CN117776522A - 高折射率玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有高折射率的玻璃、特别是折射率nd为1.95至2.05且阿贝数vd为22至小于35的玻璃。玻璃优选在可见光波长范围内、特别是在较低的可见光波长范围内具有高透射率。本发明还涉及该玻璃的用途。根据本发明的玻璃尤其可以用于AR眼镜。进一步的用途是例如在光学领域中作为透镜或波导的用途。
Description
技术领域
本发明涉及具有高折射率的玻璃、特别是折射率nd为1.95至2.05且阿贝数vd为22至小于35的玻璃。玻璃优选在可见光波长范围内、特别是在较低的可见光波长范围内具有高透射率。本发明还涉及该玻璃的用途。根据本发明的玻璃尤其可以用于AR眼镜。进一步的用途是例如在光学领域中作为透镜或波导的用途。
背景技术
所谓“增强现实”领域变得越来越重要。这意味着现实的扩展、特别是包括视觉呈现的、计算机生成的信息。专用眼镜，即所谓的AR眼镜，通常用于此目的。生产此类眼镜需要具有特别高折射率的玻璃，因为它们可以增加视场(FoV)。另外，玻璃应当优选在可见光波长范围内具有特别好的透射率。在本文中，已证明了在较低可见光波长范围内，例如在从420nm至490nm、特别是420nm或460nm的蓝色范围内的透射率在具有特别高折射的玻璃的情况下是有问题的。在这种情况下，人们还谈到了玻璃的所谓“UV边缘”。如果UV边缘移入可见光范围太远或上升得不够陡，则较低可见光波长范围内的透射性能将不佳。此外，已证明难以提供在整个可见光范围(特别是380nm至750nm)内具有特别高的折射率的玻璃。例如，已知折射率nd为2.001的玻璃，但在可见光范围内的其他波长处未实现折射率至少为2.000的玻璃。
过去，尤其是使用磷酸铌***的玻璃。然而，这些玻璃在生产中存在很大问题，因为氧损失，特别是由于已经还原的磷酸盐***中的高熔融和高精炼温度，这导致Nb的氧化水平低于V，从而导致强烈的棕色到黑色的着色。此外，该玻璃系列不仅像硼酸镧或硼硅酸盐***一样倾向于在界面处结晶，而且还表现出非常快速的晶体生长，这使得后冷却(应力冷却或折射率调整)对于可能已预成核的玻璃至关重要。此外，该玻璃相对较脆，并且因此难以抛光成薄晶片。
特别地，因此应当提供在整个可见光谱范围内具有1.93至2.08的折射率和/或1.95至2.05的折射率nd的玻璃。优选地，玻璃的特点在于优异的透射性能，特别是也在较低的可见光波长范围内，例如420nm和/或460nm处。此外，批量成本应保持适度。该玻璃应该具有无条纹制造的良好潜力。此外，玻璃应该能够以良好的成品率被制造成晶片。特别是，该玻璃应易于热成型且易于加工。尽管折射率较高，但该玻璃应具有尽可能低的密度。由此，这尤其可以提高AR眼镜的佩戴舒适度。
因此，本发明的一个目的是提供克服了现有技术的缺点的玻璃。所述目的由独立权利要求的主题解决。
发明内容
一方面，本发明涉及一种玻璃，所述玻璃的折射率nd为1.95至2.05，并且色散系数vd为22至小于35，所述玻璃包含以下重量％的组分：
| SiO2 | 4-12 |
| B2O3 | 4-11 |
| BaO | <10 |
| La2O3 | 30-<52 |
| Gd2O3 | <14 |
| ZrO2 | <5.5 |
| TiO2 | 10-25 |
| Nb2O5 | 3-16 |
| ZnO | ≤2.0 |
其中SiO2和B2O3的重量份额之和为至少10重量％。
另一方面，本发明涉及一种玻璃，该玻璃的折射率nd为1.95至2.05，并且优选色散系数vd为22至小于35，该玻璃包含以下重量％的组分：
| SiO2 | 4-12 |
| B2O3 | 4-11 |
| BaO | <10 |
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| TiO2 | 10-25 |
| Nb2O5 | 3-16 |
| ZnO | ≤2.0 |
其中SiO2和B2O3的重量份额之和为至少10重量％。
另一方面，本发明涉及一种玻璃，其在整个可见光谱范围内的折射率为1.93至2.08，并且色散系数vd为22至小于35，所述玻璃包含以下重量％的组分：
| SiO2 | 4-12 |
| B2O3 | 4-11 |
| BaO | <10 |
| La2O3 | 30-<52 |
| Gd2O3 | <14 |
| ZrO2 | <5.5 |
| TiO2 | 10-25 |
| Nb2O5 | 3-16 |
| ZnO | ≤2.0 |
