CN111253066A - 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器 - Google Patents

光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器 Download PDF

Info

Publication number
CN111253066A
CN111253066A CN201811470014.4A CN201811470014A CN111253066A CN 111253066 A CN111253066 A CN 111253066A CN 201811470014 A CN201811470014 A CN 201811470014A CN 111253066 A CN111253066 A CN 111253066A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
optical glass
glass
range
tio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811470014.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111253066B (zh
Inventor
孙伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CDGM Glass Co Ltd
Original Assignee
CDGM Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CDGM Glass Co Ltd filed Critical CDGM Glass Co Ltd
Priority to CN201811470014.4A priority Critical patent/CN111253066B/zh
Publication of CN111253066A publication Critical patent/CN111253066A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111253066B publication Critical patent/CN111253066B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • 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
    • C03C3/066—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/16—Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus
    • C03C3/21—Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus containing titanium, zirconium, vanadium, tungsten or molybdenum
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光学玻璃，其中含有P2O5、TiO2和Nb2O5，各组分含量以重量百分比表示，P2O5/TiO2的重量比范围为0.9～3.0。该光学玻璃的折射率(nd)为1.92～1.98，阿贝数(vd)为15～20，且热膨胀系数(α‑30～70℃)为70×10‑7/K以下。本发明还公开了所述光学玻璃制成的光学预制件、由所述光学玻璃或光学预制件制成的光学元件、以及包含上述光学玻璃或光学元件的光学仪器。本发明的光学玻璃在具有高折射率和高色散的同时，还具有低热膨胀系数和高弹性模量。

Description

光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
技术领域
本发明涉及玻璃，更具体地，本发明涉及光学玻璃以及由该光学玻璃制成的光学预制件、光学元件和光学仪器。
背景技术
随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示等技术领域的应用突飞猛进。近年来，光学元件和光学仪器在数字化、集成化和高精细化方面发展迅速，对用于光学仪器和设备的光学元件的光学玻璃的性能提出了更高的要求。
高折射率高色散光学玻璃在光学设计和光通信领域中对简化光学***提高成像质量有着十分重要的意义。因而对于具有高折射率高色散的用于光学仪器和设备的光学元件的光学玻璃存在持续需求。除了光学性能之外，玻璃的热膨胀系数和弹性模量也是玻璃加工性能的重要参数。为了获得较小的形变率，改善玻璃的物理性能和加工性能，尽管相关领域的技术人员在提高玻璃的弹性模量和降低玻璃的热膨胀系数方面已经做出了很多努力，然而仍在满足光学玻璃的折射率和阿贝数等光学性能的同时，对还具有低形变性能的玻璃存在巨大需求。
因此，在具备提高玻璃的弹性模量、降低玻璃的热膨胀系数的同时，使得光学玻璃具有优异的折射率、阿贝数等光学常数，并且能够以更低的温度加工成型，且成品光学玻璃具有较好的化学稳定性、低膨胀率等特性，以满足光学玻璃在光电子领域的应用。对于具有改进的上述特性的光学玻璃仍存在需求。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提供了一种在具备高折射率、高色散等光学常数的同时，具有良好的抗形变性能的光学玻璃。本发明的发明人发现，通过调整构成光学玻璃的各组分的重量百分比，以及调整各组分之间的比值，能够解决上述技术问题并实现降低热膨胀系数和提高弹性模量的目的。
