CN107963808B - 玻璃组合物及化学钢化玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有1.68‑1.77的折射率和25‑34的阿贝数的适于化学钢化的玻璃组合物。玻璃组合物，其组成按重量百分比表示，含有：SiO2：20‑40％；ZrO2：1‑12％；TiO2：10‑28％；Nb2O5：2‑15％；Na2O：4‑25％；La2O3：3‑20％。本发明通过合理的组分配比，使本发明玻璃组合物在具有高折射率的同时适于化学钢化，满足车载设备等的使用。

Description

玻璃组合物及化学钢化玻璃

技术领域

本发明涉及一种玻璃组合物，尤其是涉及一种折射率范围在1.68-1.77，阿贝数范围在25-34的玻璃组合，以及由该玻璃组合物经钢化处理后的化学钢化玻璃。

背景技术

随着经济的发展，全球汽车销量一直保持增长趋势，车载摄像头市场进入快速增长期，车载镜头市场前景广阔。在车载摄像头中，为了确保安全性和提高记录性，一直寻求像质的高清晰度和摄像角度的广角化。传统的车载摄像设备采用塑料材料或者低折射玻璃材料制成的光学元件，其难以满足像质的高清晰度和摄像角度的广角化，因此，在搭载于车载的摄像机的摄像透镜中，考虑使用高折射的光学玻璃来构成。

另外，搭载于车载摄像机的摄像透镜中，与通常的摄像机的摄像透镜不同的是可能受到伴随汽车行驶的冲击或风压、以及飞扬的沙尘引起的损伤或者侵蚀，尤其是在扩大摄像角度的情况下，摄像透镜的第一面露出面积变大，受到环境的影响变大。因此，对于光学玻璃的强度和抗冲击性能有着相当高的要求，而化学钢化是提高玻璃强度和抗冲击性能的一个非常有效的方法。

用化学方法改变表面组分，以增加玻璃的机械强度和热稳定性的方法称为化学钢化法，又称为离子交换法。根据玻璃的网络结构学说可知，玻璃由无序的三维空间网络构成，此网络由B³⁺、Si⁴⁺、Al³⁺、P⁵⁺和氧离子构成的多面体组成，而碱金属离子和碱土金属离子填充网络空隙，其中碱金属离子非常活泼，很容易发生移动。化学钢化就是基于自然扩散和互扩散来改变玻璃表面组分，降低表面的热膨胀系数，从而形成一定厚度的表面压力层，提高玻璃表面强度和抗冲击性能。

为了满足化学钢化，玻璃组分必须需要含有一定量的Li⁺或者Na⁺，只有这样才能进行离子交换。传统的高折射率玻璃，考虑到较高的折射率和成玻性能，都不含或含有很少的Li⁺或者Na⁺，例如CN1252391A公开了一种折射率为1.64-1.86的光学玻璃，其组分仅含有0-1％的Na₂O,这种玻璃是不适宜进行化学钢化。

目前市场上采用的化学钢化玻璃配方集中在锂铝硅、钠铝硅和钠钙硅玻璃上，其玻璃含有大量SiO₂、Al₂O₃等组分，其折射率低，无法满足车载用高折射率的要求。例如CN104591536A公开了一种可以进行化学钢化的玻璃，但是其组分中SiO₂和Al₂O₃的总含量大于70mol％,其折射率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有1.68-1.77的折射率和25-34的阿贝数的适于化学钢化的玻璃组合物

本发明解决解决技术问题所采用的技术方案是：玻璃组合物，其组成按重量百分比表示，含有：SiO₂：20-40％；ZrO₂：1-12％；TiO₂：10-28％；Nb₂O₅：2-15％；Na₂O：4-25％；La₂O₃：3-20％。

进一步的，还含有：ZnO：0-10％；Al₂O₃：0-10％；Li₂O：0-10％；K₂O：0-5％；MgO：0-10％；CaO：0-10％；SrO：0-10％；BaO：0-10％；B₂O₃：0-15％；WO₃：0-10％；Gd₂O₃：0-10％；Y₂O₃：0-10％；Yb₂O₃：0-10％；Sb₂O₃：0-1％。

