WO2020062009A1 - 光学玻璃、其预制件、光学元件和光学仪器 - Google Patents

光学玻璃、其预制件、光学元件和光学仪器 Download PDF

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孙伟
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成都光明光电股份有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths

Definitions

  • the optical element is made of the aforementioned optical glass or glass preform.
  • the optical glass of the present invention has the optical performance required to make lens materials for precision instruments. Its refractive index (nd) is 1.84-1.87, Abbe number (vd) is 38-41, and it is easy to be precision molded and chemically stable. And bubble degree is excellent.
  • WO 3 in glass
  • the main role of WO 3 in glass is to maintain the optical constant and improve the crystallization performance of glass.
  • the preferred content of WO 3 is 1-15%, more preferably 2-12%, and still more preferably 6-10%.
  • the proportion of Y 2 O 3 in all rare earth oxides Y 2 O 3 / Ln 2 O 3 has a clear regulating effect on the anti-crystallization performance of glass.
  • the value of Y 2 O 3 / Ln 2 O 3 is 0.08- At 0.45, the crystallization resistance is excellent, and a more preferable value is 0.1-0.4, and a more preferable value is 0.1-0.3.
  • Yb 2 O 3 is a high refractive index and low dispersion component. When the content exceeds 5%, the stability and devitrification resistance of the glass are reduced. Therefore, the content range of Yb 2 O 3 is limited to 0-5%. Meanwhile, since Yb 2 O 3 is more expensive than Gd 2 O 3 and Y 2 O 3 and has little effect on improving the melting performance of glass, it is preferably not introduced.
  • the transition temperature (T g ) is measured according to the method specified in GB / T 7962.16-2010, and the unit is °C.

Abstract

一种按重量百分比计，含有SiO 2：0‑10％，B 2O 3：5‑25％，ZrO 2：0‑15％，ZnO：10‑25％，TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：2‑30％，Ln 2O 3：30‑55％的光学玻璃，其中Ln 2O 3为La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3的合计含量，其中B 2O 3/Ln 2O 3为0.3‑0.8，Y 2O 3/B 2O 3为0.15‑2。该光学玻璃具有1.84‑1.87的折射率(nd)和38‑41的阿贝数(vd)，同时耐失透性和气泡度优异，化学稳定性好。

Description

光学玻璃、其预制件、光学元件和光学仪器 技术领域
本发明属于光学玻璃领域，具体涉及一种光学玻璃及其制作的预制件、光学元件和光学仪器。
背景技术
光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜等，由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。具有1.84-1.87折射率(nd)、38-41阿贝数(vd)的光学玻璃因透射性能好、折射率高，被广泛应用于制造照相机、望远镜、显微镜以及其它精密光学仪器的透镜中。近年来，使用非球面透镜减少光学元件的个数进而使光学仪器小型化和轻质化成为一大趋势，市场需求也日益强烈。