在一种实施方式中，该光学玻璃含有P2O5、TiO2和Nb2O5作为必要组分，各组分含量以重量百分比表示，P2Os/TiO2的重量比范围为0.9～3.0，所述光学玻璃的折射率(nd)为1.92～1.98，阿贝数(vd)为15～20，且热膨胀系数(α-30～70℃)为70×10-7/K以下。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃中组分含量以重量百分比表示，包含15～35％的P2O5、1～15％的Na2O、10～25％的TiO2、38～52％的Nb2O5、0～5％的SiO2，、0～5％的K2O、0～5％的ZrO2、0～8％的ZnO、0～5％的B2O3、0～6％的Al2O3、0～8％的WO3、0～5％的Li2O、0～10％的RO、0～10％的Ln2O3、和/或0-1的澄清剂，其中RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种，Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的一种或多种，澄清剂为Sb2O3、SnO2、SnO、CeO2中的一种或多种。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃中P2O5/TiO2的范围为1.0～2.5；和/或Nb2O5/(K2O+Na2O)的范围为2.0～10.0；和/或Na2O/TiO2的范围为0.2～1.2；和/或Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为2.5～15.0；和/或P2O5/(K2O+Na2O)的范围为1.5～10.0；和/或TiO2/Nb2O5的范围为0.22～0.6；和/或(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.25～0.75。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃中各组分含量以重量百分比表示，包含20～30％的P2O5、和/或2～10％的Na2O、和/或12～20％的TiO2、和/或40～50％的Nb2O5、和/或0～4％的SiO2、和/或0～3％的K2O、和/或0～3％的ZrO2、和/或0～5％的ZnO、和/或0～4％的B2O3、和/或0～4％的Al2O3、和/或0～5％的WO3、和/或0～3％的Li2O、和/或0～5％的RO、和/或0～5％的Ln2O3、和/或0-0.5％的澄清剂，其中RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种，Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的一种或多种，澄清剂为Sb2O3、SnO2、SnO、CeO2中的一种或多种。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃中P2O5/TiO2的范围为1.2～1.8；和/或Nb2O5/(K2O+Na2O)的范围为4.0～9.0；和/或Na2O/TiO2的范围为0.3～1.0；和/或Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为3.5～10.0；和/或P2O5/(K2O+Na2O)的范围为2.0～9.0；和/或TiO2/Nb2O5的范围为0.25～0.5；和/或(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.3～0.6。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃中各组分含量以重量百分比表示，包含23～29％的P2O5、和/或3～9.5％的Na2O、和/或13～19％的TiO2、和/或43～50％的Nb2O5、和/或0～2％的SiO2、和/或0～2％的K2O、和/或0～2％的ZrO2、和/或0～3％的ZnO、和/或0～2％的B2O3、和/或0～3％的Al2O3、和/或0～3％的WO3、和/或0～1％的Li2O、和/或0～3％的RO、和/或0～3％的Ln2O3、和/或0-0.5％的澄清剂，其中RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种，Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的一种或多种，澄清剂为Sb2O3、SnO2、SnO、CeO2中的一种或多种。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃中Nb2O5/(K2O+Na2O)的范围为5.0～8.0；和/或Na2O/TiO2的范围为0.32～0.8；和/或Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为4.5～9.0；和/或P2O5/(K2O+Na2O)的范围为3.2～6.75；和/或TiO2/Nb2O5的范围为0.25～0.4；和/或(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.37～0.55。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃的折射率(nd)为1.93～1.98，优选为1.94～1.97；阿贝数(vd)为16～19。
