精密模壓用光學玻璃、玻璃預制件、光學元件及光學儀器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種低成本的精密壓型用光學玻璃，該光學玻璃的密度為4.54g/cm3以下，折射率為1.85～1.95，阿貝數(shù)為25～35，轉變溫度為610℃以下。本發(fā)明不加入價格昂貴的Ta2O5，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了資源；本發(fā)明通過B2O3與La2O3的組合，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學穩(wěn)定性；通過WO3和TiO2的組合，使得本發(fā)明的著色度優(yōu)異；通過Gd2O3與La2O3的組合，可以有效提高玻璃的耐失透性能。
【專利說明】精密模壓用光學玻璃、玻璃預制件、光學元件及光學儀器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學玻璃，特別是涉及一種折射率為1.85~1.95、阿貝數(shù)為25~35的精密模壓用光學玻璃，以及由該光學玻璃構成的預制件、光學兀件和光學儀器。
【背景技術】
[0002]近年來，由于數(shù)碼相機和攝像機的普及，重要部件的玻璃透鏡需求量持續(xù)增大。另一方面，由于數(shù)碼相機中成像裝置像素的增加，要求光學元件如玻璃透鏡也具有較高的性能。由于使用非球面元件能很好的消除球差，減少光學元件的數(shù)量，因此在光學設計中，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，就是使用具有規(guī)定形狀的母模的成型模具，通過將玻璃成型預制體在高溫下加壓成型，得到最終產(chǎn)品形狀或者具有與終產(chǎn)品形狀相近形狀的玻璃成型品。通過精密壓制成型，可以高效地生產(chǎn)所期望形狀的成型品。采用精密模壓技術制造的非球面透鏡通常不再進行研磨拋光，從而降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。在進行精密模壓成型時，為了將高精密的模面復制在玻璃成型品上，需要在高溫下加壓成型玻璃預制體，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)具有盡可能低的轉變溫度(Tg)的光學玻璃就成了光學材料開發(fā)人員的目標。
[0004]節(jié)約成本不僅可以通過延長成型模具的壽命，降低原料成本也是關鍵。CN1182058C的公開了一種高折射光學玻璃，其使用了大量的高成本的Ta2O5組分，不適合大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供了一種低成本的精密壓型用光學玻璃，該光學玻璃的密度(P )為4.54g/cm3以下，折射率(nd)為1.85~1.95，阿貝數(shù)(vd)為25~35，轉變溫度(Tg)為610°C以下。
[0006]本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是:精密模壓用光學玻璃，不含有Ta2O5組分，密度為4.54g/cm3以下，折射率為1.85~1.95，阿貝數(shù)為25~35，轉變溫度為610°C以下。
[0007]進一步的，其重量百分比組成為:Si02:2~10%、B2O3:12~22%、La2O3:25~40%,ZrO2:1 ~10%,ZnO:5 ~12%,TiO2:5 ~15%,GeO2:0 ~5%,Gd2O3:3 ~15%,Nb2O5:5 ~15%、WO3:1 ~8%、Li2O:0.I ~1%。
[0008]進一步的，其中=SiO2:3~8%。
[0009]進一步的，其中=B2O3:15 ~20%, La2O3:30 ~40%。
[0010]進一步的，其中:ZnO:5~10%。[0011]進一步的，其中=TiO2:6 ~12%,WO3:1 ~5%0
[0012]進一步的，其中=Gd2O3:5 ~10%, La2O3:30 ~40%。
[0013]進一步的，其中=ZrO2:3 ~8%,GeO2:0 ~2%,Nb2O5:8 ~14%、Li20:0.5 ~1%。
[0014]精密模壓用光學玻璃，其重量百分比組成為=SiO2:2~10%、B2O3:12~22%、La2O3:25 ~40%,ZrO2:1 ~10%,ZnO:5 ~12%,TiO2:5 ~15%,GeO2:0 ~5%,Gd2O3:3 ~15%, Nb2O5:5 ~15%、TO3:1 ~8%、Li2O:0.1 ~1%。
