CN104445931A - 一种具有低转变温度的光学玻璃和光学元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有低转变温度的光学玻璃和光学元件，包括以下成分：P₂O₅、Al₂O₃、B₂O₃、BaO、WO₃、ZnO、Nb₂O₅、Li₂O、La₂O₃、Gd₂O₃。P₂O₅以磷氧四面体[PO₄]形成磷酸盐玻璃的结构网络，并赋予玻璃较高色散系数和透过率，B₂O₃作为助熔剂，同时配合加入BaO提高玻璃的化学稳定性，并且，BaO的加入还可增加玻璃的折射率。Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。实验结果表明，本发明提供的具有低转变温度的光学玻璃折射率为1.60～1.65，阿贝数为55～58，转变温度小于600℃，透射比为80％时，对应的波长小于370nm。

Description

一种具有低转变温度的光学玻璃和光学元件

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，尤其涉及一种具有低转变温度的光学玻璃和光学元件。

背景技术

近年来，随着数码相机、数字摄像机、照相手机等日益流行，用于光学***的设备的集成度增大和功能迅速增加，于是要求光学***具有更高的准确度、更轻的重量和更小的尺寸。因此，非球面镜得到了广泛的应用，并且使用非球面组件已成为光学设计的主流。

非球面透镜的制造广泛使用精密模压的方法。所谓精密模压，就是在一定的温度、压力下，用具有预定产品形状的高精密模具模压玻璃预制件，从而获得具有最终产品形状或非常接近于最终产品形状，并具有光学功能面的玻璃制品。采用精密模压技术制造的非球面透镜不需要再进行研磨抛光，从而可以简化工序。

用于非球面透镜的光学玻璃，要求具有高折射率和低色散率，在现代成像设备中应用较多。例如，中国专利CN101360691A公开了一种光学玻璃，具有折射率为1.5～1.65以及阿贝数为50～65的光学常数。中国专利CN1704369A公开了一种光学玻璃，具有折射率1.85～1.90、阿贝数40～42范围的光学常数。

光学玻璃透光率受折射率影响较大，折射率越高往往透光度越低.例如，中国专利CN101492247A公开了一种光学玻璃，折射率为1.8～2.1，透射比达到80％时，对应的波长在400nm以上。

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，需要在玻璃软化点温度附近加压成型玻璃预制体，这时成型模被暴露在高温中且被施以较高的压力，即使处于保护气体中，压型模具表面膜层依然容易被氧化、侵蚀，因此，要求玻璃具有较低的转变温度。现有技术中，中国专利1704369A公开了一种光学玻璃，具有折射率为1.83～1.9以及阿贝数为40～42的光学常数，转变温度为670～720℃。由于玻璃材料的转变温度较高，因此在进行精密模压成型时需要的温度较高，压型模具容易受到损坏，从而成本较高。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种折射率为1.60～1.65，阿贝数为55～58，转变温度小于600℃，透射比为80％时，对应的波长小于370nm的具有低转变温度的光学玻璃及光学元件。

