CN109052930A - 环保光学玻璃 - Google Patents

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钟义刚
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths

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Abstract

本发明涉及一种光学玻璃，尤其涉及一种具有高折射、低分散的环保光学玻璃。其折射率(nd)在1.87‑1.91之间，阿贝数(νd)在38.5‑42之间；按重量百分比其包括以下成分：1‑10％的SiO2，10‑40％的B2O3，合计量为30wt％‑45wt％的La2O3、Gd2O3和Y2O3，0.5wt％‑20wt％的ZnO，1wt％‑20wt％的TiO2，1wt％‑4wt％的ZrO2，合计量为1‑5wt％的Li2O、Na2O和K2O，0‑5wt％的SrO，0‑5wt％的Ta2O5，0‑5wt％的TeO2，0‑10wt％的Bi2O3，0‑1wt％的Sb2O3。

Description

环保光学玻璃
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃，尤其涉及一种具有高折射、低分散的环保光学玻璃。
背景技术
近年来，为了满足高档数码产品高像素、小型轻便的要求，具有高折射、低色散等优点的光学玻璃的需求越来越大。例如：由高折射率、低分散玻璃形成的透镜两个一组，能够修正色差并且使光学***小型化。因此，高折射率低分散光学玻璃在光学***或投影仪等投射光学***中占有非常重要的位置。
为了使玻璃具有以上性能，玻璃中的La2O3、TiO2、Nb2O5成分含量也在逐渐增大，但这些成分过多会导致玻璃粘度小、成型难度大、不易获得较高质量条纹以及析晶严重等缺陷。另外，为了获得折射率nd为1.85以上的玻璃，均需加入大量的Ta2O5。这是因为，在折射率nd为1.85以上的高折射率区域中，由于确保玻璃稳定性的方面的原因，导入大量的Ta2O5是必需的。这样，在高折射率低分散玻璃中Ta2O5成为了主要的成分。
然而，钽(Ta)是稀少价值高的元素，并且是原本非常昂贵的物质。而且，最近全世界的稀有金属的价格飞涨，钽的供应量也已经不足。在玻璃制造领域内也是钽原料不足，如果这样的状况继续的话，则恐怕无法稳定供应对光学设备产业界来说必不可少的高折射率低分散玻璃。同样对于高折射率低分散玻璃中常用到的Gd2O3、Y2O3或Nb2O5均具有价格昂贵和原料稀少的缺点。
因此对于高折射率低分散光学玻璃来说，如何降低稀土元素使用量成为本领域的一个较大难题。
发明内容
本发明提供了一种高折射率低分散的环保光学玻璃，其折射率(nd)在1.87-1.91之间，阿贝数(νd)在38.5-42之间；按重量百分比其包括以下成分：1-10％的SiO2，10-40％的B2O3，合计量为30wt％-45wt％的La2O3、Gd2O3和Y2O3，0.5wt％-20wt％的ZnO，1wt％-20wt％的TiO2，1wt％-4wt％的ZrO2，合计量为1-5wt％的Li2O、Na2O和K2O，0-5wt％的SrO，0-5wt％的Ta2O5，0-5wt％的TeO2，0-10wt％的Bi2O3，0-1wt％的Sb2O3。
在一些实施方案中，SiO2的含量为5-10％，B2O3的含量为15-25％。
在另一些实施方案中，La2O3、Gd2O3和Y2O3的合计含量为35-40％。其中，La2O3的含量为30-40％，Gd2O3含量为0-5％，Y2O3的含量为0-5％。
在又一些实施方案中，Ta2O5的含量为1-2％；TeO2的含量为2-4％；Bi2O3的含量为4-6％。
在进一步地实施方案中，TeO2/(Ta2O5+Bi2O3)的重量比值为0.3-0.6之间。
本发明还提供了所述环保光学玻璃制成的玻璃预制件。
本发明还提供了所述环保光学玻璃制成的光学元件。
本发明还提供了所述环保光学玻璃制成的光学仪器。
具体实施方式
还可进一步通过实施例来理解本发明，其中所述实施例说明了一些制备或使用方法。然而，要理解的是，这些实施例不限制本发明。现在已知的或进一步开发的本发明的变化被认为落入本文中描述的和以下要求保护的本发明范围之内。
将对本发明的光学玻璃能够包含的组分进行描述。除非另有说明，每种组分的组成比都用重量％表示。