但是，用热压成型再磨削和研磨、熔融玻璃再制造等传统方法制造非球面透镜成本高，而且作业工序复杂。精密模压成型是一种操作更简单、成本更低的用光学玻璃材料制备光学元件的方法。但是用该方法制作非球面透镜将对玻璃材料的性能提出更高的要求。要求容易进行精密模压成型，耐失透性高，熔点低，气泡度优异等。如果光学元件要用在户外长期使用的数码相机、摄像机等摄影设备中，还要求光学玻璃材料有较好的化学稳定性，以抵抗户外环境中水、酸等的侵蚀，保证透镜的使用质量和使用寿命。此外，对于需要在特殊温度下工作的光学仪器，还要求玻璃材料有良好的热膨胀系数，以降低温度变化下玻璃膨胀和收缩的程度。
专利CN104803600A、CN104098267A、CN105819682A等分别提供了折射率(nd)和阿贝数(vd)与本发明相同或接近的光学玻璃，但是仍然不能满足上述的其他要求。
发明内容
鉴于现有技术存在的前述的不足，本发明的目的在于提供一种具有1.84-1.87折射率(nd)、38-41阿贝数(vd)的光学玻璃。所述光学玻璃容易进行精密模压成型，且耐失透性高、气泡度优异、化学稳定性好，成本低。
本发明还提供了由上述光学玻璃制作的预制件、光学元件和光学仪器。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下：
光学玻璃，以重量％计，含有：SiO 2：0-10％，B 2O 3：5-25％，ZrO 2：0-15％，ZnO：10-25％，TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：2-30％，Ln 2O 3：30-55％，所述Ln 2O 3为La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和 Yb 2O 3的合计含量，其中B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.8，Y 2O 3/B 2O 3为0.15-2。
进一步地，上述光学玻璃，以重量％计，还含有：0-10％的RO，0-10％的Rn 2O，0-1％的澄清剂，所述RO为MgO、CaO、SrO或BaO中的一种或多种，所述Rn 2O为Li 2O、Na 2O、K 2O中的一种或多种，所述澄清剂为Sb 2O 3、SnO 2、CeO 2中的一种或多种。
光学玻璃，以重量％计，由0-10％的SiO 2，5-25％的B 2O 3，0-15％的ZrO 2，10-25％的ZnO，2-30％的TiO 2+Nb 2O 5+WO 3，30-55％的Ln 2O 3，0-10％的RO，0-10％的Rn 2O，0-1％的澄清剂组成，所述Ln 2O 3为La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3的合计含量，所述RO为MgO、CaO、SrO或BaO中的一种或多种，所述Rn 2O为Li 2O、Na 2O、K 2O中的一种或多种，所述澄清剂为Sb 2O 3、SnO 2、CeO 2中的一种或多种，其中B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.8，Y 2O 3/B 2O 3为0.15-2。
进一步地，前述的光学玻璃，各组分含量满足以下4种情形中的一种或一种以上：
1)SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)为0-0.25；
2)Y 2O 3/Ln 2O 3为0.08-0.45；
3)Y 2O 3/Gd 2O 3为0.3-3；
4)Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)为0.16-0.8。
进一步地，前述的光学玻璃，其中：SiO 2：1-8％，和/或B 2O 3：10-23％，和/或ZrO 2：1-10％，和/或ZnO：10-20％，和/或TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：4-22％，和/或Ln 2O 3：35-52％，和/或RO：0-5％，和/或R 2O：0-5％，和/或澄清剂0-0.5％。
进一步地，前述的光学玻璃，各组分含量满足以下6种情形中的一种或一种以上：
1)SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)为0.05-0.23；
2)Y 2O 3/Ln 2O 3为0.1-0.4；
3)Y 2O 3/Gd 2O 3为0.5-2.5；
4)Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)为0.2-0.7；
5)B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.6；
6)Y 2O 3/B 2O 3为0.2-1.5。
进一步地，前述的光学玻璃，其中：SiO 2：1-4％，和/或B 2O 3：15-20％，和/或ZrO 2：2-6％，和/或ZnO：13-17％，和/或TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：10-18％，和/或Ln 2O 3：40-50％。
进一步地，前述的光学玻璃，各组分含量满足以下6种情形中的一种或一种以上：
1)SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)为0.08-0.2；
