專利名稱：高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃及其生產(chǎn)方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃及其生產(chǎn)方法和設(shè)備，特別是涉及一種高折射率(Nd)高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃及其生產(chǎn)方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，為了滿足高檔數(shù)碼產(chǎn)品高像數(shù)、小型輕便的要求，具有高折射率、高色散(低阿貝數(shù))、密度小等優(yōu)點(diǎn)的重火石光學(xué)玻璃的需求越來越大，但光學(xué)玻璃中含有的PbO、As2O3和GdO對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，為此，光學(xué)設(shè)備生產(chǎn)廠商要求具有相同光學(xué)特性的玻璃中不含PbO、As2O3和GdO成份。
為了使光學(xué)玻璃具有高折射率，玻璃組份中的TiO2和Nb2O5等成分的含量相應(yīng)也很大，由于這些組份導(dǎo)致生產(chǎn)過程中玻璃液粘度稀、析晶嚴(yán)重、常數(shù)波動(dòng)大和成型困難，使玻璃條紋質(zhì)量不高，生產(chǎn)難度很大。
目前的光學(xué)玻璃生產(chǎn)廠家一般采用池爐以二次化料的方式生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝過程是將配制好的原料經(jīng)充分混合后用單坩堝在高溫下熔化成粒度合適的玻璃渣，測(cè)試玻璃渣的折射率，將折射率合格的玻璃渣再投入到高溫熔煉池爐中熔制成玻璃液，經(jīng)過澄清和充分均化后成型成玻璃條料。由于該生產(chǎn)方法經(jīng)過兩次高溫，影響了玻璃的光學(xué)透過性能，而且工序較多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃組份中不含PbO、As2O3和GdO。
本發(fā)明還要提供一種上述光學(xué)玻璃的生產(chǎn)方法，該方法只經(jīng)過一次高溫，玻璃的光學(xué)透過性能好，工序少，周期短。
本發(fā)明還要提供一種上述光學(xué)玻璃的生產(chǎn)設(shè)備。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為SiO220-44％、TiO222-34％、Nb2O55-22％、Na2O7-18％、BaO9-17％、K2O0-9％、CaO0-3％、ZrO20-3％、SrO0-0.5％、Sb2O30-0.5％。
高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)方法，該方法包括以下步驟1)將配制好的原料充分混合，保證其均勻性；2)在1150-1300℃的高溫下用池爐熔化成玻璃液，使玻璃液的折射率一致性良好；3)將折射率合格的玻璃液經(jīng)過澄清和充分均化后，成型為玻璃條料；4)將玻璃條料在退火爐中退火。
高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)設(shè)備，包括池爐和退火爐，所述池爐的溶化池與自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)相連。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的光學(xué)玻璃不含PbO、As2O3和GdO對(duì)環(huán)境造成污染的組份，其Nd為1.7-1.85、Vd(阿貝數(shù))為23.5-28.5，是高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃。本發(fā)明采用池爐以一次化料的方式生產(chǎn)光學(xué)玻璃，生產(chǎn)流程連貫、簡(jiǎn)潔，減少了高溫熔制次數(shù)，在原料質(zhì)量相同的條件下，能提高光學(xué)透過性能，而且工序少，生產(chǎn)周期短，降低了生產(chǎn)成本。


圖1是現(xiàn)有的二次化料生產(chǎn)方式的流程圖。
圖2是本發(fā)明一次化料生產(chǎn)方式的流程圖。
圖3是框式攪拌器示意圖。
圖4是圓盤攪拌器示意圖。(其中圖4a是圓盤攪拌器的主視圖；圖4b是圓盤攪拌器的側(cè)視圖；圖4c是圓盤攪拌器的局部剖視附視圖。)圖5是本發(fā)明的生產(chǎn)設(shè)備示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的光學(xué)玻璃中含有20-44％的玻璃形成體SiO2，若SiO2的含量過高，則玻璃的折射率、色散指標(biāo)不能達(dá)到要求，同時(shí)熔制溫度變高，不易熔化；若SiO2的含量比例過低，則會(huì)降低結(jié)晶性能和化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)選的SiO2含量為23-44％，特別優(yōu)選的SiO2含量為25-37％。
