CN104108872B

CN104108872B - 环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

Info

Publication number: CN104108872B
Application number: CN201310135150.9A
Authority: CN
Inventors: 赖德光; 匡波; 孙伟
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: CN104108872A

Abstract

本发明提供一种折射率为1.55～1.63、阿贝数为42～52的环保光学玻璃，该玻璃中不含有价格昂贵的Nb₂O₅、以及污染环境的PbO、As₂O₃和氟化物。环保光学玻璃，按重量百分比组成含有：SiO₂：48～65％、TiO₂：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～5％、Li₂O：0～3％、Sb₂O₃：0～0.3％、Na₂O：1～8％、K₂O：5～16％。本发明的光学玻璃的密度为3.0g/cm³以下，转变温度为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于350nm。

Description

环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率(n_d)为1.55～1.63、阿贝数(v_d)为42～52的环保光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。

背景技术

传统的钡火石光学玻璃组分里含有大量的PbO以及作为澄清剂的As₂O₃，但随着环境保护的呼声日益高涨，PbO和As₂O₃必将由其他组分所替代。开发出既能满足使用要求，又不含有对环境有害的物质，同时要求原料价格低廉，能够低成本地连续生产的光学玻璃成了科研人员的奋斗目标。

CN98105841.8公开了一种光学玻璃，其组分中含有大量昂贵的Nb₂O₅，这势必会增加玻璃的生产成本，不利于工业化批量生产；另外，该组分中还含有大量的B₂O₃，这会使得玻璃在融化时挥发性增大，同时玻璃的耐失透特性变差。JP8048538A公开了一种光学玻璃，其含有6～35％的Nb₂O₅，同时还含有0.1～10％的氟化物，这不仅增加了原料成本，同时在实际生产过程中，会排放氟化物气体和粉尘，增加环境负荷与处理成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.55～1.63、阿贝数为42～52的环保光学玻璃，该玻璃中不含有价格昂贵的Nb₂O₅、以及污染环境的PbO、As₂O₃和氟化物。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保光学玻璃，按重量百分比组成含有：SiO₂：48～65％、TiO₂：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～5％、Li₂O：0～3％、Sb₂O₃：0～0.3％、Na₂O：1～8％、K₂O：5～16％。

进一步的，按重量百分比组成为：SiO₂：48～65％、TiO₂：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～5％、Li₂O：0～3％、Sb₂O₃：0～0.3％、Na₂O：1～8％、K₂O：5～16％。

进一步的，其中：NaO₂与K₂O的合计量为10～18％。

进一步的，其中：SiO₂：50～60％。

进一步的，其中：TiO₂：7～12％。

进一步的，其中：Na₂O：2～6％。

进一步的，其中：K₂O：8～12％。

进一步的，其中：BaO：11～19.5％。

进一步的，其中：CaO：0～3％。

进一步的，其中：Al₂O₃：0～3％。

进一步的，其中：Li₂O：0～2％。

进一步的，其中：Sb₂O₃：0～0.2％。

进一步的，所述环保光学玻璃密度为3.0g/cm³以下，折射率为1.55～1.63，阿贝数为42～52，转变温度为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于350nm。

采用上述的环保光学玻璃制成的玻璃预制件。

采用上述的环保光学玻璃制成的光学元件。

采用上述的环保光学玻璃制成的光学仪器。

本发明的有益效果是：不加入价格昂贵的Nb₂O₅，降低了生产成本，节约了资源；不加入B₂O₃，玻璃的光透过率优异；不含有PbO、As₂O₃和氟化物等污染组分，得到了环保光学玻璃，本发明的光学玻璃的密度为3.0g/cm³以下，折射率(n_d)为1.55～1.63，阿贝数(v_d)为42～52，转变温度(Tg)为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于350nm。

具体实施方式

下面将描述本发明光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分的含量用重量％表示。

SiO₂是重要的玻璃形成体氧化物，在玻璃结构中起骨架作用，是光学玻璃实现光学常数的基础，其含量的多少与玻璃的化学稳定性、融化特性密切相关。在本发明中，当SiO₂含量不足48％时，玻璃的化学稳定性会降低；但当其含量超过65％时，则难以维持玻璃的光学常数，同时也会显著提高玻璃的融化温度。为了得到化学稳定性特别优异的玻璃，同时兼顾其融化特性，本发明的SiO₂含量为48～65％，优选为50～60％。

TiO₂在本发明中用于提高玻璃的折射率与色散，以达到所需要的光学常数。同时，TiO₂还可以显著地提高玻璃的机械性能和化学稳定性。但是，如果TiO₂的含量低于5％，那么玻璃不能达到所期望的光学常数，若含量高于15％，会使玻璃着色，引起光透过率的显著恶化。因此，TiO₂含量为5～15％，优选为7～12％。

Li₂O组分能大幅度降低玻璃的转变温度并有效改善玻璃的熔化性能，在本发明中，当其含量大于3％时，玻璃的耐失透性和化学稳定性急剧恶化，因此该组分的含量限定为0～3％，优选为0～2％。