在进一步的实施方式中，该光学玻璃的玻璃化转变温度(Tg)为700℃以下，优选为690℃以下，更优选为680℃以下；和/或密度(ρ)为3.7g/cm3以下，优选为3.6g/cm3以下，更优选为3.55g/cm3以下；和/或耐水作用稳定性(DW)为2类以上，优选为1类；和/或耐酸作用稳定性(DA)为2类以上，优选为1类；和/或热膨胀系数(α-30～70℃)为65×10-7/K以下，优选为60×10-7/K以下；和/或析晶上限温度为1200℃以下，优选为1180℃以下，更优选为1170℃以下；和/或气泡度为B级以上，优选为A级以上，更优选为A0级以上；和/或弹性模量(E)为9000×107/Pa以上，优选为9500×107/Pa以上，更优选为10000×107/Pa以上。
本发明的第二个方面，提供了一种由本发明的光学玻璃制成的光学预制件。
本发明的第三个方面，提供了由本发明的光学玻璃或光学预制件制成的光学元件。
本发明的第四个方面，提供了包含上述光学玻璃或光学元件的光学仪器。
本发明通过调整构成光学玻璃的各组分的重量百分比，以及调整各组分之间的比值，能够获得具备高折射率、高色散等光学常数的同时，具有低热膨胀系数和高的弹性模量的光学玻璃。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在本说明书中，如果没有特殊说明，各组分(成分)的含量全部采用相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的重量百分比表示。在这里，所述“换算成氧化物的组成”是指，作为本发明的光学玻璃组成成分的原料熔融时分解并转变为氧化物的情况下，将该氧化物的物质总量作为100％。
除非在具体情况下另外指出，本文所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。
[必要组分和任选组分]
在本发明中，P2O5是磷酸盐配方体系的骨架成分，其作用主要是降低玻璃的熔化温度，提高玻璃的热稳定性和光透过率。当P2O5含量大于35％时，难以获得高折射率和高色散性能；而当P2O5含量小于15％时，光学玻璃的融化温度较高且玻璃的透光率差。因此，在本发明的光学玻璃中，P2O5含量范围的下限值为15％，优选为20％，更优选为23％；P2O5含量范围的上限值为35％，优选为30％，更优选为29％。
Nb2O5是使本发明的光学玻璃具有高折射率和高色散性能的必要组分，同时其还能够改善光学玻璃的化学稳定性和耐失透性。当Nb2O5的含量小于38％时，不能获得高折射率和高色散性能；而当Nb2O5含量超过52％时，玻璃的耐失透性下降，化学稳定性变差。因此，在本发明的光学玻璃中，Nb2O5含量范围的下限值为38％，优选为40％，更优选为43％，含量范围的上限值为52％，优选为50％。
Na2O降低玻璃的转变温度，提高玻璃的熔融性能，当其含量低于1％时，难以达到以上效果，当其含量高于15％时，玻璃折射率下降，难以获得本发明所需的高折射率。因此本申请中Na2O含量为1～15％，优选为2～10％，更优选为3～9.5％。
K2O可以提高玻璃的稳定性和熔融性，但当其含量超过5％时，玻璃的耐失透性下降，折射率下降，因此本申请中K2O含量为0～5％，优选为0～3％，更优选为0～2％。
本发明人通过研究发现，在一些实施方式中，当Nb2O5/(K2O+Na2O)的值超过10.0时，玻璃的化学稳定性下降，当Nb2O5/(K2O+Na2O)的值小于2.0时，玻璃难以获得高折射和高色散性能，因此本发明中Nb2O5/(K2O+Na2O)的值为2.0～10.0，在一些实施方式中，优选当Nb2O5/(K2O+Na2O)的值为4.0～9.0时，还可提高玻璃的气泡度，进一步优选Nb2O5/(K2O+Na2O)的值为5.0～8.0。
在一些实施方式中，当P2O5/(K2O+Na2O)大于10.0，则光学玻璃的熔融性差，转变温度(Tg)高，当P2O5/(K2O+Na2O)小于1.5，则光学玻璃易出现气泡。因此，P2O5/(K2O+Na2O)的范围为1.5～10.0，优选为2.0～9.0，更优选为3.20～6.75时，光学玻璃具有优异的气泡度和较低的转变温度(Tg)。
TiO2的作用是提高玻璃的化学稳定性，同时提高玻璃的折射率和色散值。当TiO2的含量超过25％时，光学玻璃的耐失透性能降低，同时引起玻璃着色，导致玻璃在可见光区的透过率降低；而当玻璃中TiO2的含量不足10％时，不能满足光学玻璃在化学稳定性方面的要求。因此，在本发明的光学玻璃中，TiO2含量范围的下限值为10％，优选为12％，更优选为13％，TiO2含量范围的上限值为25％，优选为20％，更优选为19％。
本发明人通过大量研究发现，在本发明中，如果P2O5/TiO2大于3.O，则光学玻璃的弹性模量低，抗形变能力差。如果P2O5/TiO2小于0.9，则光学玻璃的热膨胀系数高，在高温下易发生变形。通过控制P2O5/TiO2的范围为0.9～3.0，可提高光学玻璃的弹性模量、降低玻璃的热膨胀系数，优选为1.0～2.5，更优选为1.2～1.8。
在一些实施方式中，通过控制Na2O/TiO2的范围为0.2～1.2，玻璃可以获得合适的高温粘度，易于加工生产，且降低光学玻璃的热膨胀系数和转变温度(Tg)。优选Na2O/TiO2的范围为0.3～1.0，更优选Na2O/TiO2的范围为0.32～0.8。Na2O/TiO2在上述范围内时，具有低Tg的光学玻璃在具备高折射率和高色散的同时，在加热玻璃时能够以更低的温度使玻璃成型，并且能够缩小精密玻璃模具成型时与模具的反应程度，延长模具的使用寿命。