[0015]進一步的，其中:Si02:3~8%。 [0016]進一步的，其中=B2O3:15 ~20%, La2O3:30 ~40%。
[0017]進一步的，其中:Zr02:3~8%。
[0018]進一步的，其中:ZnO:5~10%。
[0019]進一步的，其中=TiO2:6 ~12%、W03:1 ~5%。
[0020]進一步的，其中=GeO2:0~2%。
[0021]進一步的，其中=Gd2O3:5 ~10%, La2O3:30 ~40%。
[0022]進一步的,其中:Nb205:8 ~14%。
[0023]進一步的，其中:Li20:0.5 ~1%。
[0024]采用上述的精密模壓用光學玻璃制成的玻璃預制件。
[0025]采用上述的精密模壓用光學玻璃制成的光學元件。
[0026]采用上述的精密模壓用光學玻璃制成的光學儀器。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明不加入價格昂貴的Ta2O5，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了資源；本發(fā)明通過B2O3與La2O3的組合，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學穩(wěn)定性；通過WO3和TiO2的組合，使得本發(fā)明的著色度優(yōu)異；通過Gd2O3與La2O3的組合，可以有效提高玻璃的耐失透性能，并得到一種折射率為1.85~1.95、阿貝數(shù)為25~35、玻璃的轉變溫度為610°C以下、密度為4.54g/cm3以下的精密模壓用光學玻璃。
【具體實施方式】
[0028]下面將描述本發(fā)明光學玻璃的各個組分，除非另有說明，各個組分含量的比值是
用重量％表示。
[0029]SiO2是形成玻璃的網(wǎng)絡生成體氧化物，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。當其含量低于2%時，效果不充分；當其含量高于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2~10%，更優(yōu)選含量為3~8%。
[0030]B2O3也是玻璃網(wǎng)絡生成體氧化物，同時也是提高玻璃熔融性和降低玻璃粘度的必要成分，可以在玻璃熔融時作為溶劑。當B2O3含量低于12%時，難以獲得性質穩(wěn)定的玻璃，耐失透性能不理想；但當B2O3含量高于22%時，玻璃的折射率達不到設計目標，同時玻璃的化學穩(wěn)定性會降低。因此，將B2O3的含量限定為12~22%，更優(yōu)選含量是15~20%。
[0031]La2O3是高折射光學玻璃的主要成分，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的組合存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學穩(wěn)定性。但當La2O3的含量低于25%時，不能獲得以上的效果，但當其含量超過40%時，玻璃的析晶性能惡化，故將其含量限定為25~40%，更優(yōu)選的含量為30~40%。[0032]ZrO2能提高玻璃的粘度、硬度和化學穩(wěn)定性，降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。當ZrO2的含量超過10%時，玻璃難熔，易失透，而且玻璃化學穩(wěn)定性惡化。因此ZrO2的含量優(yōu)選I~10%，更優(yōu)選為3~8%。
[0033]ZnO是本發(fā)明精密模壓用光學玻璃的必須組分，有利于降低玻璃的熔化溫度和轉變溫度，并有調整玻璃光學性能的作用。當其含量不足5%時，玻璃的轉變溫度上升；而當其含量高于12%時，析晶傾向增大，同時玻璃的高溫粘度變小，給玻璃的成型帶來很大的困難，因此ZnO的含量優(yōu)選為5~12%，更優(yōu)選為5~10%。
[0034]WO3具有調整玻璃光學常數(shù)和耐失透性的作用，尤其是在鑭系光學玻璃中能改善玻璃的析晶性能，且不會過多損害透過率。通過實驗表明，當其含量超過8%時，玻璃的耐失透性能反而降低，所以WO3的優(yōu)選含量為I~8%，更優(yōu)選為I~5%。
[0035]TiO2可以使玻璃具有高折射率，但含量過高會大大降低色散系數(shù)并且增加析晶傾向，甚至會使玻璃明顯著色。本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，通過WO3和TiO2適當?shù)慕M合，使得本發(fā)明的著色度優(yōu)異。因此，TiO2含量優(yōu)選為5~15%，更優(yōu)選為6~12%。
