CN102351419A

CN102351419A - 一种k9光学玻璃及其制备方法

Info

Publication number: CN102351419A
Application number: CN2011101832406A
Authority: CN
Inventors: 朴文浩
Original assignee: HUBEI GEBIJIA PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: HUBEI GEBIJIA PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-02-15

Abstract

一种K9光学玻璃，产品组分的重量比wt%为：SiO₂：66-71；BaO：1-2；K₂O：6-9；Na₂O：5-8；ZnO：1-2；B₂O₃：8-11；CaO：1-2；Sb₂O₃：0.2-0.6。一种制备K9光学玻璃的方法，原料由熟料和生料混合组成，原料在熔化池内充分熔化，通过上升料道进入澄清池；液态玻璃在澄清池内澄清，消除玻璃内部的气泡；液态玻璃进入铂金工作池，采用铂金搅拌器对液态玻璃进行搅拌；液态玻璃通过铂金出料管流出，得到K9光学玻璃。本发明一种K9光学玻璃及其制备方法，采用Sb₂O₃替代剧毒的AS₂O₃作为澄清剂，杜绝了AS₂O₃有毒有害物的污染；K₂O以K₂CO₃形式引入，杜绝了KNO₃分解所产生的NO、NO₂的污染气体；采用Na₂CO₃代替Na₂SO₄，杜绝了Na₂SO₄分解时产生的SO₃。

Description

一种K9光学玻璃及其制备方法

技术领域

本发明属于光学玻璃领域，具体涉及一种K9光学玻璃及其制备方法。

背景技术

K9光学玻璃主要用做光学***中的透镜和棱镜，用于像的传递，是光学仪器的核心部分。

传统K9光学玻璃的组成（WT%）

上述传统K9光学玻璃存在以下问题：

1、配方中AS₂O₃是有毒有害物质，对环境有污染。

2、玻璃在熔化过程中，因为采用了KNO₃，故会形成NO、NO₂的污染气体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种K9光学玻璃及其制备方法，通过改变组分成分，以及制造工艺，改变传统K9光学玻璃生产中有害气体的产生，提高光学玻璃生产质量。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种K9光学玻璃，产品组分的重量比WT%为：

SiO2：66-71；

BaO：1-2；

K2O：6-9；

Na2O：5-8；

ZnO：1-2；

B2O3：8-11；

CaO：1-2；

Sb2O3：0.2-0.6。

一种制备K9光学玻璃的方法，由以下步骤构成：

步骤1: 原料由熟料和生料混合组成，原料在熔化池内充分熔化，通过上升料道进入澄清池；

步骤2：液态玻璃在澄清池内澄清，消除玻璃内部的气泡；

步骤3：液态玻璃进入铂金工作池，采用铂金搅拌器对液态玻璃进行搅拌；

步骤4：液态玻璃通过铂金出料管流出，得到K9光学玻璃。

所述步骤1中熔化池采用三相交流电对原料直接加热。

所述步骤1中熔化池上部设有生料层，加料时，通过液位仪监控液位波动幅度进行加料。

所述步骤1加料过程中生料和熟料按4:1比例加入，先加生料，再加熟料。

所述步骤2中澄清池添加澄清剂，澄清剂采用Sb2O3。

所述生料由：SiO₂，BaCO₃，KCO₃，Na₂CO₃，ZnO，H₃BO₃，CaCO₃，Sb₂O₃组成，所述熟料即为生料经步骤1-4加工后所得的产品。

本发明一种K9光学玻璃及其制备方法，膨胀系数α：69×10^-7/℃≤α≤89×10^-7/℃，折射率为1.510～1.520，并且高温粘度小，适合于池炉连续生产。

熔化池采用三相交流电可以最大程度地做到交流电相位平衡，且采用焦耳热对玻璃原料进行加热，做到最大能源利用率。

光学玻璃生产过程中，玻璃液位的涨跌幅度对产品品质会产生较大的影响，液位仪能很好地监控玻璃液位的涨跌，液位仪的控制精度在±1mm以内。

由于采用冷顶技术，熔化池上部设有一定厚度的生料层，生料层隔绝了熔化部大量的热量，即降低了加料温度也节约能源。加料时，根据液位的高度变化进行加料，液位波动控制在±1mm。生料和熟料比例按4:1的比例加入，先加生料，再加熟料；有利于原料的充分熔化。

澄清剂Sb₂O₃的分解反应为可逆反应，可逆反应温度约为1220℃。高温时Sb₂O₃分解O₂，低温时吸收O₂。在澄清池内Sb₂O₃分解O₂，使玻璃内含有的气泡长大，浮出玻璃；澄清池后Sb₂O₃吸收O₂，使玻璃内部含有O₂的气泡减小，最终被玻璃吸收，达到消除气泡的目的。