其中SiO2和B2O3的重量份额之和为至少10重量％。
根据本发明，玻璃的折射率nd为1.95至2.05、优选1.97至2.02、特别优选1.98至2.01、进一步特别优选1.99至2.01。
折射率nd对于本领域技术人员来说是已知的，并且特别地表示在大约587.6nm的波长(氦的d线的波长)处的折射率。本领域技术人员知道如何确定折射率nd。
优选用折射仪、特别是用V形块折射仪测定折射率。在此特别地，可以使用具有正方形或近似正方形底面积(例如具有大约20mm×20mm×5mm的尺寸)的样品。使用V形块折射仪测量时，样品通常被放置在折射率已知的V形块棱镜中。入射光束的折射取决于样品的折射率与V形块棱镜的折射率之差，因此可以测定样品的折射率。测量优选在22℃的温度下进行。
折射率取决于光的波长并且可以在不同的波长处确定，例如nd在约587.6nm、nF在约486nm以及nC在约656nm。玻璃优选在整个可见光谱范围(特别是380nm至750nm)内具有1.93至2.08的折射率。
折射率nF表示在波长约486nm处的折射率。本发明的玻璃的折射率nF优选在1.96至2.08的范围内，例如1.98至2.06、1.99至2.05、2.00至2.04。
折射率nC表示在波长约656nm处的折射率。本发明玻璃的折射率nC优选为1.93至2.04，例如1.95至2.03、或1.96至2.02。
该玻璃具有22至小于35、优选24至30、特别优选25至28的色散系数vd。
根据本发明，玻璃的纯透射率TI为至少80％、优选至少85％、优选至少90％、更优选至少91％、更优选至少92％、更优选至少93％、更优选至少94％、更优选至少95％、更优选至少96％、更优选至少97％，其中该纯透射率是在波长为460nm处和样品厚度为10mm的情况下测量的。
纯透射率或纯透射度可以使用本领域技术人员熟悉的方法测量，例如根据DIN5036-1:1978。在本描述中，纯透射率的说明涉及10mm的样品厚度。“样品厚度”的说明并不意味着玻璃具有该厚度，而仅表示说明纯透射率所涉及的厚度。
除非另有说明或对于本领域技术人员来说是显而易见的，本文描述的测量是在20℃和101.3kPa的大气压下进行的。
根据本发明的玻璃的密度优选在4.40g/cm3至5.30g/cm3的范围内、更优选在4.45g/cm3至5.20g/cm3的范围内、更优选在4.50g/cm3至5.10g/cm3的范围内。在一些实施方式中，玻璃的密度小于5.05g/cm3、优选小于5.00g/cm3、优选小于4.95g/cm3、优选小于4.90g/cm3、优选小于4.85g/cm3、优选小于4.80g/cm3、优选小于4.70g/cm3、优选小于4.60g/cm3。
众所周知，玻璃的密度随着折射率的增加而增加。然而，根据本发明的玻璃的特点还优选特别在于：尽管折射率高，但密度相对较低。密度与折射率nd的比率优选在2.10至2.60g/cm3的范围内、更优选在2.25至2.55g/cm3的范围内、更优选在2.30至2.50g/cm3的范围内。密度与折射率nd的比率通过将密度值(以g/cm3为单位)除以折射率nd的值来确定。密度与折射率nd的比率特别优选小于2.60g/cm3、更优选小于2.55g/cm3、更优选小于2.50g/cm3、更优选小于2.45g/cm3、更优选小于2.40g/cm3、更优选小于2.35g/cm3。
本发明的玻璃优选在可见光范围内、特别是在较低的可见光波长范围内、例如在420nm和/或460nm处具有高透射率。尽管具有高折射率特性，UV边缘优选地处于相对较低的波长处。
在波长为420nm处和样品厚度为10mm的情况下测量的玻璃的纯透射率TI优选为至少25％、更优选至少30％、更优选至少40％、更优选至少50％、更优选至少60％、更优选至少70％、更优选至少75％、更优选至少80％、更优选至少85％、更优选至少87.5％、更优选至少90％。在一些实施方式中，在波长为420nm处和样品厚度为10mm的情况下测量的玻璃的纯透射率TI为至多99％、至多98％、至多95％或至多92.5％。
在波长为460nm处和样品厚度为10mm的情况下测量的玻璃的纯透射率TI优选为至少63％、更优选至少65％、更优选至少70％、更优选至少75％、更优选至少80％、更优选至少85％、更优选至少87.5％、更优选至少90％、更优选至少91％、更优选至少92％、更优选至少93％、更优选至少94％、更优选至少95％、更优选至少96％、更优选至少97％。在一些实施方式中，在波长为460nm处和样品厚度为10mm的情况下测量的玻璃的纯透射率TI为至多99.99％、至多99.9％、至多99％或至多98％。
