CN1448353A - 光学玻璃 - Google Patents

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Abstract

提供一种有折射率(nd)为1.88以上且阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数、玻璃化温度(Tg)低、适合于精密模压成形的光学玻璃。以质量％计含有SiO2 15～25％、B2O3 0～5％、La2O3 0～5％、TiO2 5～15％、ZrO2 0～10％、Nb2O530～50％、WO3 0～5％、CaO 0～10％、BaO 0～10％、Li2O 3～12％、Na2O 0～10％、K2O 0～10％、Bi2O30～15％、范围内各成分、玻璃化温度(Tg)为500～580℃、屈服点(At)为550～640℃范围内的光学玻璃。

Description

光学玻璃
技术领域
本发明涉及有折射率(nd)为1.88以上且阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数的光学玻璃，即适合于精密模压成形的光学玻璃。
背景技术
以往，高折射率领域的光学玻璃是以大量含有氧化铅的组成系为代表的，由于耐失透性高而稳定且玻璃化温度(Tg)低，因而可用来作为精密模压成形用材料。例如，特开平1-308843号公报中公开了大量含有氧化铅的精密模压用光学玻璃。
然而，在实施精密模压成形的情况下的环境要确保还原性氛围以防止金属模型氧化，因而，若玻璃成分中含有氧化铅，则还原的铅会从玻璃表面析出并附着在金属模型表面上，有无法维持金属模型的精密面这样的问题。进而，氧化铅对环境是有害的，其不含有是人们所期待的。
特开昭52-45612号公报中公开了不含有氧化铅的SiO2-Nb2O5-RO-R2O系光学玻璃。但其中所公开的光学玻璃的折射率(nd)在1.61～1.80的范围内。
特开2000-16830号公报中公开了不含有氧化铅、折射率(nd)在1.7以上、屈服点在580℃以下的光学玻璃。但在实施例中没有具体地显示折射率(nd)在1.88以上的光学玻璃。
发明内容
本发明的目的是提供改善了上述先有光学玻璃中出现的诸缺点、折射率(nd)在1.88以上的高折射率区域的光学玻璃，即有阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数、玻璃化温度(Tg)低、适用于精密模压成形的光学玻璃。
本发明者为了解决上述课题而反复锐意试验研究的结果，发现有折射率(nd)为1.88～1.93、阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数的玻璃中可以得到玻璃化温度(Tg)在500～580℃、屈服点(At)在550～640℃范围内、而且不含环境上不好的物质、精密模压性极其良好的这样的光学玻璃，从而导致本发明。
即，权利要求1记载的发明是有折射率(nd)在1.88以上且阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数的光学玻璃，其中，以质量％计含有SiO2                             15～25％B2O3                            0～5％La2O3                           0～5％TiO2                             5～15％ZrO2                             0～10％Nb2O5                          30～50％WO3                              0～5％CaO                               0～10％BaO                               0～10％Li2O                             3～12％Na2O                             0～10％K2O                              0～10％Bi2O3                           0～15％范围内各成分，且玻璃化温度(Tg)在500～580℃的范围内。
本发明的光学玻璃有折射率(nd)在1.88以上且阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数，同时有低的玻璃化温度(Tg)。本发明的光学玻璃较好有玻璃化温度(Tg)500～580℃。由于有这个范围内的玻璃化温度，因而本发明的光学玻璃是精密模压性极其良好的。进而，基于同样的理由，本发明的光学玻璃较好有屈服点(At)550～640℃。
以下叙述如上所述那样限定构成本发明光学玻璃各成分的组成范围的理由。各成分均以质量％表达。要说明的是，本说明书中所谓“实质上不含”是指虽然不是有意添加某种成分，但作为杂质含有这种成分是允许的。
SiO2成分是作为玻璃形成氧化物起作用的必须成分，也是能有效提高耐失透性的成分，但其含量不足15％时其效果不能令人满意，而若超过25％则无法满足本发明的目标折射率(nd)。因此，限定在15～25％的范围内。更好的是在16～24％的范围内，特别好的是在18～22％的范围内。
GeO2成分可以作为能有效提高耐失透性的成分添加，但由于是非常高价的成分，因而较好在0～5％的范围内。更好的是在0～4％的范围内，特别好的是在0～2％的范围内。
B2O3成分是提高耐失透性和降低Tg的有效成分，但若其含量超过5％则反而使耐失透性恶化。因此，限定在0～5％的范围内。更好的是在0～4％范围内、特别好的是在0.5～2％范围内。
