CN108726872B - 一种光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学玻璃,其组成按重量百分比表示,包括:SiO2:20‑40%、B2O3:1‑10%、La3O2:15‑35%、Bi2O3:5‑15%、TiO2 1‑8%、ZrO2:5‑20%、Ta2O5:1‑10%、Gd2O3:2‑15%、Y2O3:1‑10%、Na2O:1‑12%、Li2O:1‑12%;其中所述Bi2O3为掺杂Zn2+的Bi2O3。本发明提出的该光学玻璃,通过在Bi2O3中掺杂Zn2+,避免了使用对熔炼装置侵蚀性强的ZnO,且同时保留了ZnO对于获得高质量的光学玻璃的贡献。
Description
技术领域
本发明涉及光学材料的技术领域,尤其涉及一种光学玻璃。
背景技术
光学玻璃是用于制造光学仪器或机械***中的透镜、棱镜、反射镜和窗口等的玻璃材料。光学玻璃透光性能好、折光率高,被广泛应用于制造眼镜片、照相机、望远镜、显微镜和透镜等光学仪器。随着科技的进步,数码产品更新换代,对光学玻璃的需求量也越来越大,并且对光学玻璃的性能也提出了更高的要求。
中国专利申请CN1772671A公开了一种折射率在1.65-1.74,阿贝数为36-45的光学玻璃。其组分中含有8-30重量%的ZnO和5-26重量%的BaO。由于ZnO和BaO的含量高,在玻璃原料的熔解过程中,对熔炼装置的侵蚀性强,难于熔炼出内在质量优良的玻璃,同时BaO的引入影响玻璃的密度。
中国专利申请CN101229955A公开了一种折射率在1.69-1.74,阿贝数在40-45范围内的光学玻璃,其组成中含有26-40重量%的ZnO。由于ZnO含量高,在玻璃原料的熔解过程中,对熔炼装置的侵蚀性强,难于熔炼出内在质量优良的玻璃。
中国专利申请CN102241479A公开了一种折射率在1.75-1.95,阿贝数在30-40范围内的光学玻璃,其组成中含有5-20重量%的ZnO。由于ZnO含量高,在玻璃原料的熔解过程中,对熔炼装置的侵蚀性强,难于熔炼出内在质量优良的玻璃。
由上可知,过多的ZnO会使玻璃耐失透性和化学稳定性变差。但是ZnO是形成低熔点光学玻璃的重要组分,摒弃使用ZnO对于获得高质量的光学玻璃亦是一种损失。
发明内容
基于背景技术中存在的问题,本发明提出了一种光学玻璃,通过在Bi2O3中掺杂Zn2 +,避免了使用对熔炼装置侵蚀性强的ZnO,且同时保留了ZnO对于获得高质量的光学玻璃的贡献。
本发明提出的一种光学玻璃,其组成按重量百分比表示,包括:SiO2:20-40%、B2O3:1-10%、La3O2:15-35%、Bi2O3:5-15%、TiO2 1-8%、ZrO2:5-20%、Ta2O5:1-10%、Gd2O3:2-15%、Y2O3:1-10%、Na2O:1-12%、Li2O:1-12%;其中所述Bi2O3为掺杂Zn2+的Bi2O3。
优选地,所述光学玻璃还包括Sb2O3:0-5%。
优选地,以重量百分含量比计,5≤SiO2/B2O3≤15。
优选地,以重量百分含量比计,0.6≤La3O2/SiO2≤1.2。
优选地,以重量百分含量比计,0.05≤Y2O3/(Ta2O5+Gd2O3+Y2O3)≤0.5。
优选地,以重量百分含量比计,15%≤Bi2O3+TiO2+ZrO2≤30%。
优选地,所述Bi2O3中Zn2+的掺杂含量为5-10wt%。
优选地,制备所述Bi2O3的方法包括:将硝酸铋溶于乙二醇中,加入锌盐混匀,再送入微波反应器中进行微波加热处理,采用功率为300-600W的微波,分5-8次进行微波加热,每次加热2-6min,冷却,过滤后用水和无水乙醇分别洗涤,干燥后在500-600℃下焙烧1-2h,得到掺杂Zn2+的Bi2O3。