当玻璃化转变温度Tg非常高时，后冷却需要更长的时间。然而，Tg也是耐化学性和硬度的衡量标准(Tg越高，晶格越稳定，因此玻璃越硬且耐化学性更强)。虽然高耐化学性很好，但硬度太高成本高昂，因为研磨和抛光需要更长时间，并且需要更加小心以在此避免产生太多微裂纹。因此，根据本发明的玻璃的玻璃化转变温度Tg优选在650℃至800℃、更优选680℃至760℃、更优选690℃至750℃的范围内。
粘度为101dPas时的温度T1优选在1100℃至1250℃的范围内、更优选在1150℃至1200℃的范围内或在1100℃至1150℃的范围内或在1200℃至1250℃的范围内。因此，本发明的玻璃组合物能够实现特别低的熔融温度。
粘度为104dPas时的温度T4优选在875℃至1025℃的范围内、更优选在925℃至975℃的范围内或在875℃至925℃的范围内或在975℃至1025℃的范围内。
粘度为107.6dPas时的软化温度T7.6优选在750℃至900℃的范围内、更优选在800℃至850℃或750℃至800℃或850℃至900℃的范围内。
结晶温度TK优选在1000℃至1200℃的范围内、更优选1025℃至1175℃、更优选1050℃至1150℃或1025℃至1125℃或1075℃至1175℃的范围内。TK下的粘度优选在10至100dPas的范围内。
玻璃的粘度可以使用旋转粘度计来测定，例如根据DIN ISO 7884-2：1998-2。粘度对温度的依赖性可以使用VFT曲线(Vogel-Fulcher-Tammann方程)来确定。软化温度可以根据ISO 7884-2使用拉线粘度计(Fadenziehviskosimeter)来测定。
优选地，本发明的玻璃的热膨胀系数在20℃至300℃的温度范围内(CTE(20，300))在6.7至10.0ppm/K的范围内、更优选在7.0至9.7的范围内ppm/K、更优选7.3至9.4ppm/K、更优选7.6至9.1ppm/K、更优选7.8至8.8ppm/K、更优选7.9至8.6ppm/K、更优选8.0至8.5ppm/K。CTE应与涂层良好匹配，其中，尤其是非常高的CTE值常常会引起问题，因为聚合物通常在此范围内不具有线性CTE曲线，而是变化得更陡。如果玻璃仍然具有不合适的CTE曲线，可能会发生裂纹或分层。由于这些原因，上述CTE值特别是优选的。
该玻璃优选包含以下重量％的组分：
| SiO2 | 6.5-10.5 |
| B2O3 | 4.5-10 |
| BaO | 1-6.5 |
| La2O3 | 37-50 |
| Gd2O3 | 3-12 |
| ZrO2 | ≤4.5 |
| TiO2 | 12-20 |
| Nb2O5 | 5-13 |
| ZnO | ≤1.5 |
其中SiO2和B2O3的重量份额之和在12至21的范围内，并且其中SiO2的份额优选大于或等于、优选大于B2O3的份额。
该玻璃还优选包含以下重量％的组分：
| SiO2 | 7-10 |
| B2O3 | 5-9 |
| BaO | 2-6 |
| La2O3 | 39.5-49 |
| Gd2O3 | 4-10 |
| ZrO2 | ≤4 |
| TiO2 | 13-19.5 |
| Nb2O5 | 6.5-12 |
| ZnO | ≤1 |
其中SiO2和B2O3的重量份额之和在13至20的范围内，并且其中SiO2的份额优选大于或等于、优选大于B2O3的份额。
本发明的玻璃含有份额为4至12重量％、优选5至11重量％的SiO2。SiO2是玻璃形成体。氧化物极大地提高了耐化学性，但也提高了加工温度。如果其用量非常大，则无法实现根据本发明的折射率。SiO2的份额特别优选在6.5至10.5重量％、更优选在7至10重量％、进一步优选在7.5至9.5重量％的范围内。
事实证明，B2O3特别适合实现低熔融温度。然而，B2O3的含量是有限的，特别是因为其对熔融罐材料的侵蚀性。本发明的玻璃中B2O3的含量为4至11重量％、优选为4.5至10重量％、更优选为5至9重量％、进一步优选为5.5至8.5重量％。
如果SiO2和B2O3的重量份额之和非常大，则这对折射率具有负面影响。另一方面，SiO2和B2O3作为晶格形成剂是必需的，因此份额也不应该太小。因此，SiO2和B2O3的重量份额之和为至少10重量％。SiO2和B2O3的重量份额之和优选为11至22重量％、更优选12至21重量％、更优选13至20重量％、更优选13.5至19重量％。