SiO2是不可或缺的组分，它对于提高玻璃粘度、提高玻璃的抗失透能力和化学耐久性非常有效。但是，如果该组分的量不足，则这些效果无法充分实现；然而，如果该组分的量过大，则玻璃化转变温度升高，玻璃的熔融性质恶化。所以，该组分量的下限应该优选大于5％，该组分的量的上限应该是10％。SiO2可以通过采用例如SiO2作为原料而结合到玻璃中。
B2O3也是玻璃形成氧化物的组分。对于本发明这样的La2O3含量较高的光学玻璃来说，其是不可或缺的。但是，如果该组分的量不足，则抗失透能力不足；然而，如果该组分的量过大，则折射率下降到偏离目标光学常数的程度，而且化学耐久性也恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是15％，该组分的上限优选小于25％。B2O3可以通过采用例如H3BO3或者B2O3作为原料而结合到玻璃中。
La2O3是不可或缺的组分，它有效地提高了折射率并降低了色散。但是，如果该组分的量不足，则难以将光学常数保持在上述值之内；然而，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化。所以，该组分的量的下限应该优选是25％，更优选30％，该组分的量的上限应该优选是40％。La2O3可以通过采用例如La2O3、硝酸镧或者其水合物作为原料而结合到玻璃中。
Gd2O3有效地增加折射率和降低色散。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和化学耐久性变差。另外考虑到其价格较为昂贵，所以该组分的量的上限应该优选是5％。Gd2O3可以通过采用例如Gd2O3作为原料结合到玻璃中。
Y2O3有效地增加折射率和降低色散。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力和化学耐久性变差。另外考虑到其价格较为昂贵，所以该组分的量的上限应该优选是5％，更优选小于2％。Y2O3可以通过采用例如Y2O3作为原料结合到玻璃中。
TeO2可以有效提高折射率，在本发明中其用于替换本领域常使用的稀有金属氧化物，当玻璃料在铂坩锅中熔融时，TeO2中的碲和铂发生合金化，合金化部分的耐热性质变差，导致在所述合金化部分中形成孔，熔融玻璃从该孔中泄漏。所以，TeO2的量的上限应该优选是4％。TeO2可以通过采用例如TeO2作为原料而结合到玻璃中。
Bi2O3可以有效地提高折射系数。如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选小于10％，更优选6％。
Ta2O5可以有效增加折射系数并提高化学耐久性和抗失透能力。但是，如果该组分的量过大，则变得难以保持上述光学常数、玻璃析晶性能变差。所以，该组分的量的上限应该优选小于2％。
本发明发现，Bi2O3和Ta2O5可以有效抑制玻璃熔融过程中碲铂合金化，因此TeO2/(Ta2O5+Bi2O3)的重量比值优选在0.3-0.6之间。如果比值过低，光学常数达不到期望值，玻璃容易失透；如果比值过高，熔融过程中容易对铂坩埚造成损害，玻璃化学稳定性也会变差。
ZnO是不可或缺的组分，它有效地降低了玻璃化转变温度(Tg)并改善了玻璃体系的耐失透性能。但是如果该组分的量不足，则不能充分实现这种效果；然而，如果该组分的量过大，则耐失透能力变差。所以，该组分的量的下限应该优选是10％，该组分的量的上限应该优选小于20％。
TiO2可以有效地调整光学常数以及改善抗失透能力。在本发明的玻璃体系中，如果该组分的量过大，则抗失透不仅不增加反而下降，而且可见光线区的短波区中的透射率恶化。所以，该组分的量的上限应该优选小于20％，更优选15％，最优选小于10％。
Li2O、Na2O和K2O可以有效地降低玻璃化转变温度并改善玻璃的熔融性能。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是5％。
SrO可以有效地调整光学常数。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力往往下降。所以，该组分的量的上限应该优选是5％。
ZrO2可以有效地调整光学常数、提高抗失透能力和改善化学耐久性。但是，如果该组分的量过大，则抗失透能力恶化，变得难以将玻璃化转变温度保持为所需的低温。所以，该组分的量的上限应该优选是4％，下限优选是1％。