2)Y 2O 3/Ln 2O 3为0.1-0.3；
3)Y 2O 3/Gd 2O 3大于1但小于等于2；
4)Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)为0.3-0.6；
5)B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.5；
6)Y 2O 3/B 2O 3为0.3-1。
进一步地，前述的光学玻璃，其中：Nb 2O 5：1-15％，和/或WO 3：1-15％，和/或TiO 2：0-10％，和/或La 2O 3：20-45％，和/或Gd 2O 3：0-15％，和/或Y 2O 3：1-15％，和/或Yb 2O 3：0-5％。
进一步地，前述的光学玻璃，其中：Nb 2O 5：2-10％，和/或WO 3：2-12％，和/或TiO 2：0-5％，和/或La 2O 3：25-40％，和/或Gd 2O 3：1-10％，和/或Y 2O 3：3-15％。
进一步地，前述的光学玻璃，其中：Nb 2O 5：4-8％，和/或WO 3：6-10％，和/或La 2O 3：30-35％，和/或Gd 2O 3：3-7％，和/或Y 2O 3：6-10％，和/或不含TiO 2。
进一步地，前述的光学玻璃，其折射率(nd)为1.84-1.87，优选为1.85-1.86；阿贝数(vd)为38.0-41.0，优选为38.5-40.0。
进一步地，前述的光学玻璃，其粉末法耐水稳定性(D W)为2类以上，优选为1类，粉末法耐酸稳定性(D A)为3类以上，优选为2类；其气泡度为A级或A级以上，优选为A 0级或A 0以上。
进一步地，前述的光学玻璃，其热膨胀系数(α -30℃-70℃)≤75×10 -7/K，优选α -30℃- 70℃≤70×10 -7/K；其转变温度(T g)为640℃以下，优选为630℃以下，更优选为625℃以下；所述光学玻璃的析晶上限温度为1250℃以下，优选为1200℃以下，更优选为1180℃以下。
玻璃预制件，采用前述的光学玻璃制成。
光学元件，采用前述的光学玻璃或玻璃预制件制成。
光学仪器，采用前述的光学元件制成。
本发明的高折射低色散玻璃材料具有优异的耐失透性，又容易进行精密模压成型，而且控制了稀土氧化物等高价格原料的含量，成本较低，适合推广应用于精密模压成型工艺中。同时，本发明通过合理的组分配比使玻璃的化学稳定性和气泡度得以改善，提高了产品的成品率。一些优选的技术方案还进一步优化组分配比，以降低玻璃的热膨胀系数，优化玻璃的抗析晶性能，强化化学稳定性。为制造质量更好、寿命更长的光学元件和光学仪器提供了高性价比的玻璃材料。
具体实施方式
光学玻璃
下面对本发明的光学玻璃的组成进行详细说明，在没有特别说明时，各玻璃组分的含量、合计含量均指重量含量，以重量％表示，是某一组分的重量或几种组分的重量之和占光学玻璃总重量的百分数；各玻璃组分之比，或者几种组分加和之比，是将其对应的重量含量作比或重量含量加和后作比。
本发明的光学玻璃具有满足制作精密仪器的透镜材料所需的光学性能，其折射率(nd)为1.84-1.87，阿贝数(vd)为38-41，而且容易精密模压成型，化学稳定性和气泡度优异。所述光学玻璃，以重量％计，含有：SiO 2：0-10％，B 2O 3：5-25％，ZrO 2：0-15％，ZnO：10-25％，TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：2-30％，Ln 2O 3：30-55％，所述Ln 2O 3为La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3的合计含量，并且，其中B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.8，Y 2O 3/B 2O 3为0.15-2。
其中，B 2O 3是玻璃网络形成组分，具有提高玻璃可熔性和耐失透性。为了达到上述效果，本发明引入5％以上或更多的B 2O 3，优选引入10％以上的B 2O 3，更优选引入15％以上的B 2O 3；但当其引入量超过25％时，则玻璃成玻稳定性下降，并且折射率下降，因此，本发明的B 2O 3的含量将25％设为上限，优选上限为23％，更优选上限为20％。
SiO 2在本发明中是一种任选的组分，其也构成玻璃形成体。SiO 2在玻璃中形成的是硅氧四面体三维网络，非常致密坚固。这样的网络加入到玻璃中，对疏松的硼氧三角体网络进行加固，使其变得致密，从而提升玻璃的高温粘度。此外，SiO 2含量越高越有利于降低玻璃的热膨胀系数。本发明的光学玻璃中SiO 2含量的下限为0％，优选为1％；但若SiO 2的含量过大，会使玻璃的转变温度升高，并使玻璃的熔融性降低，增加工艺难度，因此其含量上限为10％，优选上限为8％，进一步优选上限为4％。
SiO 2和B 2O 3都是玻璃网络形成组分，经本发明人研究发现，在本发明的配方下，SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)会影响玻璃的抗析晶性能和热膨胀系数。SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)的值越大，玻璃的热膨胀系数越低，越有利于减小玻璃对温度的敏感性，但同时将导致玻璃的抗析晶性能劣化。经研究发现，在本发明的配方中，当SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)的值在0-0.25范围时，能使玻璃的热膨胀系数低于75×10 -7/K，而且抗析晶性能优良，优选的比值范围是0.05-0.23，更优选的范围是0.08-0.2。