本发明一种K9光学玻璃及其制备方法，采用Sb₂O₃替代剧毒的AS₂O₃作为澄清剂，杜绝了AS₂O₃有毒有害物的污染； K₂O以K₂CO₃形式引入，杜绝了KNO₃分解所产生的NO、NO₂的污染气体；采用Na₂CO₃代替Na₂SO₄，杜绝了Na₂SO₄分解时产生的SO₃。

具体实施方式

实施例1：一种K9光学玻璃，产品组分的重量比WT%为：

SiO₂：68.6；

BaO：1.3；

K₂O：8.2；

Na₂O：7.6；

ZnO：1.5；

B₂O₃：10.5；

CaO：1.8；

Sb₂O₃：0.5。

实施例2：一种K9光学玻璃，产品组分的重量比WT%为：

SiO₂：67.8；

BaO：1.7；

K₂O：8.8；

Na₂O：7.4；

ZnO：1.8；

B₂O₃：10.2；

CaO：1.9；

Sb₂O₃：0.4。

实施例3：一种K9光学玻璃，产品组分的重量比WT%为：

SiO₂：69.9

BaO：1.3

K₂O：8.4

Na₂O：7.5

ZnO：1.2

B₂O₃：10.3

CaO：1.1

Sb₂O₃：0.3。

窑炉设计采用全电熔冷顶垂直熔化技术，减少了产品组分的挥发，使生产出的产品均匀性及一致性得到充分控制。

原料在熔化池内充分熔化，通过上升料道进入澄清池；玻璃在澄清池内澄清，消除玻璃内部的气泡；再进入一个特殊的铂金工作池，采用铂金搅拌器对玻璃进行搅拌，铂金工作池及铂金搅拌器能尽量将污染降低到最低程度，玻璃在铂金工作池内充分均化，得到组分高度均匀的产品；再通过铂金出料管流出，通过不同规格的成型模具成型，最终得到符合要求的K9光学玻璃产品。

熔化池采用三相交流电对原料进行直接加热，加热电压380V（±1V），电流约1500A（±0.1A）。

为得到本发明光学K9玻璃，本发明采用下述特殊设备：

a 、配料生产线：

光学K9对玻璃组分的均匀度要求极高，本发明采用混合均匀度大于98%的配料生产线进行配料，以获得高均匀度的原料。

b 、快速退火炉：

光学玻璃折射率及阿贝数指标与玻璃退火速度的对数成正比。玻璃样品以一定的速度退火后检测其折射率及阿贝数是控制产品折射率和阿贝数的重要手段。通过快速退火炉可以使玻璃样品按需要的速度进行退火。

c、高精度V棱镜：

为准确控制光学玻璃主要指标：折射率及阿贝数，生产过程中的检测尤为重要，一般是对快速退火炉退火后的样品进行检测。高精度V棱镜是生产过程中检测折射率及阿贝数的重要设备。

