 11 8 11 12.5 6
BaO 0 0 0 0 0 0 0
CaO 0 0 1 0 0.5 1 0
MgO 0 0 0 0 2 0 0
SrO 0 0 0 0 1 0 0
K2 O 4.5 3 3 4 3 2.5 5
Na2 O 11.9 11.1 12 7 12 13 15
Li2 O 0 0 0 2.2 0 0 0.5
S 2.2 2.6 2.6 1 2.6 2.85 2
Se 0 0.1 0 1 0.2 0.05 0.1
Sb 4.2 2.9 2.8 2 3.5 3.4 2
Ag 0 0.2 0.3 0.1 0.3 0.1 0.2
Ce 0 0.2 0.3 0.1 0.2 0.5 0.3
Sn 0 0.8 1 0.3 0.2 0.5 0.2
Te 0 0.1 0 0.3 0 0.1 0.2
V 0 0 0 0 0 0 0
Fe 0 0 0 0 0 0 0
合計 100 100 100 100 100 100 100
B2 O3 /SiO2 0.00 0.02 0.00 0.01 0.00 0.03 0.00
ZnO/SiO2 0.25 0.18 0.17 0.11 0.18 0.21 0.09
Li2 O+Na2 O+K2 O 16.40 14.10 15.00 13.20 15.00 15.50 20.50
Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe 4.20 4.20 4.40 2.80 4.20 4.60 2.90
Se/S 0.00 0.04 0.00 1.00 0.08 0.02 0.05
(Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/(Se+S) 1.91 1.56 1.69 1.40 1.50 1.59 1.38
(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/Sb 0.00 0.45 0.57 0.40 0.20 0.35 0.45
TiO2 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.00 0.001
P2 O5 0 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
CuO 0.007 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003 0.003
CuO+TiO2 +P2 O5 0.008 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005
截止波長（nm） 675 690 678 652 683 698 668
800～850 nm透過率（%） 85.1 86.5 88.3 82.1 82.6 86.2 88.3
850～900nm透過率（%） 87.4 88.7 89.2 83.2 87 87.9 89.2
900～1000nm透過率（%） 90.2 90.2 90.4 85.3 90 89.9 90.3
1000～2000nm透過率（%） 91.2 90.5 90.8 90.1 90.5 90.6 90.5
DW 2類 2類 2類 1類 2類 2類 1類
DA 1類 3類 2類 1類 3類 3類 1類
α20-300℃ （×10-7 /K） 96 99 98 83 95 97 87
圖1是本發明的實施例2的環保玻璃材料的光譜透過率曲線圖。

Claims (41)

  1. 一種環保玻璃材料，其中，其組分中含有SiO2、ZnO、鹼金屬氧化物和S，但不含有Cd；所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，截止波長為550nm以上，800~850nm的透過率為75%以上，但不包含850nm的透過率；850~900nm的透過率為80%以上，但不包含900nm的透過率；900~1000nm的透過率為83%以上，但不包含1000nm的透過率；1000~2000nm的透過率為85%以上。
  2. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，截止波長為650nm以上。
  3. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，截止波長為700nm以上。
  4. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，800~850nm的透過率為80%以上。
  5. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，850~900nm的透過率為83%以上。
  6. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，900~1000nm的透過率為85%以上。
  7. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，1000~2000nm的透過率為87%以上。
  8. 如請求項1所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2：35~80%；ZnO：5~35%；Na2O：5~25%；K2O：1~10%；S：0.2~8%；Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.5~10%。
  9. 如請求項8所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，還含有：Li2O：0~5%；和/或B2O3：0~10%；和/或Al2O3：0~5%；和/或MgO：0~5%；和/或CaO：0~5%；和/或SrO：0~10%；和/或BaO：0~10%；和/或；Se：0~5%；和/或F：0~5%。
  10. 一種環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2：35~80%；ZnO：5~35%；Na2O：5~25%；K2O：1~8%；Li2O：0~5%；S：0.2~8%；Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.5~10%；B2O3：0~10%；Al2O3：0~5%；MgO：0~5%；CaO：0~5%；SrO：0~10%；BaO：0~10%；Se：0~5%；F：0~5%，不含有Cd。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2：40~75%；和/或ZnO：7~30%；和/或Na2O：7~22%；和/或K2O：2~8%；和/或Li2O：0~3%；和/或S：0.5~7%；和/或Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.8~9%；和/或B2O3：0~5%；和/或Al2O3：0~3%；和/或MgO：0~3%；和/或CaO：0~3%；和/或SrO：0~5%；和/或BaO：0~5%；和/或Se：0~4%；和/或F：0~3%。