玻璃组合物，其组成按重量百分比表示为：SiO₂：20-40％；ZrO₂：1-12％；TiO₂：10-28％；Nb₂O₅：2-15％；Na₂O：4-25％；La₂O₃：3-20％；ZnO：0-10％；Al₂O₃：0-10％；Li₂O：0-10％；K₂O：0-5％；MgO：0-10％；CaO：0-10％；SrO：0-10％；BaO：0-10％；B₂O₃：0-15％；WO₃：0-10％；Gd₂O₃：0-10％；Y₂O₃：0-10％；Yb₂O₃：0-10％；Sb₂O₃：0-1％。

进一步的，其中，SiO₂：23-38％；和/或ZrO₂：3-11％；和/或La₂O₃：5-18％；和/或ZnO：0-8％；和/或TiO₂：12-25％；和/或Nb₂O₅：4-12％；和/或Na₂O：7-20％；和/或Al₂O₃：0-5％；和/或Li₂O：0-5％；和/或WO₃：0-5％；和/或MgO：0-5％；和/或CaO：0-5％；和/或SrO：0-5％；和/或BaO：0-5％；和/或B₂O₃：0-10％；和/或Gd₂O₃：0-5％；和/或Y₂O₃：0-5％；和/或Yb₂O₃：0-5％；和/或Sb₂O₃：0-0.5％。

进一步的，其中，(Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃为1-6；和/或BaO+SrO+CaO+MgO为0-12％；和/或BaO+SrO为0-10％；和/或Li₂O+Na₂O+K₂O为7-27％；和/或Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)在0.6以下。

进一步的，其中，(Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃为1.5-5.5；和/或Li₂O+Na₂O+K₂O的含量为10-25％；和/或Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)在0.5以下。

进一步的，其中，SiO₂：25-35％；和/或TiO₂：15-23％；和/或B₂O₃：0-5％；和/或(Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃为2-5；和/或Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)在0.4以下。

进一步的，不含有Gd₂O₃和/或Yb₂O₃。

进一步的，玻璃的折射率nd为1.68-1.77，优选1.69-1.76；阿贝数ν_d为25-34，优选26-33。

进一步的，玻璃的转变温度Tg为600℃以下，耐酸作用稳定性D_A为2类以上，优选为1类，耐水作用稳定性(D_W)为2类以上，优选为1类。

光学预制件，采用上述的玻璃组合物制成。

光学元件，采用上述的玻璃组合物制成。

光学仪器，采用上述的玻璃组合物制成。

化学钢化玻璃，采用上述的玻璃组合物经过化学钢化制成。

进一步的，抗弯强度σ≥550MPa，努氏硬度H_k≥540×10⁷Pa；抗冲击强度为将32g的钢球从300mm的高度落向所述钢化玻璃不会发生断裂，优选高度为500mm以上，更优选高度为600mm以上，进一步优选高度为700mm以上。

光学元件，采用上述的化学钢化玻璃制成。

光学仪器，采用上述的化学钢化玻璃制成。

本发明的有益效果：通过合理的组分配比，使本发明玻璃组合物在具有高折射率的同时适于化学钢化，满足车载设备等的使用。

附图说明

图1是本发明的化学钢化玻璃的抗弯强度的测试示意图。

具体实施方式

Ⅰ、玻璃组合物

下面对本发明的玻璃组合物的组成进行详细说明，各玻璃组分的含量、总含量如没有特别说明，则都采用重量百分比进行表示。另外，在以下的说明中，提到规定值以下或规定值以上时，也包括该规定值。

[关于必要组分和非必要组分]

SiO₂是本发明玻璃的必要的网络形成体氧化物，在提高玻璃硬度、维持玻璃成玻稳定性方面是必要的组分。当其含量低于20％时，一方面其硬度降低，另一方面难以满足玻璃成玻稳定性的要求；当其含量高于40％时，玻璃的折射率降低，熔融性、耐失透性能恶化，同时玻璃化转变温度、液相温度上升。因此，SiO₂的含量范围为20-40％，优选为23-38％，更优选为25-35％。

本发明中加入少量的B₂O₃，可增加玻璃的熔融性。当B₂O₃含量在15％以上时，玻璃的化学稳定性变差，耐失透性恶化。因此，本发明光学玻璃中B₂O₃的含量为0-15％，优选为0-10％，更优选为0-5％。

Al₂O₃能改善形成玻璃的化学稳定性，同时少量的Al₂O₃可以有利于化学钢化，但其含量超过10％时，玻璃的折射率降低，熔融性变差。因此，本发明Al₂O₃的含量为0-10％，优选为0-5％。