在一些实施方式中，通过控制TiO2/Nb2O5的范围为0.22～0.60内，可使光学玻璃在获得高折射高色散的同时，实现较低的密度。优选TiO2/Nb2O5的范围为0.25～0.50，更优选为0.25～0.40。
SiO2是光学玻璃中用于减少玻璃着色，提高对短波长可见光的透射率，同时促进形成稳定玻璃且提高玻璃耐失透性的组分，但当SiO2的含量超过5％时，容易导致玻璃难熔。因此，在本发明的光学玻璃中，SiO2含量范围的上限值为5％，优选为4％，更优选为2％。
在一些实施方式中，当(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)大于0.75，光学玻璃的弹性模量下降，当(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)小于0.25时，光学玻璃的成玻稳定性和化学稳定性降低。因此(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.25～0.75，优选为0.3～0.6，更优选为0.37～0.55，光学玻璃具有较高的弹性模量，并且光学玻璃的成玻稳定性优异、化学稳定性好。
在一些实施方式中，通过使本发明的光学玻璃组分含量SiO2/TiO2在大于0～0.3范围内时，光学玻璃可具有较高的弹性模量和优异的抗析晶性能，优选SiO2/TiO2为0.01～0.25，更优选为0.01～0.1。
ZrO2是减少着色，提高对短波长可见光透过率，同时促进形成稳定玻璃，提高玻璃耐失透性的成分，是本发明光学玻璃中的任选成分。通过使ZrO2成分的含有率为5％以下，可以抑制ZrO2成分导致的折射率降低，容易得到期望的高折射率。因此，在本发明的光学玻璃中，ZrO2含量范围的上限值为5％、优选为3％、更优选为2％。ZrO2含量范围的下限值可以为零。
ZnO可以改善玻璃折射率，改善玻璃稳定性、熔融性、加压成形性以及降低玻璃转变温度，是本发明光学玻璃中的任选成分。通过使ZnO成分的含有率为8％以下，容易得到期望的高折射率和高色散值。因此，在本发明的光学玻璃中，ZnO含量范围的上限值为8％，优选为5％，更优选为3％。ZnO含量范围的下限值可以为零。
B2O3是形成玻璃网络且提高玻璃耐失透性的成分，但含量超过5％时，玻璃的折射率和色散值降低。因此，在本发明的光学玻璃中，B2O3含量范围的上限值为5％，优选为4％，更优选为2％。
在一些实施方式中，如果Nb2O5/(B2O3+Na2O)大于15.0，则光学玻璃的熔融性差，转变温度(Tg)偏高。如果Nb2O5/(B2O3+Na2O)小于2.5，则光学玻璃易出现析晶，且成品玻璃的气泡多。使Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为2.5～15.0，优选为3.5～10.0，更优选为4.5～9.0，光学玻璃具有良好的熔融性、优异的抗析晶性能和气泡度。
Al2O3是改善玻璃的化学稳定性，提高玻璃熔融时粘度的成分，是本发明光学玻璃中的任选成分。通过使Al2O3成分的含有率为6％以下，可以提高玻璃的熔融性，并且减弱玻璃的失透倾向。因此，在本发明的光学玻璃中，Al2O3含量范围的上限值为6％，优选为4％，更优选为3％。
WO3是提高玻璃折射率并且提高玻璃色散值的成分，是本发明光学玻璃中的任选成分。通过使WO3成分的含有率为8％以下，可以抑制玻璃对短波长可见光的透射率，容易得到期望的高折射率和高色散值。因此，在本发明的光学玻璃中，WO3含量范围的上限值为8％，优选为5％，更优选为3％。WO3含量范围的下限值可以为零。
Li2O是提高玻璃的熔融性和降低玻璃转变温度的成分，是本发明光学玻璃中的任选成分。通过使Li2O成分的含有率为5％以下，容易得到期望的高折射率，同时能降低玻璃的析晶上限温度，提高玻璃的稳定性。因此，在本发明的光学玻璃中，Li2O含量范围的上限值为5％，优选为3％，更优选为1％。Li2O含量范围的下限值可以为零。
RO(即MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种)是降低玻璃的析晶温度，提高玻璃耐失透性的成分，是本发明光学玻璃中的任选成分。通过将RO的含量控制为10％以下，可以抑制玻璃耐失透性和化学稳定性的降低。因此，在本发明的光学玻璃中，RO含量范围的上限值为10％，优选为5％，更优选为3％。
Ln2O3是提高玻璃折射率，且提高玻璃化学稳定性的成分，是本发明光学玻璃中的任选成分，其中Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3中的一种或多种。通过将Ln2O3的含量控制为10％以下能够提高玻璃的耐失透性能。因此，在本发明的光学玻璃中，Ln2O3含量范围的上限值为10％，优选为5％，更优选为3％。
通过加入0～1％的Sb2O3、SnO2、SnO和CeO2中的一种或几种组分作为澄清剂，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Sb2O3的添加量为1％以下，优选为0.5％以下。SnO2、SnO也可以作为澄清剂来添加，但当其含量超过1％时，玻璃会着色，或者当加热、软化玻璃并进行模压成形等再次成形时，Sn会成为晶核生成的起点，产生失透的倾向，因此本发明的SnO2和SnO的分别含量为1％以下，优选为0.5％以下，进一步优选不添加。CeO2的作用及添加量比例与SnO2一致，其含量为1％以下，优选为0.5％以下，进一步优选不添加。
[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，从而减弱本发明的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。