除了玻璃形成體，還需要一定比例的助熔劑用來降低熔制溫度較高的高折射率組份，助熔劑的含量過高，則影響玻璃的研磨性能、化學(xué)穩(wěn)定性；助熔劑的含量過低，則高折射率組份難熔。因此玻璃中助熔劑Na2O+K2O的總含量為7-27％，其中Na2O的含量為7-18％，K2O的含量為0-9％；優(yōu)選的Na2O的含量為10-16％，K2O的含量為0-8％；特別優(yōu)選的Na2O的含量為12-15％，K2O的含量為0-8％為了使玻璃的光學(xué)指標(biāo)達(dá)到要求，必須含有較高比例的高折射率的組份，因此玻璃形成體SiO2和助熔劑Na2O和K2O的比例就受到限制，優(yōu)選的SiO2+Na2O+K2O的總含量不超過50％，特別優(yōu)選的SiO2+Na2O+K2O的總含量不超過45％。
堿土金屬氧化物BaO、CaO和SrO可以調(diào)整玻璃的微觀結(jié)構(gòu)，改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，優(yōu)選的BaO+CaO+SrO的總含量為10-20％，其中，BaO的含量為9-17％，CaO的含量為0-3％，SrO的含量為0-0.5％；特別優(yōu)選的BaO+CaO+SrO的總含量為12-18％，其中BaO的含量為12-16％，CaO的含量為0-3％，SrO的含量為0-0.5％。
TiO2可以使玻璃具有高折射率，但含量過高會(huì)大大降低色散系數(shù)并且大大增加析晶傾向；含量過小又無法達(dá)到要求的高折射率，因此TiO2含量為22-34％，優(yōu)選的27-34％，特別優(yōu)選的28-32％。
Nb2O5可以使玻璃具有高折射率，用適量的Nb2O5替代TiO2可以保證玻璃具有高折射率，同時(shí)減少析晶傾向，但過多的Nb2O5含量會(huì)使折射率、色散系數(shù)不能同時(shí)達(dá)到要求，因此Nb2O5含量為5-22％，優(yōu)選10-22％，特別優(yōu)選12-20％。
ZrO2可以使玻璃具有高折射率，同時(shí)改善玻璃化學(xué)穩(wěn)定性能、膨脹性能，可以用ZrO2部分的替代TiO2，使光性指標(biāo)達(dá)到要求，但ZrO2含量過高會(huì)增加析晶傾向、降低折射率，因此ZrO2含量為0-3％，優(yōu)選0-2％，特別優(yōu)選0-1.5％。
Sb2O3是澄清劑，在玻璃熔制階段的不同溫度區(qū)可與其它氣體發(fā)生可逆的吸收和放出氣體，將微小的氣體積聚成較大氣體，在玻璃液中靠浮力上浮到表面后消除，但Sb2O3含量過多會(huì)影響玻璃色度并降低鉑金容器的使用壽命，因此Sb2O3含量為0-0.5％，優(yōu)選0-0.3％，特別優(yōu)選0-0.15％。
表1是本發(fā)明的光學(xué)玻璃的9個(gè)實(shí)施例。

表1從表1可以看出本發(fā)明的光學(xué)玻璃不含PbO、As2O3和GdO對(duì)環(huán)境造成污染的組份，其光性指標(biāo)為Nd為1.7-1.85、Vd為23.5-28.5。
圖1是現(xiàn)有的二次化料生產(chǎn)方式的流程圖，該生產(chǎn)方法包括以下幾步配料；在單坩堝中熔制玻璃渣；檢驗(yàn)常數(shù)并組批；合格玻渣在池爐熔制玻璃液；澄清；均化；成型；退火爐退火。
圖2是本發(fā)明一次化料生產(chǎn)方式的流程圖，該生產(chǎn)方法的具體步驟是一將配制好的原料充分混合，保證其均勻性。
1)采用快速水分測(cè)試儀，加強(qiáng)原料尤其是易吸潮原料的水分監(jiān)控，符合光學(xué)玻璃原料標(biāo)準(zhǔn)的才能使用，不合格禁用；2)配料采用少量多次稱量方法，每次秤量不大于30千克玻璃的粉料；稱量設(shè)備使用高精度稱量設(shè)備(如電子秤)，精度為0.01kg；3)采用攪拌器混合均勻；4)為了防止原料分層嚴(yán)重，采用少量裝箱，每次裝箱的玻璃粉料不超過30千克；5)由于是人工定時(shí)加料，為減少運(yùn)輸、存放過程的分層，每次加料前再采用手工攪拌。
二用本發(fā)明的池爐在1150-1300℃的高溫下熔化成玻璃液，使玻璃液的折射率一致性良好。