ZrO 2在本发明中作为任选的成分，是一种高折射低色散氧化物，加入玻璃中可以提升玻璃的折射率并调节色散。同时，合适量的ZrO 2加入玻璃中，可以提升玻璃的抗析晶性能和化学稳定性。但是在本发明的光学玻璃中，若其含量高于15％，玻璃会变得难以融化，熔炼温度会上升，容易导致玻璃内部出现夹杂物及其透过率下降。因此，其含量设置为0-15 ％，优选为1-10％，进一步优选为2-6％。
ZnO可以调整玻璃的折射率和色散，改善玻璃的抗析晶性能，降低玻璃的转变温度，提升玻璃的化学稳定性。ZnO还可以降低玻璃的高温粘度，使得玻璃可以在较低温度下熔炼，从而可以提升玻璃的透过率。但如果ZnO加入量过多，玻璃的抗析晶性能反而会下降，同时高温粘度较小，给成型带来困难。因此，在本发明玻璃体系中，ZnO的含量下限设为10％，优选的下限为13％；ZnO的含量上限设为25％，优选的上限为20％，更优选的上限为17％。
TiO 2作为任选的组分，能提高玻璃的折射率，适量添加TiO 2到本发明玻璃中，可以增加玻璃抗析晶稳定性，而且可以一定的替代Nb 2O 5和WO 3。但含量过高将导致玻璃透过率下降。在本发明的光学玻璃中，TiO 2的含量为0-10％，优选的含量为0-5％，更优选的含量为0％。
Nb 2O 5是能提高玻璃化学稳定性和折射率的组分。当Nb 2O 5的含量小于1％时，光学常数达不到设计要求；而当其含量超过15％时，玻璃的抗失透性降低，因此，Nb 2O 5的含量限定为1-15％，优选为2-10％，更优选为4-8％。
WO 3在玻璃中的主要作用是维持光学常数，改善玻璃析晶性能，但其含量过高，会使玻璃透过率降低，着色度增大，且析晶性能变坏。所以，WO 3的优选含量是1-15％，更优选含量是2-12％，进一步优选含量为6-10％。
由于TiO 2、Nb 2O 5、WO 3都具有提高折射率但也提高色散的作用，因此，从本发明的光学玻璃需要具有高折射、低色散和高透过率的要求出发，将TiO 2+Nb 2O 5+WO 3的上限设为30％，优选的上限为22％，更优选的上限为18％。但是，当TiO 2+Nb 2O 5+WO 3过低，又将导致玻璃的热稳定和可压性下降，因此，将其下限设为2％，优选的下限为4％，更优的下限为10％。
加入稀土氧化物Ln 2O 3(La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3)有助于提高玻璃的折射率，当其总含量低于30％时，无法获得预期的光学常数，但当其总含量超过55％时，玻璃的化学稳定性、耐失透性将降低，而且将提高玻璃的原料成本。因此La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3的合计含量Ln 2O 3设为30-55％，优选为35-52％，进一步优选为40-50％。
稀土氧化物Ln 2O 3分散在玻璃网络中，主要用于提高折射率，但是本申请发明人在研究中发现，玻璃网格组分B 2O 3与Ln 2O 3的比例对玻璃的化学稳定性有重要的影响。当B 2O 3/Ln 2O 3低于0.3时，化学稳定性，特别是耐酸稳定性不能满足要求，而当B 2O 3/Ln 2O 3高于0.8时，折射率又将降低，因此本发明将其范围设为0.3-0.8，优选为0.3-0.6，更优选为 0.3-0.5。
稀土氧化物中的La 2O 3是可以改善玻璃光学特性的组分，但当其含量超过45％时，玻璃耐失透性与熔融性能均恶化。因此，优选本发明的La 2O 3的含量为20-45％，更优选为25-40％，进一步优选为30-35％。
Gd 2O 3作为任选的组分，可以增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散，本发明中通过引入Gd 2O 3，可以提高形成玻璃的稳定性，并且使玻璃的化学稳定性显著增强，在维持折射率的同时，控制色散的过度上升；但如果其含量超过15％时，则玻璃耐失透性降低且玻璃的密度呈上升趋势。因此，本发明的Gd 2O 3的含量为0-15％，优选范围为1-10％，更优选范围为3-7％。
Y 2O 3是维持高折射率和高阿贝数，抑制玻璃材料成本上升，并可改善玻璃的熔融性、耐失透性，还可降低玻璃析晶上限温度和比重的组分，但在本发明的配方中，若其含量超过15％，则玻璃的化学稳定性、耐失透性降低。因此，优选Y 2O 3含量范围为1-15％，更优选范围为3-15％，进一步优选为6-10％。
Y 2O 3与其他稀土氧化物均能提高玻璃折射率，又因成本较Gd 2O 3低，而且能降低玻璃密度，有利于轻质化，因此，较多的现有技术中均有引入该组分。然而，在本发明的配方体系中，Y 2O 3的含量不仅独立地对玻璃产生前述的影响，还与其他多个组分协同调节玻璃的多个性能。其中包括：
当本发明的光学玻璃均含有Y 2O 3与La 2O 3时，可以更有效地提高玻璃的耐失透性能，并且在玻璃材料制作玻璃元件时更容易进行精密模压成型，降低玻璃元件制造的难度；
当Y 2O 3/B 2O 3过低时，在熔炼过程中不易排出气体，导致玻璃气泡度较差，因此Y 2O 3/B 2O 3的值下限为0.15，优选为0.2，更优选为0.3；但Y 2O 3/B 2O 3过高，玻璃有化学稳定性下降的趋势，因此，Y 2O 3/B 2O 3的值上限2，优选为1.8，更优选为1.5，进一步优选为1.3，更进一步优选为1；