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，光学玻璃变得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。
为了实现环境友好，本发明的光学玻璃不含有As2O3和PbO。虽然As2O3具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果，但As2O3的加入会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀，导致更多的铂金离子进入玻璃，对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。PbO可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能，但PbO和As2O3都造成环境污染的物质。
本发明的玻璃采用常规原料和常规工艺生产，使用磷酸、偏磷酸盐、焦磷酸盐或五氧化二磷作为P2O5原料，使用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氧化物等为其他组分原料。按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1200～1280℃的熔炼炉中熔制，经澄清和充分均化后，在1150～1200℃浇注或漏注成型，即可获得本发明的光学玻璃。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。
按照如下方法来测定本发明的光学玻璃的性能参数。
[折射率与阿贝数]
折射率(nd)与阿贝数(vd)按照GB/T7962.1-2010测试。
本发明的光学玻璃的折射率(nd)为1.92～1.98，优选为1.93～1.98，更优选为1.94～1.97；本发明的光学玻璃的阿贝数(vd)为15～20，优选为16～19。
[转变温度]
转变温度(Tg)按照GB/T7962.16-2010测试。
本发明的光学玻璃的玻璃化转变温度(Tg)为700℃以下，优选为690℃以下，更优选为680℃以下。
[密度]
密度(ρ)按照GB/T7962.20-2010测试。
本发明的光学玻璃的密度(ρ)为3.7g/cm3以下，优选为3.6g/cm3以下，更优选为3.55g/cm3以下。
[化学稳定性]
本发明中化学稳定性包含耐水作用稳定性(DW)和耐酸作用稳定性(DA)，其按照GB/T17129测试。
本发明的光学玻璃的耐水作用稳定性(DW)为2类以上，优选为1类；本发明的光学玻璃的耐酸作用稳定性(DA)为2类以上，优选为1类。
[热膨胀系数]
热膨胀系数(α-30～70℃)按照GB/T7962.16-2010测试。
本发明的光学玻璃的热膨胀系数(α-30～70℃)为70×10-7/K以下，优选为65×10-7/K以下，更优选为60×10-7/K以下。
[气泡度]
气泡度按照GB/T7962.8-2010测试。
本发明的光学玻璃的气泡度为B级以上，优选为A级以上，更优选为A0级以上。
[析晶上限温度]
采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180*10*10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度(5℃/cm)的炉内升温至1400℃保温4小时后取出自然冷却到室温，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。
本发明的光学玻璃的析晶上限温度为1200℃以下，优选为1180℃以下，更优选为1170℃以下。
[弹性模量]
弹性模量以杨氏模量来表示，其测试方法如下：玻璃的杨氏模量(E)采用超声波测试其纵波速度和横波速度，再按以下公式计算得出。
Figure BDA0001890358170000091
其中，
式中：
E为杨氏模量，Pa；
G为剪切模量，Pa；
VT为横波速度，m/s；
Vs为纵波速度，m/s；
ρ为玻璃密度，g/cm3。
本发明的光学玻璃的弹性模量(E)为9000×107/Pa以上，优选为9500×107/Pa以上，更优选为10000×107/Pa以上。
本发明还提供了由本发明的光学玻璃制成的光学预制件、由本发明的光学玻璃或光学预制件制成的光学元件，以及包含上述光学玻璃或光学元件的光学仪器。
本发明通过调整构成光学玻璃的各组分的重量百分比，以及调整各组分之间的比值，能够在容易获得期望折射率、阿贝数的前提下，使光学玻璃具有高的弹性模量和低的热膨胀系数。同时，本发明的光学玻璃还具备优异的折射率、阿贝数等光学常数，以使得光学玻璃能够以更低的温度加工成型，且成品光学玻璃具有较好的化学稳定性、低的气泡度和析晶上限温度，以及低的密度等特性，以满足光学玻璃在光电子领域的应用。
本发明的光学预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的光学预制件具有光学玻璃所具有的优异特性；本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性，能够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。
另外，对于棱镜来说，由于折射率相对较高，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。
本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。
以下结合多个实施例详细描述本发明。
