CN1323967C - 无铅高折射率高色散光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种折射率为1.78-1.84、色散为22-28的无铅高折射率高色散光学玻璃,其化学组份按重量百分比包括:SiO2:23-35%;TiO2:24-35.5%;Nb2O5:8-18%;Na2O:6-14%;K2O:1-8%;BaO:8-20%,所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20%,其化学组份还包括:CaO、SrO和ZnO,所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22%。本发明的光学玻璃不含有PbO、CdO、As2O3和ZrO2;折射率(Nd)为1.78-1.84、色散(Vd)为22-28;玻璃具有良好的透光性能、化学稳定性和熔融性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铅光学玻璃,特别是涉及一种折射率(Nd)为1.78-1.84、色散(Vd)为22-28的无铅高折射率高色散光学玻璃。
背景技术
火石玻璃的特征是具有高折射率和高色散,但其一般含有大量的PbO。由于PbO、CdO和As2O3是环境污染物,如果简单地用一种或多种组份替代PbO,则产品一般不能成功地具有含有PbO的光学玻璃的其它光学性能。
特开昭JP55-126549公开的无铅玻璃虽然具有高折射率高色散的性能,但其组份中含有价格昂贵且具有熔点高的特性的ZrO2,提高了玻璃的粘度和熔炼温度,同时增加了玻璃的析晶倾向,降低了玻璃的晶体稳定性。
中国专利申请03154510.6公开的玻璃的组份中含有高挥发性、高腐蚀性的15-35%(重量百分比含量,以下同)的P2O5和昂贵的40-60%的Nb2O5,如此大量的P2O5和Nb2O5组份存在,导致玻璃液中P2O5挥发严重和对熔炼设备(铂器)的严重侵蚀,增加生产难度和成本。
特公昭JP63-32733和特开昭JP58-204838公开的玻璃具有高折射率高色散的性能,但玻璃组份中均含有易挥发的B2O3、价格昂贵的WO3和非环保的As2O3。
USP3,836,375(Sept.17,1974)公开的无铅玻璃具有高折射率高色散的性能,但其玻璃组份中含有22.5-36.1%的高挥发性和高腐蚀性的P2O5,这同样会存在P2O5挥发严重和对熔炼设备(铂器)的严重侵蚀等问题,从而增加工业生产难度。同样的问题也出现在特开昭JP55-51732所公开的玻璃中,其玻璃组份中含有HPO4和Al(PO3)3,这两种组份可分解产生具有高挥发性和高腐蚀性的P2O5。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.78-1.84、色散为22-28的无铅高折射率高色散光学玻璃,该玻璃组份中不含有高熔点的ZrO2,具有良好的熔融性能和化学稳定性。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是:无铅高折射率高色散光学玻璃,化学组份按重量百分比包括:SiO2:23-35%;TiO2:24-35.5%;Nb2O5:8-18%;Na2O:6-14%;K2O:1-8%;BaO:8-20%,所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20%,其化学组份还包括:CaO、SrO和ZnO,所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22%。
本发明的有益效果是:本发明的光学玻璃不含有PbO、CdO、As2O3和ZrO2;折射率为1.78-1.84、色散为22-28;玻璃具有良好的透光性能、化学稳定性和熔融性能。
具体实施方式
玻璃中的SiO2含量高于35%时,玻璃的熔融性能变差,并且折射率和色散降低;而当低于23%时,玻璃的耐酸性能下降,因此,SiO2优选的含量是24.5-30%。
为了提高玻璃的化学稳定性、折射率和色散值,玻璃中应含有24-35.5%的TiO2,当TiO2含量高于35.5%时,玻璃的析晶趋势增加;而低于24%时,玻璃的化学稳定性降低,优选的TiO2含量是26-30%。
Na2O和K2O用于改善玻璃的熔融性能,若Na2O+K2O含量高于20%,将对玻璃的热膨胀系数、玻璃转变温度以及耐酸性有不利影响;而Na2O+K2O含量低于10%时,玻璃的熔点高,本发明的Na2O+K2O含量优选10-20%,其中Na2O的含量为6-14%,最好为8-13%,K2O的含量为1-8%,最好为1-7%。
当玻璃中的BaO含量高于20%时,玻璃的析晶趋势增加;低于8%时,不能获得Nd为1.75-1.84、Vd为22-28的光学玻璃,本发明优选的BaO含量是10-19%。为使玻璃更稳定,可加入适量的CaO、SrO和ZnO,其加入量为CaO+SrO+ZnO+BaO=14-22%。
为使玻璃的Nd介于1.78至1.84之间,Vd介于22至28的范围,获得稳定不析晶且具有良好透光性能的玻璃,必须控制玻璃中的TiO2加入量,本玻璃中含有8-18%的Nb2O5的目的就是要通过Nb2O5控制TiO2的加入量和调整玻璃的光学和其他性能。当玻璃中Nb2O5含量高于18%时,玻璃的成本和析晶趋势增加;当Nb2O5低于8%时,为提高玻璃的光学常数将导致玻璃中的TiO2加入量增加,这将导致玻璃的透光性能降低,本发明优选的Nb2O5含量是10-15%。