d、液位仪：

光学玻璃生产过程中，玻璃液位的涨跌对产品品质会产生较大的影响。液位仪能很好地监控玻璃液位的涨跌，液位仪的控制精度要求在±1mm以内。

e、桥式搅拌机：

桥式搅拌机能准确便捷地铂金搅拌棒的中心位置以及高度，以获得高均匀性的产品。

f、升降成型机：

最终产品的形状和规格由成型模具控制，成型模具安装在成型机上。升降成型机可便捷地调整产品厚度，快速更换规格，满足客户不同的需求。

g、网带退火炉：

成型机成型后的玻璃温度比较高，直接冷却会导致产品炸裂。通过网带退火炉以一定的速度降温，将产品应力降低，避免了产品的炸裂；同时可满足一般客户要求。

h、条纹仪：

光学玻璃作为光学成像的元件，对玻璃内部的条纹要求较高；条纹不好会直接影响光学成像的品质。条纹仪通过对样品的检测，直接定性检测玻璃内部条纹的好坏。

i、分光光度计：

分光光度计用于测试产品透过率。 j、精密退火炉：

精密退火炉可根据客户的需求，将产品应力及折射率调整到客户需要的数据。

k、应力仪：

通过应力仪定量测试玻璃应力。

光学玻璃对原料要求高，配料前须对原料进行检测，主要有以下设备：电子天平，恒温烘箱。

光学玻璃生产对原料均匀度要求必须达到98%以上，为达到以上均匀度，采取以下操作步骤：

①、所有原材料分开堆放，避免原料之间互相污染。原料由熟料和生料混合组成。

生料由：SiO₂，BaCO₃，KCO₃，Na₂CO₃，ZnO，H₃BO₃，CaCO₃，Sb₂O₃组成，所述熟料即为生料经加工后所得的块状产品。

②、组分中重量百分比大于1%的原料采用精度0.01Kg的电子秤称量；组分中重量百分比小于1%的原料采用精度0.5g的电子秤称量。

③、称料顺序按先大料后小料的原则进行称料。

④、混料机采用V型混料机，混料均匀度达到98%以上。

⑤、加料温度、方法，生熟料比例。

由于采用冷顶技术，熔化池上部约150mm左右的生料层。加料温度在100℃以下；熔化温度1200℃左右；澄清温度1380℃左右。

加料时，根据液位的高度变化进行加料，液位波动控制在±1mm。生料和熟料比例按4:1的比例加入，先加生料，再加熟料。

炉前光学常数测定、校正参数、校正方法：

炉前光学常数测定：

①、先将快速退火炉温度升到退火温度保温，然后在澄清池取样放入快速退火炉，按-250℃/H退火；

②、将退火后的样加工成20*20*10，两个直角面精磨的样品；

③、用V棱镜测试样品的光学常数。

根据对应力的要求进行炉前数据的设定，具体数据为标准值减退火增值。测试出的样品数据与炉前设定的数据进行比较，如偏差超出工艺要求的偏差，则进行炉前校正，具体校正如下：

Nd高于标准50*10^-5，用SiO₂校正，每公斤降低4.7*10^-5；

Nd高于标准50*10^-5，用BaO校正，每公斤升高22*10^-5。

采用SiO₂和BaO校正时，事先将校正原料与配合粉料按1:1比例混合后加入。

玻璃经过上升道升温后进入澄清池，澄清池内玻璃温度达到1380℃左右，澄清时间约为40分钟。气泡消除的过程有两种方式：

①、气泡在温度上升的过程中，随温度的升高，气泡的体积加大，气泡上升的浮力和上升速度也同时增加；同时，随温度的升高，玻璃粘度也降低，对气泡上升的阻力减小，使气泡上升的速度增加。

②、澄清剂的作用：

Sb₂O₃的分解反应为可逆反应，可逆反应温度约为1220℃。高温时Sb₂O₃分解O₂，低温时吸收O₂。在澄清池内Sb₂O₃分解O₂，使玻璃内含有的气泡长大，浮出玻璃；澄清池后Sb₂O₃吸收O₂，使玻璃内部含有O₂的气泡减小，最终被玻璃吸收，达到消除气泡的目的。

搅拌器安装位置为叶片距工作池底部10-20mm，距工作池边部10 mm；搅拌器转数一般设定为40转/分，根据条纹情况适当增减；玻璃在工作池停留时间为30分钟；随搅拌器的旋转，玻璃在工作池内翻腾，同时被搅拌器叶片切割，使其组分充分均匀，消除其条纹。

玻璃通过澄清消除气泡，通过工作池搅拌器搅拌消除条纹后，由特殊设计的铂金出料管以一定的出料量流出成型。成型的规格由成型模具及网带退火炉的速度控制。出料量一定的情况下成型宽度由成型模具宽度控制；厚度由网带退火炉速度控制。出料量的控制由高精度可控硅自动控制出料管各段温度控制，出料管各段温度不变的情况下，出料量将保持恒定。一般成型温度为950℃左右。

根据玻璃性质，其软化温度为545℃，设定精密退火温度为520℃。退火曲线的设定根据要求对应力和数据的要求进行设定。

Claims

1.一种K9光学玻璃，其特征在于，产品组分的重量比WT%为：

SiO₂：66-71；

BaO：1-2；

K₂O：6-9；

Na₂O：5-8；

ZnO：1-2；

B₂O₃：8-11；

CaO：1-2；

Sb₂O₃：0.2-0.6。

2.一种制备权利要求1所述的K9光学玻璃的方法，其特征在于由以下步骤构成：

步骤2：液态玻璃在澄清池内澄清，消除玻璃内部的气泡；

步骤4：液态玻璃通过铂金出料管流出，得到K9光学玻璃。

3.根据权利要求2所述一种K9光学玻璃制备方法，其特征在于：所述步骤1中熔化池采用三相交流电对原料直接加热。

4.根据权利要求2所述一种K9光学玻璃制备方法，其特征在于：所述步骤1中熔化池上部设有生料层，加料时，通过液位仪监控液位波动幅度进行加料。

5.根据权利要求2所述一种K9光学玻璃制备方法，其特征在于：所述步骤1加料过程中生料和熟料按4:1比例加入，先加生料，再加熟料。

6.根据权利要求2所述一种K9光学玻璃制备方法，其特征在于：所述步骤2中澄清池添加澄清剂，澄清剂采用Sb₂O₃。

7.根据权利要求2所述一种K9光学玻璃制备方法，其特征在于所述生料由：SiO2，BaCO₃，KCO₃，Na₂CO₃，ZnO，H₃BO₃，CaCO₃，Sb₂O₃组成，所述熟料即为生料经步骤1-4加工后所得的产品。