优选地,所述光学玻璃的密度低于3.50g/cm3,玻璃化转变温度为550℃以下。
本发明的有益效果在于,本发明不含有对熔炼装置侵蚀性强的ZnO,而通过在Bi2O3中掺杂Zn2+,减轻玻璃生产过程中对熔炼装置的侵蚀作用的同时,又能减低光学玻璃的熔点,并且采用Bi2O3能够提高玻璃的稳定性,高折射率高分散化,降低玻璃化转移点(Tg),因此是实现本发明目的所不可缺少的成分;采用适量的Ta2O5、Gd2O3、Y2O3,使得本发明的光学玻璃具有较低的密度和优异的耐失透性能;控制配方中的SiO2/B2O3的比例,增大了玻璃的成型粘度。最终本发明通过优化各组分的配比,提高了光学玻璃的透过率和产品质量,减轻熔炼过程对熔炼装置的侵蚀,降低光学玻璃的制造成本,可得到具有优异的耐失透性能的高折射低色散光学玻璃。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
在本发明的光学玻璃中,由下面所述的原因选择上述含量的每种组分。如下所述中,各组分的含量是以重量百分比(wt%)来表示的。
SiO2是玻璃形成氧化物,同时起到提高抗失透性和化学稳定性的作用。为了达到上述效果,SiO2的重量百分含量为10%以上,过低的SiO2含量降低玻璃中的桥氧含量,玻璃的析晶上限温度超过1100℃,同时玻璃的光透过性能恶化,但重量百分含量超过40%,折射率难以达到1.70-1.75的范围内,同时会降低Nb2O5在玻璃中的熔融性,因此SiO2重量百分含量优选在20-40%的范围内。
B2O3是玻璃网络生成体,尤其是在高折射低色散的镧系玻璃中,B2O3是得到析晶稳定玻璃的必要成分。当B2O3含量低于1%时,玻璃的析晶稳定性不够理想;但当B2O3含量高于10%时,玻璃的化学稳定性会降低。因此,B2O3含量限定在1-10%。
通过调节SiO2/B2O3的比值,可以起到调节玻璃粘度的作用。玻璃的粘度是制定生产工艺的重要依据,玻璃的澄清温度、成型温度、热处理温度的制定都取决于玻璃的粘度。因此,合适的玻璃粘度能够有效地降低玻璃的生产难度。当SiO2/B2O3的比值在5-15范围内时,玻璃具有合适的粘度。
La3O2具有提高玻璃折射率、且增大阿贝数的作用,是本发明的光学玻璃的有效成分。La3O2的重量百分比超过35%时玻璃的失透倾向增大,析晶上限温度升高。
Bi2O3能够提高玻璃的稳定性,高折射率高分散化,降低玻璃化转移点(Tg),因此是实现本发明目的所不可缺少的成分;如果含有过量的Bi2O3,就容易破坏玻璃的稳定性,而如果过少的话就难以满足本发明的目的。因此,Bi2O3的含量优选5-15%。
TiO2是对提高玻璃折射率、赋予高分散、降低液相温度有效的任意成分,但是过量的话反而容易增加玻璃的失透性。因此,优选8%以下。
ZrO2具有改善光学玻璃的光学常数和提高耐失透性及化学稳定性的作用,还可以起到提高折射率和色散的作用。在本发明中为必要添加组分,其重量百分含量不足5%时,效果不明显,其重量百分含量大于20%时,降低玻璃的熔融性能,且玻璃的析晶性能会变差。所以,ZrO2的重量百分含量控制在5-20%之间。
Gd2O3对于增加折射率降低色散有帮助,当Gd2O3含量少于2%时,上述效果不明显;但是其含量高于15%时,玻璃的耐失透性能及化学稳定性变差。因此,本发明中,Gd2O3的含量为2-15%。
本发明高折射低色散作用的组分还引入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,若其含量小于1%,则效果不明显;但若其含量超过10%,则玻璃的稳定性、耐失透性降低。因此,Y2O3含量范围为1-10%。
Ta2O5、Gd2O3、Y2O3都可以起到增加折射率降低色散的作用,而当仅仅使Ta2O5、Gd2O3、Y2O3在上述范围内时,玻璃的耐失透性能并不稳定。因此,本发明的光学玻璃使Y2O3与Ta2O5、Gd2O3、Y2O3总含量的比值为0.05-0.5的范围,脱离上述范围时玻璃的热稳定性恶化、耐失透性能降低。