有鉴于此，本发明提供了一种具有低转变温度的光学玻璃，包括以下成分：

28wt％～35wt％的P₂O₅；

10wt％～16wt％的Al₂O₃；

5wt％～11wt％的B₂O₃；

13wt％～18wt％的BaO；

2wt％～5wt％的WO₃；

7wt％～12wt％的ZnO；

4wt％～10wt％的Nb₂O₅；

2wt％～6wt％的Li₂O；

6wt％～13wt％的La₂O₃；

5wt％～9wt％的Gd₂O₃。

优选的，包括：

30wt％～33wt％的P₂O₅。

优选的，包括：

12wt％～14wt％的Al₂O₃。

优选的，包括：

6wt％～9wt％的B₂O₃。

优选的，包括：

14wt％～16wt％的BaO。

优选的，包括：

3wt％～4wt％的WO₃。

优选的，包括：

8wt％～10wt％的ZnO。

优选的，包括：

3wt％～4wt％的Li₂O。

优选的，折射率为1.60～1.65；

阿贝数为55～58；

转变温度小于600℃；

透射比为80％时，对应的波长小于370nm。

相应的，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。

本发明提供了一种具有低转变温度的光学玻璃和光学元件，包括以下成分：28wt％～35wt％的P₂O₅；10wt％～16wt％的Al₂O₃；5wt％～11wt％的B₂O₃；13wt％～18wt％的BaO；2wt％～5wt％的WO₃；7wt％～12wt％的ZnO；4wt％～10wt％的Nb₂O₅；2wt％～6wt％的Li₂O；6wt％～13wt％的La₂O₃；5wt％～9wt％的Gd₂O₃。P₂O₅以磷氧四面体[PO₄]形成磷酸盐玻璃的结构网络，并赋予玻璃较高色散系数和透过率，B₂O₃作为助熔剂，同时配合加入BaO提高玻璃的化学稳定性，并且，BaO的加入还可增加玻璃的折射率。Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的软化温度。实验结果表明，本发明提供的具有低转变温度的光学玻璃折射率为1.60～1.65，阿贝数为55～58，转变温度小于600℃，透射比为80％时，对应的波长小于370nm。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合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。

本发明实施例公开了一种具有低转变温度的光学玻璃，包括以下成分：

28wt％～35wt％的P₂O₅；

10wt％～16wt％的Al₂O₃；

5wt％～11wt％的B₂O₃；

13wt％～18wt％的BaO；

2wt％～5wt％的WO₃；

7wt％～12wt％的ZnO；

4wt％～10wt％的Nb₂O₅；

2wt％～6wt％的Li₂O；

6wt％～13wt％的La₂O₃；

5wt％～9wt％的Gd₂O₃。

上述组分中，P₂O₅以磷氧四面体[PO₄]形成磷酸盐玻璃的结构网络，是形成本发明玻璃的必需组分，P₂O₅能提高玻璃的色散系数和透过紫外线的能力。P₂O₅含量过高则会降低玻璃的透射性，难以满足期望的光学性能；P₂O₅含量过低，则会因玻璃化的倾向增强而降低玻璃的稳定性。优选控制P₂O₅的含量为30wt％～33wt％。P₂O₅可以以磷酸铝、磷酸钠、磷酸二氢铵和磷酸钙等本领域技术人员熟知的方式引入，本发明对比并无特别限制。

Al₂O₃能降低光学玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性、机械强度、硬度以及改良光学玻璃抗失透性。本发明中，光学玻璃中的Al₂O₃的含量优选为12wt％～14wt％。

B₂O₃是提高熔融性的必需组分，B₂O₃的加入有助于加入玻璃的熔解和澄清，此外，B₂O₃还具有调节玻璃黏度的作用，使玻璃具有较宽的成形温度范围。B₂O₃的含量优选为6wt％～9wt％，B₂O₃的含量过高，则会因硼氧三角体的的增多，反而增加玻璃的膨胀系数，发生硼反常现象。

P₂O₅的加入虽然有助于玻璃光学性能的提升，但是会降低玻璃的化学稳定性，由此本发明配合加入BaO用于提高玻璃的化学稳定性，此外，BaO的加入还可增加玻璃的折射率。BaO含量若过高则会显著损害玻璃的耐透失性，并提高玻璃化转变温度；含量过低则使玻璃折射率难以达到1.60。优选控制BaO的含量为14wt％～16wt％。BaO可以以硫酸钡和碳酸钡等本领域技术人员熟知的方式引入，本发明对此并无特别限制。

WO₃是一种改良光学玻璃抗失透性的组分。WO₃的含量优选为3wt％～4wt％。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。

ZnO能降低玻璃的热膨胀系数和密度，提高玻璃的化学稳定性、热稳定性和折射率。ZnO的含量优选为8～10wt％。

Nb₂O₅是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。Nb₂O₅的含量优选为6～8wt％。Nb₂O₅含量高于10wt％时，会导致玻璃色散升高，同时使玻璃的短波透过率下降。