La2O3成分是提高玻璃的折射率同时使之低分散化的有效成分。进而，本组成系中与B2O3混合存在时对耐失透性也是有效的。但若其含量超过5％则反而使耐失透性恶化。因此，限定在0～5％的范围内。更好的是在0～4％的范围内。
TiO2成分是旨在提高折射率(nd)的非常重要的必须成分，但其含量不足5％时效果小，若超过15％则会使耐失透性恶化。因此，限定在5～15％的范围内。更好的是在8～14％的范围内，特别好的是在10～13％的范围内。
ZrO2成分是旨在提高折射率(nd)和提高化学耐久性的有效成分，但若其含量超过10％则会使耐失透性恶化。因此，限定在0～10％的范围内。更好的是在0～8％的范围内，特别好的是在2～8％的范围内。
Nb2O5成分是旨在满足目标折射率的非常重要的必须成分，但其含量不足30％时效果不能令人满意，而若超过50％则会使耐失透性恶化。因此，限定在30～50％的范围内。更好的是在超过30％～不足50％的范围内，特别好的是在32～48％的范围内。
WO3成分有提高折射率(nd)和改善耐失透性的效果，但其含量超过5％则反耐使耐失透性恶化。因此，限定在0～5％的范围内。更好的是在0～4％的范围内，特别好的是在0～3％的范围内。
CaO成分在耐失透性提高、光学常数调整方面是有效的，但若其含量超过10％则反而使耐失透性或化学耐久性恶化。因此，限定在0～10％的范围内。更好的是在0～8％的范围内，特别好的是最好实质上不含这种成分。
BaO成分在耐失透性提高、光学常数调整方面是有效的，但若其含量超过10％则反而使耐失透性或化学耐久性恶化。因此，限定在0～10％的范围内。更好的是在0～8％的范围内，特别好的是在1～6％的范围内。CaO成分和BaO成分之和，为了耐失透性的提高和光学常数的调整，较好是在0～12％的范围内、更好是在0.5～10％的范围内、特别好是在1～8的范围内。
Li2O成分是能有效大幅降低Tg的必须成分，但不足3％时其效果不能令人满意，而若超过12％则会使耐失透性急剧下降。因此，限定在3～12％的范围内。更好的是在4～11％的范围内，特别好的是在5～10％的范围内。
Na2O成分是旨在降低Tg同时通过混合碱效果来提高化学耐久性的有效成分，但若其含量超过10％则会使耐失透性恶化。因此，限定在0～10％的范围内。更好的是在0～8％的范围内，特别好的是在0～6％的范围内。
K2O成分是旨在降低Tg同时通过混合碱效果来提高化学耐久性的有效成分，但若其含量超过10％则会使耐失透性恶化。因此，限定在0～10％的范围内。更好的是在0～8％的范围内，特别的是在0～6％的范围内。Li2O成分、Na2O成分和K2O成分之和较好在3～32％的范围内、更好在4～24％的范围内、特别好在6～16％的范围内。
Bi2O3成分是有维持高折射率同时降低Tg的效果的成分，但若其含量超过15％则会使耐失透性恶化。因此，限定在0～15％的范围内。更好的是在0～12％的范围内、特别好的是最好实质上不含这种成分。
Sb2O3成分可以为玻璃熔融时的脱泡而添加，但其含量可多达1％就令人满意。
本发明的光学玻璃中较好不含有作为模压用光学玻璃的不适当成分的PbO、F2等。
具体实施方式
以下叙述本发明的实施例，但本发明不限定于这些实施例。
表1～3中显示了本发明光学玻璃的实施例(No.1～12)的组成，并显示了各实施例得到的玻璃的折射率(nd)、阿贝值(νd)、玻璃化温度(Tg)、和屈服点(At)。
实施例No.1～12全都是将氧化物、碳酸盐和硝酸盐等通常的光学玻璃原料按照能达到表中所示各组成比的预定比例称量、混合后投入白金坩埚等中，在1100～1300℃的温度熔融2～5小时，搅拌均匀后降低到适当温度再浇铸到金属模型等中，徐徐冷却。就实施例No.1～12而言，得到了无色透明玻璃。
表1
  实施例     1     2     3     4     5
    SiO2     20.0     21.0     21.0     24.0     18.0
B2O3 1.5 2.0 2.0 0.0 5.0
    La2O3     0.0     3.0     3.0     0.0     4.0
    TiO2     12.0     12.0     12.0     15.0     10.0
    ZrO2     6.0     6.0     6.0     8.0     6.0
    Nb2O5     40.4     38.9     38.9     34.0     39.9
WO3 0.0 2.0 2.0 0.0 0.0
    CaO     4.0     2.0     2.0     1.0     0.0
    BaO     4.0     4.0     4.0     6.0     8.0
    Li2O     9.0     9.0     6.0     10.0     9.0
    Na2O     0.0     0.0     0.0     0.0     0.0
    K2O     0.0     0.0     3.0     0.0     0.0
    Sb2O3     0.1     0.1     0.1     0.0     0.1
    GeO2     3.0     0.0     0.0     2.0     0.0
    TOTAL     100.0     100.0     100.0     100.0     100.0
    nd     1.9011     1.9011     1.8973     1.9091     1.9191
    νd     25.2     25.2     24.4     25.9     24.0
    Tg     539     540     552     542     521
