專利名稱：光學(xué)玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種光學(xué)玻璃，具體是涉及一種折射率(nd)在I. 90 I. 92之間，阿貝數(shù)(vd)在33 36之間的鑭系光學(xué)玻璃。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了滿足高檔數(shù)碼產(chǎn)品高像素、小型輕便的要求，具有高折射、低色散等優(yōu)點(diǎn)的鑭系類光學(xué)玻璃的需求越來(lái)越大。由高折射率、低色散性的玻璃形成的透鏡當(dāng)與高折射率、高色散性的玻璃形成的透鏡組合時(shí)能夠降低光學(xué)系統(tǒng)的尺寸，同時(shí)能夠降低色差，因此這種透鏡作為構(gòu)成圖像傳感系統(tǒng)或者諸如投影儀的投影光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)元件占據(jù)重要的位置。專利CN 101337768A中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其組分中含有6%以上的Gd2O3作為必要成分，與本發(fā)明所保護(hù)的范圍不同，此外還含有6%以上的Ta2O5, Gd2O3,Ta2O5價(jià)格昂貴，這會(huì)造成玻璃成本的大幅提高。專利CN 101239780A中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其組分中含有12 36%的ZnO，過(guò)多的ZnO會(huì)使玻璃耐失透性和化學(xué)穩(wěn)定性變差。專利CN 1944299A中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其組分中含有20%以上的B2O3，過(guò)多的B2O3引入玻璃中會(huì)造成玻璃粘度降低，不利于成型，且與本發(fā)明所保護(hù)的范圍不同；另外CN 1944299A中還含有22%以上的ZnO，過(guò)多的ZnO會(huì)使玻璃耐失透性和化學(xué)
穩(wěn)定性變差。專利CN 101012103A中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其權(quán)利要求中要求B2O3含量> SiO2含量，與本發(fā)明所保護(hù)的范圍不同。專利CN 100352781C中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其含有作為必要組分的Li2O成分，Li2O會(huì)對(duì)熔煉裝置有侵蝕作用并且會(huì)破壞玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、使玻璃析晶性能變差，這不符合本發(fā)明的目的要求。專利CN 1472154A中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其含有I 8%的SiO2和13 19. 5%的B2O3，與本發(fā)明的保護(hù)范圍有所不同。專利CN 101932533A中所公開(kāi)的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其權(quán)利要求I中要求Si02/B203彡1，這與本發(fā)明所保護(hù)的范圍有所不同。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鑭系光學(xué)玻璃，具體是提供一種折射率(nd)在I. 90 I. 92之間，阿貝數(shù)(vd)在33 36之間的鑭系類光學(xué)玻璃，并且要求該玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、析晶性能足夠好，玻璃價(jià)格也足夠低，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 用于解決問(wèn)題的方案本發(fā)明的技術(shù)解決方案是以Si02、B203、La203、Y203、Zr02、Zn0、Nb205、Ti02 為主要成分的，不含釷、鎘、神的光學(xué)玻璃。折射率(nd)在I. 90 I. 92之間，阿貝數(shù)(vd)在33 36之間。以氧化物的質(zhì)量百分比含量計(jì)，所述光學(xué)玻璃包含8 14%的Si02、5 10%的B2O3、38 46% 的 La2O3、8 14% 的 Y2O3、7 13% 的 Nb2O5、4 8% 的 ZrO2、4 8% 的 ZnO、4 8%的TiO2,含作為任選成分的O 6%W03、0 5%Gd203、0 5%的Ta205、0 4%的B a0和O 1%的Sb2O3，上述成分的總含量為100%。本發(fā)明所述的光學(xué)玻璃，在400nm或更小處顯示出λ 7。。本發(fā)明所述的光學(xué)玻璃，其中Σ (La203+Gd203+Y203)在50%至60%之間。本發(fā)明所述的光學(xué)玻璃，其中不含有Li20、Yb203、PbO和氟化物成分。本發(fā)明還涉及ー種光學(xué)元件，其由上述的光學(xué)玻璃制成。
發(fā)明的效果本發(fā)明的玻璃化學(xué)穩(wěn)定性、析晶性能足夠好，玻璃價(jià)格也足夠低，容易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。玻璃中不含有對(duì)熔煉裝置有侵蝕作用的Li2O和在近紅外波段有吸收峰的Yb2O3成分。另外，本發(fā)明中不含有環(huán)境有害物質(zhì)PbO以及環(huán)境有害物質(zhì)且易揮發(fā)的氟化物成分。