为消除玻璃中的气泡、提高玻璃的澄清效果,本发明含有0-0.5%的Sb2O3,优选含量是0-0.3%。
本发明不含有ZrO2,原因是ZrO2能提高玻璃的粘度和熔炼温度,容易出现结石、增加玻璃的析晶倾向和降低玻璃的透光性能。
本发明玻璃的生产步骤为:称出氧化物原料,然后将原料充分混合,将混合好的原料投入1250-1340℃的熔炼炉中熔制,经澄清和充分均化后,在1150-1220℃的温度下浇铸即获得本发明玻璃。
表1是本发明的9个实施例,其中耐酸作用稳定性(DA)和耐碱作用稳定性(DW)都是用粉末法测试得到的。
表1
组份 | 实施例 | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
SiO2 | 23.5 | 28.4 | 23.5 | 27.8 | 28.0 | 23.5 | 34.8 | 32.0 | 23.0 |
TiO2 | 28.0 | 28.5 | 25.5 | 25.0 | 29.0 | 35.5 | 28.0 | 30.0 | 28.0 |
Na2O | 9.8 | 9.0 | 9.5 | 10.0 | 8.5 | 7.0 | 6.0 | 9.5 | 7.5 |
K2O | 8.0 | 7.0 | 7.4 | 6.0 | 6.5 | 7.0 | 4.0 | 7.5 | 6.0 |
BaO | 19.0 | 13.0 | 14.0 | 12.0 | 15.0 | 15.5 | 10.0 | 14.0 | 17.5 |
CaO | - | - | 2.0 | 2.0 | - | - | 2.0 | - | - |
SrO | - | - | - | 3.0 | 1.0 | - | 1.0 | 2.0 | - |
ZnO | - | - | 2.0 | - | - | - | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
Nb2O5 | 11.5 | 14.0 | 16.0 | 14.0 | 12.0 | 11.5 | 13.0 | 8 | 17 |
Sb2O3 | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.2 | - | - | 0.2 | - | - |
Nd | 1.808 | 1.812 | 1.824 | 1.807 | 1.814 | 1.830 | 1.793 | 1.786 | 1.838 |
Vd | 26.0 | 25.2 | 26.5 | 24.8 | 25.6 | 23.5 | 27.4 | 26.2 | 23.1 |
着色度 | 43/36 | 42/37 | 43/37 | 41/36 | 42/37 | 43/37 | 40/36 | 40/36 | 44/38 |
D(g/cm3) | 3.36 | 3.29 | 3.23 | 3.35 | 3.27 | 3.18 | 3.38 | 3.41 | 3.16 |
DA | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 |
DW | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 | 1类 |
从上表可以看出:本发明的光学玻璃不含有PbO、CdO、As2O3和ZrO2;折射率(Nd)为1.78-1.84、色散(Vd)为22-28;玻璃的着色度好,即玻璃具有良好的透光性能;玻璃的DA和DW都是1类,即玻璃具有良好的化学稳定性;玻璃的比重(D)小。从本发明的生产方法可以看出:本发明的玻璃的熔点为1250-1340℃,即玻璃具有良好的熔融性能。
Claims (4)
1、无铅高折射率高色散光学玻璃,其特征在于,化学组分按重量百分比包括:SiO2:23-35%;TiO2:24-35.5%;Nb2O5:8-18%;Na2O:6-14%;K2O:1-8%;BaO:8-20%,所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20%,其化学组分还包括:CaO、SrO和ZnO,所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22%。
2、如权利要求1所述的无铅高折射率高色散光学玻璃,其特征在于,化学组分按重量百分比包括:SiO2:24.5-30%;TiO2:26-30%;Nb2O5:10-15%;Na2O:8-13%;K2O:1-7%;BaO:10-19%,所述Na2O和K2O的重量百分比之和为10-20%,其化学组分还包括:CaO、SrO和ZnO,所述CaO、SrO、ZnO和BaO的重量百分比之和为14-22%。
3、如权利要求1或2所述的无铅高折射率高色散光学玻璃,其特征在于,化学组分按重量百分比还包括:Sb2O3:0-0.5%。
4、如权利要求1或2所述的无铅高折射率高色散光学玻璃,其特征在于,化学组分按重量百分比还包括:Sb2O3:0-0.3%。
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