1)增加熔化池的鼓泡器，從1只變?yōu)?-4只鼓泡器；2)采用自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)，保持燃燒火焰的氧化氣氛并自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，保證熔化溫度和氣氛符合工藝要求的穩(wěn)定性；3)增加測(cè)試熔化池玻璃液的折射率次數(shù)，每4小時(shí)一次，必要時(shí)及時(shí)校正。采用折射率不同的同系列玻璃牌號(hào)或原料校正，保證校正料不引入被校正玻璃中沒有的成份；4)用圓盤狀攪拌器代替框式攪拌器。圖3是框式攪拌器示意圖，框式攪拌器的攪拌原理是依靠邊框1來攪動(dòng)和切割，邊框1的寬度較小。圖4是圓盤攪拌器示意圖，圓盤2通過軸連接在一起，邊框3設(shè)置在圓盤2的外邊緣兩側(cè)，并呈樓梯狀上升。圓盤狀攪拌器的攪拌原理是通過圓盤2來改變玻璃液的流向，邊框3來切割，邊框3的寬度較大。因?yàn)椴Ａд扯群苄?，?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌器阻力很小，相對(duì)來說邊框?qū)挾容^大的圓盤狀攪拌器受到的阻力大些，攪拌能力強(qiáng)，能更好的對(duì)稀粘度玻璃進(jìn)行攪拌。
三將折射率合格的玻璃液經(jīng)過澄清和充分均化后，成型為玻璃條料。
四將玻璃條料在退火爐中退火。
一次化料的生產(chǎn)方法相對(duì)于二次化料的生產(chǎn)方法的優(yōu)點(diǎn)在于取消了單坩堝熔制玻璃渣環(huán)節(jié)，此環(huán)節(jié)的主要目的是保證玻璃液折射率一致性。采用池爐一次化料的生產(chǎn)方法的關(guān)鍵是，從配制原料到熔制環(huán)節(jié)采取有效措施保證原料的均勻性，并在熔制玻璃液環(huán)節(jié)增加輔助裝置提高玻璃液折射率的一致性。
采用本發(fā)明的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，而且光學(xué)透過性能更優(yōu)。用同樣的原料，采用二次化料的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的H-ZF52A色度、內(nèi)透都在OHARA標(biāo)準(zhǔn)的上限，采用本發(fā)明的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的H-ZF52A色度、內(nèi)透都在標(biāo)準(zhǔn)值的下限(+10nm)；用同樣的原料，采用二次化料的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的H-ZF7LA條料色度、內(nèi)透比采用本發(fā)明的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的H-ZF7LA色度、內(nèi)透高約10nm，在標(biāo)準(zhǔn)值的下限(-10nm)。
本發(fā)明的生產(chǎn)設(shè)備如圖5所示，包括池爐和退火爐，池爐的溶化池與自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)相連，其中自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的連接關(guān)系依此為天燃?xì)膺M(jìn)氣口、過濾調(diào)壓穩(wěn)壓自動(dòng)截止系統(tǒng)、天燃?xì)饬髁繙y(cè)量控制系統(tǒng)、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)；助燃風(fēng)進(jìn)氣口、調(diào)壓穩(wěn)壓自動(dòng)截止系統(tǒng)、助燃風(fēng)流量測(cè)量控制系統(tǒng)、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)；其中天燃?xì)饬髁繙y(cè)量控制系統(tǒng)與池爐的熔化池之間還有溫控儀，所述比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)與溶化池的燒咀相連。
本發(fā)明的生產(chǎn)設(shè)備工作時(shí)的工作原理是在比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)上設(shè)定好天燃?xì)夂涂諝獾谋壤齺肀ＷC天燃?xì)獾某浞秩紵瑴乜貎x測(cè)量池爐的熔化池的實(shí)際溫度值并與設(shè)定溫度值對(duì)比，發(fā)出控制指令到天燃?xì)饬髁繙y(cè)量控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)天燃?xì)獾牧髁?，同時(shí)天燃?xì)饬髁孔兓男盘?hào)通過比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)傳輸?shù)街硷L(fēng)流量測(cè)量控制系統(tǒng)，助燃風(fēng)流量測(cè)量控制系統(tǒng)將助燃風(fēng)流量調(diào)節(jié)到與天燃?xì)饬髁肯嗥ヅ洌苟吡髁窟_(dá)到設(shè)定值，最終使溫度保持在設(shè)定溫度，維持工藝的穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其特征在于其重量百分比組成為SiO220-44％、TiO222-34％、Nb2O55-22％、Na2O7-18％、BaO9-17％、K2O0-9％、CaO0-3％、ZrO20-3％、SrO0-0.5％和Sb2O30-0.5％。