Gd 2O 3和Y 2O 3在提高折射率方面可以在一定程度上进行替换，Y 2O 3/Gd 2O 3的值越高，越有利于降低原料成本，此外，发明人还发现当Y 2O 3/Gd 2O 3低于0.3或高于3时，都会导致玻璃的抗析晶性能劣化，因此，将Y 2O 3/Gd 2O 3设为0.3-3，优选为0.5-2.5，更优选为大于1但小于等于2；
Y 2O 3在所有稀土氧化物中的占比Y 2O 3/Ln 2O 3对玻璃的抗析晶性能有明显的调节作用，当Y 2O 3/Ln 2O 3的值为0.08-0.45时，抗析晶性能优异，更优选的值为0.1-0.4，进一步优选为0.1-0.3。
此外，Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)会影响玻璃的化学稳定性，当该值在0.16-0.8时，玻璃的化学稳定性优异，耐腐蚀性能强，可以有效延长光学仪器的使用寿命，更优选Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)的值为0.2-0.7，进一步优选为0.3-0.6。
Yb 2O 3是高折射率低色散组分，其含量超过5％时，玻璃的稳定性、耐失透性降低，因此，Yb 2O 3含量范围限定为0-5％。同时，由于Yb 2O 3相对于Gd 2O 3、Y 2O 3比较昂贵，对玻璃的熔融性能改善作用小，因此优选不引入。
RO属于碱土金属氧化物，为CaO、MgO、SrO和BaO中的一种或多种，在本发明中是任选的组分。合适量的碱土金属氧化物加入玻璃中可以提升玻璃的杨氏模量，降低玻璃的高温粘度，同时平衡玻璃组分，改善玻璃的熔化性能。但是，当RO的合计含量高于10％时，过多的碱土金属氧化物会降低玻璃的抗析晶性能。因此，本发明将RO的值设定为0-10％，优选为0-5％。
Rn 2O属于碱金属氧化物，为Li 2O、Na 2O、K 2O中的一种或多种，在本发明中是任选的组分。在本发明玻璃体系中，适量的碱金属氧化物可以获得预期的高温粘度，同时，当适量的碱金属氧化物与B 2O 3共存时，还可以提高B 2O 3网络的致密度，获得更好的光透过率。过少的碱金属氧化物不能调整玻璃的粘度到合适的范围，而过多的碱金属氧化物又会急剧破坏玻璃的抗析晶性能。在本发明中，将Rn 2O的值设定为0-10％，优选为0-5％。
另外，本发明的玻璃中可以引入0-1％、优选为0-0.5％的澄清剂，这些澄清剂可选用Sb 2O 3或/和CeO 2或/和SnO 2。
在不损害本发明的玻璃特性的范围内，根据需要能够添加少量上述未曾提及的其他成分，如P 2O 5、Bi 2O 3、TeO 2、Ga 2O 3、GeO 2、Ta 2O 5、Lu 2O 3等。但是V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属成分，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明的提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不包含。
Pb、As、Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的化合物，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃变得实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。
光学玻璃的性能
[光学性能]
折射率(nd)按照GB/T7962.1-2010方法测试。
色散系数(即阿贝数，vd)按照GB/T7962.1-2010方法测试。
[热学性能]
热膨胀系数(α -30℃-70℃)按照GB/T7962.16-2010方法测试，单位10 -7/K。
转变温度(T g)按GB/T 7962.16-2010规定的方法进行测量，单位：℃。
析晶上限温度测试方法为：采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180*10*10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度(5℃/cm)的炉内升温至1400℃保温4小时后取出自然冷却到室温，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。玻璃的析晶上限温度越低，则玻璃在高温时稳定性越强，生产的工艺性能越好。
[化学稳定性]
耐水作用稳定性(D W)按照GB/T17129方法测试。
耐酸作用稳定性(D A)按照GB/T17129方法测试。
[气泡度]
气泡度按照GB/T7962.8-2010方法测试。
经过测试，本发明的玻璃具有以下性能：折射率(nd)为1.84-1.87，优选为1.85-1.86；阿贝数(vd)为38-41，优选为38.5-40；热膨胀系数(α -30℃-70℃)≤75×10 -7/K，优选≤70×10 -7/K；耐水作用稳定性(D W)达到2类以上，优选为1类；耐酸作用稳定性达到3类以上，优选达到2类以上；析晶上限温度为1250℃以下，优选为1200℃以下，更优选为1180℃以下；气泡度达到A级以上，优选为A 0级以上，更优选为A 00级；玻璃转变温度(T g)为640℃以下，优选为630℃以下，更优选为625℃以下。
光学玻璃实施例
为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。