具體實(shí)施例方式在本發(fā)明制得的鑭系光學(xué)玻璃中，由下面所述的原因選擇上述含量的每種組分。如下所述中，各組分的含量是以質(zhì)量百分比(質(zhì)量％)來(lái)表示的。B2O3在鑭系玻璃中是玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體，同時(shí)B2O3還可以提高玻璃的熔化性能、提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)B2O3含量少于5%吋，玻璃的熔化性能和穩(wěn)定性會(huì)變差，而當(dāng)其含量大于10%時(shí)，玻璃粘度變小，表面容易產(chǎn)生析晶層。所以，B2O3的含量控制在5% 10%之間，優(yōu)選控制在6% 9%之間。SiO2在鑭系玻璃中是玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體，同時(shí)可以提高玻璃高溫粘度，在本發(fā)明中添加可以提高玻璃耐失透性、化學(xué)穩(wěn)定性、以及玻璃的機(jī)械性能。其含量低于8%吋，效果不明顯，但其量高于14%時(shí)，玻璃的耐失透性反而會(huì)變差，同時(shí)會(huì)使玻璃不易熔煉、轉(zhuǎn)變溫度升高，從而不利于玻璃模壓成型。所以，SiO2的含量控制在8% 14%之間，優(yōu)選控制在8% 13%之間。本發(fā)明的玻璃中，除了要求B2O3和SiO2的含量在上述范圍之內(nèi)，還要求SiO2的含量要大于B2O3的含量。否則，玻璃的析晶性能、化學(xué)穩(wěn)定性能無(wú)法滿足需要。La2O3具有相對(duì)較高的折射率和較低的色散，是鑭系高折射率玻璃的主要成分之一，這種光學(xué)特點(diǎn)使其與Y203、Nb205 —起調(diào)節(jié)玻璃的光學(xué)常數(shù)，這樣的組合調(diào)整方式更有利于光學(xué)玻璃折射率與色散的匹配，La2O3的量小于38%時(shí)則難以較好地實(shí)現(xiàn)以上優(yōu)點(diǎn)，而其含量大于46%時(shí)則會(huì)使玻璃的析晶性能逐漸變差。所以，La2O3的含量控制在38% 46%之間，優(yōu)選控制在40% 45%之間。Y2O3與La2O3性能一致，具有較高的折射率和較低的色散，并改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，而不降低玻璃抗失透穩(wěn)定性、以及不増加色散。但其含量超過(guò)14%后，玻璃的析晶性能則會(huì)逐漸變差，含量低于8%吋，產(chǎn)生不了充分的效果。所以Y2O3的含量控制在8% 14%以下，優(yōu)選控制在9% 13%之間。Gd2O3與Y203、La203性能一致，具有較高的折射率和較低的色散，并改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，但其價(jià)格較高，含量引入過(guò)多時(shí)會(huì)大大提高玻璃的成本，所以Gd2O3的含量應(yīng)控制在5%以下，優(yōu)選不含。ZrO2具有改善光學(xué)常數(shù)、提高耐失透性和化學(xué)穩(wěn)定性的作用，在鑭系玻璃中還可以起到提高折射率和降低色散的作用。在本發(fā)明中為必要添加組分，但其含量不足4%吋，效果不明顯，而當(dāng)其含量大于8%吋，玻璃的析晶性能會(huì)變差。所以，ZrO2的含量控制在4% 8%之間，優(yōu)選控制在5% 7%之間。Nb2O5具有提高折射率、改善化學(xué)穩(wěn)定性和析晶性能的作用。在本發(fā)明中，當(dāng)其量小于7%時(shí)，這種效果不明顯，而當(dāng)其量超過(guò)13%時(shí)，玻璃的析晶性能反而會(huì)逐漸變差，并且不易達(dá)到本發(fā)明預(yù)期的光學(xué)性能。所以Nb2O5的含量控制在7% 13%之間，優(yōu)選控制在8% 12%之間。ZnO可以降低玻璃的析晶傾向，并且具有助熔的性能，在本發(fā)明中，當(dāng)其量小于4%時(shí)，這種效果不明顯，而其含量超過(guò)8%后，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性將逐漸變差。所以ZnO的含量 控制在4% 8%之間，優(yōu)選控制在5% 7%之間。TiO2可以有效提高玻璃的折射率和色散，少量引入可以更為靈活的調(diào)整折射率和色散的匹配性，但若引入較多則會(huì)使玻璃著色加深。所以TiO2的含量控制在8%以下，優(yōu)選控制在4% 8%之間。Ta2O5是作為獲得高折射率和低得色散性能的成分引入的。在本發(fā)明中，當(dāng)引入少量Ta2O5時(shí)，其具有不降低玻璃折射率而增加玻璃抗失透性能穩(wěn)定性的效果，由于其價(jià)格較高，引入量過(guò)多時(shí)也會(huì)大幅提高玻璃的成本。因此Ta2O5含量控制在5%以下，同時(shí)優(yōu)選控制在0% 3%之間。WO3可以提高玻璃的折射率和色散，少量引入可以更為靈活的調(diào)整折射率和色散的匹配性，同時(shí)具有改變玻璃析晶性能的作用，但其含量超過(guò)6%時(shí)玻璃短波段的透過(guò)率會(huì)逐漸變差。所以WO3的含量控制在6%以下，優(yōu)選不含。BaO少量添加可以調(diào)整玻璃微觀結(jié)構(gòu)，使玻璃化學(xué)穩(wěn)定性更好，但其總含量在4%以上時(shí)，對(duì)玻璃網(wǎng)絡(luò)的破壞作用逐漸加強(qiáng)，從而使玻璃的析晶性能逐漸變差。所以其總量控制在4%以下，優(yōu)選不含。Sb2O3可作為除泡劑任意添加，但其含量在1%以內(nèi)就足夠了，而且Sb2O3若超過(guò)I %玻璃著色度將變大。