La₂O₃是本发明的必要组分，其可以在提高玻璃的折射率的同时，降低玻璃的色散，有利于获得阿贝数高的玻璃。同时，La₂O₃的存在可以有效的提高玻璃硬度和的抗冲击性能。但是过多的La₂O₃存在时，玻璃的析晶性能变差，玻璃的转变温度升高。因此，本发明中La₂O₃的含量限定为3-20％，优选为5-18％。

Gd₂O₃对于增加折射率降低色散有帮助，其部分替代La₂O₃能够提升玻璃耐失透性能和化学稳定性，但是昂贵的原料价格限制了Gd₂O₃在玻璃中的使用。因此，Gd₂O₃的含量为0-10％，优选0-5％，进一步优选为不含有。

本发明玻璃还可以引入Y₂O₃，以改善玻璃的熔融性、耐失透性，同时还可以降低玻璃析晶上限温度，提升玻璃化学稳定性，但若其含量超过10％，则玻璃的稳定性和耐失透性降低。因此，Y₂O₃含量范围为0-10％，优选范围为0-5％。

Yb₂O₃也是玻璃可以添加组分，当其含量超过10％时，玻璃的稳定性、耐失透性降低。因此，Yb₂O₃含量范围限定为0-10％，优选为0-5％，进一步优选不引入。

TiO₂具有提高玻璃折射率的作用，并且能参与玻璃网络形成，由于其原子半径较小，在提高玻璃折射率的同时，对于化学钢化过程中离子交换的抑制作用小，因此是本发明中的必须成分。但是当其含量过多时，玻璃可见光区域的短波部分的透射率降低，玻璃着色的倾向增加。因此，本发明TiO₂的含量为10-28％，优选为12-25％，进一步优选为15-23％。

Nb₂O₅具有提高玻璃折射率和色散的作用，同时还具有提高玻璃的抗析晶性与化学稳定性的作用。若其含量低于2％，上述效果不明显；但如果其含量超过15％，则玻璃析晶性能和透过率恶化。因此，Nb₂O₅的含量范围为2-15％，优选含量为4-12％。

WO₃可以起到提高折射率的作用，但当其含量超过10％时，色散提高显著，并且玻璃可见光区域的短波长侧的透射率降低，着色的倾向增加。因此，本发明WO₃的含量为0-10％，优选为0-5％。

目前主流的制作镜片的工艺技术是采用“二次压型”来制作镜片毛坯，然后再抛光获得合格的玻璃镜片。光学玻璃的“二次压型”加工工艺是指将毛坯玻璃切割为小块，在炉体中加温至玻璃软化温度附近,然后将玻璃放入模具中，在外力的作用下加压获得合适的镜片形状。若玻璃在“二次压型”过程中形成析晶，就会导致压型件报废。发明者经过潜心研究发现，La₂O₃与(Nb₂O₅+TiO₂)之间存在一定的比例时，即(Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃范围在1-6之间时可以保证玻璃压型不析晶，优选(Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃范围为1.5-5.5，进一步优选范围为2-5。

ZrO₂加入玻璃中可以提高玻璃的折射率和硬度。适量的ZrO₂加入玻璃中，可以提高玻璃的抗析晶性能，有利于化学钢化过程中的离子交换。但是当其含量低于1％时，以上效果不明显。在本发明中若其含量高于12％，一方面玻璃会变得难以融化，容易导致玻璃内部出现夹杂物以及透过率下降，另一方面，玻璃的抗析晶性能下降。因此，ZrO₂含量为1-12％，优选为3-11％。

ZnO可以降低玻璃的转变温度，调整玻璃的折射率和色散，改善玻璃的抗析晶性能，提高玻璃的化学稳定性。当ZnO的含量过多时，玻璃的抗析晶性能下降，同时高温粘度较小，给成型带来困难。因此，ZnO的含量限定为0-10％，优选为0-8％。

BaO的引入可提高玻璃的折射率，改善玻璃透过率，但导入过量时，会使得玻璃的硬度急剧降低，抑制钢化过程的离子交换。因此，BaO的含量为0-10％，优选为0-5％。

CaO有助于提高玻璃的折射率，其替代部分BaO可以增加成玻范围。但若CaO添加过多时，会导致玻璃抗析晶性能下降。因此，CaO含量限定为0-10％，优选为0-5％。