Na₂O可以有效降低玻璃的转变温度，提高玻璃的熔化性能和调整光学常数，如果该组分的含量小于1％，则不能充分获得这些效果，而如果此组分的含量超过8％，则玻璃的化学稳定性显著变差。因此，该组分的含量限定为1～8％，优选为2～6％。

K₂O是本发明必须添加的组分之一，用于调节光学常数以及降低玻璃的溶解温度。当其含量低于5％时，无法达到上述效果；如果含量超过16％，会引起玻璃化学稳定性的恶化。因此，K₂O含量为5～16％，优选为8～12％。

另外，本发明人通过研究发现，当NaO₂与K₂O的合计量达到10％以上时，能更显著地降低玻璃的溶解温度和高温粘度。但当NaO₂与K₂O的合计量超过18％时，则玻璃的化学稳定性也会随之恶化。因此，NaO₂与K₂O的合计量为10～18％。

ZnO有利于降低玻璃的熔化温度和软化温度，并有调整玻璃光学性能的作用。当其含量不足2％时，玻璃的软化温度上升；而当其含量高于8％时，玻璃的色散增大，析晶倾向增大，同时玻璃的高温粘度变小，给玻璃的成型带来很大的困难，因此ZnO的含量限定为2～8％。

BaO是本发明中必须含有的组分，可以提高玻璃的折射率和耐失透性能。在本发明中，当BaO的含量低于10％时，不能达到所需的光学常数，若含量超过22％时，则容易在连续熔炼中数据不稳定，还会加重腐蚀生产炉体。因此，BaO含量限定为10～22％，优选为11～19.5％。

CaO可以提高玻璃的化学稳定性，并有助熔作用，但其含量高于5％时，玻璃的析晶倾向增大。因此CaO的含量限定为0～5％，优选为0～3％，更优选为不加入。

Al₂O₃是用于提高化学耐久性而可添加的成分，其含量过多的话，则不能获得所期望的玻璃化转变温度。因此Al₂O₃的含量为0～5％，优选为0～3％。

Sb₂O₃在本发明中作为澄清剂使用，其含量为0～0.3％，优选为0～0.2％。

下面将描述本发明的光学玻璃的性能。

折射率与阿贝数按照《GB/T7962.1-1987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/T7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。

光学玻璃短波透射光谱特性用着色度(λ₈₀/λ₅)表示。即：样品厚度为10mm±0.1mm，λ₈₀是指玻璃透射比达到80％时对应的波长，λ₅是指玻璃透射比达到5％时对应的波长。

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。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。

经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：密度为3.0g/cm³以下，折射率(n_d)为1.55～1.63，阿贝数(v_d)为42～52，转变温度(Tg)为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于350nm。

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，并且所述的光学元件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，下面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，在一定的温度内熔融，并且经熔化、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)、着色度(λ₈₀/λ₅)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

通过上述的表1～表3中的实施例可以看出，本发明的玻璃不加入价格昂贵的Nb₂O₅，降低了生产成本，节约了资源，并且不含有PbO、As₂O₃和氟化物等污染组分。本发明通过合理调整SiO₂、TiO₂等组分的含量，使得玻璃的光透过率优异，玻璃密度为3.0g/cm³以下，折射率(n_d)为1.55～1.63，阿贝数(v_d)为42～52，转变温度(Tg)为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于350nm。

Claims

1.环保光学玻璃，其特征在于，按重量百分比组成含有：SiO₂：48～65％、TiO₂：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：12.3～22％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～5％、Li₂O：0～3％、Sb₂O₃：0～0.3％、Na₂O：1～8％、K₂O：5～16％，不含B₂O₃、Nb₂O₅、PbO、As₂O₃和氟化物，透射比达到80％时对应的波长λ₈₀小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ₅小于350nm。

2.如权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，按重量百分比组成为：SiO₂：48～65％、TiO₂：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：12.3～22％、CaO：0～5％、Al₂O₃：0～5％、Li₂O：0～3％、Sb₂O₃：0～0.3％、Na₂O：1～8％、K₂O：5～16％。

3.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：NaO₂与K₂O的合计量为10～18％。

4.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：SiO₂：50～60％。

5.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：TiO₂：7～12％。

6.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Na₂O：2～6％。

7.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：K₂O：8～12％。

8.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：BaO：12.3～19.5％。

9.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：CaO：0～3％。

10.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Al₂O₃：0～3％。

11.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Li₂O：0～2％。

12.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Sb₂O₃：0～0.2％。

13.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，所述环保光学玻璃密度为3.0g/cm³以下，折射率为1.55～1.63，阿贝数为42～52，转变温度为565℃以下，析晶温度为1000℃以下。

14.采用权利要求1～13中任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的玻璃预制件。

15.采用权利要求1～13中任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的光学元件。

16.采用权利要求1～13中任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的光学仪器。