CN102199001A

CN102199001A - 光学玻璃和光学元件

Info

Publication number: CN102199001A
Application number: CN2011100289130A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-09-28

Abstract

本发明公开了一种光学玻璃，包括以下成分：40wt％～55wt％的SiO₂；5wt％～20wt％的B₂O₃；13wt％～25wt％的Nb₂O₅；3wt％～20wt％的R₂O；所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种；0～5wt％的WO₃；0～10wt％的ZrO₂；0～5wt％的BaO；0～0.5wt％的Sb₂O₃。本发明提供的光学玻璃无需添加非环保元素。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.59～1.63、阿贝数为42～47，满足现代成像设备的需要。

Description

光学玻璃和光学元件

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，更具体地说，涉及一种光学玻璃和光学元件。

背景技术

光学玻璃是用于制造光学仪器或机械***中的透镜、棱镜、反射镜和窗口等的玻璃材料。光学玻璃透光性能好，折光率高，被广泛应用于制造眼镜片、照相机、数字摄像机、望远镜、显微镜和透镜等光学仪器。近年来，随着数码相机、数字摄像机等日益流行，不仅对光学玻璃的需求持续扩大，并且对光学玻璃的性能也提出了更高的要求。例如，为了满足光学***复消色差和超复消色差方面的性能，要求光学***在较宽的波长范围的剩余色差较小。

为了使光学***在较宽的波长范围的剩余色差较小，目前通常采用两块具有不同色散系数的光学玻璃组合的方式。但是，该两块具有不同色散系数的光学玻璃对于第三种波长存在着剩余色差。为了消除该剩余色差，要求光学玻璃在相对部分色散相同的情况下，有尽量大的色散系数值范围。

为了解决上述问题，现有技术中通常采用化学组成为B₂O₃-Al₂O₃-PbO的光学玻璃，B₂O₃含量为45wt％以上，并且，PbO含量高达30～40wt％，其中，相对部分色散性能主要是利用B₂O₃处于三角体配位状态来实现。但是，由于含量超过45wt％的B₂O₃使玻璃化学稳定性较差，另外，为了得到理想的光学常数和质量，引入了对环境危害很大的Pb元素，形成非环保的光学玻璃。现有技术中，为了满足折射率为1.59～1.63、阿贝数为42～47的光学玻璃的要求，光学玻璃通常采用SiO₂-B₂O₃-RO-ZnO-PbO***，其中，RO代表碱土金属氧化物；为了消除玻璃气泡，引入0.1～0.5wt％的As。

随着社会的进步，含有Pb等非环保元素的光学玻璃将逐渐被淘汰，各国政府也出台了相应的标准，对玻璃中Pb元素的含量进行了限制。因此，设计和制造具有理想的光学参数的环保光学玻璃势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种环保的、折射率为1.59～1.63、阿贝数为42～47的光学玻璃和光学元件。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

40wt％～55wt％的SiO₂；

5wt％～20wt％的B₂O₃；

13wt％～25wt％的Nb₂O₅；

3wt％～20wt％的R₂O；

所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种；

0～5wt％的WO₃；

0～10wt％的ZrO₂；

0～5wt％的BaO；

0～0.5wt％的Sb₂O₃。

优选的，包括：

0.5wt％～8wt％的ZrO₂。

优选的，包括：

45wt％～53wt％的SiO₂。

优选的，包括：

8wt％～18wt％的B₂O₃。

优选的，包括：

15wt％～23wt％的Nb₂O₅。

优选的，包括：

1wt％～7wt％的Na₂O。

优选的，包括：

1wt％～6wt％的K₂O。

优选的，包括：

1wt％～7wt％的Li₂O。

优选的，折射率为1.59～1.63；

阿贝数为42～47。

本发明还提供一种上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：40wt％～55wt％的SiO₂；5wt％～20wt％的B₂O₃；13wt％～25wt％的Nb₂O₅；3wt％～20wt％的R₂O；所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种；0～5wt％的WO₃；0～10wt％的ZrO₂；0～5wt％的BaO；0～0.5wt％的Sb₂O₃。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用，并且具有形成玻璃的网格组分的作用。B₂O₃中的B元素能够实现短波部分色散小，同时作为氧化物可以提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，并且可以降低玻璃高温熔融粘度。Nb₂O₅中的Nb元素可以增大中波部分色散，但不明显增大短波部分色散，同时也赋予玻璃高折射率的组分，并且具有改进玻璃的抗失透性的作用。Na₂O是玻璃助熔剂，可以降低玻璃的转变温度。K₂O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽。Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。本发明相对现有技术降低了B₂O₃的含量，从而使光学玻璃有较好的化学稳定性。本发明提供的光学玻璃无需添加非环保元素。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.59～1.63、阿贝数为42～47，满足现代成像设备的需要。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种光学玻璃，包括以下成分：

40wt％～55wt％的SiO₂；

5wt％～20wt％的B₂O₃；

13wt％～25wt％的Nb₂O₅；

3wt％～20wt％的R₂O；

所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种；

0～5wt％的WO₃；

0～10wt％的ZrO₂；

0～5wt％的BaO；

0～0.5wt％的Sb₂O₃。

SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体的结构单元形成不规则的连续网络，是形成光学玻璃的骨架。SiO₂具有维持玻璃抗失透性的作用。SiO₂的含量限定为40wt％～55wt％，优选为45wt％～53wt％。

