專利名稱：光學(xué)玻璃、壓模玻璃料滴及光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及折射率(nd)不小于2.000且阿貝數(shù)(vd)不大于27的光學(xué)玻璃，還涉及由上述光學(xué)玻璃制成的壓模玻璃料滴、光學(xué)元件坯料以及光學(xué)元件，并另外涉及由上述光學(xué)玻璃形成的玻璃成型材料的制造過(guò)程以及通過(guò)加工由上述制造過(guò)程獲得的玻璃成型材料制造壓模玻璃料滴和光學(xué)元件的過(guò)程。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著數(shù)碼相機(jī)的廣泛使用，對(duì)小尺寸透鏡需求的增長(zhǎng)迅速。折射率(nd)不小于2的超高折射率玻璃適合用作生產(chǎn)這種小尺寸透鏡的光學(xué)元件材料。對(duì)于上述超高折射率玻璃，例如半透明的陶瓷材料是已知的(例如見JP-A-2004-18286)。
然而，盡管上述半透明陶瓷具有超高折射率的性能，但其具有脆性且在加工和成型方面存在問(wèn)題。另外，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題，即，晶界中存在微小氣泡并且散射光線。
因此，如果可以用玻璃實(shí)現(xiàn)高折射率，則陶瓷的上述問(wèn)題可以被克服。然而，為了能夠讓玻璃具有超高折射率性能，需要使用大量對(duì)環(huán)境有害的PbO，并且在不使用大量PbO的情況下難以提供具有優(yōu)良穩(wěn)定性的玻璃。
發(fā)明內(nèi)容
在當(dāng)前情形下，本發(fā)明的目標(biāo)是提供具有非常高折射率且不基于PbO而具有優(yōu)良穩(wěn)定性的光學(xué)玻璃。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供由上述光學(xué)玻璃制成的壓模玻璃料滴、光學(xué)元件坯料和光學(xué)元件。
本發(fā)明的又一個(gè)目標(biāo)是提供由上述光學(xué)玻璃制成的玻璃成型材料的制造過(guò)程，以及通過(guò)加工由上述制造過(guò)程獲得的玻璃成型材料制造玻璃料滴和光學(xué)元件的過(guò)程。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了勤奮的研究，結(jié)果是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種具有特定組成的光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃具有不小于2.000的高折射率且不基于PbO而具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。已經(jīng)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，使用特定工藝成型上述光學(xué)玻璃可以有效地制造玻璃成型材料。因此基于上述發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
也就是說(shuō)，本發(fā)明提供了(1)一種光學(xué)玻璃，其基本成分包含從La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3中選擇的至少一種氧化物、從MgO、CaO、SrO和BaO中選擇的至少一種氧化物、及B2O3，且備選地包含SiO2，其中基于質(zhì)量，(a)B2O3和SiO2的總含量為1至25％，(b)B2O3和SiO2的總含量與La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3的總含量之比，即(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)，為0.05至0.3，以及(c)MgO、CaO、SrO和BaO的總含量與La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3的總含量之比，即(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)，為0.1至0.4，該光學(xué)玻璃的折射率(nd)不小于2.000，阿貝數(shù)(vd)不大于27，(2)如上述(1)所述的光學(xué)玻璃，根據(jù)質(zhì)量百分比，該光學(xué)玻璃包含總含量為25％至45％的La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3，18至38％的TiO2，5至15％的Nb2O5，0至7％的WO3，總含量為0至10％的MgO、CaO和SrO，以及7至17％的BaO，(3)如上述(1)或(2)所述的光學(xué)玻璃，包含2至10％質(zhì)量百分比的ZrO2，(4)如上述(1)至(3)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，包含1至15％質(zhì)量百分比的B2O3和0至10％質(zhì)量百分比的SiO2，(5)如上述(4)所述的光學(xué)玻璃，其中SiO2與B2O3基于質(zhì)量的含量比例即SiO2/B2O3為0.3至2，(6)如上述(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，包含25至40％質(zhì)量百分比的La2O3，(7)如上述(1)至(6)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，其中Nb2O5與TiO2基于質(zhì)量的含量比例即Nb2O5/TiO2不小于0.1且小于0.5，(8)由上述(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃制成的壓模玻璃料滴，(9)一種光學(xué)元件坯料，該光學(xué)元件坯料由光學(xué)玻璃制成，通過(guò)研磨和拋光用于制造光學(xué)元件，其中該光學(xué)玻璃為上述(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，(10)由上述(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件，(11)由上述(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃形成的玻璃成型材料的制造過(guò)程，該過(guò)程包含提供具有通孔的模型，該通孔具有入口和出口；致使熔融玻璃液流從該入口流入所述通孔從而用該熔融玻璃液流填充所述通孔；以及從該通孔的出口連續(xù)地取出在所述通孔內(nèi)成型的玻璃材料，(12)壓模玻璃料滴的制造過(guò)程，該過(guò)程包含加工由上述(11)所述的制造過(guò)程制造的玻璃成型材料，以及(13)光學(xué)元件的制造過(guò)程，該過(guò)程包含加工由上述(11)所述的制造過(guò)程制造的玻璃成型材料。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃的光學(xué)性能特點(diǎn)為折射率(nd)不小于2.000且阿貝數(shù)(vd)不大于27，且作為玻璃具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。另外，可以不使用PbO而實(shí)現(xiàn)具有上述性能的玻璃，以減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。
另外，根據(jù)本發(fā)明，還提供了由光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件，該光學(xué)玻璃的折射率(nd)不小于2.000且阿貝數(shù)(vd)不大于27，還提供了通過(guò)包含壓模步驟的方法制造用于制作上述光學(xué)元件的壓模玻璃料滴的過(guò)程。
另外，根據(jù)本發(fā)明，提供了玻璃成型材料的制造過(guò)程，其中可由熔融玻璃穩(wěn)定地制造由上述光學(xué)玻璃形成的玻璃成型材料。因此，還可以提供壓模玻璃料滴的制造過(guò)程，其中可由上述玻璃成型材料批量生產(chǎn)壓模玻璃料滴，并提供了光學(xué)元件的制造過(guò)程。
圖1為用于解釋本發(fā)明玻璃成型材料制造過(guò)程中使用的制造設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖2為用于解釋本發(fā)明玻璃成型材料制造過(guò)程中使用的制造設(shè)備的變型的示意圖。
圖3為用于解釋本發(fā)明玻璃成型材料制造過(guò)程中分裂玻璃成型材料的方法的示意圖。
圖4為用于解釋本發(fā)明玻璃成型材料制造過(guò)程中分裂玻璃成型材料的方法的示意圖。
圖5為用于解釋本發(fā)明玻璃成型材料制造過(guò)程中分裂玻璃成型材料的另一個(gè)方法的示意圖。
圖6為用于解釋橫向壓力分裂方法的示意圖。
圖7為用于解釋該橫向壓力分裂方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的光學(xué)玻璃中，B2O3和SiO2作為玻璃網(wǎng)狀物的成分，La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3作為用于提高折射率的高折射率形成成分。為了提高折射率，需要增加高折射率形成成分的含量。然而，隨著高折射率形成成分的含量增大，玻璃的穩(wěn)定性降低且反玻璃化(devitrification)的趨勢(shì)增大。為了增加高折射率形成成分的含量同時(shí)抑制反玻璃化的趨勢(shì)，因此引入MgO、CaO、SrO和BaO中的至少一種成分，高折射率形成成分的總含量與作為網(wǎng)狀物形成成分的B2O3和SiO2的總含量的比例以及高折射率形成成分的總含量與MgO、CaO、SrO及BaO的總含量的比例設(shè)成位于指定范圍內(nèi)。
對(duì)于高折射率形成成分，為了增大La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的含量而不增大反玻璃化趨勢(shì)，高折射率形成成分的總含量與作為網(wǎng)狀物形成成分的B2O3和SiO2的總含量的比例具有重要意義，為了增大TiO2、Nb2O5和WO3的含量而不增大反玻璃化趨勢(shì)，高折射率形成成分的總含量與MgO、CaO、SrO及BaO的總含量的比例具有重要意義。
基于上述技術(shù)思想已經(jīng)完成本發(fā)明的光學(xué)玻璃。也就是說(shuō)，本發(fā)明的光學(xué)玻璃，其基本成分包含從La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5或WO3中選擇的至少一種氧化物、從MgO、CaO、SrO或BaO中選擇的至少一種氧化物、及B2O3，并包含SiO2作為光學(xué)成分，其中基于質(zhì)量，(a)B2O3和SiO2的總含量為1至25％，(b)B2O3和SiO2的總含量與La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3的總含量之比，即(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)，為0.05至0.3，以及(c)MgO、CaO、SrO和BaO的總含量與La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3的總含量之比，即(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)，為0.1至0.4，該光學(xué)玻璃的折射率(nd)不小于2.000，阿貝數(shù)(vd)不大于27。
權(quán)利要求書和說(shuō)明書中折射率(nd)的值表達(dá)成計(jì)算到第三個(gè)小數(shù)位。其原因?yàn)楫?dāng)光學(xué)玻璃折射率不小于2時(shí)，甚至折射率的微小增加對(duì)玻璃的各種性能會(huì)產(chǎn)生重大影響，例如玻璃的穩(wěn)定性大幅降低。
用百分比表示的玻璃組成含量、玻璃組成總含量、以及添加劑含量的數(shù)值在下文中代表質(zhì)量百分比，玻璃組成的含量或總含量的比例在下文中代表基于質(zhì)量的比例，除非另外說(shuō)明。
在本發(fā)明中，B2O3為基本成分，SiO2為可選成分。這兩個(gè)成分(B2O3+SiO2)的總含量限制為1至25％。當(dāng)B2O3和SiO2的總含量小于1％時(shí)，玻璃的穩(wěn)定性減弱，該玻璃被反玻璃化。當(dāng)該總含量超過(guò)25％時(shí)，無(wú)法增大玻璃的折射率。B2O3和SiO2的總含量的優(yōu)選范圍為2至18％，更為優(yōu)選的為3至14％。
對(duì)于可以不減弱玻璃穩(wěn)定性而引入的高折射率形成成分的La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的數(shù)量而言，B2O3和SiO2的總含量與高折射率形成成分的總含量的比例為一個(gè)重要因子。另外，對(duì)于可以不減弱玻璃穩(wěn)定性而引入的TiO2、Nb2O5和WO3的數(shù)量而言，MgO、CaO、SrO和BaO的總含量與高折射率形成成分的總含量的比例為一個(gè)重要因子。