在以下实施例和比较例中，按照如下方法制备光学玻璃：
将各光学玻璃组分所对应的原料按比例称量，充分混合后加入铂金坩埚，在1200～1280℃的温度下使原料融化、澄清、均化后降温；在1150～1200℃的温度下将熔融的玻璃浇注到预热后的金属模中；将熔融玻璃和金属模一起置于退火炉内，徐冷退火后得到光学玻璃。按照前文中所述的测定方法测量光学玻璃的各项性能参数。
下表1和表2中分别示出了实施例1-30和比较例1-6的光学玻璃的组成；表3和表4中分别示出了实施例1-30和比较例1-6的光学玻璃的对应性能。
Figure BDA0001890358170000111
Figure BDA0001890358170000121
Figure BDA0001890358170000131
Figure BDA0001890358170000141
Figure BDA0001890358170000151
Figure BDA0001890358170000161
表4：比较例1-6的光学玻璃性能
Figure BDA0001890358170000171
从上述表1和表3中能够看出，当光学玻璃中各组分的重量百分比以及各组分之间的比值在本发明所述范围内时，能够获得具有低热膨胀系数和高弹性模量的光学玻璃。而且，制成的光学玻璃在光学性能、可加工性、成玻稳定性、化学稳定性、低密度、抗形变、抗析晶性和低气泡度等方面也获得了显著改进。
当光学玻璃中各组分的重量百分比以及各组分之间的比值在本发明所述范围内时，使得光学玻璃在具备折射率、阿贝数等光学常数的同时，能够以更低的温度加工成型，且成品光学玻璃具有较好的化学稳定性、低膨胀率和高弹性模量等特性，以满足光学玻璃在光电子领域的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.光学玻璃，其特征在于，含有P2O5、TiO2和Nb2O5，各组分含量以重量百分比表示，P2O5/TiO2的重量比范围为0.9～3.0，所述光学玻璃的折射率(nd)为1.92～1.98，阿贝数(vd)为15～20，且热膨胀系数(α-30～70℃)为70×10-7/K以下。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃中组分含量以重量百分比表示，包含15～35％的P2O5、1～15％的Na2O、10～25％的TiO2、38～52％的Nb2O5、0～5％的SiO2、0～5％的K2O、0～5％的ZrO2、0～8％的ZnO、0～5％的B2O3、0～6％的Al2O3、0～8％的WO3、0～5％的Li2O、0～10％的RO、0～10％的Ln2O3和0-1％的澄清剂，其中RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种，Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的一种或多种，所述澄清剂为Sb2O3、SnO2、SnO、CeO2中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：P2O5/TiO2的范围为1.0～2.5；和/或Nb2O5/(K2O+Na2O)的范围为2.0～10.0；和/或Na2O/TiO2的范围为0.2～1.2；和/或Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为2.5～15.0；和/或P2O5/(K2O+Na2O)的范围为1.5～10.0；和/或TiO2/Nb2O5的范围为0.22～0.6；和/或(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.25～0.75。
4.根据权利要求1或2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃中组分含量以重量百分比表示，包含20～30％的P2O5、和/或2～10％的Na2O、和/或12～20％的TiO2、和/或40～50％的Nb2O5、和/或0～4％的SiO2、和/或0～3％的K2O、和/或0～3％的ZrO2、和/或0～5％的ZnO、和/或0～4％的B2O3、和/或0～4％的Al2O3、和/或0～5％的WO3、和/或0～3％的Li2O、和/或0～5％的RO、和/或0～5％的Ln2O3、和/或0-0.5％的澄清剂，其中RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种，Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的一种或多种，所述澄清剂为Sb2O3、SnO2、SnO、CeO2中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：P2O5/TiO2的范围为1.2～1.8；和/或Nb2O5/(K2O+Na2O)的范围为4.0～9.0；和/或Na2O/TiO2的范围为0.3～1.0；和/或Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为3.5～10.0；和/或P2O5/(K2O+Na2O)的范围为2.0～9.0；和/或TiO2/Nb2O5的范围为0.25～0.5；和/或(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.3～0.6。
