CN107601850A - 环保重镧火石光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种TiO2的含量相对较低的环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成含有：La2O3：30～50％、TiO2：3～15％、Nb2O5：5～12％，密度为4.56g/cm3以下，折射率为1.85～1.95，阿贝数为25～35，转变温度为670℃以下。本发明通过同时引入SrO和BaO组分，可提高玻璃的折射率，降低软化点，改善耐化学性，本发明不含铅、砷、镉等对环境造成污染的组分。

Description

环保重镧火石光学玻璃
本申请是针对申请号为201380048545.3(PCT/CN2013/084422)，申请日为2013年9月27日，名称为“环保重镧火石光学玻璃”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种环保光学玻璃，特别是涉及一种折射率为1.85-1.95，阿贝数为25-35的环保重镧火石光学玻璃。
背景技术
近年来，随着光电行业的发展，对光学元件提出了小型化、轻量化、高性能化的要求，这就使得具有高折射、中等色散、低密度的重镧火石光学玻璃的需求量越来越大。为使光学玻璃具有上述性能，玻璃组分中的La2O3、Nb2O5、TiO2也应相应增大，但这些组分会导致生产过程中玻璃液粘度小、析晶严重、光学常数波动大、对设备腐蚀大等后果，使玻璃条纹质量不高，生产难度大。传统的镧系光学玻璃组分中一般都含有铅、砷、镉等元素，因为氧化铅可以提高光学玻璃的折射率和色散，氧化砷具有澄清作用，氧化镉可以改善玻璃的化学稳定性。然而随着人们环保意识的增强，这类传统的含有有害元素的光学玻璃正逐渐被环保光学玻璃所取代。CN1931755A公开了一种折射率大于1.80、阿贝数小于30的光学玻璃，其TiO2的含量为22—37％(重量百分比含量,以下同)，在如此高的TiO2含量下，玻璃易失透，光吸收性能差，玻璃易着色，玻璃的软化温度高、硬度高，增加了二次压型和机械加工的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种TiO2的含量相对较低的环保重镧火石光学玻璃，该光学玻璃的折射率为1.85～1.95，阿贝数为25～35，转变温度为670℃以下。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成含有：La2O3：30～50％、TiO2：3～15％、Nb2O5：5～12％，密度为4.56g/cm3以下，折射率为1.85～1.95，阿贝数为25～35，转变温度为670℃以下。
进一步的，其重量百分比组成为：SiO2：2～15％、B2O3：10～25％、La2O3：30～50％、ZrO2：2～15％、TiO2：3～15％、Nb2O5：5～12％、SrO：大于5％但小于20％、BaO：4～15％。
进一步的，其中：SiO2：2～10％、ZrO2：4～10％。
进一步的，其中：B2O3：12～20％、SrO：大于5.5％但小于15％。
进一步的，其中：SrO：大于5.5％但小于15％、BaO：6～12％。
进一步的，其中：La2O3：32～40％、TiO2：5～12％、Nb2O5：8～12％。
进一步的，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于85％。
进一步的，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于88％。
进一步的，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于90％。
环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO2：2～15％、B2O3：10～25％、La2O3：30～50％、ZrO2：2～15％、TiO2：3～15％、Nb2O5：5～12％、SrO：大于5％但小于20％、BaO：4～15％。
进一步的，其中：SiO2：2～10％。
进一步的，其中：ZrO2：4～10％。
进一步的，其中：B2O3：12～20％、SrO：大于5.5％但小于15％。
进一步的，其中：SrO：大于5.5％但小于15％、BaO：6～12％。
进一步的，其中：TiO2：5～12％。
进一步的，其中：La2O3：32～40％、TiO2：5～12％、Nb2O5：8～12％。
进一步的，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于85％。
进一步的，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于88％。
进一步的，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于90％。
采用上述环保重镧火石光学玻璃制成的玻璃预制件。
采用上述环保重镧火石光学玻璃制成的光学元件。
采用上述环保重镧火石光学玻璃制成的光学仪器。
本发明的有益效果是：本发明通过同时引入SrO和BaO组分，可提高玻璃的折射率，降低软化点，改善耐化学性；当B2O3含量高时，熔化过程中的挥发会引起玻璃常数和条纹波动，降低玻璃的质量稳定性，从而导致生产工艺复杂化，本发明通过引入一定量的SrO，有效消除由B2O3带来的各种问题，特别是当加入12％或更多的B2O3时，仍能可以制成具有足够稳定性的光学玻璃；本发明不含铅、砷、镉等对环境造成污染的组分，仍可制成折射率为1.85～1.95，阿贝数为25～35，转变温度为670℃以下的光学玻璃。
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，各个组分的含量都用重量％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。当其含量低于2％时，效果不充分；当其含量高于15％时，玻璃的熔融性变差，气泡难以消除。因此，SiO2的含量限定为2～15％，更优选含量为2～10％。
B2O3也是形成玻璃的氧化物，对本发明这样的La2O3含量较多的玻璃来说，B2O3是不可缺少的。若其含量不足10％时，玻璃的熔化性能差，玻璃的失透倾向大；而当其含量超过25％时，玻璃的折射率过低且玻璃的化学稳定性变差，为得到具有所期望的光学常数范围且具有优异的化学稳定性的光学玻璃，B2O3的含量限定为10～25％，更优选含量为12～20％。
