CN107473582A - 光学玻璃、玻璃预制件及光学元件 - Google Patents

光学玻璃、玻璃预制件及光学元件 Download PDF

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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Y2O3组分，密度为4.3g/cm3以下，折射率为1.70～1.80，阿贝数为45～55，转变温度为560℃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Y2O3，降低了生产成本，节约了资源，同时降低了玻璃的比重。本发明的光学玻璃适用于精密压型用。

Description

光学玻璃、玻璃预制件及光学元件
本申请是针对申请号为201210480414.X，申请日为2012年11月23日，名称为“光学玻璃、玻璃预制件及光学元件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种折射率为1.70～1.80、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
随着数码照相机和带照相机的移动电话的普及，使用光学***的设备的高集成化、高性能化正在急速推进。对光学***的高精度化、轻量化、小型化的要求也越来越强烈，这就要求光学材料具有较小的比重。欲实现高性能和小型化，则需要小型化、高集成、并且能够以高性能用于光学设备中的光学元件(如光学透镜)。这些光学元件中，非球面透镜在光学设计中具有重要作用，因为使用单个非球面透镜能实现迄今通过使用多个球面透镜才能实现的像差消除，并且能够使光学***集成度高，为达到此目的，对具有高折射、低色散的光学玻璃的需求量越来越大。
在光学元件成型法中，精密模压法已成为主流，玻璃的精密模压是在压力、高温下，用具有预定形状的模具模制玻璃预制体，获得具有最终产品形状或与其形状非常接近的玻璃模制品。利用精密模压法，可以高产率地大规模生产具有所需形状的模制品。由于所需的几何形状的高精确度，这种压制方法必须使用高级的精密仪器，并且因此需要昂贵的模具材料，这种模具的寿命极大地影响所生产的产品的收益。模具使用期限长的重要因素是工作温度尽可能的低，但是其只能降低到被压制材料的粘度仍足以用于压制方法的程度。这就意味着，在被加工的玻璃的转变温度Tg和压制方法的收益性之间,存在有直接的因果关系：玻璃的转变温度越低，则模具的寿命就越长，收益就越高。这就使得具有低转变温度的光学玻璃的需求量越来越大。
日本专利申请2002-249337公开了折射率为1.72～1.83、阿贝数为45～55的光学玻璃，其转变温度较高，比重较大，难以实现经济性和轻量化。中国专利申请200710006744.4公开了一种光学玻璃，其中含有大量价格昂贵的Y2O3，玻璃成本高，不适于产业化生产，且其比重相对较大，不适于轻量化光学***的使用。
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4.3g/cm3以下，折射率(nd)为1.70～1.80，阿贝数(vd)为45～55，转变温度(Tg)为560℃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Y2O3组分，密度为4.3g/cm3以下，折射率为1.70～1.80，阿贝数为45～55，转变温度为560℃以下。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：1～10％、B2O3：21～34％、La2O3：20～32％、ZrO2：1～8％、ZnO：15～28％、Ta2O5：0～8％、Gd2O3：5～17％、CaO：0～5％、SrO：0～3％、Li2O:0.1～3％、Na2O：0～1％。
进一步的，其中：SiO2：2～7％。
进一步的，其中：B2O3：25～30％、La2O3：22～30％。
进一步的，其中：ZrO2：1～5％。
进一步的，其中：ZnO：18～26％。
进一步的，其中：Ta2O5：1～5％。
进一步的，其中：Gd2O3：9～15％。
光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：1～10％、B2O3：21～34％、La2O3：20～32％、ZrO2：1～8％、ZnO：15～28％、Ta2O5：0～8％、Gd2O3：5～17％、CaO：0～5％、SrO：0～3％、Li2O:0.1～3％、Na2O：0～1％。
进一步的，其中：SiO2：2～7％。
进一步的，其中：B2O3：25～30％、La2O3：22～30％。
进一步的，其中：ZrO2：1～5％。
进一步的，其中：ZnO：18～26％。
进一步的，其中：Ta2O5：1～5％。
进一步的，其中：Gd2O3：9～15％。
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Y2O3，降低了生产成本，节约了资源，同时降低了玻璃的比重。本发明的光学玻璃密度(ρ)为4.3g/cm3以下，折射率(nd)为1.70～1.80，阿贝数为45～55，转变温度为560℃以下，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2～7％。
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21％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34％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21～34％，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20％时，不能获得以上的效果；当其含量超过32％时，玻璃的析晶性能恶化，故将其含量限定为20～32％，更优选的含量为22～30％。
Gd2O3具有提高玻璃的折射率和化学稳定性的效果，特别是和La2O3共同存在时，提高玻璃的抗失透性能和化学稳定性的效果更明显。但是如果其含量过多，会提高玻璃的转变温度，增加成型预制件及精密压型的难度，因此Gd2O3的含量限定为5～17％，优选为9～15％。
ZrO2能提高光学玻璃的粘度、硬度、弹性、折射率和化学稳定性，并可以降低玻璃的热膨胀系数。当ZrO2的含量超过8％时，将出现析晶现象，并且降低玻璃的抗失透性。ZrO2的含量为1～8％，优选含量为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和转变温度，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28％时，光学玻璃的失透性增加，色散明显增大；当ZnO的含量小于15％时，光学玻璃的转变温度升高。因此，ZnO的含量优选为15～28％，更优选为18～26％。
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高温稳定性，但Ta2O5含量高，玻璃成本和密度增加。因此Ta2O5的含量优选为0～8％，更优选为1～5％。
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5％时玻璃的析晶倾向增大，因此CaO的含量限定为0～5％。
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。
Na2O可以改善玻璃的熔融性能，但引入太多会加剧玻璃的分相趋势，因此其优选含量为0～1％。
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。
经过测试，本发明提供的光学玻璃具有以下性能：密度(ρ)为4.3g/cm3以下；折射率(nd)为1.70～1.80，阿贝数为45～55，转变温度为560℃以下。
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，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中显示的光学玻璃(实施例1～30)是通过按照表1～3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)的结果一起在表1～3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4.3g/cm3以下，折射率(nd)为1.70～1.80，阿贝数为45～55，转变温度为560℃以下，适用于精密压型用。