Li2O具有助熔的作用,并且能够增加玻璃的高温熔融性,降低玻璃化转变温度。在本发明中对改善玻璃析晶性能起着重要的作用。其重量百分含量低于1%,达不到改善光学玻璃的析晶性能的作用。然而其重量百分含量也不能超过12%,否则玻璃的化学稳定性和可加工性就会变差,同时玻璃的析晶性能变差。因此,其重量百分含量控制在1-12%。
Na2O能有效地降低熔化温度,并降低玻璃化转变温度。若其重量百分含量超过12%会使光学玻璃的析晶性能恶化,并难以获得具有期望的折射率的光学玻璃。因此,其重量百分含量控制在1-12%。
实施例
本发明的光学玻璃可以按照以下的方式制作:均匀混合上述原料,使各成分在规定的含量范围内,将混合物投入到铂坩埚中,根据玻璃组成的熔融难易度,在1250-1500℃的温度范围内熔融2-5h,并搅拌均质化,然后降低至适当的温度,最后浇铸至模具中,缓慢冷却而成。
表1-2中显示的光学玻璃(实施例1-18)是通过按照表1-2所示各个实施例的比值称重得到光学玻璃。
本发明实施例1的组成、折射率(nd)、阿贝数(vd)、玻璃转变温度(Tg)的结果一起在表1-2中表示,折射率nd、阿贝数υd:按照GB/T7962.1-2010标准的测试方法进行测定;玻璃化转变温度(Tg)采用美国PE公司的TMA测试仪在室温下进行测试;密度(ρ)按照GB/T7962.20-2010规定的方法进行测量。在这些表中,各个组分的组成是用重量%表示的。
表1
表2
本发明为低成本且化学稳定性优异的高折射低色散性的光学玻璃,折射率为1.776-1.819,阿贝数为38.3-43.3,以及所述玻璃形成的光学元件,能够满足现代新型光电产品的需要。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光学玻璃,其特征在于,其组成按重量百分比表示,包括:SiO2:20-40%、B2O3:1-10%、La2O3:15-35%、Bi2O3:5-15%、TiO2 1-8%、ZrO2:5-20%、Ta2O5:1-10%、Gd2O3:2-15%、Y2O3:1-10%、Na2O:1-12%、Li2O:1-12%;其中,所述光学玻璃不含有ZnO成分;其中所述Bi2O3为掺杂Zn2+的Bi2O3;其中,制备所述Bi2O3的方法包括:将硝酸铋溶于乙二醇中,加入锌盐混匀,再送入微波反应器中进行微波加热处理,采用功率为300-600W的微波,分5-8次进行微波加热,每次加热2-6min,冷却,过滤后用水和无水乙醇分别洗涤,干燥后在500-600℃下焙烧1-2h,得到掺杂Zn2+的Bi2O3。
2.根据权利要求1所述光学玻璃,其特征在于,还包括Sb2O3:0-5%。
3.根据权利要求1或2所述光学玻璃,其特征在于,以重量百分含量比计,5≤SiO2/B2O3≤15。
4.根据权利要求1或2所述光学玻璃,其特征在于,以重量百分含量比计,0.6≤La2O3/SiO2≤1.2。
5.根据权利要求1或2所述光学玻璃,其特征在于,以重量百分含量比计,0.05≤Y2O3/(Ta2O5+Gd2O3+Y2O3)≤0.5。
6.根据权利要求1或2所述光学玻璃,其特征在于,以重量百分含量比计,15%≤Bi2O3+TiO2+ZrO2≤30%。
7.根据权利要求1或2所述光学玻璃,其特征在于,所述Bi2O3中Zn2+的掺杂含量为5-10wt%。
8.根据权利要求1或2所述光学玻璃,其特征在于,所述光学玻璃的密度低于3.50g/cm3,玻璃化转变温度为550℃以下。
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