因此Sb2O3組分含量限定在(Tl %，優(yōu)選控制在(To. 5%。為保證本發(fā)明所壓制的型件的光譜透過(guò)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(shí)，也不人為引入含有以下有害元素的化合物Th、Cd、Tl、Os、Be、Se及氟化物。另外，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)要求，本發(fā)明強(qiáng)調(diào)不含會(huì)對(duì)熔煉裝置有侵蝕作用并且會(huì)破壞玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、使玻璃析晶性能變差的Li2O成分和在近紅外波段有吸收峰的Yb203。實(shí)施例表I和表2中實(shí)施例I 16是本發(fā)明用于說(shuō)明獲得折射率(nd)在I. 90 I. 92之間，阿貝數(shù)(vd)在33 36之間的鑭系光學(xué)玻璃的典型實(shí)驗(yàn)。根據(jù)下列表I 2中提供的比例計(jì)算、稱量、混合這些原料，并將制作的配合料投入熔煉裝置中(鑒于本發(fā)明的應(yīng)用要求，熔煉裝置需要采用鉬金坩堝)，然后在1340°C 1420°C采取適當(dāng)?shù)臄嚢?、澄清、降溫エ藝進(jìn)行熔煉后，澆注或漏注在成型模具中。最后經(jīng)退火、加工等后期處理，或者通過(guò)二次壓型技術(shù)壓制成型，即可制得這種環(huán)保型鑭系光學(xué)玻璃或光學(xué)型件。比較例根據(jù)表3中提供的比例計(jì)算、稱量、混合這些原料，進(jìn)行與上述實(shí)施例1-16相同的制備光學(xué)玻璃的方法，得到光學(xué)玻璃。性能測(cè)試I、耐水性Dw和耐酸性Da的測(cè)試按照GB/T 17129標(biāo)準(zhǔn)使用粉末法進(jìn)行測(cè)試。
2、λ 7。和 λ 5 的測(cè)試制作厚度為10±0. 1mm，具有經(jīng)光學(xué)研磨的相互平行的平面玻璃試樣，從與上述平面垂直的方向向該玻璃試樣射入強(qiáng)度為Iin的光線，采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定透射光線的強(qiáng)度U，將強(qiáng)度比U/iin稱為玻璃的外部透過(guò)率。在波長(zhǎng)20(T700nm的范圍，將外部透過(guò)率為80%的波長(zhǎng)記作λ8(ι、外部透過(guò)率為70%的波長(zhǎng)記作λ 7(|、外部透過(guò)率為5%的波長(zhǎng)記作入5。在波長(zhǎng)20(T700nm的范圍內(nèi)，在λ 80以上的波長(zhǎng)范圍得到了 80%以上的外部透過(guò)率，在λ 5以上波長(zhǎng)范圍內(nèi)得到了 5%以上的外部透過(guò)率。3、折射率nd和阿貝數(shù)u d的測(cè)試按照GB/T7962. 11-87標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)定。將實(shí)施例1-16和比較例A-E所制備得到的光學(xué)玻璃按照上述測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，所得結(jié)果不于表I、表2和表3中。表I
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，其中含有作為必要成分的Si02、B203、La2O3> ZrO2, Nb2O5, ZnO, Y2O3和TiO2,不含釷、鎘、砷，且滿足SiO2含量> B2O3含量，折射率nd為I. 90 I. 92，阿貝數(shù)vd為.33 36 ; 其中，以質(zhì)量％表示，包含作為必要成分的8 14%的Si02、5 10%的B203、38 46%的 La2O3、8 14% 的 Y2O3、7 13% 的 Nb2O5、4 8% 的 ZrO2、4 8% 的 Zn0、4 8% 的 TiO2，含作為任選成分的0 6%W03、0 5%Gd203、0 5%的Ta205、0 4%的BaO和0 1%的Sb2O3,上述成分的總含量為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光學(xué)玻璃，其特征在于該光學(xué)玻璃在400nm或更小處顯示出入70。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光學(xué)玻璃，其中E(La203+Gd203+Y203)在50%至60%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光學(xué)玻璃，其中不含有Li20、Yb203、Pb0和氟化物成分。
5.一種光學(xué)兀件，其由權(quán)利要求I 4任何一項(xiàng)所述的光學(xué)玻璃制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適宜生產(chǎn)及二次壓型的高折射低色散鑭系光學(xué)玻璃。該高折射低色散鑭系光學(xué)玻璃含有作為必要成分的SiO2、B2O3、La2O3、ZrO2、Nb2O5、ZnO、Y2O3和TiO2，含有作為任選成分的0～1wt%Sb2O3，不含釷、鎘、砷，且滿足SiO2含量＞B2O3含量，折射率(nd)在1.90～1.92之間，阿貝數(shù)(vd)在33～36之間。
文檔編號(hào)C03C3/068GK102674691SQ20121014098
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者趙仲勛 申請(qǐng)人:湖北新華光信息材料有限公司