CN1155528C - 光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是，提供一种具有规定范围的光学常数及良好的化学耐久性的、并且耐失透性及熔性优良的、不含有Gd2O3及Ta2O5那样原料价格高的成分或不将其作为必要成分的稳定的光学玻璃。本发明光学玻璃的特征在于，以重量%计，由下列成分构成：SiO2 5＜～20%、B2O3 35～55%、Al2O3 0～不足10%、La2O3 10～30%、Y2O3 0.5～15%、CaO 10～30%、Li2O 0＜～不足0.5%、MgO 0～5%、SrO 0～5%、BaO 0～15%、ZnO 0～15%、TiO2 0～3%、ZrO2 0～5%、Nb2O5 0～5%、Ta2O5 0～5%、WO3 0～5%及Sb2O3 0～1%。
Description
本发明涉及具有折射率(nd)1.60～1.68、阿贝数(vd)55以上的光学常数的光学玻璃。
过去，作为具有上述范围光学常数的光学玻璃，已知有例如以SiO2、B2O3及BaO作为基本成分的玻璃。这种组成体系的玻璃，虽然熔融时的稳定性优良，但化学的耐久性非常差，在玻璃的研磨及洗涤工序中，或是在作为镜片经过长时期的使用过程中，玻璃表面易发生因被烧或风化作用而造成的侵蚀，因此上述过去的玻璃在加工及使用时需要特别的注意。另外，上述过去的玻璃含有比较多量的BaO成分，因此比重有变大的倾向，再有，在将调合原料熔融时，SiO2成分易于分离到熔液表面，难以得到均质的玻璃。
本发明的目的在于，消除上述现有技术中所表现出的各个缺点，提供一种具有上述规定范围的光学常数及良好的化学耐久性的、耐失透性及熔融性优良的、并且不含有Gd2O3及Ta2O5那样高原料价格成分或不将其作为必要成分的稳定的光学玻璃。
本发明人为解决上述课题进行了反复试验研究，结果发现，通过在特定组成范围的SiO2-B2O3-CaO-La2O3系玻璃中添加Li2O及Y2O3作为必要成分，就可达到上述目的，从而完成了本发明。
即，达到上述目的的本发明的光学玻璃，其特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 5＜～20％、
B2O3 35～55％、
Al2O3 0～不足10％、
La2O3 10～30％、
Y2O3 0.5～15％、
CaO 10～30％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～15％、
ZnO 0～15％、
TiO2 0～3％、
ZrO2 0～5％、
Nb2O5 0～5％、
Ta2O5 0～5％、
WO3 0～5％及Sb2O3 0～1％。
另外，其进一步的特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 6～15％、
B2O3 40～50％、
Al2O3 0.3～5％、
La2O3 10～25％、
Y2O3 1～12％，但La2O3+Y2O3 15～30％、
CaO 18～25％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～10％、
ZnO 0～10％、
ZrO2 0～5％、
Ta2O5 0～5％及Sb2O3 0～0.5％，不含有TiO2、Nb2O5及WO3。
另外，其再进一步的特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 6～15％、
B2O3 40～50％，但SiO2+B2O3 50％以上、
Al2O3 0.3～5％、
La2O3 10～25％、
Y2O3 1～12％但La2O3+Y2O3 15～30％、
CaO 18～25％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～10％、
ZnO 0～10％、
ZrO2 0～5％、
Ta2O5 0～5％及Sb2O3 0～0.5％，不含有TiO2、Nb2O5及WO3。
以下叙述在本发明的光学玻璃中，将各成分限定在上述组成范围内的理由。
SiO2及B2O3成分是玻璃形成氧化物，在本发明中，为扩大玻璃化范围并使玻璃内具有适度的粘度是有效的。SiO2成分，其量在5％以下时上述效果不充分，超过20％时混合原料的熔融性变差，易生成未熔融物。另外，B2O3成分，在其量不足35％时及超过55％时，难以得到具有所希望的折射率的玻璃。特别是为了得到均质性良好的玻璃，将SiO2成分的量定为6～15％，将B2O3成分的量定为40～50％为佳。而且为得到更加稳定的玻璃，将SiO2成分及B2O3成分的合计量定在50％以上更佳。
Al2O3成分，对玻璃化学耐久性的提高和粘度的调整，以及对失透的稳定化具有效果。但是，其量在10％以上时，反而使失透性增大，因而不佳。更佳的量为0.3～5％。
La2O3成分，使玻璃的化学耐久性及耐失透性提高，同时在不使分散过大的情况下提高折射率，是为获得具有高折射率的稳定玻璃的有效的成分。其量不足10％时，玻璃的化学耐久性和耐失透性不充分，而超过30％时得不到所期望的折射率。为获得具有所期望的光学常数，并且不失透的均质的玻璃，La2O3成分的量在10～25％的范围内更佳。
Y2O3成分，与La2O3成分同样，是为使玻璃的化学耐久性及耐失透性提高、使在分散不过大的情况下提高折射率、并且使比重变小的有效的成分。其量不足0.5％时上述效果不充分，而超过15％时，反而使结晶的析出温度上升、使玻璃易于失透。Y2O3成分量的更佳范围是1～12％。
另外，在本发明中，为了得到更加稳定的玻璃，将La2O3成分及Y2O3成分的合计量定作15～30％为佳。