在一些实施方式中，SiO2的重量份额高于B2O3的重量份额，因为SiO2不会例如与B2O3一起侵蚀耐火材料。然而，B2O3对于熔融行为更有利。SiO2的份额与B2O3的份额的重量比(SiO2/B2O3)优选在0.85至2.0的范围内、优选在0.95至1.9的范围内、更优选在1.0至1.8的范围内、更优选在1.05至1.75的范围内。在一个优选的实施方式中，SiO2的重量份额大于或等于、特别优选大于B2O3的重量份额。
可以有利地使用SiO2的份额与B2O3的份额的重量比，以便适当地调节熔体的熔融温度和侵蚀性。
根据本发明的玻璃中La2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2的份额之和优选不超过80重量％、优选不超过78重量％、更优选不超过76重量％、更优选不超过75重量％。La2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2的份额之和优选在62重量％至80重量％的范围内。在一些实施方式中，La2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2的份额之和在68重量％至80重量％的范围内、优选在70重量％至78重量％的范围内、更优选为71至76重量％。在其他实施方式中，La2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2的份额之和在62至66重量％的范围内、优选63至65重量％。为了实现特别高的折射率，高份额的这些组分是有利的。然而，结晶的趋势也会增加，因此限制含量是有利的。
La2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2的份额之和与SiO2和B2O3的份额之和的重量比优选在3.4至5.6的范围内、优选3.8至5.5、更优选4.0至5.1。
BaO、La2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2的份额之和与SiO2和B2O3的份额之和的重量比优选在3.9至5.8、优选4.0至5.7、特别优选4.3至5.8的范围内。
La2O3的份额为30重量％至小于52重量％，是根据本发明的玻璃的主要成分之一。La2O3与SiO2和B2O3一起形成致密的玻璃晶格，TiO2***其中。La2O3稳定且对氧化还原不敏感，并且在价格和可用性方面比Gd2O3和Nb2O5便宜。在一些实施方式中，La2O3的份额在35至51重量％、更优选37至50重量％、特别优选39.5至49重量％、更优选40至48％、更优选42至47重量％的范围内。如果La2O3含量增加而损害其他具有高折射率的组分，则这对折射率具有负面影响。此外，La2O3份额非常高时，结晶倾向也会增加。在一些实施方式中，La2O3的份额在30至35重量％、优选30.5至33重量％的范围内。
鉴于La2O3具有比Nb2O5、TiO2和ZrO2更高的氧化还原或结晶稳定性的事实，在根据本发明的玻璃的一些实施方式中有利的是，设定La2O3的份额与La2O3、TiO2、Nb2O5和ZrO2的份额之和的特定的最小比率。另一方面，考虑到折射率，La2O3的份额不应该太高。在此，已经证明La2O3的份额与La2O3、TiO2、Nb2O5和ZrO2的份额之和的重量比在0.42至0.65的范围内、优选在0.45至0.64的范围内、优选从0.47到0.63的范围内、特别优选从0.59到0.64的范围内是有利的。
根据本发明的玻璃含有份额为3至16重量％、优选5至13重量％、特别优选6.5至12.5重量％的Nb2O5。除了对折射率有很大影响外，Nb2O5还对玻璃密度有积极影响。使用该组分可以降低密度。然而，它可能会倾向于失去氧并形成较低的氧化水平，从而导致更强烈的着色。La2O3和Nb2O5的份额之和优选在35至65重量％、更优选在45至62重量％、进一步优选在48至60重量％的范围内。在一些实施方式中，La2O3和Nb2O5的份额之和优选在35至45重量％的范围内、更优选在37至42重量％的范围内。La2O3和Nb2O5的份额之和优选为至少50重量％、非常特别优选至少57.5重量％。
本发明的玻璃含有10至25重量％、优选12至24重量％份额的TiO2。在一些实施方式中，TiO2的份额为12至20重量％、更优选13至19.5重量％、更优选14至19重量％。在其他实施方式中，TiO2的份额优选为19至25重量％、特别优选21.5至24重量％。TiO2特别有助于高折射率并且还有助于保持相对较低的密度。然而，限制TiO2的份额是有利的，因为作为成核剂，其可有助于晶体生长，这使得热后处理例如压制更加困难。