B₂O₃是一种形成光学玻璃的重要的氧化物，对于形成光学玻璃的网络有效，B₂O₃中的B元素能够实现光学玻璃在短波部分色散小，同时适量B₂O₃的引入能够降低玻璃的膨胀系数，提高玻璃的热稳定性和化学稳定性，并且可以降低玻璃高温熔融粘度。B₂O₃的含量限定为5wt％～20wt％，优选为8wt％～18wt％。

Nb₂O₅是赋予玻璃高折射率的组分，Nb₂O₅中的Nb元素可以增大中波部分色散，但不明显增大短波部分色散，并且具有改进玻璃的抗失透性的作用。Nb₂O₅含量过高，会导致玻璃色散升高，同时使玻璃的短波透过率下降，另外由于Nb₂O₅是价格昂贵的原料，过多使用将大大降低玻璃的经济性。Nb₂O₅的含量限定为13wt％～25wt％，优选为15wt％～23wt％。

Na₂O是玻璃助熔剂，可以降低玻璃的转变温度。K₂O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽。Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。R₂O的含量限定为3wt％～20wt％。Na₂O的含量可以为1wt％～7wt％，K₂O的含量可以为1wt％～6wt％，Li₂O的含量可以为1wt％～7wt％。

WO₃是一种改良光学玻璃抗失透性的组分。WO₃的含量可以为0～5wt％，还可以为1wt％～5wt％。当WO₃的含量超过5wt％时，光学玻璃对短波范围的吸收增强，光学玻璃将容易显色。

ZrO₂能提高光学玻璃的黏度、硬度、弹性、折射率、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZrO₂的含量可以为0～10wt％，还可以为0.5wt％～8wt％。

BaO能提高光学玻璃的折射率、光泽和化学稳定性。BaO的含量可以为0～5wt％，还可以为1wt％～3wt％。

Sb₂O₃为澄清剂，含量可以为0～0.5wt％，还可以为0.01wt％～0.3wt％。

对于本发明提供的光学玻璃的制备方法，并无特别限制，按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。将原料进行熔化、澄清、均化、降温成型，得到光学玻璃。

本发明提供的光学玻璃的性能参数按照如下方法进行测试。

其中折射率(nd)值为(-2℃/h)-(-6℃/h)的退火值，折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。

密度按照《GB/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。

粘度根据ASTM C965标准规定的测试方法，用旋转粘度计进行测试。

抗潮湿大气作用稳定性RC(S)按照在温度50℃，相对湿度85％的条件下，玻璃抛光表面形成水解斑点的时间进行测试，大于20小时为1级，5～20小时之间为2级，小于5小时为3级。

抗酸作用稳定性RA(S)按照在0.1N、温度50℃的醋酸溶液作用下，玻璃抛光表面的破坏深度达到135nm的时间来测试，大于5小时为1级，时间在1～5小时之间为2级，小于1小时为3级。

本发明还提供一种由上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。本发明的光学元件由上述本发明的光学玻璃形成，因此，该光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。本发明的光学元件无需添加非环保元素，具有折射率为1.59～1.63，阿贝数为42～47。本发明提供的光学元件适用于数码相机、数码摄像机和照相手机等。

为了进一步了解本发明的技术方案，下面结合具体的实施例，对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1～12提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表1、表2所示。

本发明实施例1～12所提供的光学玻璃按照如下方法制备：

将实施例1～12中光学玻璃的成分所对应的原料按比例称量，充分混合后加入连熔池炉上，1000℃～1380℃左右熔化、澄清和均化；

在480～520℃左右将熔融玻璃浇注入预热后的金属模；

将注入预热后的金属模的熔融玻璃同金属模一起放入退火炉内徐冷退火后得到光学玻璃，测试光学玻璃的相关参数。实施例1～12提供的光学玻璃在压型时不析晶、不失透。

表1实施例1～6提供的光学玻璃的组分百分比及对应性能

表2实施例7～12提供的光学玻璃的组分百分比及对应性能

实施例1制备的光学玻璃的高温粘度如表3所示。

表3实施例1提供的光学玻璃的高温粘度

从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的光学玻璃无需添加非环保元素。实验结果表明，本发明提供的光学玻璃折射率为1.59～1.63、阿贝数为42～47，满足现代成像设备的需要。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

40wt％～55wt％的SiO₂；

5wt％～20wt％的B₂O₃；

13wt％～25wt％的Nb₂O₅；

3wt％～20wt％的R₂O；

所述R₂O包括Na₂O、K₂O和Li₂O中的一种或几种；

0～5wt％的WO₃；

0～10wt％的ZrO₂；

0～5wt％的BaO；

0～0.5wt％的Sb₂O₃。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

0.5wt％～8wt％的ZrO₂。

3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

45wt％～53wt％的SiO₂。

4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

8wt％～18wt％的B₂O₃。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

15wt％～23wt％的Nb₂O₅。

6.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt％～7wt％的Na₂O。

7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt％～6wt％的K₂O。

8.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

1wt％～7wt％的Li₂O。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的光学玻璃，其特征在于，

折射率为1.59～1.63；

阿贝数为42～47。

10.一种权利要求1～9任意一项所述的光学玻璃形成的光学元件。