    At     589     589     601     572     572
表2
  实施例     6     7     8     9
    SiO2     22.0     21.0     21.0     25.0
B2O3 0.0 4.0 0.5 0.0
    La2O3     0.0     3.0     3.0     0.0
    TiO2     5.0     13.0     14.0     8.0
    ZrO2     6.0     5.0     6.0     2.0
    Nb2O5     48.0     36.0     38.5     50.0
    WO3     0.0     3.0     4.0     0.0
    CaO     6.0     0.0     0.0     0.0
BaO 1.0 4.0 2.0 2.0
Li2O 9.0 4.0 5.0 5.0
    Na2O     0.0     6.0     0.0     0.0
    K2O     0.0     0.0     6.0     8.0
Sb2O3 0.0 1.0 0.0 0.0
    GeO2     3.0     0.0     0.0     0.0
    TOTAL     100.0     100.0     100.0     100.0
    nd     1.9071     1.9069     1.9289     1.8838
    νd     27.5     23.8     24.2     26.6
    Tg     548     523     564     565
    At     596     551     633     592
表3
   实施例     10     11     12
    SiO2     21.0     21.0     20.0
    B2O3     2.0     2.0     1.9
    La2O3     3.0     3.0     3.0
    TiO2     12.0     12.0     12.0
    ZrO2     6.0     6.0     6.0
    Nb2O5     38.9     30.4     30.0
    WO3     2.0     2.0     2.0
    CaO     0.0     2.0     2.0
    BaO     4.0     4.0     4.0
Li2O 4.0 9.0 9.0
    Na2O     4.0     0.0     0.0
K2O 3.0 0.0 0.0
    Sb2O3     0.1     0.1     0.1
    GeO2     0.0     0.0     0.0
    Bi2O3     0.0     8.5     10.0
    TOTAL     100.0     100.0     100.0
    nd     1.8875     1.8965     1.9048
   νd     23.9     25.1     24.8
    Tg     545     519     520
    At     597     568     570
玻璃化温度(Tg)和屈服点(At)是从长度50mm、直径4mm的试样边以每分钟4℃的恒定速度升温加热边测定试样的伸长和温度而得到的热膨胀曲线求出的。
如上所述，本发明的光学玻璃是有折射率(nd)为1.88以上且阿贝值(νd)在22～28范围内的光学玻璃，其玻璃化温度(Tg)在500～580℃范围内，适合于精密模压成形用。耐失透性良好，因而，尤其也适合于滴下法精密模压成形用预成型法制造。
进而，本发明的光学玻璃不适用于近年来需求迅速增大的光通信用透镜。光通信用透镜是起到使半导体激光器等发光体发射的激光高效率地结合到光导纤维中等作用的玻璃透镜，是光通信用部件中不可缺少的微小光学部件。这种透镜可以使用球透镜或非球面透镜等，但作为其特性要求有高折射率。尤其，本发明的光学玻璃适合于作为非球面透镜使用时的精密模压成形。

Claims (1)

1.光学玻璃，其特征在于是有折射率(nd)为1.88以上且阿贝值(νd)在22～28范围内的光学常数的光学玻璃，其中，以质量％计含有SiO2                            15～25％B2O3                           0～5％La2O3                          0～5％TiO2                            5～15％ZrO2                            0～10％Nb2O5                          30～50％WO3                             0～5％CaO                              0～10％BaO                              0～10％Li2O                            3～12％Na2O                            0～10％K2O                             0～10％Bi2O3                          0～15％范围内各成分，且玻璃化温度(Tg)在500～580℃范围内。
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