SrO添加到玻璃中可以调节玻璃的折射率和阿贝数，但若添加量过大，玻璃的化学稳定性以及抗析晶性能会下降，同时会抑制钢化过程的离子交换，玻璃的成本也会上升。因此，SrO含量限定为0-10％，优选为0-5％，

本发明中引入MgO，可以改善玻璃的熔融性，但其含量超过10％时，则玻璃的成本增加，且液相温度上升。因此，本发明中MgO含量为0-10％，优选为0-5％。

BaO、SrO、CaO和MgO属于碱土金属氧化物，其可以调整玻璃的折射率和色散，降低玻璃的高温粘度。然而，当其加入量过多时，玻璃的化学稳定性和抗析晶性能就会出现明显恶化，同时由于这些物质的原子半径与化学钢化中的Li或者Na原子半径相接近，比较容易抑制化学钢化中的离子交换，因此BaO、SrO、CaO和MgO的合计量BaO+SrO+CaO+MgO的范围优选为0-12％。

BaO、SrO、CaO、MgO这四种碱土金属氧化物中，BaO和SrO最有利于提高折射率，但是，其二者半径最大，相比较而言对于离子交换的抑制作用最大，综合考虑优选BaO和SrO的合计量BaO+SrO的范围为0-10％。

Li₂O可作为化学钢化过程中的离子交换成分，其具有助熔作用，可以增加玻璃的高温熔融性，降低玻璃化转变温度，如果其含量超过10％，则玻璃的化学稳定性和加工性能变差，因此Li₂O的含量为0-10％，优选Li₂O含量为0-5％。

Na₂O是化学钢化过程中离子交换的必要组分，当其含量低于4％时，无法进行有效的化学钢化，不利于提高玻璃钢化后的强度；当其含量大于25％时，玻璃折射率降低明显，并且化学稳定性和可加工性能恶化。因此Na₂O的含量范围为4-25％，优选为7-20％。

K₂O具有助熔性能，少量K₂O的存在可以增加起初离子交换的速度。但是当其含量超过5％时，不利于折射率的提高，且不利于化学钢化过程中的离子交换，因此其含量为0-5％。

本发明玻璃中，Li₂O、Na₂O和K₂O的总含量Li₂O+Na₂O+K₂O优选控制在7-27％，以有利于提高玻璃的化学钢化效果，同时可以有效提高玻璃的稳定性和熔融性，降低转变温度。更优选Li₂O+Na₂O+K₂O的含量为10-25％。

化学钢化是Li⁺或者Na⁺与溶液中的K+进行离子交换，Li⁺与K⁺的交换相对于Na⁺与K⁺的交换，会使得玻璃表面容易产生微裂纹，不利于钢化后强度和抗冲击性能的提高。发明人经过潜心研究发现，当Li₂O的含量与碱金属氧化物总含量的比值Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)维持在0.6以下时，有利于获得化学钢化良好的玻璃，优选Li₂O/(Li₂O+Na₂O+K₂O)为0.5以下，进一步优选0.4以下。

通过少量添加Sb₂O₃组分可以提高玻璃的澄清效果，但当Sb₂O₃含量超过1％时，玻璃有澄清性能降低的倾向，同时由于其强氧化作用促进了成型模具的恶化。因此，本发明优选Sb₂O₃的添加量为0-1％，更优选为0-0.5％。

[关于不应含有的成分]

在不损害本发明的玻璃特性的范围内，根据需要能够添加上述未曾提及的其他成分。但是V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属成分，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不包含。

Pb、Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的阳离子，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。

下面，对本发明的玻璃组合物的特性进行说明。

[玻璃组合物的光学常数]

本发明玻璃组合物的折射率(nd)与阿贝数(ν_d)按照GB/T7962.1-2010规定的方法进行测试。

本发明的玻璃组合物是高折射率高色散玻璃，高折射率高色散玻璃制成的透镜多与高折射率低色散玻璃制成的透镜相组合，用于色差校正。本发明的玻璃组合物从赋予适于其用途的光学特性的角度考虑，玻璃折射率(nd)的范围为1.68-1.77，优选的范围为1.69-1.76；本发明玻璃的阿贝数(ν_d)的范围为25-34，优选范围为26-33。

[玻璃组合物的转变温度]