6.根据权利要求1或2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃中组分含量以重量百分比表示，包含23～29％的P2O5、和/或3～9.5％的Na2O、和/或13～19％的TiO2、和/或43～50％的Nb2O5、和/或0～2％的SiO2、和/或0～2％的K2O、和/或0～2％的ZrO2、和/或0～3％的ZnO、和/或0～2％的B2O3、和/或0～3％的Al2O3、和/或0～3％的WO3、和/或0～1％的Li2O、和/或0～3％的RO、和/或0～3％的Ln2O3、和/或0-0.5％的澄清剂，其中RO为MgO、CaO、SrO和BaO中的一种或多种，Ln2O3为La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的一种或多种，所述澄清剂为Sb2O3、SnO2、SnO、CeO2中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，其中：Nb2O5/(K2O+Na2O)的范围为5.0～8.0；和/或Na2O/TiO2的范围为0.32～0.8；和/或Nb2O5/(B2O3+Na2O)的范围为4.5～9.0；和/或P2O5/(K2O+Na2O)的范围为3.2～6.75；和/或TiO2/Nb2O5的范围为0.25～0.4；和/或(P2O5+SiO2)/(TiO2+Nb2O5)的范围为0.37～0.55。
8.根据权利要求1～7中任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率(nd)为1.93～1.98，优选为1.94～1.97；阿贝数(vd)为16～19。
9.根据权利要求1～7中任一权利要求所述的光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的玻璃化转变温度(Tg)为700℃以下，优选为690℃以下，更优选为680℃以下；和/或密度(ρ)为3.7g/cm3以下，优选为3.6g/cm3以下，更优选为3.55g/cm3以下；和/或耐水作用稳定性(DW)为2类以上，优选为1类；和/或耐酸作用稳定性(DA)为2类以上，优选为1类；和/或热膨胀系数(α-30～70℃)为65×10-7/K以下，优选为60×10-7/K以下；和/或析晶上限温度为1200℃以下，优选为1180℃以下，更优选为1170℃以下；和/或气泡度为B级以上，优选为A级以上，更优选为A0级以上；和/或弹性模量(E)为9000×107/Pa以上，优选为9500×107/Pa以上，更优选为10000×107/Pa以上。
10.光学预制件，其特征在于，由权利要求1～9中任一权利要求所述的光学玻璃制成。
11.光学元件，其特征在于，由权利要求1～9中任一权利要求所述的光学玻璃或权利要求10所述的光学预制件制成。
12.光学仪器，其特征在于，含有权利要求1～9中任一权利要求所述的光学玻璃，或含有权利要求11所述的光学元件。
CN201811470014.4A 2018-12-03 2018-12-03 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器 Active CN111253066B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811470014.4A CN111253066B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811470014.4A CN111253066B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111253066A true CN111253066A (zh) 2020-06-09
CN111253066B CN111253066B (zh) 2022-03-08

Family

ID=70942905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811470014.4A Active CN111253066B (zh) 2018-12-03 2018-12-03 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111253066B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114644455A (zh) * 2020-12-18 2022-06-21 成都光明光电股份有限公司 光学玻璃

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1657461A (zh) * 2004-01-23 2005-08-24 Hoya株式会社 光学玻璃、压模用成型玻璃材料、光学元件和制造光学元件的方法
CN101591142A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 成都光明光电股份有限公司 高折射高色散光学玻璃
JP2014047098A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Ohara Inc 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
JP2014091639A (ja) * 2012-10-31 2014-05-19 Ohara Inc 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
CN107082562A (zh) * 2009-04-30 2017-08-22 株式会社小原 光学玻璃、光学元件以及精密加压成形用预成形品