  12. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：SiO2：42~73%；和/或ZnO：9~25%；和/或Na2O：8~19%；和/或K2O：3~7%；和/或S：1~6%；和/或Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe：0.9~8%；和/或Se：0~3%；和/或Li2O：0~2%；和/或B2O3：0~3%；和/或Al2O3：0~1%；和/或MgO：0~2%；和/或CaO：0~2%；和/或SrO：0~2%；和/或BaO：0~2%；和/或F：0~1%。
  13. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：CuO+TiO2+P2O5：0~0.5%。
  14. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：CuO+TiO2+P2O5：0.0001~0.5%。
  15. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，含有：CuO+TiO2+P2O5：0.0001~0.3%。
  16. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：B2O3/SiO2為0.23以下。
  17. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：B2O3/SiO2為0.1以下。
  18. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：ZnO/SiO2為0.07~0.95。
  19. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：ZnO/SiO2為0.15~0.60。
  20. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：Se/S為1.5以下。
  21. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：Se/S為1.0以下。
  22. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：Se/S為0.5以下。
  23. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：(Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/(Se+S)為0.1~25.0。
  24. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：(Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/(S+Se)為0.2~15.0。
  25. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：(Sb+Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/(S+Se)為1.0~5.0。
  26. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/Sb為3.0以下。
  27. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/Sb為2.0以下。
  28. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：(Ag+Ce+Sn+Te+V+Fe)/Sb為0.8以下。
  29. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：Li2O+Na2O+K2O為8~35%。
  30. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，其組分以重量百分比表示，其中：Li2O+Na2O+K2O為10~22%。
  31. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，不含有B2O3；和/或不含有Li2O；和/或不含有Sn；和/或不含有Te。
  32. 如請求項10所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，截止波長為600nm以上。
  33. 如請求項10所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，截止波長為680nm以上。
  34. 如請求項10所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，800~850nm的透過率為77%以上，但不包含850nm的透過 率；和/或所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，850~900nm的透過率為82%以上，但不包含900nm的透過率；和/或所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，900~1000nm的透過率為84%以上，但不包含1000nm的透過率；和/或所述環保玻璃材料的厚度為3mm時，1000~2000nm的透過率為86%以上。
  35. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的耐酸作用穩定性為2類以上；和/或耐水作用穩定性為2類以上；和/或熱膨脹係數為85×10-7/K以上。
  36. 如請求項1至10中任一項所述的環保玻璃材料，其中，所述環保玻璃材料的耐酸作用穩定性為1類；和/或耐水作用穩定性為1類；和/或熱膨脹係數為95×10-7/K以上。
  37. 一種玻璃預製件，其中，採用請求項1至36中任一項所述的環保玻璃材料製成。
  38. 一種玻璃元件，其中，採用請求項1至36中任一項所述的環保玻璃材料或請求項37所述的玻璃預製件製成。
  39. 一種具環保玻璃材料之設備，其中，含有請求項1至36中任一項所述的環保玻璃材料，和/或含有請求項38所述的玻璃元件。
  40. 一種如請求項1至36中任一項所述的環保玻璃材料的製造方法，其包括以下步驟：1)按環保玻璃材料的組分比例混合各原料，將混合均勻的原料投入到1300~1500℃的熔煉爐中熔制，形成熔融玻璃；2)對熔融玻璃進行攪拌和均化；3)將熔融玻璃澆注或漏注在模具內成型； 4)將步驟3)成型的玻璃或將步驟3)成型的玻璃進一步加工成玻璃預製件或玻璃元件後，在470~600℃中保溫10~60小時進行顯色處理。
  41. 如請求項40所述的製造方法，其中，所述環保玻璃材料的原料使用複合鹽、和/或氫氧化物、和/或氧化物、和/或硫化物、和/或硒化物、和/或氟化物、和/或單質。
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