表1-表6的实施例1-48和表7的对比例1-5是通过按照各个实施例或对比例对应的含量称重并混合光学玻璃用普通原料(如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等)，将混合原料放置在铂金坩埚中，在1200-1500℃中熔化2-6h，并经澄清、搅拌和均化后，得到均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。
表1
Figure PCTCN2018108274-appb-000001
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Figure PCTCN2018108274-appb-000003
表2
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表3
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表4
Figure PCTCN2018108274-appb-000008
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表5
Figure PCTCN2018108274-appb-000010
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表6
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表7
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本发明上述实施例的光学玻璃容易进行精密模压成型，耐失透性好，Ln 2O 3的含量低于55％，成本较低。耐水稳定性(D W)为2类以上，在优选的技术方案中，D W达到1类；耐酸稳定性为3类以上，在优选的技术方案中，达到2类以上，化学稳定性好。气泡度在A级以上，在优选的技术方案中，为A0级以上，在更优的技术方案中，达到A00级，气泡度优异。而且热膨胀系数(α -30℃-70℃)≤75×10 -7/K，更优的α -30℃-70℃≤70×10 -7/K，受温度影响发生膨胀或收缩的程度低。同时，还具有优异的抗析晶性能。
玻璃预制件实施例
将实施例1-48所得到的光学玻璃切割成预定大小，再在表面上均匀地涂布脱模剂，然后将其加热、软化，进行加压成型，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜的预制件。或者使用实施例1-48所得到的光学玻璃，形成精密加压成型用的预成型品，再精密加压成型加工成透镜及棱镜的形状，制作预制件。
光学元件实施例
将上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。
接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。
光学仪器实施例
将上述光学元件实施例制得的光学原件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形 成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，尤其可用于车载领域的摄像设备和装置。

Claims (19)

  1. 光学玻璃，其特征在于，以重量％计，含有：SiO 2：0-10％，B 2O 3：5-25％，ZrO 2：0-15％，ZnO：10-25％，TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：2-30％，Ln 2O 3：30-55％，所述Ln 2O 3为La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3的合计含量，其中B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.8，Y 2O 3/B 2O 3为0.15-2。
  2. 根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于：还含有0-10％的RO，0-10％的Rn 2O，0-1％的澄清剂，所述RO为MgO、CaO、SrO或BaO中的一种或多种，所述Rn 2O为Li 2O、Na 2O、K 2O中的一种或多种，所述澄清剂为Sb 2O 3、SnO 2、CeO 2中的一种或多种。
  3. 光学玻璃，其特征在于，以重量％计，由0-10％的SiO 2，5-25％的B 2O 3，0-15％的ZrO 2，10-25％的ZnO，2-30％的TiO 2+Nb 2O 5+WO 3，30-55％的Ln 2O 3，0-10％的RO，0-10％的Rn 2O，0-1％的澄清剂组成，所述Ln 2O 3为La 2O 3、Gd 2O 3、Y 2O 3和Yb 2O 3的合计含量，所述RO为MgO、CaO、SrO或BaO中的一种或多种，所述Rn 2O为Li 2O、Na 2O、K 2O中的一种或多种，所述澄清剂为Sb 2O 3、SnO 2、CeO 2中的一种或多种，其中B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.8，Y 2O 3/B 2O 3为0.15-2。
  4. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：各组分含量满足以下4种情形中的一种或一种以上：
    1)SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)为0-0.25；