不同于TiO2，ZrO2不倾向于形成较低着色的氧化水平。然而，其溶解度以及ZrO2进入溶液的速率都受到限制。较高份额的ZrO2是不利的，因为完全溶解需要较高的温度，这继而对透射率具有负面影响。另外，ZrO2的纯度不是很高(特别是Fe杂质)。因此，ZrO2含量有上限。根据本发明的玻璃中ZrO2的份额小于5.5重量％、优选小于5重量％、特别优选小于4.5重量％、优选小于或等于3.5重量％。ZrO2的份额优选为0.5至5重量％、更优选为0.5至4.5重量％、进一步优选为1.0至4.0重量％、进一步优选为1.5至3.5。限制ZrO2的份额也有利于抑制潜在的晶体生长。一些实施方式不含ZrO2。
TiO2和ZrO2特别有助于高折射率，其中TiO2特别还有助于相对低的密度。另一方面，TiO2和ZrO2的份额不应太大，特别是就溶解度、成核和结晶而言。TiO2和ZrO2的份额之和优选在14至30重量％、更优选在15至27.5重量％、更优选在17.5至22重量％的范围内。在一些实施方式中，TiO2和ZrO2的份额之和甚至为至少24重量％。
已被证明TiO2和ZrO2的份额之和与TiO2、ZrO2、Nb2O5、La2O3、Gd2O3和Y2O3的份额之和的比率范围为0.20至0.36、优选0.21至0.27是有利的。
由于具有结晶倾向，玻璃中TiO2的可能份额受到限制。TiO2也在蓝色波长范围内吸收，甚至像Ti(IV)一样，而Nb(V)在UV中吸收。然而，还原的Nb2O5比还原的TiO2在可见光范围内引起明显更多的吸收。相反，La2O3是稳定的并且对氧化还原不敏感。因此，一方面将TiO2份额限制在上限是有利的，以便在完全氧化的组分的情况下不将玻璃的UV吸收推入可见光范围太远，但另一方面使用TiO2的高nd贡献和低密度贡献。La2O3和Nb2O5还有助于获得高折射率、稳定晶格，并且只要它们保持氧化状态，就能将UV透射率保持在较高范围内。毕竟，已证明有针对性地设定、特别是将ZrO2、La2O3和Nb2O5的份额之和与TiO2的份额的重量比、和/或将ZrO2、La2O3、Gd2O3和Y2O3的份额之和与TiO2和Nb2O5的份额之和的重量比限制到下限是有利的。
La2O3、Nb2O5和ZrO2的份额之和与TiO2的份额的重量比((La2O3+NB2O3+ZrO2)/TiO2)在本发明的玻璃中优选在1.5至5的范围内。在一些实施方式中，La2O3、Nb2O5和ZrO2的份额之和与TiO2的份额的重量比((La2O3+NB2O3+ZrO2)/TiO2)优选在2至4.6的范围内、优选在2.5至4.4的范围内、特别优选在2.8至4.2的范围内。在其他实施方式中，La2O3、Nb2O5和ZrO2的份额之和与TiO2的份额的重量比((La2O3+NB2O3+ZrO2)/TiO2)优选在1.5至2.0的范围内、特别优选在1.7至1.9的范围内。
ZrO2、La2O3、Gd2O3和Y2O3的份额之和与TiO2和Nb2O5的份额之和的重量比在本发明的玻璃中优选在1.3至2.5的范围内。在一些实施方式中，ZrO2、La2O3、Gd2O3和Y2O3的份额之和与TiO2和Nb2O5的份额之和的重量比优选在1.5至2.5、优选在1.6至2.4的范围内。在其他实施方式中，ZrO2、La2O3、Gd2O3和Y2O3的份额之和与TiO2和Nb2O5的份额之和的重量比优选在1.3至1.5的范围内。
从上述关于颜色、nd贡献、密度贡献和结晶的考虑，有针对性地设置TiO2和Nb2O5的份额的比率也是有利的。由此，尤其可以如此稳定地选择该组成，从而可以简单地通过增加/减少SiO2来可变地设置折射率范围。
TiO2与Nb2O5的重量比与Nb2O5和La2O3的份额之和的比率优选在0.02至0.08的范围内、优选在0.03至0.07的范围内、特别优选在0.035至0.065的范围内。
La2O3和Nb2O5的份额之和与TiO2和ZrO2的份额之和的重量比优选在1.3至3.5、优选在2.0至3.3、特别优选在2.3至2.1的范围内。
Nb2O5和ZrO2的份额之和优选为7至17重量％、更优选为8至15重量％、进一步优选为9至16重量％。特别有利的是将Nb2O5和ZrO2的份额之和限制到上限，因为较高份额的ZrO2作为特别难以溶解的组分在大份额的Nb2O5方面可能特别成问题。因为Nb2O5尤其在界面上结晶，例如ZrO2核。由此，在再压制、下沉(senken)或后冷却过程中，非常大的晶体在体积方面会以不受控制的方式生长，铸件甚至会破裂。在下沉过程中，并且在最坏的情况下，在冷却过程中还存在形成厚结晶层的风险，在不破裂的情况下极其难以去除该厚结晶层。