當(dāng)上述兩個(gè)因子的(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)小于0.05時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低，反玻璃化的趨勢(shì)增大。當(dāng)該因子大于0.3時(shí)，難以將該玻璃的折射率增大到預(yù)定范圍。因此將(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)調(diào)整到0.05至0.3的范圍。
另外，(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)小于0.1時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低，反玻璃化趨勢(shì)增大。當(dāng)該因子大于0.4時(shí)，難以將該玻璃的折射率增大到預(yù)定范圍。因此將(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)調(diào)整到0.1至0.4的范圍。
確定各成分的含量同時(shí)滿足上述條件，使得玻璃的折射率(nd)不小于2.000且阿貝數(shù)(vd)不大于27。通過(guò)采用上述構(gòu)造，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了具有這種穩(wěn)定性的超高折射率玻璃使得可以批量生產(chǎn)該玻璃。
下面將解釋本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例為這樣的光學(xué)玻璃，其包含總含量為25％至45％的La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3，18至38％的TiO2，5至15％的Nb2O5，0至7％的WO3，總含量為0至10％的MgO、CaO和SrO，以及7至17％的BaO。
La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3為高折射率形成成分，同時(shí)也是使玻璃具有低色散性能的成分。當(dāng)La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總含量小于25％時(shí)，難以保持預(yù)定光學(xué)性能但保持玻璃穩(wěn)定性。當(dāng)該總含量超過(guò)45％時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低，并且難以穩(wěn)定地批量生產(chǎn)該玻璃。因此，上述總含量?jī)?yōu)選地限制為25至45％，更為優(yōu)選的為28至40％，進(jìn)一步優(yōu)選的為30至38％。
與La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3中的任一個(gè)相比，TiO2、Nb2O5和WO3中每一個(gè)都能提供更高的折射率，并能夠改善玻璃的化學(xué)耐久性和抗反玻璃化特性。特別地，TiO2在上述高折射率形成成分中具有最小的分子量，使得如果以相對(duì)較大的質(zhì)量百分比引入TiO2，則TiO2對(duì)玻璃耐久性的削減程度較小。
除了上述效果之外，TiO2還能夠改善玻璃的化學(xué)耐久性和抗反玻璃化特性。當(dāng)TiO2的含量小于18％時(shí)，難以產(chǎn)生這些效果，當(dāng)其含量穿過(guò)38％時(shí)，玻璃穩(wěn)定性減小且玻璃的著色加強(qiáng)。因此在本發(fā)明中，TiO2的含量?jī)?yōu)選地限制為18至38％，更為優(yōu)選的為20至36％，進(jìn)一步優(yōu)選的為22至35％。
除了上述效果之外，Nb2O5能夠改善玻璃的抗反玻璃化特性。當(dāng)過(guò)量地引入Nb2O5時(shí)，短波長(zhǎng)區(qū)域的透射減小，使得著色加強(qiáng)。因此在本發(fā)明中，Nb2O5的含量?jī)?yōu)選地限制為5至15％，更為優(yōu)選的為6至13％，進(jìn)一步優(yōu)選的為6至12％。
即使添加少量的WO3，WO3仍能夠改善抗反玻璃化特性。然而，當(dāng)過(guò)量地引入WO3時(shí)，短波長(zhǎng)區(qū)域的透射減小，玻璃著色加強(qiáng)。因此在本發(fā)明中，WO3的含量?jī)?yōu)選地限制為0至7％，更為優(yōu)選的為0至3％。為了減小玻璃中的氣泡，優(yōu)選地減小WO3的含量，更為優(yōu)選地不引入WO3。當(dāng)優(yōu)先考慮改善抗反玻璃化特性時(shí)，則上述范圍內(nèi)將被引入的WO3的含量?jī)?yōu)選地大于0％，更優(yōu)選的為不小于0.1％，進(jìn)一步優(yōu)選的為不小于0.5％。
MgO、CaO、SrO和BaO這些成分以碳酸鹽或硝酸鹽的形式使用時(shí)，可有效地促進(jìn)消除泡沫，這使得可以引入數(shù)量相對(duì)多的TiO2、Nb2O5和WO3同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性。
在上述堿土金屬氧化物中，BaO能夠提供最大的折射率，并能夠改善玻璃的抗著色性。當(dāng)過(guò)量地引入BaO時(shí)，BaO降低抗反玻璃化特性。因此在本發(fā)明中，BaO的含量?jī)?yōu)選地限制為7至17％，更為優(yōu)選的為8至15％，進(jìn)一步優(yōu)選的為10至15％。
在本發(fā)明中，MgO、CaO和SrO的總含量?jī)?yōu)選范圍為0至10％，更為優(yōu)選的為0至7％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至3％。盡管MgO、CaO和SrO如上所述的起作用，但其增大折射率的效果不如BaO。MgO、CaO和SrO的總含量通常調(diào)整成小于單獨(dú)的BaO的含量。
對(duì)于高折射率形成成分，TiO2和Nb2O5在增大折射率方面具有更好的效果，鑒于改善玻璃的穩(wěn)定性方面，優(yōu)選地引入的TiO2大于Nb2O5，這是因?yàn)門iO2的分子量小于Nb2O5。然而，Nb2O5作為玻璃組成而共存可以更好地改善玻璃穩(wěn)定性，且當(dāng)Nb2O5的含量增大時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的折射率而不引入過(guò)量的TiO2，且可以降低由于TiO2所致的玻璃著色。因此在本發(fā)明中，Nb2O5的含量與TiO2的含量之比(Nb2O5/TiO2)優(yōu)選地調(diào)整為不小于0.1但小于0.5。當(dāng)Nb2O5/TiO2小于0.1時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低且著色的趨勢(shì)增加。當(dāng)該比值不小于0.5時(shí)，難以增大折射率同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性。
在本發(fā)明中，為了更大幅度增大折射率同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性以及為了改善玻璃可熔性和模壓性并減小玻璃的著色，優(yōu)選地SiO2的含量與B2O3含量之比調(diào)整為0.3至2。
如前所述，B2O3和SiO2為用于形成玻璃網(wǎng)狀物的成分。在本發(fā)明中，它們也是有效地減小熔化溫度和粘性流溫度的成分。然而，由于當(dāng)引入過(guò)量的B2O3時(shí)折射率減小，因此B2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為1至15％，更為優(yōu)選的為2至10％，進(jìn)一步優(yōu)選的為3至8％。
在本發(fā)明中，SiO2能夠改善抗反玻璃化特性。然而，當(dāng)過(guò)量地引入SiO2時(shí)，SiO2使玻璃的可熔性退化并導(dǎo)致難以穩(wěn)定地生產(chǎn)玻璃，因此SiO2的含量?jī)?yōu)選地限制為0至10％，更為優(yōu)選的為1至8％，進(jìn)一步優(yōu)選的為2至6％。
對(duì)于La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3，La2O3這個(gè)成分在相對(duì)大量引入時(shí)不會(huì)減弱玻璃的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)過(guò)量地引入La2O3時(shí)，La2O3減小抗反玻璃化特性并導(dǎo)致難以穩(wěn)定地生產(chǎn)玻璃。因此在本發(fā)明中，La2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為25至40％，更為優(yōu)選的為26至38％，進(jìn)一步優(yōu)選的為27至36％。
當(dāng)過(guò)量地引入Gd2O3時(shí)，Gd2O3減小抗反玻璃化特性并導(dǎo)致難以穩(wěn)定地生產(chǎn)玻璃。因此在本發(fā)明中，Gd2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為0至10％，更為優(yōu)選的為0至5％。另外，即使不引入Gd2O3也可以獲得預(yù)計(jì)的玻璃。
當(dāng)過(guò)量地引入Y2O3時(shí)，Y2O3也會(huì)減小抗反玻璃化特性并導(dǎo)致難以穩(wěn)定地生產(chǎn)玻璃。因此在本發(fā)明中，Y2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％。另外，即使不引入Y2O3也可以獲得預(yù)計(jì)的玻璃。
當(dāng)過(guò)量地引入Yb2O3時(shí)，Yb2O3也會(huì)減小抗反玻璃化特性并導(dǎo)致難以穩(wěn)定地生產(chǎn)玻璃。因此在本發(fā)明中，Yb2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％。另外，即使不引入Yb2O3也可以獲得預(yù)計(jì)的玻璃。
MgO、CaO和SrO可如前所述的起作用。然而，當(dāng)其含量增加時(shí)，無(wú)法增加BaO的含量。MgO的含量?jī)?yōu)選范圍為0至7％，更為優(yōu)選的為0至3％，且即使不引入MgO也可以獲得預(yù)計(jì)的玻璃。CaO的含量?jī)?yōu)選范圍為0至10％，更為優(yōu)選的為0至5％，且即使不引入CaO也可以獲得預(yù)計(jì)的玻璃。SrO的含量?jī)?yōu)選范圍為0至7％，更為優(yōu)選的為0至3％，且即使不引入SrO也可以獲得預(yù)計(jì)的玻璃。
ZrO2是用于增大折射率的成分，當(dāng)引入少量ZrO2時(shí)可有效地改善抗反玻璃化特性。因此在本發(fā)明中，優(yōu)選地引入0％以上的ZrO2。當(dāng)引入過(guò)量的ZrO2時(shí)，ZrO2減小抗反玻璃化特性且還會(huì)減小可熔性，因此ZrO2的含量?jī)?yōu)選地限制為2至10％，更為優(yōu)選的為4至8％，進(jìn)一步優(yōu)選的為5至7.5％，特別優(yōu)選的為5.5至7.5％。
ZnO這個(gè)成分不僅能夠增大折射率和阿貝數(shù)(形成高折射率和低色散性能的功能)，而且能夠改善抗反玻璃化特性并降低粘性流溫度，且其還能夠降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)過(guò)量地引入ZnO時(shí)，玻璃穩(wěn)定性降低，且難以獲得可穩(wěn)定生產(chǎn)的玻璃。因此在本發(fā)明中，ZnO的含量?jī)?yōu)選地限制為0至7％，更為優(yōu)選的為0至5％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至3％。由于在即使引入少量ZnO時(shí)，ZnO能夠增強(qiáng)短波長(zhǎng)邊緣上光譜透射的上升，因此當(dāng)優(yōu)先考慮上述效應(yīng)時(shí)，在上述范圍內(nèi)引入0％以上的ZnO。另外，當(dāng)優(yōu)先考慮通過(guò)降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度而降低壓模溫度時(shí)，還可以在上述范圍內(nèi)引入0％以上的ZnO。
然而如前所述，當(dāng)作為高折射率形成成分的TiO2和Nb2O5含量增大時(shí)，ZnO保持玻璃穩(wěn)定性的效果弱于BaO。
因此當(dāng)最優(yōu)先考慮進(jìn)一步改善玻璃穩(wěn)定性時(shí)，ZnO的含量與BaO的含量之比(ZnO/BaO)優(yōu)選地調(diào)整為0至0.12，更為優(yōu)選的為0至0.100，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至0.090，另外更加優(yōu)選的為0至0.080，最為優(yōu)選的為0至0.050。
ZnO的上述性能同時(shí)適用于折射率(nd)范圍為2.000至2.100的玻璃以及折射率(nd)大于2.100的玻璃。
當(dāng)添加少量的Al2O3時(shí)，Al2O3能夠改善抗反玻璃化特性。然而，當(dāng)添加過(guò)量的Al2O3時(shí)，Al2O3降低折射率。因此在本發(fā)明中，Al2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％。當(dāng)優(yōu)先考慮增大折射率時(shí)，優(yōu)選地不引入Al2O3。
Li2O降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，且通過(guò)再次加熱軟化玻璃時(shí)具有降低加熱溫度的效果。堿土金屬氧化物具有上述功能，在這些堿土金屬氧化物中，Li2O的效果最有效。然而，當(dāng)過(guò)量地引入Li2O時(shí)，Li2O降低玻璃穩(wěn)定性并同時(shí)減小折射率，因此Li2O的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％。當(dāng)旨在獲得更高折射率同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性時(shí)，優(yōu)選地不引入Li2O。
Na2O也會(huì)降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，且通過(guò)再次加熱軟化玻璃時(shí)具有降低加熱溫度的效果。然而，當(dāng)過(guò)量地引入Na2O時(shí)，Na2O降低玻璃穩(wěn)定性并同時(shí)減小折射率，因此Na2O的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％。當(dāng)旨在獲得更高折射率同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性時(shí)，優(yōu)選地不引入Na2O。
K2O也會(huì)降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，且通過(guò)再次加熱軟化玻璃時(shí)具有降低加熱溫度的效果。然而，當(dāng)過(guò)量地引入K2O時(shí)，K2O降低玻璃穩(wěn)定性并同時(shí)減小折射率，因此K2O的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％。當(dāng)旨在獲得更高折射率同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性時(shí)，優(yōu)選地不引入K2O。
為了獲得更高的折射率同時(shí)保持玻璃穩(wěn)定性，Li2O、Na2O和K2O的總含量?jī)?yōu)選地調(diào)整為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％，另外更為優(yōu)選地不引入堿土金屬氧化物。
Ta2O5不僅能夠增大折射率，還可以使玻璃具有低色散性能，當(dāng)過(guò)量地引入Ta2O5時(shí)會(huì)使可熔性退化。另外，由于Ta2O5的原材料成本高，本發(fā)明中Ta2O5的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％。從原材料成本的角度考慮，另外更為優(yōu)選地不引入Ta2O5。
即使當(dāng)添加少量Bi2O3時(shí)，Bi2O3能夠降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度。然而，當(dāng)添加過(guò)量的Bi2O3時(shí)，Bi2O3降低玻璃穩(wěn)定性并增強(qiáng)著色的趨勢(shì)。因此在本發(fā)明中，Bi2O3的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％，另外更為優(yōu)選地不引入Bi2O3。
GeO2的效果與SiO2相同。然而，當(dāng)過(guò)量地引入GeO2時(shí)，GeO2降低玻璃穩(wěn)定性。GeO2這個(gè)成分還非常昂貴。在本發(fā)明中，GeO2的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％，另外更為優(yōu)選地不引入GeO2。
可添加少量的Sb2O3作為精煉劑。Sb2O3的數(shù)量?jī)?yōu)選地限制為0至1％，更為優(yōu)選的為0至0.5％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至0.3％。
也可以添加少量的SnO作為精煉劑。SnO的數(shù)量?jī)?yōu)選地限制為0至1％，更為優(yōu)選的為0至0.5％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至0.3％。
也可以添加As2O3作為精煉劑，其數(shù)量范圍與Sb2O3相同。然而，由于As2O3是毒性的，從降低環(huán)境負(fù)擔(dān)的角度考慮優(yōu)選地不使用As2O3。
可分別引入少量的Ga2O3和In2O3，當(dāng)過(guò)量地添加Ga2O3和In2O3時(shí)會(huì)減弱玻璃穩(wěn)定性。另外，由于這些成分昂貴，每個(gè)Ga2O3和In2O3含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％，另外更為優(yōu)選地不引入Ga2O3和In2O3。
可添加少量的P2O5，但P2O5并非特別是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目標(biāo)的基本成分。因此，P2O5的含量?jī)?yōu)選地限制為0至5％，更為優(yōu)選的為0至3％，進(jìn)一步優(yōu)選的為0至1％，另外更為優(yōu)選地不引入P2O5。
另一方面，由于毒性而不在玻璃中使用鉛及其化合物、Cd及其化合物、Cr及其化合物、以及Tl及其化合物。類似地，應(yīng)該排除使用諸如U、Th、Ra等的輻射物質(zhì)。除了在需要時(shí)著色玻璃之外，優(yōu)選地不引入會(huì)強(qiáng)烈著色玻璃的Cu、Cr、V、Fe、Ni、Co、Pr、Nd、Er、Ho等。另外，考慮到環(huán)境影響，應(yīng)排除使用Te和Se。除此之外，優(yōu)選地應(yīng)該排除使用諸如Cs、Rb、Hf等的昂貴成分，因?yàn)檫@些成分簡(jiǎn)單地增大生產(chǎn)成本。
另外，在本發(fā)明的光學(xué)玻璃中，可以獲得高折射率而不引入昂貴的Lu2O3，因此當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素時(shí)優(yōu)選地不引入Lu2O3。
另外，由于F對(duì)玻璃的均勻性存在有害影響，還優(yōu)選地不引入F。
為了進(jìn)一步改善玻璃的折射率和穩(wěn)定性，優(yōu)選地，B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO、ZrO2、Ta2O5、Bi2O3、GeO2、Sb2O3和SnO的總含量調(diào)整為大于90％。上述含量更為優(yōu)選地調(diào)整為大于95％，進(jìn)一步優(yōu)選的為大于98％，另外更為優(yōu)選的為99％，進(jìn)一步更為優(yōu)選的為100％。
首先，B2O3、SiO2、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZnO、ZrO2、Ta2O5、Bi2O3、GeO2、Sb2O3和SnO的總含量?jī)?yōu)選地調(diào)整為大于90％，更為優(yōu)選地大于95％，進(jìn)一步優(yōu)選地大于98％，另外更為優(yōu)選的為99％，進(jìn)一步更為優(yōu)選的為100％。
上述定義的優(yōu)選玻璃的示例包含B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZnO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于90％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZnO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于95％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZnO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于98％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZnO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于99％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZnO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量為100％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于95％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于98％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量大于99％的玻璃，B2O3、SiO2、La2O3、TiO2、Nb2O5、WO3、BaO、ZrO2、Sb2O3和SnO的總含量為100％的玻璃。
下面將解釋基于折射率進(jìn)行分類的優(yōu)選玻璃組成。
(折射率(nd)范圍為不小于2.000但小于2.050的玻璃組成)下面將解釋折射率(nd)不小于2.000但小于2.050的優(yōu)選玻璃組成。
(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)的比值的優(yōu)選范圍為0.10至0.30，更為優(yōu)選的為0.13至0.27，另外更為優(yōu)選的為0.15至0.25。
(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)的比值的優(yōu)選范圍為0.10至0.40，更為優(yōu)選的為0.15至0.30，另外更為優(yōu)選的為0.20至0.27。
SiO2/B2O3的比例優(yōu)選范圍為0.60至0.80，更為優(yōu)選的為0.63至0.78，另外更為優(yōu)選的為0.65至0.75。
Nb2O5/TiO2的比例優(yōu)選范圍為不小于0.20但小于0.50，更為優(yōu)選范圍為0.20至0.48，另外更為優(yōu)選的為0.21至0.45，甚至更為優(yōu)選的為0.23至0.43。
上述折射率的范圍在本發(fā)明中屬于相對(duì)較小的折射率范圍，因此上述四個(gè)比值的范圍相對(duì)較大。
(折射率(nd)的范圍為不小于2.050但小于2.100的玻璃組成)當(dāng)折射率(nd)不小于2.050但小于2.100時(shí)，(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)的比值的優(yōu)選范圍為0.10至0.25，更為優(yōu)選的為0.10至0.2。
(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)的比值的優(yōu)選范圍為0.10至0.40，更為優(yōu)選的為0.15至0.30，另外更為優(yōu)選的為0.15至0.25。
SiO2/B2O3的比例優(yōu)選范圍為0.40至0.80，更為優(yōu)選的為0.45至0.75，另外更為優(yōu)選的為0.50至0.70。
Nbx2O5/TiO2的比例優(yōu)選范圍為不小于0.20且小于0.45，更為優(yōu)選范圍為0.21至0.45，另外更為優(yōu)選的為0.23至0.43。
(折射率(nd)大于2.100的玻璃組成)當(dāng)折射率(nd)大于2.100時(shí)，(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)的比值的優(yōu)選范圍為0.05至0.20，更為優(yōu)選的為0.06至0.15，另外更為優(yōu)選的為0.07至0.13。(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)的比值的優(yōu)選范圍為0.10至0.30，更為優(yōu)選的為0.15至0.25，另外更為優(yōu)選的為0.15至0.20。由于折射率的范圍非常高，增大高折射率形成成分的含量同時(shí)將玻璃穩(wěn)定性保持在能夠批量生產(chǎn)的水平，使得上述四個(gè)范圍相對(duì)較小。
在本發(fā)明中，隨著折射率增大，著色程度增大。本發(fā)明中的著色度使用λ70和λ5。著色度λ70是指通過(guò)下述方法得到的數(shù)值制備10mm厚的玻璃樣品，該玻璃樣品具有相互平行的兩個(gè)光學(xué)拋光表面；使波長(zhǎng)280至700nm的光線以垂直于該兩個(gè)表面之一的方向進(jìn)入玻璃樣品；測(cè)量從另一個(gè)表面出射的光線的外部透射率(包含在玻璃樣品表面上的反射損耗)；將外部透射率為70％的波長(zhǎng)表示成以10nm為單位的數(shù)值并舍入小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)。例如，當(dāng)外部透射率為70％的波長(zhǎng)為493nm時(shí)，λ70為49。λ5是指通過(guò)下述方法得到的數(shù)值將外部透射率為5％的波長(zhǎng)表示成以10nm為單位的數(shù)值并舍入小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)(即舍入最后一位)。例如，當(dāng)外部透射率為5％的波長(zhǎng)為376nm時(shí)，λ5為38。不一定要求使用10mm厚的樣品測(cè)量λ70和λ5，可以采用這樣的構(gòu)造，即測(cè)量具有不同厚度的樣品并轉(zhuǎn)化測(cè)量值。
在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)折射率(nd)不小于2.000但小于2.050時(shí)，λ70不大于47，λ5不大于38；當(dāng)折射率(nd)不小于2.050但小于2.100時(shí)，λ70不大于53，λ5不大于39；當(dāng)折射率(nd)不小于2.200時(shí)，λ70不大于67，λ5不大于40。本發(fā)明的光學(xué)玻璃適合用作各種光學(xué)元件的玻璃材料，因?yàn)樵摴鈱W(xué)玻璃的外部透射率在一波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)高于70％，其中該波長(zhǎng)區(qū)域的波長(zhǎng)大于上述外部透射率為70％的波長(zhǎng)且該波長(zhǎng)區(qū)域的波長(zhǎng)可達(dá)700nm。
當(dāng)玻璃用作組成圖像傳感光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件的材料時(shí)，玻璃在可見光區(qū)域的短波長(zhǎng)端吸收光線所致的著色對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)是否能夠良好地工作影響敏感。上述著色是由于玻璃組成本身所致著色和摻雜了在熔化、精煉及均勻化期間從由鉑或鉑合金制成的容器溶解到玻璃中的鉑離子所致著色的結(jié)合。隨著熔化溫度提高，溶解了更多的鉑。因此為了適當(dāng)?shù)亟档陀捎阢K離子所致著色，需要大幅度地降低熔化溫度和精煉溫度，因此就涉及到難以消除氣泡等問(wèn)題。因此，即使適度地減小由于玻璃組成所致的上述著色也是意義重大的。
在本發(fā)明的光學(xué)玻璃中，可以控制玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為730℃或更低，以便改善壓模性并延長(zhǎng)退火爐的壽命。然而，當(dāng)過(guò)度地降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致諸如折射率減小、制造穩(wěn)定性降低等問(wèn)題，因此理想地將玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)調(diào)整到730℃或更高。
玻璃轉(zhuǎn)變溫度還趨于隨折射率的增大而增大。因此當(dāng)折射率(nd)不小于2.000但小于2.050時(shí)，優(yōu)選地將玻璃轉(zhuǎn)變溫度調(diào)整為不高于700℃；當(dāng)折射率(nd)不小于2.050但小于2.100時(shí)，優(yōu)選地將玻璃轉(zhuǎn)變溫度調(diào)整為不高于710℃；當(dāng)折射率(nd)不小于2.100時(shí)，優(yōu)選地將玻璃轉(zhuǎn)變溫度調(diào)整為不高于730℃。
本發(fā)明還提供了由具有上述性能的光學(xué)玻璃形成的壓模玻璃料滴，由上述光學(xué)玻璃形成的通過(guò)研磨和拋光用于制造光學(xué)元件的光學(xué)元件坯料，以及由上述光學(xué)玻璃形成的光學(xué)元件。
下面將解釋玻璃成型材料的制造過(guò)程以及壓模玻璃料滴的制造過(guò)程。
由本發(fā)明提供的玻璃成型材料的制造過(guò)程包含提供具有通孔的模型，該通孔具有入口和出口；致使熔融玻璃液流從該入口流入所述通孔從而用該熔融玻璃液流填充所述通孔；以及從該通孔的出口連續(xù)地取出在所述通孔內(nèi)成型的玻璃材料。
上述過(guò)程的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例為玻璃成型材料的制造過(guò)程，該過(guò)程包含提供具有通孔的模型；致使熔融玻璃從導(dǎo)管流出從而連續(xù)地流過(guò)所述通孔的入口；以及從所述通孔的出口連續(xù)地取出玻璃從而將該玻璃成型為固態(tài)玻璃，其中所述通孔內(nèi)玻璃的圓周表面在所述通孔的至少一部分(冷卻部分)內(nèi)與所述通孔的內(nèi)壁接觸，從而從所述圓周表面吸收所述玻璃的熱量，以及致使來(lái)自所述冷卻部分的玻璃穿過(guò)溫度不低于比所述玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)低150℃的溫度(Tg-150℃)的環(huán)境，從而將所述玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度以及所述玻璃的圓周表面的溫度相互接近。
在由本發(fā)明提供的玻璃成型材料的制造過(guò)程中，使用了具有通孔的模型，致使從導(dǎo)管流出的熔融玻璃通過(guò)上述通孔的入口連續(xù)地流入該通孔，并通過(guò)上述通孔的出口連續(xù)地取出該熔融玻璃，由此將該玻璃成型為固態(tài)玻璃。
為了制造光學(xué)均勻的玻璃成型材料，重要的是避免該模型內(nèi)的熔融玻璃液流形成湍流。當(dāng)形成空心玻璃時(shí)，提供了一種部分地防止模型內(nèi)的玻璃液流流入空心部分的機(jī)構(gòu)，即，沒(méi)有玻璃的部分將被填充。例如，當(dāng)旨在棒狀玻璃成型材料的中軸部分內(nèi)形成空心部分時(shí)，沿該模型的中軸方向在該模型內(nèi)排列了與該模型一樣具有高熱阻的棒，以熔融玻璃纏繞該棒的方式使得熔融玻璃流入該模型。這種情形中，和上述棒相對(duì)應(yīng)的用于防止玻璃液流填充空心部分的機(jī)構(gòu)導(dǎo)致形成熔融玻璃的湍流。另一方面，本發(fā)明旨在獲得光學(xué)均勻的玻璃成型材料，應(yīng)該理解到，該玻璃成型材料是沒(méi)有空心部分的固態(tài)玻璃成型材料。
本發(fā)明中使用的模型具有通孔，該通孔具有用于流入熔融玻璃的入口和用于取出固態(tài)玻璃的出口。在本發(fā)明中，致使從熔融玻璃流出導(dǎo)管流出的熔融玻璃通過(guò)該入口連續(xù)地流入該通孔。且在上述通孔的至少一個(gè)部分(冷卻部分)內(nèi)，在熔融狀態(tài)固化之前的玻璃圓周表面，即面向與玻璃整體運(yùn)動(dòng)方向相垂直方向的玻璃表面與上述通孔的內(nèi)壁接觸，由此從其圓周表面吸收玻璃的熱量。這樣，可以降低或者防止在很可能形成條紋的玻璃(特別地，流出的具有低粘度的玻璃或者含氟玻璃)內(nèi)出現(xiàn)條紋。特別地，整個(gè)圓周表面設(shè)成與該通孔的內(nèi)壁接觸，使得在該圓周表面和內(nèi)壁之間未留下任何空間，由此可有效地冷卻玻璃。
為了防止玻璃的反玻璃化，從導(dǎo)管流出并通過(guò)入口流入通孔的熔融玻璃的溫度優(yōu)選地調(diào)整為接近或高于下文中將描述的玻璃液相線溫度。特別地，通過(guò)入口流入的熔融玻璃的溫度優(yōu)選地調(diào)整到這樣的溫度范圍(液相線溫度+10℃)至(液相線溫度+100℃)?？梢哉J(rèn)為通過(guò)入口流入通孔的熔融玻璃液流的表面溫度等于液流導(dǎo)管下端的溫度，可以使用熱電耦測(cè)量液流導(dǎo)管下端的溫度。另外，通過(guò)將熱電耦插入熔融玻璃內(nèi)，可以測(cè)量流入通孔的熔融玻璃液流的內(nèi)部中心部分的溫度。這樣測(cè)量的表面溫度和內(nèi)部中心部分溫度之間的溫度差優(yōu)選地調(diào)整為不高于120℃，更為優(yōu)選地不高于60℃，另外更為優(yōu)選地不高于50℃。
通過(guò)考慮(1)無(wú)玻璃溶解粘合，(2)熔融玻璃在通孔內(nèi)不殘留任何空間的情況下延伸等，優(yōu)選地確定模型(通孔的內(nèi)壁)的溫度。該模型可設(shè)有溫度控制所需的加熱器和冷凝器。當(dāng)通孔出口處的玻璃成型材料的表面溫度太高時(shí)，可以通過(guò)空氣冷卻該模型或使用水冷盤等冷卻模型而調(diào)整表面溫度，而當(dāng)該表面溫度太低時(shí)，可以使用加熱器加熱模型而調(diào)整該表面溫度。
可以將上述冷卻部分中通孔上部?jī)?nèi)壁的溫度設(shè)定為例如比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低50至150℃。當(dāng)該通孔內(nèi)整個(gè)玻璃液流通道作為冷卻部分時(shí)(將在稍后描述)，可將入口附近的通孔內(nèi)壁的溫度設(shè)置為比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低20至50℃。當(dāng)使用成型爐時(shí)，可以采用這樣的構(gòu)造，即，出口附近的溫度設(shè)置為比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低100至400℃，入口和出口之間的中間部分的溫度設(shè)置為不高于入口附近的溫度，且不低于出口附近的溫度。通過(guò)將熱電耦插入模型內(nèi)形成的孔內(nèi)使得該熱電耦靠近通孔的內(nèi)壁，可以測(cè)量該通孔內(nèi)壁的溫度。
在冷卻部分中，玻璃的圓周表面與通孔內(nèi)壁接觸從而如前所述地吸收熱量，由此促進(jìn)玻璃的冷卻并防止或減小條紋的出現(xiàn)。然而，低粘度的玻璃流出時(shí)，或?qū)τ诤ＡМ?dāng)從模型取出的玻璃的內(nèi)部和表面之間存在太大的溫度差時(shí)，玻璃可能由于內(nèi)部應(yīng)力而斷裂或受損。因此在本發(fā)明中，使來(lái)自上述冷卻部分的玻璃經(jīng)過(guò)溫度不低于比該玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)低150℃(Tg-150℃)的溫度的環(huán)境，由此使該玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和該玻璃的圓周表面溫度相互接近。這種構(gòu)造防止在冷卻部分被快速冷卻以減小或防止出現(xiàn)條紋的玻璃在經(jīng)過(guò)該冷卻部分之后由于內(nèi)部應(yīng)力而斷裂或受損。
上述冷卻部分可以是該通孔內(nèi)的整個(gè)玻璃液流通道。這種情況下，從通孔出口取出的玻璃可以暴露到上述環(huán)境溫度為(Tg-150℃)或更高的氣氛。通過(guò)使從通孔出口取出的玻璃如前所述地經(jīng)過(guò)溫度為(Tg-150℃或更低)的氣氛，從而使該玻璃的內(nèi)部中心部分和圓周表面的溫度相互接近時(shí)，優(yōu)選地從該通孔出口取出的玻璃迅速地置于上述氣氛中。
在本發(fā)明中，還可采用這樣的構(gòu)造，即，通孔的內(nèi)部主要分離成諸如入口側(cè)部分和出口側(cè)部分的兩個(gè)部分，玻璃的圓周表面與入口側(cè)部分上通孔內(nèi)壁接觸以吸收玻璃的熱量，控制出口側(cè)上通孔內(nèi)壁的溫度從而使其溫度不低于比該玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)低150℃的溫度(Tg-150℃)。這種情況下，溫度為上述(Tg-150℃)或更高的上述環(huán)境為出口側(cè)上的上述溫度受控部分。上述入口側(cè)部分和上述出口側(cè)部分可被熱絕緣，從而可以容易地控制這兩個(gè)部分的溫度。
在任一情形中，優(yōu)選地使玻璃經(jīng)過(guò)溫度不低于比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低100℃的溫度(Tg-100℃)的環(huán)境，更為優(yōu)選地使玻璃經(jīng)過(guò)溫度不低于比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低50℃的溫度(Tg-50℃)的環(huán)境，另外更為優(yōu)選地使玻璃經(jīng)過(guò)溫度不低于比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低50℃的溫度(Tg-50℃)，從而使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近。
當(dāng)上述環(huán)境溫度設(shè)置為太低的溫度時(shí)，如果利用成型爐使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面溫度相互接近，則該成型爐需要具有長(zhǎng)的長(zhǎng)度。另外，如果利用模型使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近，該模型需要具有長(zhǎng)的長(zhǎng)度。因此，需要大的空間，否則難以控制從通孔出口取出玻璃的速率。
另外，當(dāng)分裂玻璃成型材料時(shí)，如果玻璃的溫度太低，玻璃的楊氏模量增大，使得難以分裂該玻璃。在本發(fā)明中，玻璃處于連續(xù)狀態(tài)，其中熔融玻璃與玻璃成型材料連續(xù)。當(dāng)使用大的力分裂玻璃成型材料時(shí)，其沖擊可能到達(dá)模型內(nèi)的熔融玻璃而導(dǎo)致湍流玻璃液流等，使得導(dǎo)致無(wú)法獲得高質(zhì)量的玻璃成型材料。盡管可以使用線鋸、研磨機(jī)等進(jìn)行切割，然而不理想地需要將玻璃冷卻到室溫附近，且上述冷卻需要長(zhǎng)達(dá)幾十米的空間進(jìn)行逐漸冷卻。為了在良好的狀態(tài)分裂該玻璃成型材料，該玻璃的溫度優(yōu)選地接近其玻璃轉(zhuǎn)變溫度或小于該溫度，更為優(yōu)選地接近不低于比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低150℃的溫度并且小于玻璃轉(zhuǎn)變溫度，另外更為優(yōu)選地接近不低于比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低100℃的溫度并且小于玻璃轉(zhuǎn)變溫度，甚至更為優(yōu)選地接近不低于比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低50℃的溫度并且小于玻璃轉(zhuǎn)變溫度，特別優(yōu)選在該玻璃轉(zhuǎn)變溫度附近進(jìn)行該分裂。考慮到上述方面，在溫度為(Tg-150℃)或更高的環(huán)境中使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近。玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近之后，即，在減小應(yīng)變之后分裂或切割玻璃成型材料，由此可以在預(yù)定位置分裂或切割該玻璃成型材料而不折斷或損傷該玻璃成型材料。
使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近所采用的溫度上限可以是這樣的溫度，即，該成型玻璃的外部形狀(垂直于取出方向的截面部分的形狀)不發(fā)生變形(玻璃的圓周表面快速冷卻可能導(dǎo)致該變形)的溫度，且上述溫度上限優(yōu)選的為該玻璃的軟化溫度或小于該軟化溫度，更為優(yōu)選地小于該軟化溫度。
當(dāng)在空氣中執(zhí)行上述操作時(shí)，可以采用這樣的構(gòu)造，即，稱為成型爐的爐子連接到該通孔出口，當(dāng)內(nèi)部中心部分的溫度和圓周表面的溫度相互接近時(shí)，從該通孔出口取出的玻璃直接轉(zhuǎn)移到該爐子內(nèi)并且從爐子中取出玻璃。在玻璃經(jīng)過(guò)爐子內(nèi)部的時(shí)間段內(nèi)，玻璃成型材料的內(nèi)部應(yīng)力減小到使得玻璃不會(huì)爆裂，或者輕微的熱沖擊或機(jī)械碰撞不會(huì)折斷或損傷該玻璃。為此目的，當(dāng)考慮玻璃取出速率以及玻璃經(jīng)過(guò)爐子內(nèi)部所需時(shí)間時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求等確定該成型爐沿玻璃取出方向的長(zhǎng)度。例如可以通過(guò)控制爐子內(nèi)的加熱器組的電流值或電流流通的時(shí)間，從而控制該爐子內(nèi)空氣的溫度。
在本發(fā)明中，玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近，因此內(nèi)部中心部分和圓周表面之間的溫度差可調(diào)整為0至150℃，優(yōu)選的為0至100℃，更為優(yōu)選的為0至50℃。與退火程序?qū)⒉Ａе饾u冷卻到室溫附近不同，使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近的上述操作完成后的狀態(tài)為，該玻璃的溫度遠(yuǎn)高于室溫。
下面解釋本發(fā)明使用的模型。
在該模型中，從防止玻璃的熔化粘合、延伸、彎曲等角度考慮，通孔內(nèi)徑與通孔長(zhǎng)度之比(內(nèi)徑/長(zhǎng)度)優(yōu)選范圍為1/50至3/1，更為優(yōu)選的范圍為1/20至2/1?？筛鶕?jù)待獲得的玻璃成型材料的外徑?jīng)Q定通孔的內(nèi)徑，例如通孔的內(nèi)徑為例如10至100mm，當(dāng)然該內(nèi)徑不應(yīng)當(dāng)局限于此。
為了不阻止玻璃在該模型內(nèi)移動(dòng)，理想地，在該通孔任一部分中垂直于玻璃移動(dòng)方向的截面部分的形狀與垂直于玻璃成型材料移動(dòng)方向的玻璃成型材料截面部分的形狀一致。當(dāng)沒(méi)有控制該模型的溫度分布時(shí)，在成型期間入口側(cè)上的模型溫度高于出口側(cè)上的模型溫度。當(dāng)該通孔制成在室溫下具有固定的內(nèi)徑長(zhǎng)度時(shí)，因此在成型期間通孔的內(nèi)徑沿玻璃移動(dòng)方向由于模型的熱膨脹而變得不再是固定的。在本發(fā)明中，優(yōu)選地該通孔的內(nèi)徑從入口朝出口方向增大，使得上述內(nèi)徑在成型期間沿玻璃移動(dòng)方向是固定的，該通孔是錐形的，且考慮模型的熱膨脹將該錐形的梯度設(shè)成使得通孔朝出口方向略微變寬。特別地，當(dāng)具有低粘度的玻璃在流出時(shí)或者所使用的模型是由與玻璃具有高度浸潤(rùn)性的材料制成時(shí)，理想地增大該錐形的梯度以防止玻璃粘著到模型上。
本發(fā)明中的模型所使用的材料優(yōu)選地是從諸如碳、鑄件、鎳等高熔點(diǎn)金屬中進(jìn)行選擇。在本發(fā)明中，從防止模型退化的角度考慮，優(yōu)選地在惰性氣氛中進(jìn)行從熔融玻璃制造玻璃成型材料的步驟。
當(dāng)氣氛影響諸如稍后將討論的含氟玻璃的成型材料的質(zhì)量時(shí)，優(yōu)選地包圍液流導(dǎo)管出口和通孔入口之間的熔融玻璃流動(dòng)通道，從而控制其間的氣氛。在本發(fā)明中，暴露到氣氛的高溫玻璃表面區(qū)域不如傳統(tǒng)成型方法那么大，使得通過(guò)下述步驟可以實(shí)現(xiàn)控制該氣氛的目標(biāo)如前所述地包圍所需要的最小空間，并使用所需要的氣體替代內(nèi)部氣氛，而不是氣密性地封閉導(dǎo)管正向端和整個(gè)成型設(shè)備并替換其間的氣氛。為了抑制高溫玻璃表面的揮發(fā)并減小或防止導(dǎo)管正向端外部周圍的“往回浸潤(rùn)”，從而改善該成型玻璃的質(zhì)量，優(yōu)選地上述氣氛采用干燥氣氛、惰性氣體氣氛、或者干燥狀態(tài)下的惰性氣體氣氛。
上述方法適用于當(dāng)使用包含諸如氟的易揮發(fā)成分的玻璃形成成型材料時(shí)減小或者防止形成條紋，不管是否通過(guò)使來(lái)自冷卻部分的玻璃經(jīng)過(guò)溫度不低于比其玻璃轉(zhuǎn)變溫度低150℃的溫度環(huán)境而使該玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和該玻璃的圓周表面的溫度相互接近。當(dāng)使用氟磷酸鹽玻璃制造該成型材料時(shí)，上述方法特別優(yōu)選。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的方法使用了一種具有通孔的模型，該通孔具有入口和出口，該入口和出口之間像直線一樣連通。在該方法中，優(yōu)選地將模型排列成使得入口位于比出口高的位置，熔融玻璃向下流入該通孔使得通孔內(nèi)熔融玻璃的液體水平保持固定。
圖1示出了上述優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例。圖1為由本發(fā)明提供的玻璃成型材料制造過(guò)程中使用的制造設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。如圖1所示，在導(dǎo)管1內(nèi)向下流動(dòng)的熔融玻璃流入模型2且該玻璃從高位置移動(dòng)到低位置的過(guò)程中，該玻璃被成型為玻璃成型材料。玻璃流入及其所經(jīng)過(guò)的通道為具有入口和出口且該入口和出口之間如圖1所示地直線連通時(shí)，熔融玻璃更為光滑地在該模型內(nèi)流動(dòng)，且該液流不易形成湍流，因此可以更穩(wěn)定地制造光學(xué)均勻的玻璃成型材料。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地，模型2排列成使得通孔的中軸沿垂直方向(與垂直線一致)，如圖1所示。然而，該模型可排列成使得上述中軸偏離該垂直線。當(dāng)模型2排列成使得該中軸沿垂直方向時(shí)，在導(dǎo)管1內(nèi)垂直向下流動(dòng)的熔融玻璃液流在該模型內(nèi)朝出口方向前進(jìn)而不改變?cè)撘毫髡w的方向，因此進(jìn)一步減小了模型內(nèi)該液流的湍流，并可進(jìn)一步改善條紋減小效應(yīng)。
另外，通過(guò)使熔融玻璃流入具有入口和出口且該入口和出口像直線一樣連通的通孔，可以獲得直線形狀的玻璃成型材料。直線形狀的玻璃成型材料可優(yōu)選用于通過(guò)處理該玻璃成型材料而制造壓模玻璃料滴或者用于制造光學(xué)元件。為了獲得中軸像直線一樣直且(與該中軸垂直的)截面部分在任何位置都具有相同的形狀和尺寸的玻璃成型材料，理想地使用具有通孔的模型，其中該通孔具有入口和出口且該入口和出口像直線一樣直地相互連通，并且均勻地冷卻從該模型取出的玻璃。通過(guò)執(zhí)行該均勻的冷卻，可以使玻璃的收縮變得均勻，并且可以保持該玻璃成型材料的線性。另外，本發(fā)明具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，如上所述地通過(guò)使該玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近，由此可以改善該玻璃成型材料的線性。
為了穩(wěn)定成型條件，優(yōu)選地通孔內(nèi)熔融玻璃的液體水平保持在固定水平。使用下述構(gòu)造足以實(shí)現(xiàn)該目的使熔融玻璃以固定速率從導(dǎo)管1流出，并以固定速率從該出口取出該玻璃。然而，由于熔融玻璃的流速可能隨時(shí)間推移而略微變化，因此理想地控制從模型取出該玻璃的速率使得上述液體水平固定地保持在同一水平。
下面將解釋從該通孔出口取出玻璃。
本發(fā)明中從通孔出口取出玻璃的方法可以采用下述方法中的任意一種基于玻璃本身的重量而使玻璃移動(dòng)的方法、從通孔出口取出玻璃的方法、以及除了玻璃的重力之外再施加取出力的方法。另外，由于通過(guò)取出幾乎不會(huì)伸展該玻璃，因此玻璃取出速率對(duì)應(yīng)于被取出的上述玻璃成型材料的移動(dòng)速率。對(duì)取出速率的控制意味著控制對(duì)該玻璃成型材料所施加的力，從而獲得預(yù)期的取出速率，或者由于玻璃自身重力當(dāng)玻璃向下移動(dòng)的速率大于預(yù)定速率時(shí)，通過(guò)施加減小該玻璃成型材料移動(dòng)速率的力而控制取出速率從而獲得預(yù)定速率。
當(dāng)從通孔出口取出玻璃的速率太大或太小時(shí)，該通孔內(nèi)熔融玻璃的液體水平高度不會(huì)保持不變，特別地當(dāng)上述速率太大時(shí)，在玻璃和通孔的內(nèi)壁之間形成間隙，使得該玻璃成型材料的尺寸不再保持均勻。在極端情形中，當(dāng)上述速率太小時(shí)，熔融玻璃流到模型上，該玻璃成型材料產(chǎn)生形狀缺陷。因此優(yōu)選地控制上述取出速率。
在控制該玻璃成型材料取出速率的一個(gè)示例中，如圖1所示，使用軋輥保持由通孔內(nèi)壁形成的從通孔取出的玻璃成型材料的表面(圓周表面)，從而控制從出口取出該玻璃成型材料的速率。例如，當(dāng)玻璃成型材料的圓周表面保持在多個(gè)軋輥3之間使得軋輥3和玻璃成型材料的圓周表面6不相互滑動(dòng)時(shí)，控制軋輥3的旋轉(zhuǎn)速率，從而控制該玻璃成型材料向下移動(dòng)的速率。理想地，沿玻璃成型材料的通道提供多組軋輥3，通過(guò)軋輥3分離和支持作用于該玻璃成型材料上的重力。這樣可以更加可靠地防止軋輥之間玻璃成型材料的滑動(dòng)所引起的取出速率的不可控。上述軋輥理想設(shè)于成型爐7內(nèi)。在該玻璃成型材料經(jīng)過(guò)成型爐7之后，其應(yīng)變減小，位于軋輥3下方的部分玻璃成型材料處于被軋輥3懸吊的狀態(tài)。因此，當(dāng)將保持在軋輥3下方的玻璃與該玻璃成型材料的上部分分離時(shí)，該分離不會(huì)對(duì)玻璃取出速率的控制產(chǎn)生不利影響。另外，由于來(lái)自成型爐的玻璃成型材料的應(yīng)變減小，分離該玻璃成型材料無(wú)論如何都不會(huì)折斷該玻璃。另外，優(yōu)選地，當(dāng)該玻璃成型材料退火并在上述支持位置之后的位置進(jìn)行切割或分裂時(shí)，不需要停止將熔融玻璃澆鑄到該模型中。這樣，需要支持的玻璃成型材料的重量不會(huì)過(guò)量增加，從控制玻璃取出速率的角度而言這是有利的。另外，在成型玻璃成型材料時(shí)，可以將被分離的玻璃成型材料轉(zhuǎn)移到下一個(gè)步驟，這可以提高玻璃成型材料的生產(chǎn)率。
另一方面，在通過(guò)保持玻璃側(cè)面而控制取出速率的方法中，將玻璃保持在軋輥之間的力太大時(shí)，玻璃可能折斷，因此不能施加比預(yù)定力大的力。當(dāng)玻璃成型材料的重量增大時(shí)，玻璃成型材料可能在軋輥之間滑動(dòng)，使得難以控制取出速率。為了避免上述情形，可以采用如下方法通過(guò)支持從通孔出口取出的玻璃的正向端，由此控制從該通孔取出玻璃的速率。圖2示出了上述方法的一個(gè)實(shí)施例。圖2為由本發(fā)明提供的玻璃成型材料制造過(guò)程中使用的制造設(shè)備的變形的示意圖。與使用摩擦力保持玻璃側(cè)面的方法不同，該方法適用于成型重量大的玻璃成型材料。
在控制取出速率的任一上述方法中，使用液體水平傳感器4監(jiān)視模型內(nèi)的熔融玻璃的液體水平，當(dāng)基于來(lái)自上述監(jiān)視器的信號(hào)該液體水平高于參考水平時(shí)，增大取出速率，或者當(dāng)液體水平低于該參考水平時(shí)，減小該取出速率，由此控制該取出速率。例如，來(lái)自該監(jiān)視器的上述信號(hào)被輸入到速率控制器5，控制器5將參考液體水平與監(jiān)測(cè)的液體水平比較并將比較結(jié)果反饋到取出速率。通過(guò)將玻璃側(cè)面保持在軋輥之間而控制取出速率的方法中(見圖1)，從控制器5輸出的控制信號(hào)被輸入到旋轉(zhuǎn)軋輥3的馬達(dá)的控制器，由此可以控制軋輥3的旋轉(zhuǎn)速率。在支持從通孔出口取出玻璃的正向端以控制取出速率的方法中(見圖2)，由控制器5輸出的控制信號(hào)被輸入到用于支持該正向端的機(jī)構(gòu)(支持機(jī)構(gòu)8)的致動(dòng)器，由此可以控制支持該玻璃正向端的部件的移動(dòng)速率，使得該部件以預(yù)定速率移動(dòng)。用于監(jiān)視模型中熔融玻璃液體水平的方法沒(méi)有具體限制，例如可以采用使用溫度計(jì)、激光傳感器等的方法。
同時(shí)，隨著通孔中軸與垂直線之間夾角的增大，模型的通孔與玻璃成型材料圓周表面之間的摩擦力增大，即使該玻璃成型材料具有大的重量，根據(jù)保持玻璃形成材料側(cè)面的方法也有可能控制該取出速率。當(dāng)使用流出時(shí)的粘度不是非常低的玻璃制造具有大重量的玻璃成型材料時(shí)，可以將該模型排列成使得通孔的中軸相對(duì)于垂直線傾斜。
下面將解釋在取出步驟期間分離玻璃成型材料的方法。
通過(guò)使該玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近這一操作，從通孔出口取出的玻璃內(nèi)部應(yīng)力減小，且沒(méi)有爆裂或者受輕微熱沖擊或機(jī)械碰撞而被折斷或損傷的風(fēng)險(xiǎn)。另外，為了將玻璃冷卻到室溫，需要取出該玻璃使其具有大的長(zhǎng)度。為此目的，該模型下方需要大的空間，或者該玻璃成型材料的重量可能太大，因此可能難以精確地控制取出速率。因此在本發(fā)明中，優(yōu)選地在玻璃成型材料的溫度靠近玻璃轉(zhuǎn)變溫度的部分分離該玻璃成型材料。
圖3至5示出了該分離方法的具體示例。圖3和4以及圖5解釋了本發(fā)明提供的在玻璃成型材料制造過(guò)程中分離玻璃成型材料的方法。優(yōu)選地采用一種分裂玻璃成型材料的方法，如圖3所示，在玻璃成型材料部分圓周表面上的預(yù)定位置通過(guò)刻線形成垂直于玻璃成型材料取出方向的標(biāo)記線(劃線)；用于局部支持圓周表面的支點(diǎn)置于和上述刻線位置關(guān)于玻璃成型材料的中軸相對(duì)的位置上；通過(guò)上述支點(diǎn)阻止該支點(diǎn)上的玻璃成型材料移動(dòng)，對(duì)位于刻線位置之下的玻璃成型材料的圓周表面橫向地施加壓力，從而刻線位置的玻璃成型材料以該支點(diǎn)為中心裂開，如圖4所示。
當(dāng)分裂具有較大外徑的玻璃成型材料時(shí)，如圖5所示，優(yōu)選地使用由金屬制成的水套(其間形成水通路)局部地接觸刻線部分以導(dǎo)致形成裂縫，通過(guò)熱沖擊，該裂縫使標(biāo)記線向玻璃內(nèi)部延伸(圖5(b))；使用支點(diǎn)支持與該標(biāo)記線相對(duì)且關(guān)于玻璃成型材料中軸對(duì)稱的圓周表面(圖5(c))；對(duì)該標(biāo)記線之下的玻璃成型材料部分施加力，并施加一扭矩使得該裂縫朝被支點(diǎn)支持的部分生長(zhǎng)，從而分裂該玻璃成型材料(圖5(d))。
在冷卻步驟期間產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力的大小相同，取決于玻璃成型材料的形狀和尺寸。例如，諸如光纖的非常薄的玻璃成型材料的內(nèi)部中心部分和圓周表面之間幾乎沒(méi)有溫度差。另外，厚度非常薄的片狀玻璃內(nèi)部和表面之間幾乎沒(méi)有溫度差。另一方面，外徑大的棒狀玻璃以及厚的板狀玻璃的內(nèi)部和表面之間的溫度差大，且在冷卻步驟中容易產(chǎn)生大的內(nèi)部應(yīng)力。這種玻璃成型材料包含厚度不小于3mm的板狀玻璃以及外徑不小于3mm的棒狀玻璃。因此，本發(fā)明適用于成型厚度不小于3mm的板狀玻璃，更適用于成型厚度不小于5mm的板狀玻璃。另外，本發(fā)明適用于成型外徑不小于3mm的棒狀玻璃，更適用于成型外徑不小于5mm的棒狀玻璃，另外更為適用于成型外徑不小于10mm的棒狀玻璃。
在本說(shuō)明書中，“棒狀玻璃”是指截面形狀為圓形、橢圓形、正方形、長(zhǎng)邊長(zhǎng)與短邊長(zhǎng)之比(長(zhǎng)邊長(zhǎng)/短邊長(zhǎng))不小于2的矩形、或多邊形的玻璃成型材料?！鞍鍫畈ＡА笔侵笇挾扰c厚度之比(寬度/厚度)大于2的玻璃板。
另外，棒狀玻璃的外徑是指垂直于棒狀玻璃中軸的截面部分中最薄部分的長(zhǎng)度。例如，在柱狀玻璃中，垂直于柱中軸的截面部分的形狀為圓形，使得該截面部分的外徑為上述圓的直徑。在橢圓柱形玻璃中，垂直于中軸的截面部分的形狀為橢圓形，使得該截面部分的外徑為上述橢圓的短直徑。在正四棱柱形玻璃中，垂直于中軸的截面部分的形狀為正方形，使得該截面部分的外徑為上述正方形的一個(gè)邊長(zhǎng)。在四棱柱形玻璃中，垂直于中軸的截面部分的形狀為矩形，外徑對(duì)應(yīng)于上述矩形的短邊長(zhǎng)。
在上述方法中，使從液流導(dǎo)管流出的熔融玻璃連續(xù)地流入設(shè)于液流導(dǎo)管出口下方的一個(gè)模型，由此連續(xù)地成型玻璃成型材料。
下面將解釋使用兩個(gè)模型的實(shí)施例。
在本發(fā)明中，還可以采用執(zhí)行下述步驟的構(gòu)造提供多個(gè)上述模型，將這些模型之一排列在上述導(dǎo)管之下的位置，使熔融玻璃流入排列在導(dǎo)管下方的模型從而成型玻璃成型材料，隨后停止使熔融玻璃流入該模型，從上述導(dǎo)管之下的位置取出其間具有熔融玻璃的模型，以及從該模型取出玻璃成型材料，并且重復(fù)下述步驟將另一個(gè)模型排列在上述導(dǎo)管之下的位置，致使熔融玻璃流入該模型以成型玻璃成型材料，停止使熔融玻璃流入該模型，從上述位置取出其間具有熔融玻璃的模型，以及從該模型取出玻璃成型材料。
上述方法適用于成型當(dāng)流出時(shí)具有低粘度且重量大的玻璃制成的玻璃成型材料。上述方法需要多個(gè)模型，將模型連續(xù)地傳遞到液流導(dǎo)管之下的位置的機(jī)構(gòu)，以及停止使熔融玻璃流入模型的機(jī)構(gòu)，但該方法的優(yōu)點(diǎn)為不需要執(zhí)行將熔融玻璃流入該模型以及從同一模型中完全取出玻璃成型材料。因此，當(dāng)玻璃成型材料的長(zhǎng)度為預(yù)定長(zhǎng)度時(shí)，熔融玻璃流入該模型被中斷，可以從導(dǎo)管之下的位置取出其間具有玻璃成型材料的模型，且可以從該模型中取出玻璃成型材料而無(wú)需切割或分裂該材料。因此，通過(guò)支持玻璃成型材料的正向端(下端部分)，可以控制該玻璃成型材料的取出速率，使得采用通過(guò)摩擦力保持玻璃成型材料的圓周表面這一方法中的取出速率控制，可以高度精確地控制具有大重量的玻璃成型材料的取出速率。
為了中斷熔融玻璃流入模型，例如可以采用這樣的構(gòu)造，即，在液流導(dǎo)管的出口和通孔入口之間插入適合用于切割流出時(shí)具有低粘度的熔融玻璃液流的切削片從而切割該熔融玻璃液流，且完成用另一個(gè)模型替換該模型時(shí)，切削片向后移動(dòng)以恢復(fù)將熔融玻璃流動(dòng)到模型中。在該方法中，優(yōu)選地，致使從導(dǎo)管流出的熔融玻璃連續(xù)地流入該模型，除非如前所述地中斷熔融玻璃流入該模型。
為了替換模型，例如可以采用這樣的構(gòu)造，即提供兩個(gè)模型且這兩個(gè)模型交替地移入或移出液流導(dǎo)管出口之下的位置，或者采用這樣的構(gòu)造，即將三個(gè)或更多個(gè)模型置于設(shè)計(jì)成用于同步傳遞多個(gè)模型的機(jī)構(gòu)上且索引旋轉(zhuǎn)該轉(zhuǎn)臺(tái)使得這些模型連續(xù)地保持在液流導(dǎo)管出口之下的位置。
在使用一個(gè)模型的方法以及使用多個(gè)模型的方法中的任何一個(gè)方法中，優(yōu)選地，垂直地排列該導(dǎo)管，且將模型排列成使得模型內(nèi)的熔融玻璃液流的液態(tài)表面的中心置于該液流導(dǎo)管出口中心的垂直下方。這樣，可致使該熔融玻璃以均勻的狀態(tài)從入口到出口在模型內(nèi)部流動(dòng)，這對(duì)于獲得光學(xué)均勻的玻璃成型材料是有利的。
本發(fā)明過(guò)程的優(yōu)選實(shí)施例同樣適用于成型動(dòng)力粘度系數(shù)小于7×10-5m2/s的玻璃，通過(guò)將液相線溫度下玻璃的粘度除以該玻璃在室溫下的密度而獲得該動(dòng)力粘度系數(shù)。當(dāng)旨在減小或防止玻璃成型材料出現(xiàn)條紋時(shí)，通過(guò)提供具有通孔的模型，其中該通孔的中軸是筆直的(該通孔具有入口和出口且該入口和出口之間像直線一樣直地相互連通)，排列該模型使得通孔的中軸是垂直的，并且導(dǎo)致熔融玻璃連續(xù)地通過(guò)通孔的入口流入該通孔，從而有效地制造由具有上述動(dòng)力粘度系數(shù)小于7×10-5m2/s的玻璃制成的玻璃成型材料。至于該模型的通孔的形狀和尺寸以及該模型的材料，可以采用前面已經(jīng)描述的那些條件而不進(jìn)行任何調(diào)整。在該通孔內(nèi)部，優(yōu)選地，通過(guò)將玻璃的整個(gè)圓周表面與該通孔的內(nèi)壁接觸，從而通過(guò)該玻璃的圓周表面吸收該玻璃的熱量。在本實(shí)施例中，同樣理想地如前面已經(jīng)描述地垂直排列設(shè)計(jì)成使得熔融玻璃流出的液流導(dǎo)管。這樣，導(dǎo)管內(nèi)的玻璃液流、玻璃在模型內(nèi)部移動(dòng)的方向、以及重力作用于該玻璃上的方向均保持均勻。因此，玻璃的表面和內(nèi)部部分不相互混合，可以改善減小或防止條紋出現(xiàn)的效果。從減小或防止條紋出現(xiàn)的改善的角度考慮，優(yōu)選地，調(diào)整該導(dǎo)管和模型的位置使得導(dǎo)管的中軸和模型通孔的中軸相一致，并致使熔融玻璃流入該通孔。
動(dòng)力粘度系數(shù)小于7×10-5m2/s的玻璃容易使玻璃成型材料中形成條紋，因?yàn)檫@種玻璃不僅具有小的液相線粘度同時(shí)還具有高的粘度。然而，根據(jù)上述方法，條紋局域化在玻璃成型材料的表面層內(nèi)，且可以獲得內(nèi)部沒(méi)有條紋且具有大體積的這種內(nèi)部的光學(xué)均勻玻璃成型材料。由此獲得的玻璃成型材料通過(guò)加工可以得到壓模玻璃料滴或光學(xué)元件，通過(guò)加熱和壓模上述壓模玻璃料滴可以得到光學(xué)元件坯料或光學(xué)元件，通過(guò)加工上述光學(xué)元件坯料可以得到光學(xué)元件，這將在下文中得到解釋。
當(dāng)試圖根據(jù)任一傳統(tǒng)方法成型動(dòng)力粘度系數(shù)小于3×10-5m2/s的玻璃時(shí)，難以制造出具有高質(zhì)量水平的玻璃成型材料來(lái)用作光學(xué)玻璃以及其它光學(xué)用途的玻璃。類似地，很難從動(dòng)力粘度系數(shù)不大于3×10-5m2/s的玻璃獲得具有上述高質(zhì)量的玻璃成型材料，且難以從動(dòng)力粘度系數(shù)不大于5×10-5m2/s的玻璃獲得具有上述高質(zhì)量的玻璃成型材料。類似地，從動(dòng)力粘度系數(shù)不大于6.5×10-5m2/s的玻璃獲得的玻璃成型材料存在由于條紋引起的尺寸增大的缺陷部分。
相反，本發(fā)明的過(guò)程，特別是旨在減小或防止條紋的實(shí)施例適用于成型動(dòng)力粘度系數(shù)不大于6.5×10-5m2/s的玻璃，更適用于成型動(dòng)力粘度系數(shù)不大于5×10-5m2/s的玻璃，另外更適用于成型動(dòng)力粘度系數(shù)不大于4×10-5m2/s的玻璃，特別適用于成型動(dòng)力粘度系數(shù)不大于3×10-5m2/s的玻璃。因此即使從動(dòng)力粘度系數(shù)小的玻璃仍可獲得具有大體積的玻璃成型材料。
根據(jù)由本發(fā)明提供的玻璃成型材料的制造過(guò)程，可以如前已經(jīng)解釋地高效制造由上述光學(xué)玻璃形成的光學(xué)均勻玻璃成型材料而不折斷或損傷該玻璃成型材料。
下面將解釋本發(fā)明提供的壓模玻璃料滴的制造過(guò)程。
本發(fā)明提供的壓模玻璃料滴制造過(guò)程包含加工本發(fā)明提供的由上述玻璃成型材料制造過(guò)程生產(chǎn)的玻璃成型材料，從而制造將在受熱時(shí)通過(guò)軟化而被壓模的壓模玻璃料滴。
在本發(fā)明的玻璃成型材料制造過(guò)程中執(zhí)行使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近的操作，從而防止由于大的內(nèi)部應(yīng)力而導(dǎo)致玻璃成型材料的破裂。然而，該操作并非用于精確地使包含折射率的玻璃光學(xué)性能與預(yù)定值一致的任何精確退火，也不是逐漸使玻璃冷卻到室溫的任何退火。對(duì)于上述使得從模型取出的玻璃成型材料退火來(lái)講，需要在模型下提供長(zhǎng)度大的退火爐，這不切實(shí)際。另外，當(dāng)嘗試如前所述地在玻璃成型材料冷卻到室溫之后分裂玻璃成型材料時(shí)，由于玻璃的楊氏模量增大而不容易進(jìn)行該分裂。
因此，使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近的上述操作在該玻璃溫度(玻璃圓周表面上的溫度)比玻璃轉(zhuǎn)變溫度低150℃之前完成，優(yōu)選地低100℃，更為優(yōu)選地低50℃，另外更為優(yōu)選地在該玻璃溫度接近該玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)完成該操作，且該玻璃成型材料被分裂成楊氏模量不增大的狀態(tài)。至于分裂方法，可以采用如下方法通過(guò)刻線在玻璃成型材料的圓周表面上形成標(biāo)記線，并對(duì)該玻璃成型材料施加扭矩，使得裂紋從該標(biāo)記線生長(zhǎng)到該玻璃成型材料內(nèi)部。然而，當(dāng)該玻璃成型材料外徑不小于40mm時(shí)，如果僅僅施加該扭矩則難以分裂該玻璃。這種情形中，優(yōu)選地可以利用玻璃成型材料具有高溫，即，通過(guò)局部冷卻刻線部分而施加熱沖擊，從而從刻線部分向該玻璃內(nèi)生長(zhǎng)裂紋，隨后施加扭矩以分裂該玻璃成型材料。這樣，可以相對(duì)容易地分裂外徑不小于40mm的玻璃成型材料。通過(guò)使用支點(diǎn)支持與刻線部分相對(duì)立的玻璃成型材料的圓周部分并施加力而對(duì)該玻璃成型材料施加扭矩，使得刻線部分在玻璃成型材料的圓周表面上擴(kuò)展。
通過(guò)使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近的操作，可以將玻璃成型材料分裂成內(nèi)部應(yīng)變減小的狀態(tài)，使得通過(guò)施加扭矩或使用扭矩和熱沖擊的組合而良好地執(zhí)行該分裂。
由此從模型或成型爐取出的玻璃成型材料所分離的頂部玻璃被轉(zhuǎn)移到逐漸冷卻爐并逐漸冷卻到接近室溫的溫度。
在使用多個(gè)模型的上述方法中，使玻璃的內(nèi)部中心部分的溫度和玻璃的圓周表面的溫度相互接近之后獲得的玻璃成型材料也被轉(zhuǎn)移到逐漸冷卻爐并逐漸冷卻到接近室溫的溫度。
可通過(guò)機(jī)械人機(jī)構(gòu)將該玻璃成型材料轉(zhuǎn)移到逐漸冷卻爐。這種情形下，當(dāng)使用保持部分快速冷卻玻璃時(shí)，該玻璃可能由于熱沖擊而斷裂。因此理想地采用如下構(gòu)造用于保持該玻璃成型材料的部分包含小比熱材料，使用加熱器加熱該保持部分的機(jī)構(gòu)，或者用于保持該玻璃成型材料的部分包含小比熱材料以及使用加熱器加熱該保持部分的機(jī)構(gòu)。
在該逐漸冷卻爐中，玻璃成型材料被冷卻到室溫附近的溫度以消除應(yīng)變。至于逐漸冷卻爐，可以使用稱為L(zhǎng)ehr的連續(xù)逐漸冷卻爐或者稱為“直立冷卻型”的逐漸冷卻爐。
接著，消除應(yīng)變的玻璃成型材料被分裂成理想尺寸。至于分裂方法，可以采用使用線鋸、研磨機(jī)等的方法，或者采用如下方法，即，通過(guò)刻線在待分裂的部分內(nèi)形成標(biāo)記線并對(duì)該玻璃成型材料施加壓力，使得裂紋從該標(biāo)記線延伸而分裂該玻璃。
根據(jù)本發(fā)明，可以獲得一種玻璃成型材料，該玻璃成型材料具有中軸以及與該中軸垂直的截面部分，即使該玻璃成型材料為棒狀玻璃或板狀玻璃，該截面部分沿中軸方向保持不變，因此理想地通過(guò)沿與該中軸垂直的方向?qū)υ摬ＡС尚筒牧线M(jìn)行切割或?qū)⑵浞至殉善．?dāng)切割或分裂的位置之間的間距是規(guī)則的時(shí)候，可以容易獲得體積相同的玻璃塊。當(dāng)切割或分裂位置之間的間距是變化的時(shí)候，該玻璃成型材料可以被劃分成多個(gè)玻璃塊，各個(gè)玻璃塊的體積取決于該變化的間距。當(dāng)沿與中軸垂直的方向進(jìn)行切割而加工該棒狀玻璃時(shí)，可以獲得稱為切片的玻璃片。對(duì)于板狀玻璃，通過(guò)進(jìn)一步切割或分裂上述獲得的玻璃塊，可以獲得稱為切片的玻璃片。
上述各種切片可以用作壓模玻璃料滴。然而，優(yōu)選地切割或拋光這些切片，或者切割并拋光這些切片，從而得到壓模玻璃料滴。由于切片的邊緣鋒利，通過(guò)上述加工可以使其邊緣變圓滑。為了在壓模期間使用紅外線均勻地加熱玻璃料滴，理想地通過(guò)上述處理預(yù)先使玻璃料滴的表面粗糙化。在表面粗糙化之后，還可以將用于壓模的粉末脫模劑均勻地涂敷到該玻璃料滴的整個(gè)表面上。滾筒拋光適用于上述表面粗糙化。
當(dāng)該壓模玻璃料滴用于精確壓模時(shí)，理想地，至少精確壓模模制表面將被轉(zhuǎn)移到的玻璃料滴的表面通過(guò)拋光而被磨光，或者優(yōu)選地該玻璃料滴的所有表面通過(guò)拋光而被磨光，使得該表面或這些表面變得平滑。
通過(guò)上述方式，可以使用玻璃成型材料制造壓模玻璃料滴。
橫向壓力切割方法是分裂逐漸冷卻玻璃成型材料的特別優(yōu)選的方法，下面將解釋該方法。在該方法中，棒狀玻璃被用作玻璃成型材料，刻線該棒狀玻璃的圓周表面的一部分，并在該刻線部分的分離兩側(cè)對(duì)該刻線部分以及圓周表面部分施加壓力，使得在該刻線部分的分離兩側(cè)的棒狀玻璃部分裂開，從而在該刻線部分分裂該棒狀玻璃。
參考圖6和7解釋上述方法的具體示例，其中這兩個(gè)示意圖用于解釋橫向壓力切割方法。首先，在圖6中，數(shù)字11表示在圓周表面上的預(yù)定位置具有刻線部分的棒狀玻璃(玻璃成型材料)，數(shù)字12表示壓力容器。壓力容器12具有開口部分和液體引入部分13，其中棒狀玻璃11將被插入該開口部分。壓力容器12具有上述開口部分除外的氣密性封閉結(jié)構(gòu)以及液體引入端口。棒狀玻璃插入穿過(guò)上述開口部分從而封閉該開口部分，該棒狀玻璃排列成使得刻線部分置于壓力容器12的中心附近。在上述開口部分中，壓力容器和棒狀玻璃之間的間隙被密封。當(dāng)液體引入到該壓力容器且液體壓力增大時(shí)，該液體因此不會(huì)從壓力容器泄漏。上述密封不是用于阻止棒狀玻璃沿縱向移動(dòng)。例如可以使用由橡膠制成的夾具執(zhí)行該密封。
接著，引導(dǎo)液體穿過(guò)液體引入端口13，從而用該液體填充壓力容器12，并增大該壓力容器內(nèi)液體的壓力。在該壓力容器內(nèi)棒狀玻璃圓周表面上均勻地對(duì)未刻線部分施加壓力。然而，該壓力作用于刻線部分從而壓開該刻線部分，并導(dǎo)致裂紋沿與棒狀玻璃中軸垂直的方向生長(zhǎng)，從而在該刻線部分將該棒狀玻璃分裂成兩個(gè)部分。
當(dāng)該棒狀玻璃為圓棒形玻璃，其截面部分形狀為圓形、橢圓形、卵形、類卵形(當(dāng)沿與中軸成直角觀察時(shí)，具有兩個(gè)平行的邊以及兩個(gè)半圓形邊)等時(shí)，使用橫向壓力切割方法可以相對(duì)容易地分裂該棒狀玻璃。然而，通過(guò)橫向壓力切割方法難以分裂方形或矩形棒狀玻璃，因此理想地將該橫向壓力切割方法應(yīng)用于分裂圓棒形玻璃。
為了使用該橫向壓力切割方法沿與中軸垂直的方向分裂棒狀玻璃，通過(guò)逐漸冷卻預(yù)先充分減小棒狀玻璃中的應(yīng)變是有效的。被這樣分裂的棒狀玻璃的分裂表面為鏡面，且不像切割工藝，無(wú)需切割余量且并不形成切割塵埃，因此可以有效地使用該玻璃。不僅在該橫向壓力分裂方法中，同樣在任何分裂方法中，通過(guò)折斷分裂玻璃而不是如切割方法那樣通過(guò)研磨切割玻璃，這樣可以有效地使用玻璃且可以降低浪費(fèi)數(shù)量。
加工上述得到的玻璃塊以獲得切片，且如前所述地加工該切片，由此得到壓模玻璃料滴。
用于橫向壓力切割方法的液體優(yōu)選的為這樣的液體，即，不會(huì)使玻璃表面、壓力容器、密封材料、以及連接到該容器的液體引入端口用于增大液體壓力的壓縮機(jī)裝置中的任何一個(gè)退化，該液體具有小的表面張力，可以被完全填充到刻線部分且容易處理。上述液體優(yōu)選的為水。
可以按照需要根據(jù)玻璃的性能、形狀、尺寸等調(diào)整用于橫向壓力切割的液體壓力，而目標(biāo)壓力約為20MPa。該壓力容器可以是對(duì)最大壓力具有足夠耐壓性(例如承受50MPa)的容器。
確定該壓模玻璃料滴的重量，使其等于目標(biāo)壓模制品的重量，且通過(guò)考慮上述壓模制品的形狀以及壓模的形狀，可以按照需要確定該壓模玻璃料滴的形狀和尺寸。
下面解釋本發(fā)明提供的光學(xué)元件制造過(guò)程。本發(fā)明提供的光學(xué)元件制造過(guò)程包含兩個(gè)實(shí)施例。
第一個(gè)實(shí)施例(下文中稱為“光學(xué)元件制造過(guò)程I”)為光學(xué)元件的制造過(guò)程，其中加熱由上述制造過(guò)程制備的壓模玻璃料滴，并在一壓模中壓模該料滴。
光學(xué)元件制造過(guò)程I可以進(jìn)一步分類成兩種方法。第一種方法是使壓模玻璃料滴受熱而軟化，將其引入一壓模并被壓模，逐漸冷卻壓模制品，且隨后研磨和拋光該制品而制成光學(xué)元件。在該方法中，玻璃料滴被壓模使得該壓模制品的形狀除了光學(xué)元件的形狀之外還包含研磨余量和拋光余量。該方法使用整個(gè)表面被滾筒拋光等粗糙化的玻璃料滴，且諸如氮化硼等的粉末脫模劑被涂敷到該玻璃料滴的整個(gè)表面上。接著，將該玻璃料滴引入到加熱爐使其受熱軟化，并將其引入一壓模。接著，使用上模型部件和下模型部件壓模該玻璃料滴，打開該模型以獲得壓模制品，并將該壓模制品置于逐漸冷卻爐內(nèi)，從而減小應(yīng)變并使玻璃的折射率精確地為預(yù)期值。將模制制品冷卻到室溫之后，使用對(duì)于由玻璃制成的光學(xué)元件來(lái)講已知的研磨和拋光方法研磨和拋光該模制制品，從而制成光學(xué)元件。這樣，制造出諸如圓形透鏡、棱鏡等各種光學(xué)元件。如果需要，可以在光學(xué)元件上形成諸如抗反射膜的光學(xué)多層膜。
光學(xué)元件制造過(guò)程I的第二種方法為，加熱具有磨光平滑表面的壓模玻璃料滴并精確壓模以制造光學(xué)元件。該精確壓模也稱為模型光學(xué)成型，該精確壓模也是這樣一種方法，該方法使用一種壓模(該壓模具有精確工作的模制表面的模型部件且高度精確地設(shè)置上述模型部件)，使光學(xué)元件的整個(gè)形狀成型(模制)并將上述模制表面精確地轉(zhuǎn)移到玻璃以形成光學(xué)功能表面。在該方法中，還可以制造具有高度精確的位置精度的多個(gè)光學(xué)功能表面。例如，可以制造一種透鏡，其中光學(xué)功能表面的中軸的梯度(傾斜)以及各個(gè)透鏡表面上的上述中軸的偏差(偏心)得到控制(抑制)。在第二種方法中，可以不依賴諸如研磨、拋光等加工過(guò)程形成該光學(xué)功能表面，即折射、衍射、反射或透射光線的光學(xué)元件的表面，因此可以高效率地制造諸如非球面透鏡等的光學(xué)元件，其中如果使用機(jī)械加工制造該光學(xué)元件則耗費(fèi)勞動(dòng)力和成本?？梢愿鶕?jù)已知方法執(zhí)行該精確壓模。例如，在壓模玻璃料滴的整個(gè)表面上形成具有改善脫模性以改善玻璃和模制表面之間滑動(dòng)性的功能的薄膜，例如碳薄膜，且在非氧化氣氛中加熱該玻璃料滴并在相同氣氛中精確壓模該玻璃料滴。接著，打開該壓模，將壓模制品取出并逐漸冷卻以得到光學(xué)元件。在光學(xué)功能表面周圍的圓周部分對(duì)由此獲得的光學(xué)元件進(jìn)行機(jī)械加工。例如，可以進(jìn)行加工以對(duì)準(zhǔn)中心及磨邊。按照上述方式，可以高效率地制造諸如非球面透鏡、球面透鏡、透鏡陣列、微透鏡、衍射光柵、棱鏡等的光學(xué)元件。如果需要，可以在光學(xué)元件上形成諸如抗反射膜的光學(xué)多層膜。
在本發(fā)明提供的光學(xué)元件制造過(guò)程的第二個(gè)實(shí)施例(下文中稱為“光學(xué)元件制造過(guò)程II”)中，由前面已經(jīng)描述的制造方法制備的玻璃成型材料被加工成光學(xué)元件。
首先，玻璃成型材料被精確退火使該玻璃的折射率精確地為預(yù)期值并減小應(yīng)變，切割或分裂該玻璃成型材料以制備切片，其制備方式和上述壓模玻璃料滴制造過(guò)程的步驟相同。例如該玻璃成型材料的形狀可以為棒狀玻璃、板狀玻璃等。當(dāng)沿與圓棒形玻璃中軸垂直的方向分裂該玻璃時(shí)，優(yōu)選地，如壓模玻璃料滴制造過(guò)程那樣采用橫向壓力切割方法。
接著，研磨該切片以獲得光學(xué)元件坯料，除了光學(xué)元件的形狀之外，該坯料的形狀包含拋光余量，該坯料被拋光以制成光學(xué)元件。
當(dāng)在光學(xué)元件制造過(guò)程II中使用棒狀玻璃時(shí)，優(yōu)選地，該棒狀玻璃成型為使得該棒狀玻璃的外徑等于該光學(xué)元件的外徑或者該棒狀玻璃除了光學(xué)元件的外徑之外還具有研磨余量和拋光余量。此外，當(dāng)在光學(xué)元件制造過(guò)程I中使用棒狀玻璃時(shí)，同樣優(yōu)選地，該棒狀玻璃成型為使得該棒狀玻璃的外徑等于該壓模玻璃料滴的外徑或者該棒狀玻璃除了壓模玻璃料滴的外徑之外還具有研磨余量和拋光余量。
按照上述方式，可以高生產(chǎn)率地制造諸如透鏡、棱鏡等的各種光學(xué)元件而不折斷玻璃?？梢栽谠摴鈱W(xué)元件表面上形成諸如抗反射膜的光學(xué)多層膜。
示例參考下文中的示例詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
示例1
在本示例中，根據(jù)下述方法制備由光學(xué)玻璃(下文中稱為“光學(xué)玻璃1”)形成的圓棒形玻璃成型材料，其中該光學(xué)玻璃的折射率(nd)為2.08313，阿貝數(shù)(vd)為22.23，液相線溫度為1270℃，液相線溫度下粘度為0.824dpa·s，玻璃轉(zhuǎn)變溫度為701℃，室溫下密度為4.780，動(dòng)力粘度為1.724×10-5m2/s，且該光學(xué)玻璃包含6.24％的B2O3、3.59％的SiO2、32.44％的La2O3、26.73％的TiO2、13.74％的BaO、11.12％的Nb2O5、以及6.14％的ZrO2。
為了獲得光學(xué)玻璃1，玻璃原材料被稱重、充分混合、隨后引入熔化爐并加熱熔化。隨后，致使完全精煉且均勻化的熔融玻璃(粘度為0.6dpa·s)以固定流速(15ml/分鐘)從垂直排列的導(dǎo)管液流出口連續(xù)流出，并使其連續(xù)無(wú)中斷地流入排列成如圖1所示由碳制成的模型中形成的通孔入口的中心。流入該通孔的熔融玻璃的溫度為1320℃。模型的通孔內(nèi)徑為12mm，且排列成使得該通孔的中軸與垂直方向一致且導(dǎo)管的中軸與通孔的上述中軸一致。該模型的通孔長(zhǎng)度為100mm。為了良好成型，將加熱帶(未示出)纏繞在該模型上以加熱該模型，且控制該通孔內(nèi)壁的溫度以保持在520至600℃。從該通孔的出口取出的圓棒形玻璃被保持在兩個(gè)軋輥之間以控制圓棒形玻璃的取出速率。使用激光傳感器監(jiān)視該模型的通孔內(nèi)熔融玻璃的液體水平，上述傳感器輸出的監(jiān)視信號(hào)被輸入到軋輥控制器以控制旋轉(zhuǎn)該軋輥的馬達(dá)的電學(xué)輸入，使得上述液體水平保持固定。在本示例中，圓棒形玻璃的取出速率設(shè)置為2.2mm/分鐘，根據(jù)上述液體水平的變化對(duì)軋輥的轉(zhuǎn)速施加反饋而將上述液體水平保持在固定水平。