本发明玻璃组合物的转变温度(Tg)按GB/T7962.16-2010规定的方法进行测量。

玻璃在某一温度区间会逐渐由固态变成可塑态。转变温度是指玻璃试样从室温升温至驰垂温度，其低温区域和高温区域直线部分延长线相交的交点所对应的温度。

本发明玻璃的转变温度(Tg)在600℃以下，优选590℃以下。

[玻璃组合物的化学稳定性]

光学元件在制造和使用过程中，其抛光表面抵抗各种侵蚀介质作用的能力称为玻璃组合物的化学稳定性。

本发明玻璃的耐水作用稳定性D_W(粉末法)、耐酸作用稳定性D_A(粉末法)均为2类以上，优选为1类以上。

上述耐水作用稳定性D_W(粉末法)按GB/T17129的测试方法，根据下式计算：

D_W＝(B-C)/(B-A)*100

式中：D_W—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，将玻璃耐水作用稳定D_W分为6类见下表。

上述耐酸作用稳定性D_A(粉末法)按GB/T17129的测试方法，根据下式计算：

D_A＝(B-C)/(B-A)*100

式中：D_A—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，将玻璃耐酸作用稳定D_A分为6类见下表。

类别	1	2	3	4	5	6
							浸出百分数(D<sub>A</sub>)	＜0.20	0.20-0.35	0.35-0.65	0.65-1.20	1.20-2.20	>2.20

[玻璃的抗析晶性能]

将样品玻璃切割为20×20×10mm规格，放入温度为700-900℃温度的马弗炉中保温30分钟，取出后放入保温棉中徐冷，冷却后,表面抛光，显微镜下观察析晶情况。

Ⅱ、光学预制件A与光学元件B

本发明的光学预制件A与光学元件B均由上述本发明的玻璃组合物形成。本发明的光学预制件A具有高折射率高色散特性；本发明的光学元件B具有高折射率高色散特性，能够以低成本提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

这种透镜通过与高折射率低色散玻璃制成的透镜组合，可校正色差，适合作为色差校正用的透镜。另外，对于光学体系的紧凑化也是有效的透镜。

对于棱镜来说，由于折射率高，因此通过组合在摄像光学体系中，通过弯曲光路，朝向所需的方向，即可实现紧凑、广角的光学体系。

Ⅲ、光学仪器C

本发明玻璃组合物所形成的光学元件B可用于各类光学仪器，通过使用一个或多个光学元件B形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、步进器、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件。

本发明涉及使用上述的光学元件B生产的光学部件或光学组件的应用，所述光学部件或光学组件可用于例如传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、步进器、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件。

Ⅳ、钢化玻璃

本发明的玻璃组合物可通过盐浴炉等设备进行钢化，将所获得的玻璃组合物切割或压制成预定形状，放置于防腐蚀样品架上，在KNO₃和/或NaNO₃盐浴中于370-480℃下进行4-8h的离子交换处理。

本发明钢化玻璃具有以下的特性：

[努氏硬度]

努氏硬度Hk按GB/T7962.18-2010规定的测试方法测量。

该方法采用对称棱角为172°30’和130°的四角锥金刚石压头，给其施加一定负荷垂直压在试样上，保持一定时间后，撤去负荷，用显微镜观察并测量试样上压痕对角线的长度，按下列公式计算Hk硬度：

Hk＝1.4229F/d²

式中：

F表示加压负荷，N；

d表示压痕长对角线的长度，mm；

Hk表示努氏硬度，10⁷Pa。

本发明钢化玻璃具有的努氏硬度(Hk)为540×10⁷Pa以上。

[抗弯强度]

抗弯强度采用四点法进行测试，样品为36×29×0.8mm平片，如图1所示。将样品放置在相距30mm的两个支点A、B上，在支点中央的C、D两点上负重，折断时的对应的应力，即为该样品的最大弯曲应力F。四点法抗弯强度公式为：

式中：

σ_(4.L)：四点法抗弯强度(MPa)；

L：下部二支点间的跨距(mm)；

l：上部负重点间距(mm)；

F：样品断裂时的最大弯曲应力(N)；

W：样品的宽度；

t：样品的厚度。

本发明钢化玻璃具有的抗弯强度(σ)为550MPa以上,优选为580MPa以上，进一步优选为600MPa以上。

[抗冲击强度]