因此，本发明的玻璃组合物基于最宽泛的变化的、在一些情况下相反的效果的平衡。如果非着色组分的份额增加太多，可能会对玻璃稳定性产生负面影响。TiO2和Nb2O5的份额也优选非常高，其中这里还必须考虑结晶过程。TiO2更便宜并且对折射率具有更积极的影响，但在UV吸收方面是不利的。因此，产生如下所述的导致特别有利的玻璃的其他总和和比率。
Nb2O5和ZrO2的重量份额之和优选小于TiO2的重量份额。Nb2O5和ZrO2的份额之和与TiO2的份额的重量比(Nb2O5+ZrO2)/TiO2特别优选<1、优选小于0.9、优选小于0.8、优选小于0.7并且优选在0.5至0.98、优选0.6至0.95的范围内。在一些实施方式中，Nb2O5和ZrO2的份额之和与TiO2的份额的重量比(Nb2O5+ZrO2)/TiO2在0.35至0.5的范围内。
La2O3、TiO2和BaO的份额之和优选在55至70重量％、优选60至68重量％、特别优选61至66重量％的范围内。如果相应地选择La2O3、TiO2和BaO的份额之和，则获得可以在相对低的熔融温度下良好熔融并且具有在根据本发明的目标范围内的折射率的玻璃。
在一些实施方式中有利的是，有针对性地设定La2O3、Nb2O5和ZrO2的重量份额之和，以便一方面确保足够的可熔性，特别是ZrO2在相对低的熔点下的可熔性，另一方面保证Nb2O5足够的氧化还原稳定性。
因此，在有利的实施方式中，La2O3、Nb2O5和ZrO2的份额之和优选在55至75重量％的范围内、更优选在57.5至72.5重量％的范围内、更优选60至70重量％的范围内。在一些实施方式中，La2O3、Nb2O5和ZrO2的份额之和甚至为至少62.0重量％或至少64.0重量％。
TiO2的份额与ZrO2的份额的重量比(TiO2/ZrO2)优选为至少4、优选至少4.5、至少5、至少5.2。在一些实施方式中，该比率甚至优选为至少6、优选至少7、优选至少8或至少9。已证明相应的重量比对于避免ZrO2的熔融问题是有利的。
BaO的份额与TiO2的份额的重量比(BaO/TiO2)优选在0.13至0.35的范围内、更优选在0.16至0.33的范围内。在此限制该比率至上限是有利的，因为否则会发生不期望的折射率降低。另一方面，该比率不应低于所提到的下限，因为否则不能再保证玻璃***中TiO2的充分稳定。
本发明的玻璃含有份额小于14重量％、优选3至12重量％、更优选4至10重量％、优选4.5至9重量％的Gd2O3。非常高份额的Gd2O3会对玻璃稳定性产生不利影响。
本发明的玻璃可以含有Y2O3。Y2O3的份额优选为0至5重量％、更优选为0.1至2重量％、更优选为0.5至1.5重量％。一些实施方式不含Y2O3。高含量的Y2O3会对玻璃稳定性产生不利影响。
本发明的玻璃可以含有BaO。BaO可以降低熔融温度，这意味着可以防止或减少其他玻璃组分、特别是TiO2和Nb2O5的氧化水平的降低。一方面，BaO因此可以稳定玻璃中的高TiO2和Nb2O5份额。另一方面，高BaO含量会对折射率产生负面影响。BaO的份额为0至小于10重量％、优选大于0重量％至9重量％、更优选1至9重量％、特别优选2至8.5重量％。在一些实施方式中，BaO的份额在1至6.5重量％的范围内、优选2至6重量％的范围内。在一些实施方式中，BaO的份额在5至9.5重量％的范围内、优选6至9重量％的范围内。一些实施方式不含BaO。
本发明的玻璃可以含有HfO2，特别是为了提高折射率。HfO2的份额优选在0至1重量％、例如0.05至0.4重量％或0.1至0.25重量％的范围内。少量的HfO2通常不是问题。然而，一些实施方式不含HfO2。
本发明的玻璃可以含有碱金属氧化物、特别是Li2O。然而，玻璃优选不含碱金属氧化物。Li2O的份额优选在0至0.5重量％、例如0.05至0.2重量％的范围内。Li2O以其对陶瓷罐和坩埚材料的侵蚀性而闻名，并且还会导致玻璃混浊和不利的晶体形成，因此如果可能的话不使用或仅少量使用。该玻璃优选不含Li2O。
本发明的玻璃可以含有ZnO。ZnO的份额优选小于或等于2.0重量％、优选小于或等于1.5重量％、更优选小于或等于1重量％或小于或等于0.5重量％。ZnO会降低玻璃的折射率，并对玻璃的物理性能产生负面影响。因此，玻璃优选不含ZnO。