La2O3是高折射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30％时，不能获得以上的效果，但当其含量超过50％时，玻璃的析晶性能恶化，故将其含量限定为30～50％，更优选的含量为32～40％。
ZrO2具有改善玻璃耐失透性、提高化学稳定性的效果，在镧系玻璃中，还起到提高折射率和降低色散的作用。当其含量低于2％时，起不到上述作用；当其含量高于15％时，会引起玻璃软化温度上升，同时玻璃耐失透性恶化。因此ZrO2的含量限定为2～15％，更优选为4～10％。
TiO2对于提高玻璃的折射率和色散很有效，并能提高玻璃的耐水性，降低玻璃比重。在本发明中，TiO2还起到增大玻璃高温粘度以及改善玻璃析晶性能的作用，但其含量过高会使玻璃着色，因此，TiO2的含量限定为3～15％，优选为5～12％。
Nb2O5是提高玻璃折射率的有效成分，当其含量不足5％时，玻璃的折射率达不到设计目标，而当其含量高于12％时，会导致玻璃软化温度升高，同时使玻璃的透过率大幅下降，因此Nb2O5的含量限定为5～12％，更优选为8～12％。
SrO对促进玻璃消泡、抑制玻璃析晶具有突出作用，当B2O3的含量高时，可以有效地消除由B2O3带来的各种问题，特别是当加入12％或更多的B2O3时，可以通过引入一定量的SrO，仍能制成具有足够稳定性的光学玻璃。但当SrO含量高于20％时，玻璃熔制困难，因此SrO的含量优选为大于5％但小于20％，更优选为大于5.5％但小于15％。
BaO是调整玻璃折射率和阿贝数、提高玻璃化学稳定性和热稳定性的有效成分，SrO和BaO同时引入可提高玻璃折射率、降低玻璃软化点、改善耐化学性。但当其含量超过15％时玻璃的阿贝数增加，玻璃的失透倾向增大，因此BaO的含量优选为4～15％，更优选为6～12％。
本发明提供的光学玻璃在保证折射率为1.85～1.95、阿贝数为25～35的前提下，本发明采用SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于85％；优选地，SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于88％；更优选地，SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于90％，这样的玻璃不易失透，光吸收性能好，玻璃不易着色，玻璃的软化温度低、硬度不高，非常适合二次压型和机械加工。
下面将描述本发明的环保重镧火石光学玻璃的性能。
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/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/T 7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。
经过测试，本发明提供的光学玻璃具有以下性能：密度(ρ)为4.56g/cm3以下；折射率(nd)为1.85～1.95；阿贝数(vd)为25～35；转变温度(Tg)为670℃以下。
本发明还提供一种光学元件，由上述技术方案所述的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，所述光学元件也具有高折射率，可以应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。
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到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。
本发明的实施例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～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
通过表1-3中的实施例可以看出，本发明玻璃的密度(ρ)为4.56g/cm3以下；折射率(nd)为1.85～1.95；阿贝数(vd)为25～35；转变温度(Tg)为670℃以下，不含铅、砷、镉等对环境造成污染的组分。

Claims (10)

1.环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，密度为4.56g/cm3以下，折射率为1.85～1.95，阿贝数为25～35，转变温度为670℃以下，其重量百分比组成含有：SiO2：2～15％、B2O3：10～25％、La2O3：30～50％、ZrO2：2～15％、TiO2：3～15％、Nb2O5：5～12％，SrO：大于5％但小于20％、BaO：4～15％，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于85％。
2.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其中：SiO2：2～10％、ZrO2：4～10％。
3.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其中：B2O3：12～20％、SrO：大于5％但小于15％。
4.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其中：SrO：大于5.5％但小于15％、BaO：6～12％。
5.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其中：La2O3：32～40％、TiO2：5～12％、Nb2O5：8～12％。
6.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于88％。
7.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于，其中：SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、SrO、BaO的合计量大于或等于90％。
8.采用权利要求1～7中任一权利要求所述的环保重镧火石光学玻璃制成的玻璃预制件。
9.采用权利要求1～7中任一权利要求所述的环保重镧火石光学玻璃制成的光学元件。
10.采用权利要求1～7中任一权利要求所述的环保重镧火石光学玻璃制成的光学仪器。
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