CaO成分，对提高玻璃的化学耐久性、耐失透性及玻璃原料的熔融性有效果。CaO成分的量不足10％时上述效果不充分，而且难以得到所期望的光学常数。但其量超过30％时，反而失透化的倾向增大，因而不佳。CaO成分更佳的量为18～25％。
Li2O成分，在本发明中是为促进玻璃原料的熔融的有效的必要成分，但为了得到上述效果，其量不足0.5％就足够了。而且可以将Li2O成分的一部分由Na2O及K2O成分之一者或二者进行置换。
MgO、SrO、BaO及ZnO各成分，对玻璃的折射率和阿贝数的调整、玻璃原料熔融性的提高及耐失透性的改善是有效的，可分别将MgO及SrO成分加到最多达5％，分别将BaO及ZnO成分加到最多达15％。而分别将BaO及ZnO成分的量定为最多达10％则更佳。
在本发明的玻璃中，为了折射率和阿贝数的调整或玻璃稳定性的提高，可任选添加TiO2、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5及WO3各成分，但它们的量：TiO2成分最多达3％，ZrO2、Nb2O5、Ta2O5及WO3各成分分别最多达5％就足够了。但是，TiO2、Nb2O5及WO3成分，由于有使短波侧玻璃的光线透过率变低的倾向，因此不含有这些成分的情况更佳。
Sb2O3成分，作为玻璃熔融时的澄清剂可任选地添加，但其量在1％以下就足够了，更适当的量为0.5％以下。
另外，在本发明的玻璃中，除上述成分之外，即使以最多达5％的比例添加含在上述各金属氧化物成分中的金属元素的氟化物或P2O5等成分也无妨碍。
实施例
以下，将本发明光学玻璃的实施例No.1～No.4)及过去玻璃的比较例(No.A)，与这些玻璃的折射率(nd)、阿贝数(vd)、失透温度(℃)、比重及Y2O3相对于La2O3的重量比同时示于表1，将上述实施例(No.1～No.4)及比较例(No.A)玻璃的Y2O3成分的含量和失透温度的关系示于图1。上述失透温度表示的是：将所得到的各玻璃的破碎片置于设在白金板上的***上，在温度梯度炉内熔解并保持30分钟后，取出到炉外，用显微镜观察结晶产生状况求出的结果。而将本发明光学玻璃的其它实施例(No.5～No.26)，与这些玻璃的折射率(nd)及阿贝数(vd)一起示于表2、表3及表4。
[表1]
(重量％)
| No. | 实施例 | 比较例 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | A | |
| SiO2 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 | 10.00 |
| B2O3 | 43.00 | 43.00 | 43.00 | 43.00 | 43.00 |
| Al2O3 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
| La2O3 | 22.75 | 19.75 | 16.75 | 13.75 | 25.75 |
| Y2O3 | 3.00 | 6.00 | 9.00 | 12.00 | |
| CaO | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 |
| Li2O | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
| Sb2O3 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| Y2O3/La2O3 | 0.13 | 0.30 | 0.54 | 0.87 | |
| nd | 1.6593 | 1.6567 | 1.6540 | 1.6514 | 1.6620 |
| vd | 58.4 | 58.2 | 57.9 | 57.7 | 58.6 |
| 失透温度(℃) | 978 | 969 | 957 | 952 | 985 |
| 比重 | 3.20 | 3.17 | 3.15 | 3.13 | 3.22 |
[表2]
(重量％)
| No. | 实施例 | |||||||
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| SiO2 | 11.00 | 15.00 | 8.00 | 7.00 | 12.35 | 6.00 | 6.50 | 8.50 |
| B2O3 | 46.73 | 42.00 | 43.50 | 43.75 | 50.00 | 44.00 | 45.50 | 48.73 |
| Al2O3 | 1.20 | 0.30 | 4.00 | 0.48 | 2.50 | 3.00 | 1.00 | 1.20 |
| La2O3 | 16.57 | 20.50 | 22.95 | 25.00 | 10.00 | 22.00 | 20.40 | 17.07 |
| Y2O3 | 3.00 | 2.00 | 1.00 | 5.00 | 5.00 | 1.50 | 8.00 | 3.00 |
| CaO | 21.25 | 20.00 | 20.00 | 18.45 | 19.85 | 23.00 | 18.00 | 21.25 |
| Li2O | 0.20 | 0.10 | 0.45 | 0.30 | 0.20 | 0.20 | 0.30 | 0.20 |
| Sb2O3 | 0.05 | 0.10 | 0.10 | 0.02 | 0.10 | 0.30 | 0.30 | 0.05 |
| nd | 1.6380 | 1.6464 | 1.6517 | 1.6712 | 1.6143 | 1.6603 | 1.6626 | 1.6395 |
| vd | 60.0 | 59.7 | 58.4 | 58.1 | 61.7 | 57.7 | 58.4 | 60.0 |