在一种实施方式中，玻璃由至少95.0重量％、特别是至少98.0重量％或至少99.0重量％的组分SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Nb2O5、TiO2和ZrO2组成，或优选由组分SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Nb2O5、TiO2、ZrO2和BaO组成。在一种实施方式中，玻璃基本上完全由组分SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Nb2O5、TiO2、ZrO2和HfO2组成，或者由组分SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Nb2O5、TiO2、ZrO2、HfO2和BaO组成。
优选地，本发明的玻璃不含选自MgO、CaO和SrO的一种或更多种组分。该玻璃特别优选不含MgO、CaO和SrO。这些成分会降低折射率并使玻璃不稳定。对于Al2O3也同样适用。因此，玻璃优选不含Al2O3。
该玻璃优选不含组分WO3、Ta2O5和/或GeO2中的一种或多种。该玻璃特别优选不含WO3、Ta2O5和GeO2。如果存在这些成分，批量成本会显著增加。另外，Ta2O5和WO3增加了玻璃的密度。
玻璃熔体可以用通常的精炼剂进行精炼。然而，由于玻璃可以在低于1300℃的温度熔融，并且由于其低韧性，因此也可以在相当适中的温度进行精炼，例如Sb2O3、As2O3和/或SnO2的含量被减少以有利于UV透射率(例如减少至<0.1重量％)或被省去(纯物理精炼)。Sb2O3、As2O3和SnO2可以用作精炼剂。它们仅少量使用。由于对健康的危害，砷和锑尤其受到争议。无需化学精炼剂即可精炼玻璃。可选地，玻璃可以具有指定重量百分比份额的一种或更多种以下具有精炼效果的组分：
Sb2O3 0.0至0.5；
As2O3 0.0至0.5；
SnO2 0.0至0.5。
用SnO2精炼需要相对较高的温度。因此优选省去SnO2。本发明的玻璃优选不含SnO2。
Sb2O3尚未被证明对于精炼非常有效，并且玻璃中Sb的吸收会使UV边缘变差。因此优选省去Sb2O3。本发明的玻璃优选不含Sb2O3。
由于对健康有害，所以特别可以省去As2O3。本发明的玻璃优选不含As2O3。
在本发明的实施方式中，硫酸盐可以被用作精炼剂。然而，硫酸盐原料通常含有铁，这可能会导致透射率变差。因此优选避免使用硫酸盐原料。本发明的玻璃优选不含硫酸盐。
而且，As2O3和硫酸盐都无助于抑制N2气泡。如果出现N2气泡，则可以例如使用惰性气氛来避免它们，特别优选CO2或氩气，以便使N2远离熔体表面。
本发明的玻璃优选不含吸收组分、特别是不含在可见光范围内具有吸收的组分。本发明的玻璃特别优选不含Fe2O3。
玻璃优选不含磷酸盐(P2O5)，因为它使熔体显著还原，并且因此显著增加熔体的需氧量。玻璃优选基本上不含选自铅、铋、镉、镍、铂、砷和锑中的一种或多种、特别优选这些全部组分。
如果在本说明书中指出玻璃没有某种组分或不含某种组分，则这意味着该组分至多可以作为杂质存在于玻璃中。这意味着它不以显著的量被添加。根据本发明，非显著量是小于200ppm、优选小于100ppm、优选小于50ppm并且最优选小于10ppm(m/m)的量。
铂的份额优选非常特别低，因为铂将玻璃的透射率降低到特定程度。铂的份额优选小于5ppm、更优选小于3ppm、更优选小于1ppm、更优选小于50ppb、更优选小于20ppb。
一方面，本发明涉及包含所述玻璃或由所述玻璃组成的玻璃制品。玻璃制品可以具有不同的形式。可选地，制品具有以下形式：
-眼镜镜片，特别是晶片堆叠，
-晶片，特别是最大直径为5.0cm至40.0cm的晶片，
-透镜，特别是球面透镜、棱镜或非球面透镜，和/或
-光波导，特别是光纤或光板。
另一方面，本发明涉及本文所述的玻璃或玻璃制品在AR眼镜、晶片级光学器件、光学晶片应用或经典光学器件中的用途。替代地或附加地，本文所述的玻璃或玻璃制品可用作晶片、透镜、球面透镜或光波导。
本发明还涉及一种用于生产根据本发明的玻璃或玻璃制品的方法。该方法包括以下步骤：
-玻璃原料的熔融，
-可选地由玻璃熔体形成玻璃制品，
-冷却玻璃。
由于根据本发明的玻璃组合物，玻璃原料可以在相对低的熔融温度熔融。相对较低的熔融温度是有利的，以便不会过多地降低批料的氧含量，否则会导致由于铌而导致的棕色变色或由于钛减少而导致的更强的黄色变色。玻璃原料优选在低于1400℃、更优选低于1350℃、更优选低于1330℃的熔融温度熔融。
根据本发明的制造方法还可以包括精炼步骤。精炼温度还优选相对较低，特别是低于1550℃、更优选低于1450℃、更优选低于1400℃、更优选低于1350℃。优选纯物理精炼，即不添加精炼剂。
精炼温度优选不超过熔融温度100℃、优选不超过50℃。
优选避免O2鼓泡和O2转移。由于优选较低的工艺温度，即使不添加O2，熔体也保留足够的O2，以保持UV边缘所需的例如Nb(V)或Ti(IV)的最高氧化水平，而无需再将Pt添加到玻璃中。