2.如權(quán)利要求1所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其特征在于所述SiO2、Na2O和K2O的重量百分比之和≤50％，BaO、CaO和SrO的重量百分比之和為10-20％。
3.如權(quán)利要求1所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其特征在于其重量百分比組成為SiO223-44％、TiO227-34％、Nb2O510-22％、Na2O10-16％、BaO12-16％、K2O0-8％；CaO0-3％、ZrO20-2％、SrO0-0.5％和Sb2O30-0.3％。
4.如權(quán)利要求1所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其特征在于其重量百分比組成為SiO225-37％、TiO2、28-32％、Nb2O512-20％、Na2O12-15％、BaO12-16％、K2O0-8％、CaO0-3％、ZrO20-1.5％、SrO0-0.5％和Sb2O30-0.15％。
5.如權(quán)利要求4所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其特征在于所述SiO2、Na2O和K2O的重量百分比之和≤45％，所述BaO、CaO和SrO的重量百分比之和為12-18％。
6.權(quán)利要求1所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)將配制好的原料充分混合，保證其均勻性；2)在1150-1300℃的高溫下用池爐熔化成玻璃液，使玻璃液的折射率一致性良好；3)將折射率合格的玻璃液經(jīng)過澄清和充分均化后，成型為玻璃條料；4)將玻璃條料在退火爐中退火。
7.如權(quán)利要求6所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)方法，其特征在于進(jìn)行所述步驟1時(shí)，采用快速水分測(cè)試儀對(duì)光學(xué)玻璃原料進(jìn)行水分監(jiān)控，符合光學(xué)玻璃原料標(biāo)準(zhǔn)的才能使用，不合格禁用。
8.權(quán)利要求1所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)設(shè)備，包括池爐和退火爐，其特征在于所述池爐的溶化池與自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)相連。
9.如權(quán)利要求8所述的高折率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)的連接關(guān)系依此為天燃?xì)膺M(jìn)氣口、過濾調(diào)壓穩(wěn)壓自動(dòng)截止系統(tǒng)、天燃?xì)饬髁繙y(cè)量控制系統(tǒng)、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)；助燃風(fēng)進(jìn)氣口、調(diào)壓、穩(wěn)壓、自動(dòng)截止系統(tǒng)、助燃風(fēng)流量測(cè)量控制系統(tǒng)、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)；其中天燃?xì)饬髁繙y(cè)量控制系統(tǒng)與池爐的熔化池之間還有溫控儀；所述比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)與溶化池的燒咀相連。
10.如權(quán)利要求8所述的高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃的生產(chǎn)設(shè)備，其特征在于所述池爐的攪拌器采用圓盤狀攪拌器，圓盤(2)通過軸連接在一起，邊框(3)設(shè)置在圓盤(2)的外邊緣兩側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明了提供一種高折射率高色散環(huán)保重火石光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為SiO
文檔編號(hào)C03C3/078GK1915875SQ20061002172
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者孫偉, 陸明新, 嚴(yán)從勛, 劉家友 申請(qǐng)人:成都光明光電股份有限公司