[表3]
(重量％)
| No. | 实施例 | ||||||||
| 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | |
| SiO2 | 13.00 | 7.50 | 10.00 | 10.00 | 7.50 | 9.00 | 8.50 | 7.50 | 7.50 |
| B2O3 | 42.50 | 40.00 | 43.50 | 43.00 | 44.00 | 44.00 | 45.00 | 42.50 | 42.50 |
| Al2O3 | 1.50 | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 5.00 | 1.00 | 1.25 | 1.00 | 1.00 |
| La2O3 | 14.10 | 20.00 | 14.60 | 10.75 | 20.00 | 18.75 | 17.00 | 16.75 | 16.75 |
| Y2O3 | 4.00 | 10.00 | 4.40 | 15.00 | 2.00 | 6.00 | 3.00 | 3.50 | 3.50 |
| CaO | 24.20 | 19.80 | 25.00 | 20.00 | 21.00 | 19.00 | 20.00 | 18.50 | 18.50 |
| Li2O | 0.30 | 0.20 | 0.40 | 0.20 | 0.40 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
| Sb2O3 | 0.40 | 0.50 | 0.10 | 0.05 | 0.10 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| MgO | 2.00 | ||||||||
| SrO | 5.00 | ||||||||
| BaO | 10.00 | ||||||||
| ZnO | 10.00 | ||||||||
| nd | 1.6432 | 1.6759 | 1.6480 | 1.6488 | 1.6472 | 1.6575 | 1.6486 | 1.6644 | 1.6614 |
| vd | 59.2 | 56.7 | 58.4 | 57.5 | 57.9 | 58.6 | 59.2 | 58.1 | 57.4 |
[表4]
(重量％)
| No. | 实施例 | ||||
| 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | |
| SiO2 | 10.00 | 8.00 | 8.00 | 10.00 | 8.00 |
| B2O3 | 43.00 | 43.00 | 43.00 | 43.00 | 41.50 |
| Al2O3 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
| La2O3 | 17.75 | 22.75 | 23.75 | 19.75 | 21.75 |
| Y2O3 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 5.00 | 5.00 |
| CaO | 20.00 | 20.00 | 19.00 | 20.00 | 19.50 |
| Li2O | 0.20 | 020 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
| Sb2O3 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 | 0.05 |
| Ta2O5 | 5.00 | ||||
| Nb2O5 | 2.00 | ||||
| WO3 | 2.00 | ||||
| TiO2 | 1.00 | ||||
| BaF2 | 3.00 | ||||
| nd | 1.6604 | 1.6763 | 1.6602 | 1.6627 | 1.6605 |
| vd | 58.0 | 56.2 | 56.9 | 56.9 | 58.3 |
[表5]
(重量％)
| No. | 实施例 | |||||||
| 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | |
| SiO2 | 20.00 | 5.10 | 6.00 | 11.00 | 7.00 | 11.00 | 9.80 | 6.00 |
| B2O3 | 35.00 | 50.00 | 5.00 | 44.98 | 45.00 | 45.00 | 45.00 | 43.00 |
| Al2O3 | 2.00 | 2.00 | 2.00 | 9.80 | 2.00 | 2.00 | 1.00 | 1.00 |
| LaO3 | 17.78 | 13.00 | 15.00 | 18.00 | 30.00 | 17.80 | 13.00 | 16.00 |
| Y2O3 | 5.00 | 10.00 | 6.00 | 3.00 | 1.00 | 5.00 | 5.00 | 7.80 |
| CaO | 20.00 | 19.68 | 15.78 | 13.00 | 14.78 | 14.00 | 11.00 | 11.00 |
| Li2O | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
| MgO | 5.00 | |||||||
| BaO | 15.00 | |||||||
| ZnO | 15.00 | |||||||