Li₂O是强助溶剂，可以降低玻璃的转变温度和软化温度。当Li₂O含量超过6wt％时，光学玻璃的抗失透性和折射率降低，加剧玻璃的析晶和失透。Li₂O的含量低于为2wt％时，达不到降低转变温度和软化温度的目的。Li₂O的含量优选为3wt％～4wt％。

La₂O₃能提高光学玻璃折射率，含量优选为7～9wt％.当La₂O₃含量高于13wt％时，玻璃耐失透性变差。

Gd₂O₃是提高玻璃折射率、增大阿贝数的有效成分。Gd₂O₃的含量大于9wt％时，光学玻璃的抗失透性下降。Gd₂O₃的含量优选为6wt％～8wt％。

本发明提供的具有低转变温度的光学玻璃折射率为1.60～1.65；阿贝数为55～58；转变温度小于600℃；透射比为80％时，对应的波长小于370nm。

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。

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。

条纹用点光源和透镜组成的条纹仪，从最容易看见的条纹的方向上，与标准试样作比较检查，在规定条件下检测条纹。A0级以上的条纹无肉眼可见的条纹。

玻璃气泡质量按GB/T7962.8-1987规定的测试方法进行测量。

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。

本发明的光学元件由上述的光学玻璃形成，折射率为1.60～1.65，阿贝数为55～58，转变温度小于600℃，透射比为80％时，对应的波长小于370nm。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。

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、均化后降温，注入预热的金属模，退火得到光学玻璃。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

光学玻璃，其含有：28wt％的P₂O₅；10wt％的Al₂O₃；8wt％的B₂O₃；15wt％的BaO；4wt％的WO₃；8wt％的ZnO；8wt％的Nb₂O₅；5wt％的Li₂O；8wt％的La₂O₃；6wt％的Gd₂O₃。

主要性能参数为：

折射率：nd＝1.6225

阿贝数：vd＝57.2

转变温度：Tg＝585℃

软化温度：Ts＝621℃

λ₈₀：362nm

实施例2～7提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表1所示。

表1 实施例2～7提供的光学玻璃的组分百分比及对应性能

将上述光学玻璃所示成分对应的原料按比例称量，充分混合，在连熔池炉上熔化、澄清、均化，降温，注入预热的金属模，退火得到光学玻璃。

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。

本发明实施例1～7所提供的光学玻璃按照如下方法制备：

将实施例1～7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450～510℃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1～7提供的光学玻璃在压型时不析晶、不失透。

从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的光学玻璃折射率为1.60～1.65，阿贝数为55～58，转变温度小于600℃，透射比为80％时，对应的波长小于370nm，从而在生产中降低了成本。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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 (10)

1.一种具有低转变温度的光学玻璃，其特征在于，包括以下成分：

28wt％～35wt％的P₂O₅；

10wt％～16wt％的Al₂O₃；

5wt％～11wt％的B₂O₃；

13wt％～18wt％的BaO；

2wt％～5wt％的WO₃；

7wt％～12wt％的ZnO；

4wt％～10wt％的Nb₂O₅；

2wt％～6wt％的Li₂O；

6wt％～13wt％的La₂O₃；

5wt％～9wt％的Gd₂O₃。

2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

30wt％～33wt％的P₂O₅。

3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

12wt％～14wt％的Al₂O₃。

4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

6wt％～9wt％的B₂O₃。

5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

14wt％～16wt％的BaO。

6.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

3wt％～4wt％的WO₃。

7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

8wt％～10wt％的ZnO。

8.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，包括：

3wt％～4wt％的Li₂O。

9.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，

折射率为1.60～1.65；

阿贝数为55～58；

转变温度小于600℃；

透射比为80％时，对应的波长小于370nm。

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。