CN102923951B - 光学玻璃及光学元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低成本的精密压型用光学玻璃，该光学玻璃不含有Gd2O3组分，密度为4.2g/cm3以下，折射率为1.71～1.78，阿贝数为45～55，转变温度为550℃以下。本发明通过合理安排各组分的含量，不加入价格昂贵的Gd2O3，降低了生产成本，节约了资源。本发明的光学玻璃的透射比达到80%时对应的波长λ80为370nm以下；析晶上限温度在1050℃以下；耐水性达1级，适用于精密压型用。

Description

光学玻璃及光学元件
技术领域
本发明涉及一种折射率为1.71～1.78、阿贝数为45～55的精密模压用光学玻璃，以及由该光学玻璃制成的光学元件。
背景技术
近年来，随着数码照相机、摄像机和可拍照手机的快速普及和使用，使得光学材料也朝着高精度化、小型化的方向迅速发展。为满足以上要求，使用非球面透镜进行光学设计成为主流。以低成本、高产率的精密压型技术在光学元件制造上越来越受到重视。
在进行精密模压成型时，为了将高精密的模面复制在玻璃成型品上，需要在高温下（通常在玻璃软化点温度以上15～40℃）加压成型玻璃预制体，这时成型模暴露在高温中且被施以较高的压力，即使处于保护气氛中，压型模具表面模层依然容易被氧化侵蚀。精密模压成型中，高精密模具是主要的成本来源，模具使用达不到一定的使用次数，就不能实现低成本高产率的目的。为了延长模具的使用寿命，减少高温环境对成型模具的损伤，则需要尽可能地降低压型温度。因此，要求玻璃材料的转变温度（Tg）尽可能的低，这就使得适于精密压型的低软化点光学玻璃的需求与日俱增。
节约成本不仅可以通过延长成型模具寿命，降低原料成本也是关键。CN02155831.0公开了一种光学玻璃，其中含有价格昂贵的Gd2O3，造成该光学玻璃的成本很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本的精密压型用光学玻璃，该光学玻璃的密度（ρ）为4.2g/cm3以下，折射率（nd）为1.71～1.78，阿贝数（vd）为45～55，转变温度（Tg）为550℃以下。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，不含有Gd2O3组分，密度为4.2g/cm3以下，折射率为1.71～1.78，阿贝数为45～55，转变温度为550℃以下。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：1～10%、B2O3：22～35%、La2O3：26～38%、ZrO2：1～8%、ZnO：20～30%、CaO：0～3%、SrO：0～3%、Ta2O5：0.1～5%、Y2O3：1～10%、Li2O:0.1～3%。
进一步的，其中：SiO2：2～5%。
进一步的，其中：B2O3：25～30%、La2O3：30～35%。
进一步的，其中：ZrO2：1～5%。
进一步的，其中：ZnO：22～27%。
进一步的，其中：Ta2O5：0.5～2.5%。
进一步的，其中：Y2O3：3～7%。
光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：1～10%、B2O3：22～35%、La2O3：26～38%、ZrO2：1～8%、ZnO：20～30%、CaO：0～3%、SrO：0～3%、Ta2O5：0.1～5%、Y2O3：1～10%、Li2O:0.1～3%。
进一步的，其中：SiO2：2～5%。
进一步的，其中：B2O3：25～30%、La2O3：30～35%。
进一步的，其中：ZrO2：1～5%。
进一步的，其中：ZnO：22～27%。
进一步的，其中：Ta2O5：0.5～2.5%。
进一步的，其中：Y2O3：3～7%。
采用上述的光学玻璃制成的玻璃预制件。
采用上述的光学玻璃制成的光学元件。
采用上述的光学玻璃制成的光学仪器。
本发明的有益效果是：本发明通过合理安排各组分的含量，不加入价格昂贵的Gd2O3，降低了生产成本，节约了资源。本发明的光学玻璃密度（ρ）为4.2g/cm3以下；折射率（nd）为1.71～1.78；阿贝数（vd）为45～55；转变温度（Tg）为550℃以下；透射比达到80%时对应的波长λ80为370nm以下；析晶上限温度在1050℃以下；耐水性达1级，适用于精密压型用。
具体实施方式
下面将描述本发明光学玻璃的各个组份，除非另有说明，各个组份含量的比值是用重量%表示。
SiO2是形成玻璃的网络生成体氧化物，加入一定量的SiO2可增大玻璃的高温粘度，提高玻璃的耐失透性能。SiO2的含量超过10%时，光学玻璃的可熔性降低，软化温度升高。因此SiO2的含量限定为1～10%，优选为2～5%。
作为一种形成玻璃网络结构的有效氧化物，B2O3是获得高折射、低色散的镧系光学玻璃的必须组分。本发明中B2O3可有效改进玻璃的熔融性，降低熔炼温度和粘性流温度。当B2O3含量低于22%时，难以获得性质稳定的玻璃，耐失透性能不理想；但当B2O3含量高于35%时，玻璃的折射率达不到设计目标，同时玻璃的化学稳定性会降低。因此，B2O3的含量限定为22～35%，更优选含量是25～30%。
La2O3是高折射、低色散光学玻璃的主要成分，可以增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散，在本发明配方体系中，B2O3与La2O3的组合存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化学稳定性。当La2O3的含量低于26%时，不能获得以上的效果；当其含量超过38%时，玻璃的析晶性能恶化，故将其含量限定为26～38%，更优选的含量为30～35%。
ZrO2能提高玻璃的粘度、硬度和化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZrO2的含量超过8%时，玻璃难熔，易失透，而且玻璃化学稳定性恶化。因此ZrO2的含量优选1～8%，更优选为1～5%。
ZnO是形成低熔点光学玻璃的重要组分，可以降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率。当ZnO的含量大于30%时，光学玻璃容易失透；当ZnO的含量小于20%时，光学玻璃的转变温度升高。因此，ZnO的含量优选为20～30%，更优选为22～27%。
CaO具有改善玻璃稳定性，以及熔炼生产时帮助原料熔化的作用，但其含量高于3%时玻璃的析晶倾向增大，因此CaO的含量限定为0～3%。
SrO在玻璃中的作用与BaO相似，用SrO代替部分BaO能加速玻璃的熔化和澄清，降低玻璃的析晶倾向，当其含量高于3%时，熔制困难，因此SrO含量限定为0～3%，优选为0～1%，更优选为不加入。
Ta2O5是赋予光学玻璃高折射和低色散特性的组分，可以有效增强玻璃的稳定性，但Ta2O5含量高，玻璃成本增加。因此Ta2O5的含量优选为0.1～5%，更优选为0.5～2.5%。
Y2O3具有提高折射率、降低色散的效果，但是如果其含量过多，则耐失透性能急剧地降低。因此，Y2O3的优选含量为1～10%，更优选含量为3～7%。
Li2O可以有效降低玻璃转变温度，有效改善玻璃的融化能力，降低熔化温度，同时还可有效降低玻璃密度；但当其含量高时会使玻璃的工艺性能恶化，玻璃的耐失透性以及化学稳定性下降，所以Li2O的优选含量是0.1～3%。
下面描述本发明光学玻璃的性能。
密度按照按《GB/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。
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。
将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到80%对应的波长λ80。
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，放入带有温度梯度的炉内保温4小时后取出，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。
耐水作用稳定性DW（粉末法）按GB/T17129的测试方法，根据下式计算：
DW=（B-C）/（B-A）×100
式中：DW—玻璃浸出百分数（%）
B—过滤器和试样的质量（g）
C—过滤器和侵蚀后试样的质量（g）
A—过滤器质量（g）
由计算得出的浸出百分数，将光学玻璃耐水作用稳定DW分为6类见下表。
经过测试，本发明提供的光学玻璃具有以下性能：密度（ρ）为4.2g/cm3以下；折射率（nd）为1.71～1.78；阿贝数（vd）为45～55；转变温度（Tg）为550℃以下；透射比达到80%时对应的波长λ80为370nm以下；析晶上限温度在1050℃以下；耐水性达1级。
本发明还提供一种光学元件，由上述光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成。由于所述的光学玻璃具有高折射率和较低的玻璃转变温度，因此所述光学元件也具有高折射率和较低的玻璃转变温度，可以应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。
实施例
为了进一步了解本发明的技术方案，现在将描述本发明光学玻璃的实施例。应该注意到，这些实施例没有限制本发明的范围。
表1～表3中显示的光学玻璃（实施例1～30）是通过按照表1～表3所示各个实施例的比值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、硝酸盐和氟化物），将混合原料放置在铂金坩埚中，在1100～1300℃的温度内熔融，并且在经熔化、澄清、搅拌和均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。
本发明实施例1～30的组成与折射率（nd）、阿贝数（vd）、密度（ρ）、玻璃转变温度（Tg）、析晶上限温度、耐水性和透射比达到80%时对应的波长λ80的结果一起在表1～表3中表示。在这些表中，各个组分的组成是用重量%表示的。
表1
表2
表3
从上述实施例可以看出，本发明的光学玻璃密度（ρ）为4.2g/cm3以下；折射率（nd）为1.71～1.78；阿贝数（vd）为45～55；转变温度（Tg）为550℃以下；透射比达到80%时对应的波长λ80为370nm以下；析晶上限温度在1050℃以下；耐水性达1级，适用于精密压型用。