CN107417094A (zh) * 2017-05-16 2017-12-01 湖北戈碧迦光电科技股份有限公司 高折射高色散磷酸盐光学玻璃
CN108178509A (zh) * 2013-02-19 2018-06-19 Hoya株式会社 光学玻璃、光学玻璃坯件、压制成型用玻璃材料、光学元件、及它们的制造方法
CN108290772A (zh) * 2016-01-12 2018-07-17 日本电气硝子株式会社 玻璃

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1657461A (zh) * 2004-01-23 2005-08-24 Hoya株式会社 光学玻璃、压模用成型玻璃材料、光学元件和制造光学元件的方法
CN107082562A (zh) * 2009-04-30 2017-08-22 株式会社小原 光学玻璃、光学元件以及精密加压成形用预成形品
CN101591142A (zh) * 2009-06-25 2009-12-02 成都光明光电股份有限公司 高折射高色散光学玻璃
JP2014047098A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Ohara Inc 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
JP2014091639A (ja) * 2012-10-31 2014-05-19 Ohara Inc 光学ガラス、プリフォーム及び光学素子
CN108178509A (zh) * 2013-02-19 2018-06-19 Hoya株式会社 光学玻璃、光学玻璃坯件、压制成型用玻璃材料、光学元件、及它们的制造方法
CN108290772A (zh) * 2016-01-12 2018-07-17 日本电气硝子株式会社 玻璃
CN107417094A (zh) * 2017-05-16 2017-12-01 湖北戈碧迦光电科技股份有限公司 高折射高色散磷酸盐光学玻璃

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114644455A (zh) * 2020-12-18 2022-06-21 成都光明光电股份有限公司 光学玻璃
CN114644455B (zh) * 2020-12-18 2023-12-05 成都光明光电股份有限公司 光学玻璃

Also Published As

Publication number Publication date
CN111253066B (zh) 2022-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI779744B (zh) 光學玻璃、玻璃預製件及光學元件
CN110342814B (zh) 高折射高色散光学玻璃
CN109399916B (zh) 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
CN109970338B (zh) 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器
CN109626814B (zh) 环保光学玻璃、光学预制件、光学元件及光学仪器
CN111960665B (zh) 光学玻璃
CN114853335A (zh) 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
CN110342813B (zh) 光学玻璃、光学元件和光学仪器
CN114853334A (zh) 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
CN110372202B (zh) 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器
CN110255887B (zh) 光学玻璃、光学元件和光学仪器
CN111253064B (zh) 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
CN111253066B (zh) 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
CN111423112A (zh) 氟磷酸盐光学玻璃
CN110550860A (zh) 一种光学玻璃
CN115304274A (zh) 高折射高色散光学玻璃
CN115466051A (zh) 光学玻璃、玻璃预制件和光学元件
CN111333316B (zh) 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器
CN110240400B (zh) 光学玻璃及光学元件
CN110240399B (zh) 光学玻璃
CN110316958B (zh) 光学玻璃和光学元件
CN111253063B (zh) 光学玻璃、光学预制件、光学元件和光学仪器
CN110316962B (zh) 光学玻璃及光学元件
CN111320383A (zh) 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器
CN111204969A (zh) 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件和光学仪器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant