精密模壓用光學(xué)玻璃、玻璃預(yù)制件、光學(xué)元件及光學(xué)儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高折射、低色散的精密模壓用光學(xué)玻璃，以及由該光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制件、光學(xué)元件和光學(xué)儀器。精密模壓用光學(xué)玻璃，其重量百分比組成含有：SiO2?1～10%、B2O3?10～25%、La2O3?15～35%、Gd2O3?10～35%、ZnO1～20%，LaF3、GdF3和YF3中的至少一種，其折射率為1.75～1.82，阿貝數(shù)為45～52。本發(fā)明采取與稀土元素結(jié)合的方式引入F-，可以達(dá)到本發(fā)明所要求的低色散性能，同時提高玻璃的均勻性和一致性；通過合理設(shè)計Li2O、ZnO、F的組合比例，可以有效提升本發(fā)明玻璃的穩(wěn)定性，提高玻璃的質(zhì)量水平，降低本發(fā)明玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，以利于模壓成型。
【專利說明】精密模壓用光學(xué)玻璃、玻璃預(yù)制件、光學(xué)元件及光學(xué)儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃，特別是涉及一種折射率為1.75~1.82、阿貝數(shù)為45~52的精密模壓用光學(xué)玻璃，以及由該光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制件、光學(xué)兀件和光學(xué)儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，各類光電產(chǎn)品日益追求小型化、高性能多功能化，這就要求光學(xué)系統(tǒng)中使用的透鏡等光學(xué)元件也要求小型化、輕量化。由于使用非球面元件能很好的消除球差，減少光學(xué)元件的數(shù)量，因此在光學(xué)設(shè)計中，使用非球面元件已成為主流。
[0003]在非球面成型中，常用的方法是精密模壓成型。所謂精密模壓成型，就是在一定的溫度、壓力下，用具有預(yù)定產(chǎn)品形狀的高精密模具模壓玻璃預(yù)制件，從而獲得具有最終產(chǎn)品形狀并具有光學(xué)功能面的玻璃制品。采用精密模壓技術(shù)制造的非球面透鏡通常不用再進(jìn)行研磨拋光，從而降低了成本，提高了產(chǎn)率。在進(jìn)行精密模壓成型時，為了將高精密的模面復(fù)制在玻璃成型品上，需要在高溫下加壓成型玻璃預(yù)制體，這時成型模暴露在高溫中且被施以較高的壓力，即使處于保護(hù)氣氛中，壓型模具表面`模層依然容易被氧化侵蝕。精密模壓成型中，如果頻繁的更換價格不菲的高精度模具，就不能實(shí)現(xiàn)低成本高產(chǎn)率的目的。為了延長模具的使用壽命，減少高溫環(huán)境對成型模具的損傷，則需要盡可能的降低壓型溫度。因此，開發(fā)具有盡可能低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的光學(xué)玻璃就成了光學(xué)材料開發(fā)人員的目標(biāo)。
[0004]綜上所述，在光學(xué)玻璃行業(yè)中，從光學(xué)設(shè)計的有用性的觀點(diǎn)看，非常需要具有高折射率和具有低色散、低轉(zhuǎn)變溫度的適于精密模壓成型的光學(xué)玻璃。
[0005]日本專利申請?zhí)卦S公開2002-128539公開了一種高折射、低色散的光學(xué)玻璃，由于玻璃中不含或者只含少量的ZnO或者F等能有效降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的組分，因此這種玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高，不適合用作模壓成型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高折射、低色散的精密模壓用光學(xué)玻璃，以及由該光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制件、光學(xué)元件和光學(xué)儀器。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:精密模壓用光學(xué)玻璃，其重量百分比組成含有:Si02 I ~10%、B2O3 10 ~25%、La2O3 15 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、ZnO I ~20%，LaF3> GdF3和YF3中的至少一種，其折射率為1.75~1.82，阿貝數(shù)為45~52。
[0008]進(jìn)一步的，其重量百分比組成為:SiO2 I~10%、B2O3 10~25%、La2O3 15~35%、Gd2O3 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
[0009]進(jìn)一步的，其中=SiO2 4~10%。
[0010]進(jìn)一步的，其中=La2O320 ~30%、Gd2O3 15 ~30%。
[0011]進(jìn)一步的，其中=B2O312 ~22%。
[0012]進(jìn)一步的，其中:Ta205I ~5%、ZrO2 I ~5%。[0013]進(jìn)一步的，其中=LaF3 5~13%。
[0014]進(jìn)一步的，其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
[0015]進(jìn)一步的，其中:YF3 3~8%。
[0016]進(jìn)一步的，其中:ZnO 3~12%。
[0017]進(jìn)一步的，其中=Li2O0.5 ~3%。
[0018]進(jìn)一步的，其中:(Li2CHZnO)/F-為0.5 ~4。
[0019]精密模壓用光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為=SiO2 I~10%、B2O3 10~25%、La2O315 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnOI ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
[0020]進(jìn)一步的，其中=SiO2 4~10%。
[0021]進(jìn)一步的，其中=La2O320 ~30%、Gd2O3 15 ~30%。
[0022]進(jìn)一步的，其中:B20312 ~22%。
[0023]進(jìn)一步的，其中:Ta2O5I ~5%、ZrO2 I ~5%。
[0024]進(jìn)一步的，其中=LaF3 5~13%。
[0025]進(jìn)一步的，其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
[0026]進(jìn)一步的，其中:YF3 3~8%。
[0027]進(jìn)一步的，其中:ZnO 3~12%。
[0028]進(jìn)一步的，其中=Li2O0.5 ~3%。
[0029]進(jìn)一步的，其中:(Li2CHZnO)/F-為0.5 ~4。
[0030]進(jìn)一步的，所述玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為590°C以下。
[0031]采用上述的精密模壓用光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
[0032]采用上述的精密模壓用光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。
[0033]采用上述的精密模壓用光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:采取與稀土元素結(jié)合的方式引入F_，可以達(dá)到本發(fā)明所要求的低色散性能，同時提高玻璃的均勻性和一致性；通過合理設(shè)計Li20、ZnO、F_的組合比例，可以有效提升本發(fā)明玻璃的穩(wěn)定性，提高玻璃的質(zhì)量水平，降低本發(fā)明玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，以利于模壓成型。本發(fā)明通過合理的組分設(shè)計，可以得到一種折射率為1.75~1.82、阿貝數(shù)為45~52、玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為590°C以下、密度為5.2以下且化學(xué)穩(wěn)定性Dw達(dá)到I級的精密模壓用光學(xué)玻璃。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的各個組分，除非另有說明，各個組分含量的比值是
用重量％表示。
[0036]SiO2是形成玻璃的網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物，加入一定量的SiO2可增大玻璃的高溫粘度，提高玻璃的耐失透性能。當(dāng)其含量低于1%時，效果不充分；當(dāng)其含量高于10%時，玻璃的熔融性變差，氣泡難以消除。因此，SiO2的含量限定為I~10%，更優(yōu)選含量為4~10%，最優(yōu)選含量是6~9%。
[0037]B2O3也是玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物，尤其是在高折射、低色散的鑭系光學(xué)玻璃中，B2O3是得到穩(wěn)定玻璃的主要組分。當(dāng)B2O3含量低于10%時，難以獲得性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃，耐失透性能不理想；但當(dāng)B2O3含量高于25%時，玻璃的折射率達(dá)不到設(shè)計目標(biāo)，同時玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會降低。由此，將B2O3的含量限定為10~25%，更優(yōu)選含量是12~22%，最優(yōu)選含量為15~20%ο
[0038]La2O3是高折射、低色散光學(xué)玻璃的主要成分，可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散，在本發(fā)明配方體系中，B2O3與La2O3的共同存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。但當(dāng)La2O3的含量低于15%時，不能獲得以上的效果，但當(dāng)其含量超過35%時，玻璃的析晶性能惡化，故將其含量限定為15~35%，更優(yōu)選的含量為20~30%，最優(yōu)選的含量為20~28%。
[0039]Gd2O3可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。用一定量的Gd2O3與La2O3混熔，可以提高玻璃的耐失透性能。但Gd2O3含量低于10%時效果不甚明顯，含量高于35%時反而會使得玻璃的耐失透性能惡化，因此將Gd2O3的含量限定為10~35%，更優(yōu)選的含量是15~30%，最優(yōu)選的含量是
20~27%。
[0040]F以LaF3、GdF3、YF3等稀土氟化物的方式引入。LaF3、GdF3能有效地調(diào)節(jié)玻璃的光學(xué)常數(shù)，但其含量過高工藝難度增加，耐失透性能降低，所以LaF3的優(yōu)選含量是O~15%，GdF3的優(yōu)選含量是O~12% ；YF3在玻璃中可有效調(diào)節(jié)玻璃光學(xué)常數(shù)，相對于LaF3、GdF3，YF3具有成本低且相對最穩(wěn)定地引入本發(fā)明所需的F的優(yōu)點(diǎn)，但其含量太低達(dá)不到以上效果，含量過高會影響玻璃的耐失透性。因此YF3含量范圍為I~10%，優(yōu)選為3~8%。而且本發(fā)明人通過的大量實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LaF3+GdF3+YF3合計總含量在5~27%時，有益效果更明顯，更優(yōu)選的合計含量范圍為7~24%，最優(yōu)選的合計含量為8~15%。
[0041]本發(fā)明中，優(yōu)選F含量范圍為2~7%。當(dāng)F—含量不足2%時，低色散性能難以達(dá)到，但當(dāng)其含量高于7%時，玻璃工藝難度增加，易在成型的玻璃塊料中產(chǎn)生條紋，同時影響玻璃的均勻性和一致性。
[0042]ZrO2能提高玻璃的黏度、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性，降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。ZrO2的含量超過10%時玻璃難熔，易失透，而且玻璃化學(xué)穩(wěn)定性惡化。因此ZrO2的含量優(yōu)選為O~10%，更優(yōu)選為I~5%。
[0043]Ta2O5是賦予光學(xué)玻璃高折射和低色散特性的組分，可以有效增強(qiáng)玻璃穩(wěn)定性，Ta2O5含量高，玻璃成本升高。因此Ta2O5的含量優(yōu)選為O~10%，更優(yōu)選為I~5%。
[0044]ZnO可以降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度。本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明配方體系中，適量引入ZnO可起到提高玻璃耐失透性能的作用，提高高折射低色散組分La203、Gd2O3的引入量，同時達(dá)到所需光學(xué)常數(shù)以及降低玻璃熔融溫度的優(yōu)異發(fā)明效果。但當(dāng)其含量不足1%時，達(dá)不到發(fā)明效果；若其含量超過20%，玻璃耐失透性和化學(xué)穩(wěn)定性變差，因此ZnO的含量優(yōu)選為I~20%，更優(yōu)選為3~12%。
[0045]RO組分能有效調(diào)整玻璃光學(xué)常數(shù)，其中，RO代表Ba0、Ca0和SrO中的一種或多種。因此，RO含量優(yōu)選控制在8%以下，更優(yōu)選5%以下，最優(yōu)選不加入。
[0046]Li2O可以有效降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度以及玻璃生產(chǎn)時的熔融溫度，同時還起到降低玻璃密度的有益效果，但當(dāng)其含量不足0.3%時效果不明顯，含量過高時又會使玻璃的耐失透性惡化，光學(xué)常數(shù)難以達(dá)到目標(biāo)，所以Li2O的優(yōu)選含量為O~5%，更優(yōu)選為0.5~3%。
[0047]發(fā)明人通過積極研究發(fā)現(xiàn)，通過Li20、Zn0和F的優(yōu)化組合既可以達(dá)到高折射低色散的目標(biāo)光學(xué)常數(shù)，有效降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，還可以大大改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，降低玻璃的熔融溫度，有效減少F的揮發(fā)從而獲得高質(zhì)量的玻璃材料。(Li2CHZnO) /F值為0.5~4時可以獲得上述發(fā)明效果，更優(yōu)選比值為1.5~3，最優(yōu)選比值為1.8~2.5。
[0048]可選地，在玻璃熔融過程中可以加入Sb2O3作為玻璃的澄清劑，含量一般為O~1%，含量過高則極大地?fù)p壞鉬金器皿。
[0049]下面將描述本發(fā)明精密模壓光學(xué)玻璃的性能。
[0050]其中折射率(nd)值為(_2°C /h)~(_6°C /h)的退火值，折射率與阿貝數(shù)按照《GB/T7962.1—1987無色光學(xué)玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》測試。
[0051]轉(zhuǎn)變溫度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987無色光學(xué)玻璃測試方法線膨脹系數(shù)、轉(zhuǎn)變溫度和弛垂溫度》測試，即:被測樣品在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高1°C，在被測樣品的膨脹曲線上，將低溫區(qū)域和高溫區(qū)域直線部分延伸相交，其交點(diǎn)所對應(yīng)的溫度。
[0052]密度按照《GB/T7962.20-1987無色光學(xué)玻璃測試方法密度測試方法》測試。
[0053]耐水作用穩(wěn)定性Dw (粉末法)按GB/T17129的測試方法，根據(jù)下式計算:
[0054]Dff= (B-C) / (B-A) *100
[0055]式中:DW—玻璃浸出百分?jǐn)?shù)(％)
[0056]B—過濾器和試樣的質(zhì)量(g)
[0057]C 一過濾器和侵蝕后試樣的質(zhì)量(g)
[0058]A—過濾器質(zhì)量(g)
[0059]由計算得出的浸出百分?jǐn)?shù)，將光學(xué)玻璃耐水作用穩(wěn)定Dw分為6類見下表。
[0060]
【權(quán)利要求】
1.精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成含有:SiO21~10%、B2O310 ~25%、La2O3 15 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、ZnO I ~20%, LaF3^GdF3 和 YF3 中的至少一種，其折射率為1.75~1.82，阿貝數(shù)為45~52。
2.如權(quán)利要求1所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為=SiO2I ~10%、B203 10 ~25%、La203 15 ~35%、Gd203 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2OO ~5%、Sb2O3 O ~1%。
3.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:Si024~10%。
4.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:La20320~30%、Gd2O3 15 ~30%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:B20312~22%。
6.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Ta2O5I~5%、ZrO2I ~5%。
7.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:LaF35~13%。
8.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
9.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:YF33~8%。
10.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:ZnO3~12%。
11.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:Li200.5~3%。
12.如權(quán)利要求1或2所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:(Li2CHZnO)/F-為0.5~4。
13.精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為:SiO2I~10%、B203 10~25%, La2O3 15 ~35%、Gd203 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta205 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
14.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:Si024~10%。
15.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:La20320~30%、Gd2O3 15 ~30%。
16.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=B2O312~22%。
17.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Ta2O5I~5%、ZrO2I ~5%。
18.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:LaF35~13%。
19.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:LaF3+GdF3+YF35~27%。
20.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=YF33~8%。
21.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:ZnO3~12%。
22.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Li2O0.5~3%。
23.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:(Li2CHZnO)/F—為0.5 ~4。
24.如權(quán)利要求13所述的精密模壓用光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為590°C以下。
25.采用權(quán)利要求1~24中任一權(quán)利要求所述的精密模壓用光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
26.米用權(quán)利要求1~24任一權(quán)利要求所述的精密模壓用光學(xué)玻璃制成的光學(xué)兀件。
27.采用權(quán)利要求1 ~24任一權(quán)利要求所述的精密模壓用光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
【文檔編號】C03C3/068GK103626394SQ201210306577
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月27日
【發(fā)明者】匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司