Claims (16)

1.光学玻璃，其特征在于，不含有Gd2O3组分，密度为4.2g/cm3以下，折射率为1.71～1.78，阿贝数为45～55，转变温度为550℃以下，La2O3：26～38％，ZnO：20.1～30％，Y2O3：1～7.71％，SiO2：大于5％但小于或等于10％，B2O3：25～35％,不含WO3，Li2O：0.1～2.5％。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：大于5％但小于或等于10％、B2O3：25～35％、La2O3：26～38％、ZrO2：1～8％、ZnO：20.1～30％、CaO：0～3％、SrO：0～3％、Ta2O5：0.1～5％、Y2O3：1～7.71％、Li2O：0.1～2.5％。
3.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其中：B2O3：25～30％、La2O3：30～35％。
4.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其中：ZrO2：1～5％。
5.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其中：ZnO：22～27％。
6.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Ta2O5：0.5～2.5％。
7.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Y2O3：3～7％。
8.光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为：SiO2：大于5％但小于或等于10％、B2O3：25～35％、La2O3：26～38％、ZrO2：1～8％、ZnO：20.1～30％、CaO：0～3％、SrO：0～3％、Ta2O5：0.1～5％、Y2O3：1～7.71％、Li2O：0.1～2.5％。
9.如权利要求8所述的光学玻璃，其特征在于，其中：B2O3：25～30％、La2O3：30～35％。
10.如权利要求8所述的光学玻璃，其特征在于，其中：ZrO2：1～5％。
11.如权利要求8所述的光学玻璃，其特征在于，其中：ZnO：22～27％。
12.如权利要求8所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Ta2O5：0.5～2.5％。
13.如权利要求8所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Y2O3：3～7％。
14.采用权利要求1-13中任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。
15.如权利要求1-13任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。
16.如权利要求1-13任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。
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