專利名稱：一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)玻璃技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種主要用于球面和非球面的精密壓型的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃。
背景技術(shù)：
低熔點玻璃就是指轉(zhuǎn)變溫度(Tg)比較低的玻璃，主要用于球面和非球面的精密壓型，有利于降低壓型溫度，延長模具的使用壽命?，F(xiàn)有的該類玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg) —般在 550°C以上，這會使玻璃具有較高的軟化溫度(Tf)和壓型溫度，而較高的壓型溫度會使模具容易被氧化和損壞壓型模具的表面，減小模具的使用周期，從而增加了壓型成本，而具有較高軟化溫度(Tf)的玻璃也不適合做為壓制成型后無需磨削和研磨而直接制成光學(xué)元件的模壓用玻璃。鑒于上述原因，用于壓型的玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(Tf)越低越好。專利CN 1480420A中所公開的玻璃與本發(fā)明屬于同類玻璃，但在組成方面與本發(fā)明有較大差別首先，其組分中含有不小于1%的Gd2O3和YO3，與本發(fā)明的保護范圍不同，并且二者都為鑭系氧化物，引入后會使玻璃的熱穩(wěn)定性有變差的趨勢，從而會使玻璃在壓制型件過程中的失透趨勢增大。其次，CN 1480420A中BaO的含量低于5%，也與本發(fā)明的的保護范圍不同，低于5%的BaO也不能保證本發(fā)明中的轉(zhuǎn)變溫度在520°C以下的目的要求。同時，CN 1480420A中所公開玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)上限為560°C，而在本發(fā)明中對轉(zhuǎn)變溫度的要求在520°C以下，更低的轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度更有利于降低壓型溫度、延長模具的使用壽命，能夠更好地實現(xiàn)低熔點玻璃發(fā)明的目的要求。專利CN 116U97C提供的玻璃與本發(fā)明屬于同類玻璃，但在玻璃組成方面與本發(fā)明有很大差別與本發(fā)明17% 36%的保護范圍不同，其大于45%的SW2會增加玻璃的熔煉難度，熔煉時坩堝堝壁上更容易出現(xiàn)不易熔化的塊狀物，使進入玻璃內(nèi)的組分不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。另外，其大于20%的BaO和小于1%的TW2也與本發(fā)明的保護范圍不同，過多的BaO會使能夠滿足預(yù)定光性的成玻璃區(qū)域變小，過少的TiO2則會在調(diào)整折射率和色散的匹配程度方面失去靈活性。專利CN 1201019A公開的玻璃與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其對折射率的要求在 1.60以下，與本發(fā)明的保護范圍不同。CN 1201019A在玻璃組成方面也與本發(fā)明有很大差別與本發(fā)明17% 36%的保護范圍不同，其大于50%的SW2會增加玻璃的熔煉難度，熔煉時坩堝堝壁上更容易出現(xiàn)不易熔化的塊狀物，使進入玻璃內(nèi)的組分不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。另外，其大于24%的BaO也與本發(fā)明的保護范圍不同，過多的BaO會使能夠滿足預(yù)定光性的成玻璃區(qū)域變小。專利CN 1038834C中所公開的玻璃與本發(fā)明屬于同類玻璃，但在組成方面與本發(fā)明有較大差別首先，其組分中含有不小于5%的SrO，與本發(fā)明的保護范圍不同，并且較多 SrO會逐漸使玻璃的耐失透性降低，引入后會使玻璃的液相溫度(Lt)升高，使玻璃的熱穩(wěn)定性變差，在壓制型件過程中更容易失透。其次，CN 1038834C中BaO的含量低于9%，也與本發(fā)明的的保護范圍不同，并且低于9%的BaO也不能保證本發(fā)明中的轉(zhuǎn)變溫度在520°C以下的目的要求。同時，CN 1038834C中所公開的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)上限為600°C，而在本發(fā)明中對轉(zhuǎn)變溫度的要求在520°C以下，更低的轉(zhuǎn)變溫度和軟化溫度更有利于降低壓型溫度、 延長模具的使用壽命，能夠更好地實現(xiàn)低熔點玻璃發(fā)明的目的要求。專利CN1817809A中所公開的玻璃與本發(fā)明屬于同類玻璃，但在組成方面與本發(fā)明有較大差別，與本發(fā)明17% 36%的保護范圍不同，其大于37%的SiO2會增加玻璃的熔煉難度，熔煉時坩堝堝壁上更容易出現(xiàn)不易熔化的塊狀物，使進入玻璃內(nèi)的組分不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。另外，CN1817809A中大于24%的BaO也與本發(fā)明的保護范圍不同， 過多的BaO會使能夠滿足給定光性的成玻璃區(qū)域變小。專利CN1930098A、CN1827544A中所公開的低熔點玻璃則在玻璃組成、應(yīng)用領(lǐng)域與用途、關(guān)注和要求的光學(xué)性能等方面與本發(fā)明有著明顯區(qū)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種不含鉛、鎘、鉍、砷及氟化物的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃， 該低熔點光學(xué)玻璃具有更低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(Tf)，這更有利于降低壓型溫度、 延長模具的使用壽命。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃，其特征是其組分范圍按重量百分比以化合物計含有=SiO2 17 36% ；B2O3 18 38% ；Li2O 5 12% ； Σ Na2CHK2O 0 8% ；La2O3 :1 6 ；Al2O3 0 1. 5% ；BaO 5 18% ；SrO 0 5% ；CaO 3 10% ； ZnO 3 12% ；TiO2 0 4% ；Sb2O3 0 1%，各組分范圍包含邊界值，各組分之和為100%。本發(fā)明提供的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃因?qū)嶋H應(yīng)用的要求應(yīng)該盡可能的提高玻璃的透過率，最好為淡色調(diào)或無色，因此，本發(fā)明中不人為引入除上述組分以外的其它可以著色的元素。本發(fā)明提供的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃還可以含有除上述組分以外的、不損害本發(fā)明目的量的其它成分，如MgO、ZrO, Nb2O5等。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的Li20、Na2O與K2O之和在5% 16%以內(nèi)，BaO、SrO 與CaO之和在12% 以內(nèi)。本發(fā)明技術(shù)解決方案中所述的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃轉(zhuǎn)折射率在1. 59 1. 62之間，色散系數(shù)在53 59之間，轉(zhuǎn)變溫度Tg在520°C以下，軟化溫度Tf在580°C以下。低的Tg和Tf更有利于降低壓型溫度、延長模具的使用壽命。本發(fā)明提供的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃主要用于球面和非球面光學(xué)型件的加工和壓型，使用時通過切割、研磨和表面拋光或者直接通過精密壓型技術(shù)壓制為各種光學(xué)型件， 用在各類應(yīng)用透射、折射、反射以及光柵衍射原理的光學(xué)儀器的光學(xué)系統(tǒng)中，如球面透鏡、 非球面透鏡、柱面透鏡、衍射光柵和棱鏡等等。本發(fā)明提供的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃具有足夠低的液相溫度(Lt)，在進行壓型或退火的過程中不乳濁、不析晶。在本發(fā)明制得的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃中，由下面所述原因選擇上述含量的每種組分。SiO2是玻璃的網(wǎng)絡(luò)生成體，是保持玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的必需成分，在本發(fā)明中合適的含量為17 36%。若SiO2含量少于17%，會使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性變差，在制得型件使用和長時間保存的過程中容易留下水侵蝕痕跡。而若其含量大于36%，則會使制得的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)變高，不易達到本發(fā)明中低熔點的目的要求(Tg在520°C以下)。因此，SiO2組分的含量限定在17 36%，優(yōu)選在20 35%?；?3也是玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體，是獲得玻璃低折射、低色散的必需成分，若氏03含量少于18%，會使制得的玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)會變高，且不能理想的獲得本發(fā)明中對光學(xué)常數(shù)，而若化03含量大于38%，則會因其揮發(fā)性而增大制成均質(zhì)玻璃的難度，并且玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會變差。因此，化03組分的含量限定在18 38%，優(yōu)選在對 3洲。Li2O, Na2O和K2O同作為堿金屬氧化物，在作用上有相似之處，其主要作用是助溶齊U，降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(Tf)，同時對玻璃膨脹系數(shù)的調(diào)整也是不可缺少的。Li2O是降低玻璃的軟化溫度(Tf)，增加玻璃的高溫熔融性的必要成分。當(dāng)其含量小于5%時，玻璃的軟化點較高，壓制光學(xué)型件困難，但其量大于12%，則會使玻璃的液相溫度(Lt)大幅提高，這會導(dǎo)致壓制型件時玻璃容易失透。所以Li2O的量應(yīng)控制在在5 12%以內(nèi)，優(yōu)選5 10%。Na2O和K2O在本發(fā)明中可以少量引入或不引入，二者性質(zhì)基本相同，且與 Li2O相似，但二者在降低玻璃軟化溫度(Tf)方面的效果不及Li2O明顯，妝20和1(20在一定范圍內(nèi)可以互相置換，在本發(fā)明中二者有輔助Li2O降低軟化溫度(Tf)的作用，并且使玻璃在膨脹系數(shù)的調(diào)節(jié)上更為靈活，但當(dāng)Na2O和K2O的總含量高于8%時，則會使玻璃的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性變差。所以Σ Na2CHK2O在0 8%為宜，而Σ (Li20+Na20+K20)應(yīng)控制在5 16% 以內(nèi)，優(yōu)選在8 14%。La2O3可以提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，并且在調(diào)整玻璃光學(xué)常數(shù)時有效，但其含量高于6%時玻璃的折射率(nd)難以達到本發(fā)明中需要的范圍，且會使玻璃的液相溫度(Lt)升高，使玻璃的熱穩(wěn)定性變差，而其含量少于1%時，對提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性不明顯。因此， La2O3的量應(yīng)控制在廣6%以內(nèi)，優(yōu)選在2 5%。Al2O3是提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性的有效成分，但含量高于1. 5%則會使玻璃高溫粘度逐漸變大，使玻璃的軟化溫度(Tf)逐漸變高。因此，Al2O3組分的含量限定在(Tl. 5%，優(yōu)選在0 1%。BaO的引入使玻璃可以保持低熔點的特性，同時也是為了方便調(diào)整光學(xué)常數(shù)引入的。其含量小于5%，難以獲得本發(fā)明預(yù)定的光學(xué)參數(shù)，但如果BaO含量超過18%，則會逐漸使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性變差。另外，BaO是環(huán)境負擔(dān)型物質(zhì)，在不影響玻璃特性的情況下應(yīng)該盡可能少引用或不引用。因此，BaO組分的含量限定在5 18%，優(yōu)選在纊14%。SrO可以使玻璃的高溫粘度降低，使玻璃更易熔煉。但如果SrO含量超過5%，則會逐漸使玻璃的耐失透性降低，同時使玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性變差。因此，SrO組分的含量限定在 0 5%，優(yōu)選在0 3%。CaO是可以提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性的有效成分，并且在一定范圍內(nèi)對提高玻璃的熱穩(wěn)定性也有效，同時具有減小高溫粘度、增大低溫粘度的作用。但其含量小于3%時，這些效果是很弱的，而大于10%時則會使玻璃的耐失透性明顯降低。因此，CaO組分的含量限定在;Γ10%，優(yōu)選在4 8%。BaO, SrO和CaO性質(zhì)相似，都可以降低玻璃熔煉粘度、增大出爐粘度，在一定范圍內(nèi)，都是有利于提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性的成分，在一定量內(nèi)可相互替換。鑒于上
5述原因，Σ (BaO+SrO+CaO)應(yīng)控制在12 對％，優(yōu)選在13 16%。ZnO是降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和軟化溫度(Tf)的有效成分，在這方面與Li2O同時使用效果更佳，同時ZnO也是提高玻璃熔融性的重要成分，并且可以增加玻璃的耐水性， 基于這些優(yōu)點，ZnO對于本發(fā)明是不可或缺的。ZnO與BaO、SrO, CaO 一樣具有調(diào)整光學(xué)常數(shù)的作用，在本發(fā)明中其含量小于3%時則不能滿足本發(fā)明中低軟化點的特性，并且玻璃的耐水性也無法滿足要求，而其含量若高于12%，將使玻璃的液相溫度升高、失透趨勢增大。因此ZnO組分的含量限定在3 12%，優(yōu)選在4 9%。TiO2主要是是為了使玻璃的折射率和色散更容易達到平衡而添加的，其含量在4% 以內(nèi)就可以滿足要求，并且其含量過高會增大玻璃著色，因此TW2組分含量限定在0、％， 優(yōu)選在廣3%。Sb2O3可作為除泡劑任意添加，但其含量在以內(nèi)就足夠了，而且Sb2O3若超過 1 %玻璃著色度將變大。因此Sb2O3組分含量限定在(Tl %，優(yōu)選在(To. 5%。為保證本發(fā)明所壓制的型件的光譜透過率，本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃不人為引入除以上組分以外的其它可以著色的元素v、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Ag。同時，也不人為引入含有以下有害元素的化合物As、Th、Cd、Tl、Os、Beje及氟化物。根據(jù)本發(fā)明的玻璃組成范圍，可制得一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃。該低熔點光學(xué)玻璃具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，使用時通過切割、研磨和表面拋光或者通過精密壓型技術(shù)直接壓制成型后無需磨削或研磨制成光學(xué)元件的模壓用玻璃，其工藝性能優(yōu)良， 模具剝離性好，適合批量進行熔煉和壓型生產(chǎn)。本發(fā)明主要用于球面和非球面的精密壓型的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃。
具體實施例方式表1 2中實施例1 8是本發(fā)明用于說明獲得本發(fā)明中的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃的典型實驗。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃，其特征是其組分范圍按重量百分比以化合物計含有17 36% ；B2O3 18 38% ；Li2O 5 12% ； Σ Na2CHK2O 0 8% ；La2O3 :1 6 ；Al2O3 0 1. 5% ；BaO 5 18% ；SrO 0 5% ；CaO 3 10% ； ZnO 3 12% ；TiO2 0 4% ；Sb2O3 0 1%，各組分范圍包含邊界值，各組分之和為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃，其特征是所述的Li2CKNii2O與 K2O之和在5% 16%以內(nèi)，BaO、SrO與CaO之和在12% 24%以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃，其特征是所述的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃的折射率在1. 59 1. 62之間，色散系數(shù)在53 59之間，轉(zhuǎn)變溫度Tg在 5200C以下，軟化溫度Tf在580°C以下。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為一種環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃。屬于光學(xué)玻璃技術(shù)領(lǐng)域。它主要是解決現(xiàn)有低熔點光學(xué)玻璃含有不環(huán)保組分和轉(zhuǎn)變溫度Tg、軟化溫度Tf高的問題。其特征是其組分范圍按重量百分比以化合物計含有SiO217～36%；B2O318～38%；Li2O5～12%；∑Na2O+K2O0～8%；La2O31～6；Al2O30～1.5%；BaO5～18%；SrO0～5%；CaO3～10%；ZnO3～12%；TiO20～4%；Sb2O30～1%，各組分范圍包含邊界值，各組分之和為100%。本發(fā)明具有折射率nd在1.59～1.62之間，色散系數(shù)vd在53～59之間，轉(zhuǎn)變溫度Tg在520℃以下，軟化溫度Tf在580℃以下的光學(xué)特性，主要用于球面和非球面的精密壓型的環(huán)保型低熔點光學(xué)玻璃。
文檔編號C03C3/068GK102476915SQ20101055450
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者張衛(wèi), 霍金龍 申請人:湖北新華光信息材料有限公司