| Sb2O3 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | |||
| nd | 1.6439 | 1.6454 | 1.6242 | 1.6077 | 1.6623 | 1.6275 | 1.6368 | 1.6466 |
| vd | 58.4 | 59.4 | 62.5 | 61.1 | 58.4 | 61.0 | 60.8 | 55.6 |
[表6]
(重量％)]
| No. | 实施例 | ||||||
| 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | |
| SiO2 | 8.00 | 7.00 | 9.80 | 6.00 | 11.00 | 11.00 | 11.00 |
| B2O3 | 45.00 | 46.80 | 45.00 | 48.30 | 45.00 | 47.00 | 45.00 |
| Al2O3 | 2.00 | 2.00 | 0.50 | 1.50 | 1.00 | 2.00 | |
| La2O3 | 20.80 | 16.00 | 16.00 | 15.00 | 19.30 | 19.80 | 21.30 |
| Y2O3 | 6.00 | 7.00 | 7.00 | 10.00 | 2.00 | 1.00 | 0.50 |
| CaO | 16.00 | 16.00 | 20.00 | 15.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 |
| Li2O | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 | 0.20 |
| TiO2 | 2.00 | ||||||
| ZrO2 | 5.00 | ||||||
| Nb2O5 | 2.00 | ||||||
| WO3 | 5.00 | ||||||
| Sb2O3 | 1.00 | ||||||
| nd | 1.6627 | 1.6560 | 1.6182 | 1.6575 | 1.6481 | 1.6399 | 1.6433 |
| vd | 55.1 | 57.4 | 57.3 | 57.3 | 59.2 | 59.3 | 59.6 |
由表1及图1可知，本发明实施例的玻璃，与比较例的玻璃相比，失透温度低，耐失透性更为优良，比重也小。而且上述实施例都得到了熔融性优良、没有气泡和条纹的均质玻璃，并且化学耐久性也良好。另外，表2～表4所示的本发明实施例的玻璃，也同样是耐失透性、熔融性及化学耐久性优良，比重小。
本发明的上述表1～表4实施例的玻璃，可通过下述方法容易地制造：将氧化物、碳酸盐、氢氧化物、硝酸盐及氟化物等通常的光学玻璃的原料称量混合，使用白金坩埚，在约1200℃至1400℃下约2至4小时，熔融、澄清、搅拌之后，铸入预热过的金属模中，再进行缓冷。
如上所述，本发明的光学玻璃，是在特定组成范围的SiO2-B2O3-CaO-La2O3系玻璃中，作为必要成分添加Li2O及Y2O3的玻璃，可获得具有折射(nd)1.60～1.68、阿贝数(vd)55以上范围的光学常数的、耐失透性及熔融性优良的、具有良好化学耐久性的稳定且均质的光学玻璃。而且本发明的光学玻璃不含有原料价格高的Gd2O3成分，不以Ta2O5成分作为必要成分，并可廉价制造，这些优点都是有利的。
图1是表示Y2O3成分的含量和失透温度(℃)的关系的图。
Claims (3)
1.光学玻璃，其特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 5＜～20％、
B2O3 35～55％、
Al2O3 0～不足10％、
La2O3 10～30％、
Y2O3 0.5～15％、
CaO 10～30％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～15％、
ZnO 0～15％、
TiO2 0～3％、
ZrO2 0～5％、
Nb2O5 0～5％、
Ta2O5 0～5％、
WO3 0～5％及Sb2O3 0～1％。
2.权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 6～15％、
B2O3 40～50％、
Al2O3 0.3～5％、
La2O3 10～25％、
Y2O3 1～12％，但La2O3+Y2O3 15～30％、
CaO 18～25％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～10％、
ZnO 0～10％、
ZrO2 0～5％、
Ta2O5 0～5％及Sb2O3 0～0.5％，不含有TiO2、Nb2O5及WO3。
3.权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，以重量％计，由下列成分构成：
SiO2 6～15％、
B2O3 40～50％，但SiO2+B2O3 50％以上、
Al2O3 0.3～5％、
La2O3 10～25％、
Y2O3 1～12％但La2O3+Y2O3 15～30％、
CaO 18～25％、
Li2O 0＜～不足0.5％、
MgO 0～5％、
SrO 0～5％、
BaO 0～10％、
ZnO 0～10％、
ZrO2 0～5％、
Ta2O5 0～5％及Sb2O3 0～0.5％，不含有TiO2、Nb2O5及WO3。
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1998
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