抗冲击强度采用高空落球法进行测试，样品为36×29×0.8mm平片，将质量为32g的钢球从300mm高度开始以自由下落形式垂直冲击样品，若冲击后样品完好，则将冲击高度依次升高50mm进行冲击，直至样品破碎，以最后冲击高度来计量玻璃的抗冲击强度。本发明钢化玻璃的最后冲击高度为500mm以上，优选为600mm以上，进一步优选为700mm以上。

Ⅴ、光学元件D

本发明的光学元件D由上述本发明的钢化玻璃形成,本发明的光学元件D具有高折射率高色散特性，能够以低成本提供光学价值高、高硬度和抗弯强度的各种透镜、棱镜、玻璃片等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

这种透镜通过与高折射率低色散玻璃制成的透镜组合，可校正色差，适合作为色差校正用的透镜。另外，对于光学体系的紧凑化也是有效的透镜。

对于棱镜来说，由于折射率高，因此通过组合在摄像光学体系中，通过弯曲光路，朝向所需的方向，即可实现紧凑、广角的光学体系。

Ⅵ、光学仪器E

本发明钢化玻璃和其所形成的光学元件D可用于各类光学仪器E，通过使用一个或多个光学元件D形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、步进器、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，由于其具有高硬度、优异的抗弯强度和化学稳定性，特别适合应用于车载领域的摄像设备和装置。

实施例

采用如下实施例对本发明进行解释，但本发明不应局限于这些实施例。

生产玻璃组合物的熔融和成型方法可以采用本领域技术人员公知的技术。将玻璃原料(碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物、氧化物、硼酸等)按照玻璃氧化物的配比称重配合并混合均匀后，投入熔炼装置(如铂金坩埚)中，然后在1250～1350℃采取适当的搅拌、澄清、均化后，降温至1200℃以下，浇注或漏注在成型模具中，最后经退火、加工等后期处理，或者通过精密压型技术直接压制成型。

[玻璃组合物实施例]

本发明实施例中的玻璃组合物通过上述方法形成后按照上述的性能测试方法进行测试，并将测定结果表示在表1-3中。

另外将样品玻璃切割为20×20×10mm规格，放入温度为700-900℃温度的马弗炉中保30分钟，取出后放入保温棉中徐冷，冷却后表面抛光，在显微镜下观察表面析晶情况，以K表示。无明显析晶记做“A”,有明显析晶记为“B”。

表1

表2

表3

[光学预制件A实施例]

将表1-3中实施例1-30所得到的玻璃切割成预定大小，再在表面上均匀地涂布脱模剂，然后将其加热、软化，进行加压成型，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜的预制件。

[光学元件B实施例]

将上述光学预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

[光学仪器C实施例]

将上述光学元件B通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件B形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、步进器、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件。

[化学钢化玻璃实施例]

将上述表3中所获得的玻璃组合物切割或压制成适于测定抗弯强度及硬度的形状，放置于防腐蚀样品架上，在KNO₃和/或NaNO₃盐浴中于370-480℃下进行4-8h的离子交换处理，得到表4的化学钢化玻璃，并将所得化学钢化玻璃的抗弯强度及硬度性能测试结果表示在表中，由于本发明化学钢化玻璃由上述玻璃组合物制成，因此具有上述玻璃组合物相同的折射率、阿贝数、化学稳定性、转变温度和抗析晶稳定性等性能。

表4

[光学元件D实施例]

将表1-3所述的玻璃组合物切割或压制成预定形状，经退火微调后，经化学钢化后形成化学钢化玻璃，也可在表面上涂布防反射膜，形成光学元件D。

[光学仪器E实施例]

将上述光学元件D通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件D形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、步进器、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，尤其可用于车载领域的摄像设备和装置。

Claims (25)

1.玻璃组合物，其特征在于，其组成按重量百分比表示，含有：SiO₂：20-40%；ZrO₂：1-12%；TiO₂：10-28%；Nb₂O₅：2-15%；Na₂O：11.45-25%；La₂O₃：3-20%；MgO：0-8.64%，（Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃为1.67-6。

2.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，还含有：ZnO：0-10%；Al₂O₃：0-10%；Li₂O：0-10%；K₂O：0-5%；CaO：0-10%；SrO：0-10%；BaO：0-10%；B₂O₃：0-15%；WO₃：0-10%；Gd₂O₃：0-10%；Y₂O₃：0-10%；Yb₂O₃：0-10%；Sb₂O₃：0-1%。