按照上述方式從通孔的出口連續(xù)地取出為12mm的圓棒形玻璃。成型爐緊密地至于該模型之下，從該模型取出的圓棒形玻璃立即被移入該成型爐。在該成型爐內(nèi)提供了加熱器(未示出)，該爐內(nèi)氣氛的溫度保持在780℃。該成型爐中具有上述軋輥。該成型爐沿圓棒形玻璃移動(dòng)方向的長(zhǎng)度為360mm，該圓棒形玻璃要花一定時(shí)間才移動(dòng)到該成型爐內(nèi)部。在該移動(dòng)期間，內(nèi)部中線部分和圓棒形玻璃表面的溫度相互接近，使得不會(huì)產(chǎn)生使該圓棒形玻璃爆裂的內(nèi)部應(yīng)力，且可以成型該圓棒形玻璃而不折斷該玻璃。
通過(guò)刻線在從成型爐取出的圓棒形玻璃圓周表面一部分上形成沿垂直于該圓棒形玻璃中軸方向的標(biāo)記線。而且，為了通過(guò)局部冷卻形成標(biāo)記線的部分來(lái)使得裂紋從該標(biāo)記線延伸到內(nèi)部中心，由金屬制成的內(nèi)部具有水流流過(guò)的水通道的水套與該標(biāo)記線接觸。這種情形下，允許由金屬制成的水套跟隨圓棒形玻璃移動(dòng)，使得該水套保持與標(biāo)記線接觸的狀態(tài)。當(dāng)裂紋長(zhǎng)大時(shí)，提供支點(diǎn)用于支持與該標(biāo)記線形成部分相對(duì)立且關(guān)于圓棒形玻璃中軸對(duì)稱的該圓棒形玻璃的圓周表面部分，當(dāng)對(duì)圓棒形玻璃圓周表面的位于標(biāo)記線之下的該部分施加應(yīng)力時(shí)，位置上比標(biāo)記線高度低的圓棒形玻璃部分與位置上比該標(biāo)記線高度高的圓棒形玻璃分離。另外，由于本示例的圓棒形玻璃外徑相對(duì)較小，僅為12mm，可以不通過(guò)接觸由金屬制成的水套而施加熱沖擊，即可分離圓棒形玻璃部分。
在該分離中，使用機(jī)械手保持將被分離的圓棒形玻璃的圓周表面，在該分離之后，被分離的圓棒形玻璃被轉(zhuǎn)移到靠近該模型的連續(xù)逐漸冷卻爐的入口，且該成型爐處于被上述機(jī)械手保持的狀態(tài)。加熱器和傳送玻璃的帶式傳送機(jī)放置在該連續(xù)逐漸冷卻爐內(nèi)，當(dāng)在溫度分布受控的爐內(nèi)操作其上置有圓棒形玻璃的傳送帶時(shí)，該圓棒形玻璃被逐漸冷卻以消除應(yīng)變。
切割從該連續(xù)逐漸冷卻爐取出的圓棒形玻璃，拋光該切割表面并通過(guò)觀察表明只在距離表面0.5mm的非常淺的層內(nèi)發(fā)現(xiàn)條紋，且比上述層更深的任何部分內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何條紋。也就是說(shuō)，該圓棒形玻璃的絕大部分是光學(xué)均勻的。
類似地，成型由表1所示光學(xué)玻璃2至9制成的圓棒形玻璃而不斷裂任何玻璃。各個(gè)這些圓棒形玻璃在連續(xù)逐漸冷卻爐內(nèi)被逐漸冷卻，從該爐中取出并切割，拋光該切割表面并通過(guò)觀察表明只在距離表面0.5mm的非常淺的層內(nèi)發(fā)現(xiàn)條紋，且比上述層更深的任何部分內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何條紋。也就是說(shuō)，該每個(gè)圓棒形玻璃的絕大部分是光學(xué)均勻的。
表1示出了上述各種玻璃的組成，表2示出了這些玻璃的性能。
根據(jù)下述方法測(cè)量這些性能。
(1)折射率(nd)和阿貝數(shù)(vd)測(cè)量通過(guò)30℃/小時(shí)的降溫速率進(jìn)行冷卻而獲得的光學(xué)玻璃。
(2)密度根據(jù)阿基米德方法測(cè)量。
(3)轉(zhuǎn)變溫度在4℃/分鐘的升溫速率下使用熱力學(xué)分析設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。
(4)動(dòng)力粘度根據(jù)如下方法測(cè)量光學(xué)玻璃得到液相線溫度以及該液相線溫度下的粘度，將得到的粘度除以室溫時(shí)的密度以確定動(dòng)力粘度。
(a)液相線溫度制備由鉑制成的多個(gè)坩堝，在各個(gè)坩堝內(nèi)放置50cm3的玻璃并蓋住該坩堝，將這些坩堝置于溫度間隔為10℃的爐子內(nèi)并在這樣設(shè)置的不同溫度條件下保持2小時(shí)，取沒(méi)有視覺(jué)觀察到晶體的最低溫度為液相線溫度。
(b)液相線溫度下的粘度(液相線粘度)根據(jù)JIS Z8803中提供的方法使用同軸圓柱形粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
(5)λ70和λ5至于根據(jù)本說(shuō)明書中所述方法測(cè)量的光譜光線透射率，透射率為70％的波長(zhǎng)被示為λ70，透射率為5％的波長(zhǎng)被示為λ5。
表1
表2
示例2按照下述方式使用示例1中獲得的并被逐漸冷卻的圓棒形玻璃制造壓模玻璃料滴。首先，通過(guò)刻線在待分裂的圓棒形玻璃部分內(nèi)該圓棒形玻璃圓周表面上形成標(biāo)記線。該圓棒形玻璃被插入壓力容器，使得形成標(biāo)記線的該部分置于該容器的中心。使用橡膠密封將該圓棒形玻璃夾在容器開口部分，其中該圓棒形玻璃沿中軸方向的移動(dòng)不受限制，將水灌注到該容器內(nèi)直到該容器充滿水為止，使得不會(huì)包含任何氣泡。
在上述狀態(tài)中，容器中水壓增大到約20MPa，從而沿與該圓棒形玻璃中軸垂直的方向分裂該玻璃。按照上述方式以預(yù)定間隔分裂該圓棒形玻璃，從而獲得切片。
接著，滾筒拋光這些切片，使得各個(gè)切片的重量約等于目標(biāo)壓模制品的重量，并使銳利的邊緣變得圓滑。這些切片被表面粗糙化以得到壓模玻璃料滴。
示例3研磨并拋光示例2中制備的切片，從而得到分別具有光滑表面的壓模玻璃料滴。
示例4包含氮化硼的粉末脫模劑被均勻地涂敷到示例2中制備的各個(gè)壓模玻璃料滴的整個(gè)表面上，各個(gè)壓模玻璃料滴被獨(dú)立地引入加熱爐，且在移動(dòng)各個(gè)料滴的同時(shí)在該爐內(nèi)氣氛中受熱而軟化。
按照下述方式壓模這些軟化的料滴以得到光學(xué)元件坯料。即，軟化的玻璃料滴被引入具有上模型部件、下模型部件以及套筒的壓模內(nèi)，并在氣氛中壓模該玻璃料滴，打開該模型并取出壓模制品，該壓模制品置于逐漸冷卻爐內(nèi)，經(jīng)過(guò)精確退火并冷卻到室溫以得到光學(xué)元件坯料。
研磨并拋光由此得到的坯料，從而得到由光學(xué)玻璃1至9制成的球面透鏡。
在這些透鏡內(nèi)既沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反玻璃化也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)條紋，由此獲得了光學(xué)均勻的光學(xué)元件。
示例5在示例3中制備的各個(gè)壓模玻璃料滴的整個(gè)表面上形成碳薄膜，在包含氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w氣氛中單獨(dú)地加熱各個(gè)料滴，并通過(guò)在由SiC制成的模型材料的模型表面上形成用作脫模膜的碳薄膜，使用壓模進(jìn)行精確壓模。于是該精確壓模的制品逐漸冷卻，從而得到由光學(xué)玻璃1至9制成的球面透鏡。
在這些透鏡內(nèi)既沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反玻璃化也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)條紋，由此獲得了光學(xué)均勻的光學(xué)元件。
示例6通過(guò)橫向壓力切割方法沿垂直于中軸方向的方向分裂示例1中制備的各個(gè)經(jīng)過(guò)精確退火的圓棒形玻璃，由此得到切片。研磨拋光這些切片而得到由光學(xué)玻璃1至9制成的球面透鏡。
在這些透鏡內(nèi)既沒(méi)有發(fā)現(xiàn)反玻璃化也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)條紋，由此獲得了光學(xué)均勻的光學(xué)元件。
工業(yè)用途本發(fā)明的光學(xué)玻璃不基于PbO而具有大于等于2.000的非常高的折射率(nd)，并具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。該光學(xué)玻璃可制成壓模玻璃料滴、光學(xué)元件坯料以及光學(xué)元件。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，其基本成分包含從La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3中選擇的至少一種氧化物、從MgO、CaO、SrO和BaO中選擇的至少一種氧化物、及B2O3，且備選地包含SiO2，其中基于質(zhì)量，(a)B2O3和SiO2的總含量為1至25％，(b)B2O3和SiO2的總含量與La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3的總含量之比，即(B2O3+SiO2)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)，為0.05至0.3，以及(c)MgO、CaO、SrO和BaO的總含量與La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、TiO2、Nb2O5和WO3的總含量之比，即(MgO+CaO+SrO+BaO)/(La2O3+Gd2O3+Y2O3+Yb2O3+TiO2+Nb2O5+WO3)，為0.1至0.4，該光學(xué)玻璃的折射率(nd)不小于2.000，阿貝數(shù)(vd)不大于27。
2.權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)玻璃，根據(jù)質(zhì)量百分比，該光學(xué)玻璃包含總含量為25％至45％的La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3，18至38％的TiO2，5至15％的Nb2O5，0至7％的WO3，總含量為0至10％的MgO、CaO和SrO，以及7至17％的BaO。
3.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃包含質(zhì)量百分比為2至10％的ZrO2。
4.權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃包含質(zhì)量百分比為1至15％的B2O3和質(zhì)量百分比為0至10％的SiO2。
5.權(quán)利要求4所述的光學(xué)比例，其中SiO2與B2O3基于質(zhì)量的含量比例即SiO2/B2O3為0.3至2。
6.權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃包含質(zhì)量百分比為25至40％的La2O3。
7.權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃，其中Nb2O5與TiO2基于質(zhì)量的含量比例即Nb2O5/TiO2大于等于0.1且小于0.5。
8.由權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃制成的壓模玻璃料滴。
9.一種光學(xué)元件坯料，該光學(xué)元件坯料由光學(xué)玻璃制成，通過(guò)研磨和拋光用于制造光學(xué)元件，其中該光學(xué)玻璃為權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃。
10.由權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。
11.由權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃形成的玻璃成型材料的制造過(guò)程，該過(guò)程包含提供具有通孔的模型，該通孔具有入口和出口；致使熔融玻璃液流從該入口流入所述通孔從而用該熔融玻璃液流填充所述通孔；以及從該通孔的出口連續(xù)地取出在所述通孔內(nèi)成型的玻璃材料。
12.一種壓模玻璃料滴的制造過(guò)程，該過(guò)程包含加工由權(quán)利要求11所述的制造過(guò)程制造的玻璃成型材料。
13.一種光學(xué)元件的制造過(guò)程，該過(guò)程包含加工由權(quán)利要求11所述的制造過(guò)程制造的玻璃成型材料。
全文摘要
可以獲得具有非常高折射率及優(yōu)良穩(wěn)定性且不基于PbO的光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃的基本成分包含從La
文檔編號(hào)C03C3/062GK1896022SQ20061010568
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤宙央 申請(qǐng)人:Hoya株式會(huì)社