    2)Y 2O 3/Ln 2O 3为0.08-0.45；
    3)Y 2O 3/Gd 2O 3为0.3-3；
    4)Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)为0.16-0.8。
  5. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：SiO 2：1-8％，和/或B 2O 3：10-23％，和/或ZrO 2：1-10％，和/或ZnO：10-20％，和/或TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：4-22％，和/或Ln 2O 3：35-52％，和/或RO：0-5％，和/或R 2O：0-5％，和/或澄清剂0-0.5％。
  6. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：各组分含量满足以下6种情形中的一种或一种以上：
    1)SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)为0.05-0.23；
    2)Y 2O 3/Ln 2O 3为0.1-0.4；
    3)Y 2O 3/Gd 2O 3为0.5-2.5；
    4)Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)为0.2-0.7；
    5)B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.6；
    6)Y 2O 3/B 2O 3为0.2-1.5。
  7. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：SiO 2：1-4％，和/或B 2O 3：15-20％，和/或ZrO 2：2-6％，和/或ZnO：13-17％，和/或TiO 2+Nb 2O 5+WO 3：10-18％，和/或Ln 2O 3：40-50％。
  8. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：各组分含量满足以下6种情形中的一种或一种以上：
    1)SiO 2/(SiO 2+B 2O 3)为0.08-0.2；
    2)Y 2O 3/Ln 2O 3为0.1-0.3；
    3)Y 2O 3/Gd 2O 3大于1但小于等于2；
    4)Y 2O 3/(SiO 2+B 2O 3)为0.3-0.6；
    5)B 2O 3/Ln 2O 3为0.3-0.5；
    6)Y 2O 3/B 2O 3为0.3-1。
  9. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：Nb 2O 5：1-15％，和/或WO 3：1-15％，和/或TiO 2：0-10％，和/或La 2O 3：20-45％，和/或Gd 2O 3：0-15％，和/或Y 2O 3：1-15％，和/或Yb 2O 3：0-5％。
  10. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：Nb 2O 5：2-10％，和/或WO 3：2-12％，和/或TiO 2：0-5％，和/或La 2O 3：25-40％，和/或Gd 2O 3：1-10％，和/或Y 2O 3：3-15％。
  11. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：Nb 2O 5：4-8％，和/或WO 3：6-10％，和/或La 2O 3：30-35％，和/或Gd 2O 3：3-7％，和/或Y 2O 3：6-10％，和/或不含TiO 2。
  12. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于：所述光学玻璃的折射率(nd)为1.84-1.87，优选为1.85-1.86，阿贝数(vd)为38.0-41.0，优选为38.5-40.0。
  13. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃粉末法耐水稳定性(D W)为2类以上，优选为1类；粉末法耐酸稳定性(D A)3类以上，优选为2类。
  14. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的热膨胀系数(α -30℃-70℃)≤75×10 -7/K，优选≤70×10 -7/K。
  15. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的气泡度为A级或A级以上，优选为A 0级或A 0级以上。
  16. 根据权利要求1-3任一所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的转变温度(T g)为640℃以下，优选为630℃以下，更优选为625℃以下；所述光学玻璃的析晶上限温度为1250℃以下，优选为1200℃以下，更优选为1180℃以下。
  17. 玻璃预制件，采用权利要求1-16任一所述的光学玻璃制成。
  18. 光学元件，采用权利要求1-16任一所述的光学玻璃制成，或者采用权利要求17所述的玻璃预制件制成。
  19. 光学仪器，采用权利要求18所述的光学元件制成。
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