3.玻璃组合物，其特征在于，其组成按重量百分比表示为：SiO₂：20-40%；ZrO₂：1-12%；TiO₂：10-28%；Nb₂O₅：2-15%；Na₂O：11.45-25%；La₂O₃：3-20%；ZnO：0-10%；Al₂O₃：0-10%；Li₂O：0-10%；K₂O：0-5%；MgO：0-8.64%；CaO：0-10%；SrO：0-10%；BaO：0-10%；B₂O₃：0-15%；WO₃：0-10%；Gd₂O₃：0-10%；Y₂O₃：0-10%；Yb₂O₃：0-10%；Sb₂O₃：0-1%，（Nb₂O₅+TiO₂)/ La₂O₃为1.67-6。

4.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，其中，SiO₂：23-38%；和/或ZrO₂：3-11%；和/或La₂O₃：5-18%；和/或ZnO：0-8%；和/或TiO₂：12-25%；和/或Nb₂O₅：4-12%；和/或Na₂O：11.45-20%；和/或Al₂O₃：0-5%；和/或Li₂O：0-5%；和/或WO₃：0-5%；和/或MgO：0-5%；和/或CaO：0-5%；和/或SrO：0-5%；和/或BaO：0-5%；和/或B₂O₃：0-10%；和/或Gd₂O₃：0-5%；和/或Y₂O₃：0-5%；和/或Yb₂O₃：0-5%；和/或Sb₂O₃：0-0.5%。

5.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，其中， BaO+SrO+CaO+MgO为0-12%；和/或BaO+SrO为0-10%；和/或Li₂O+Na₂O+K₂O为11.45-27%。

6.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，其中，Li₂O/（Li₂O+Na₂O+K₂O）在0.6以下。

7.如权利要求2-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，其中，Li₂O/（Li₂O+Na₂O+K₂O）在0.42以下。

8.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，其中，（Nb₂O₅+TiO₂)/La₂O₃为1.67-5.5；和/或Li₂O+Na₂O+K₂O的含量为11.45-25%。

9.如权利要求1所述的玻璃组合物，其特征在于，其中，Li₂O/（Li₂O+Na₂O+K₂O）在0.5以下。

10.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，其中，SiO₂：25-35%；和/或TiO₂：15-23%；和/或B₂O₃：0-5%；和/或（Nb₂O₅+TiO₂)/ La₂O₃为2-5；和/或Li₂O/（Li₂O+Na₂O+K₂O）在0.4以下。

11.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，不含有Gd₂O₃和/或Yb₂O₃。

12.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，玻璃的折射率nd为1.68-1.77；阿贝数ν_d为25-34。

13.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，玻璃的折射率nd为1.69-1.76；阿贝数ν_d为26-33。

14.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，玻璃的转变温度Tg为600℃以下，耐酸作用稳定性D_A为2类以上，耐水作用稳定性D_W为2类以上。

15.如权利要求1-3任一权利要求所述的玻璃组合物，其特征在于，玻璃的耐酸作用稳定性D_A为1类，耐水作用稳定性D_W为1类。

16.光学预制件，采用权利要求1-15任一权利要求所述的玻璃组合物制成。

17.光学元件，采用权利要求1-15任一权利要求所述的玻璃组合物制成。

18.光学仪器，采用权利要求1-15任一权利要求所述的玻璃组合物制成。

19.化学钢化玻璃，采用权利要求1-15任一权利要求所述的玻璃组合物经过化学钢化制成。

20.如权利要求19所述的化学钢化玻璃，其特征在于，抗弯强度σ≥550MPa，努氏硬度H_k≥540×10⁷Pa；抗冲击强度为将32g的钢球从300mm的高度落向所述钢化玻璃不会发生断裂。

21.如权利要求19所述的化学钢化玻璃，其特征在于，抗冲击强度为将32g的钢球从500mm以上的高度落向所述钢化玻璃不会发生断裂。

22.如权利要求19所述的化学钢化玻璃，其特征在于，抗冲击强度为将32g的钢球从600mm以上的高度落向所述钢化玻璃不会发生断裂。

23.如权利要求19所述的化学钢化玻璃，其特征在于，抗冲击强度为将32g的钢球从700mm以上的高度落向所述钢化玻璃不会发生断裂。

24.光学元件，采用权利要求19所述的化学钢化玻璃制成。

25.光学仪器，采用权利要求19所述的化学钢化玻璃制成。

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