优选以1K/h至20K/h、更优选1.15K/h至15K/h、更优选1.3K/h至10K/h范围内的冷却速率来冷却玻璃。低冷却速率对于减少或避免应力特别有利。
附图说明
在图1中，绘制了根据本发明的玻璃中TiO2和Nb2O5的重量份额之比相对于La2O3和Nb2O5的重量份额之和的曲线。
示例
将下表中以重量％表示的示例组合物熔融并检查它们的性能。
表1：高镧变体
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示例中的玻璃具有低密度和高折射率。示例1至8也具有高纯透射率。
在图1中，绘制了根据本发明的玻璃中TiO2和Nb2O5的重量份额之比相对于La2O3和Nb2O5的重量份额之和的曲线。根据本发明的玻璃被示出为沿所画直线的点，并且具有相对低的密度和高折射率。在此适用的是，具有较高的TiO2与Nb2O5重量比率且因此具有较低的La2O3和Nb2O5重量份额之和的玻璃比具有较低的TiO2与Nb2O5重量比率的玻璃具有更低的密度。所示的直线能够相应地对表示根据本发明的玻璃在其TiO2、Nb2O5和La2O3的含量方面进行改性，从而在此在折射率保持不变的情况下获得对于相应应用所需的密度。此外，可以同时针对各自的折射率设定限定的TiO2与Nb2O5的比率。这会影响玻璃的透射性能，因为熔体的需氧量随着TiO2和Nb2O5含量的增加而增加，玻璃变得对氧化还原更加敏感，并且透射率会因此变差。总之，根据本发明的玻璃的密度和透射率可以因此针对目标范围中的折射率进行设定，从而获得针对相应应用而优化的玻璃。
Claims (11)
1.一种玻璃，所述玻璃的折射率nd为1.95至2.05，并且色散系数vd为22至小于35，所述玻璃包含以下重量％的组分：
其中SiO2和B2O3的重量份额之和为至少10重量％。
2.根据权利要求1所述的玻璃，其中，Y2O3的份额为0至5重量％、优选0.1至2重量％、更优选0.5至1.5重量％。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃，其中，La2O3、TiO2和BaO之和的份额为55至70重量％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的玻璃，其中，BaO的份额为大于0至9重量％、优选1至9重量％、特别优选2至8.5重量％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的玻璃，其中，ZrO2的份额为0.5至5重量％、更优选0.5至4.5重量％、更优选1.0至4.0重量％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的玻璃，其中，ZnO的份额≤1.5重量％、优选≤1.0重量％、特别优选≤0.5重量％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的玻璃，其中SiO2的份额与B2O3的份额的重量比(SiO2/B2O3)在0.85至2.0的范围内、优选在0.95至1.9的范围内、更优选在1.0至1.8的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的玻璃，其中，在波长为460nm和样品厚度为10mm测量时，所述玻璃具有至少80％的纯透射率TI。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的玻璃，其中，Nb2O5和ZrO2的份额之和与TiO2的份额的重量比小于1、优选小于0.9、优选小于0.8、更优选小于0.7。
10.一种玻璃制品，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的玻璃，所述玻璃制品为以下形式：
-眼镜镜片，特别是晶片堆叠形式的眼镜镜片，
-晶片，特别是最大直径为5.0cm至40.0cm的晶片，
-透镜，特别是球面透镜、棱镜或非球面透镜，和/或
-光波导，特别是光纤或光板。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的玻璃或根据权利要求10所述的玻璃制品在AR眼镜、晶片级光学器件、光学晶片应用或经典光学器件中的用途；和/或作为晶片、透镜、球面透镜或光波导的用途。
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