Sb2O3可以任选地加入，用于在玻璃熔融过程中消泡。如果该组分的量过大，则在可见光线区的短波区中的透射率下降。所以，该组分的量的上限应该优选是1％，更优选0.5％，最优选是0.1％。
在本领域的光学玻璃中，一般会添加Nb2O5和WO3来提高玻璃的折射率和耐失透性能。但在本发明的玻璃体系中，优选不添加Nb2O5和WO3，这主要是因为本发明发现在在本发明的玻璃体系中添加Nb2O5和WO3后，玻璃的光学常数会超出期望值，并且耐失透性能恶化，另外两者的价格比较昂贵，不添加上述两种氧化物可以节省光学玻璃的生产成本。
实施例
本发明的生产方法是：将氧化物、碳酸盐、硝酸盐等光学玻璃原料按照各组成的预定比例称量，混合均勻后在1200-1400℃下熔融、澄清、搅拌2-4小时，降低到适当温度后浇入预热的金属模型内慢慢冷却，就可制得本发明的光学玻璃；具体见下表
光学玻璃性能测试
1)透射光谱特性：光学玻璃透射光谱特性用着色度(λ80/λ5)表示，将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃透过率达到80％对应的波长为λ80，透过率达到5％对应的波长为λ5。
2)化学稳定性：使用粉末法按照GB/T17129标准，对所得光学玻璃进行测试，将所得的化学稳定性数据：耐酸性和耐水性。
3)热膨胀系数：使用耐驰公司的热膨胀仪测量，膨胀系数采用的数据为20-100℃的线膨胀系数α。
具体结果如下：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
着色度λ80/λ5 37/28 37/29 38/29 37/28 38/28
耐酸性 1级 1级 1级 1级 1级
耐水性 1级 1级 1级 1级 1级
α(×10<sup>7</sup>) 59.3 61.4 58.9 60.4 62.7
本发明内容仅仅举例说明了要求保护的一些具体实施方案，其中一个或更多个技术方案中所记载的技术特征可以与任意的一个或多个技术方案相组合，这些经组合而得到的技术方案也在本申请保护范围内，就像这些经组合而得到的技术方案已经在本发明公开内容中具体记载一样。

Claims (7)

1.一种高折射率低分散的环保光学玻璃，其折射率(nd)在1.87-1.91之间，阿贝数(νd)在38.5-42之间；按重量百分比其包括以下成分：1-10％的SiO2，10-40％的B2O3，合计量为30wt％-45wt％的La2O3、Gd2O3和Y2O3，0.5wt％-20wt％的ZnO，1wt％-20wt％的TiO2，1wt％-4wt％的ZrO2，合计量为1-5wt％的Li2O、Na2O和K2O，0-5wt％的SrO，0-5wt％的Ta2O5，0-5wt％的TeO2，0-10wt％的Bi2O3，0-1wt％的Sb2O3。
2.根据权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，SiO2的含量为5-10％，B2O3的含量为15-25％。
3.根据权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，La2O3、Gd2O3和Y2O3的合计含量为35-40％。其中，La2O3的含量为30-40％，Gd2O3含量为0-5％，Y2O3的含量为0-5％。
4.根据权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，Ta2O5的含量为1-2％。
5.根据权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，TeO2的含量为2-4％。
6.根据权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，Bi2O3的含量为4-6％。
7.根据权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，TeO2/(Ta2O5+Bi2O3)的重量比值为0.3-0.6之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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