Claims (11)

1.光学玻璃，其特征在于，不含有Y2O3组分，密度为4.3g/cm3以下，折射率为1.70～1.80，阿贝数为45～55，转变温度为560℃以下。
2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比表示含有：SiO2：1～10％、B2O3：21～34％、La2O3：20～32％、ZrO2：1～8％、ZnO：15～28％、Gd2O3：5～17％、Li2O：0.1～3％。
3.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比表示还含有：Ta2O5：0～8％、CaO：0～5％、SrO：0～3％、Na2O：0～1％。
4.光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比表示含有：SiO2：1～10％、B2O3：21～34％、La2O3：20～32％、ZrO2：1～8％、ZnO：15～28％、Ta2O5：0～8％、Gd2O3：5～17％、CaO：0～5％、SrO：0～3％、Li2O：0.1～3％、Na2O：0～1％。
5.光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比表示为：SiO2：1～10％、B2O3：21～34％、La2O3：20～32％、ZrO2：1～8％、ZnO：15～28％、Ta2O5：0～8％、Gd2O3：5～17％、CaO：0～5％、SrO：0～3％、Li2O：0.1～3％、Na2O：0～1％。
6.如权利要求1～5任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：SiO2：2～7％；和/或B2O3：25～30％；和/或La2O3：22～30％；和/或ZrO2：1～5％；和/或ZnO：18～26％；和/或Ta2O5：1～5％；和/或Gd2O3：9～15％。
7.如权利要求4或5所述的光学玻璃，其特征在于，玻璃折射率为1.70～1.80，阿贝数为45～55。
8.如权利要求4或5所述的光学玻璃，其特征在于，玻璃密度为4.3g/cm3以下，转变温度为560℃以下。
9.采用权利要求1～8中任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。
10.如权利要求1～8任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。
11.如权利要求1～8任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。
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