[0036]GeO2可以提高玻璃的折射率和熱穩(wěn)定性,但若其含量大于5%時,玻璃的熱穩(wěn)定性反而下降，因此GeO2的含量優(yōu)選為O~5%，更優(yōu)選為O~2%。
[0037]Gd2O3可以增加玻璃的折射率和化學穩(wěn)定性，用一定量的Gd2O3與La2O3混熔，可以有效地提高玻璃的耐失透性能。但Gd2O3含量低于3%時，效果不明顯；當Gd2O3含量高于15%時，反而會使玻璃的耐失透性能惡化，因此將Gd2O3的含量限定為3~15%，更優(yōu)選的含量是5~10%。
[0038]Nb2O5具有提高折射率`、改善化學耐久性和耐失透性的作用，當其含量不足5%時，效果不明顯；但當其含量超過15%時，耐失透性反而變壞，玻璃的軟化溫度升高，所以Nb2O5優(yōu)選含量為5~15%，更優(yōu)選為8~14%。
[0039]Li2O能大幅度降低玻璃的轉變溫度，并能有效改善玻璃的熔化性能，但當其含量超過I %時，將使玻璃的耐失透性和化學穩(wěn)定性惡化，因此Li2O的含量限定為0.1~1%，優(yōu)選為0.5%~1%。
[0040]下面將描述本發(fā)明的精密模壓光學玻璃的性能。
[0041]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/T 7962.1-1987無色光學玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》測試。
[0042]轉變溫度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987無色光學玻璃測試方法線膨脹系數(shù)、轉變溫度和弛垂溫度》測試，即:被測樣品在一定的溫度范圍內，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，其交點所對應的溫度。
[0043]密度按照《GB/T 7962.20-1987無色光學玻璃測試方法密度測試方法》測試。
[0044]將玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的樣品，測試玻璃在透射比達到70%對應的波長
入πι°
[0045]經(jīng)過測試，本發(fā)明提供的光學玻璃具有以下性能:密度(P )為4.54g/cm3以下；折射率(nd) 1.85~1.95 ;阿貝數(shù)(vd)為25~35 ;轉變溫度(Tg)為610°C以下;透射比達到70%時對應的波長X70為430nm以下。
[0046]本發(fā)明還提供一種光學元件，由上述光學玻璃按照本領域技術人員熟知的方法形成。由于所述的光學玻璃具有高折射率和較低的玻璃轉變溫度，所述光學元件也具有高折射率和較低的玻璃轉變溫度，可以應用于數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機、照相手機等設備。
[0047]為了進一步了解本發(fā)明的技術方案，現(xiàn)在將描述本發(fā)明光學玻璃的實施例。應該注意到，這些實施例沒有限制本發(fā)明的范圍。
[0048]表1~表3中顯不的光學玻璃(實施例1~30)是通過按照表1~表3所不各個實施例的比值稱重并混合光學玻璃用普通原料(如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽和氟化物等)，將混合原料放置在鉬金坩堝中，在1100~1300°C的溫度內熔融，并且在經(jīng)熔化、澄清、攪拌和均化后，得到?jīng)]有氣泡及不含未溶解物質的均質熔融玻璃，將此熔融玻璃在模具內鑄型并退火而成。
[0049]本發(fā)明實施例1~30的組成與折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)、密度(P )、玻璃轉變溫度(Tg)、透射比達到70%時對應的波長λ7(ι的結果一起在表1~表3中表示。在這些表中，各個組分的組成是用重量百分比表示的。
[0050]表1
[0051]
【權利要求】
1.精密模壓用光學玻璃，其特征在于，不含有Ta2O5組分，密度為4.54g/cm3以下，折射率為1.85~1.95，阿貝數(shù)為25~35，轉變溫度為610°C以下。
2.如權利要求1所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為:SiO2:2 ~10%、B2O3:12 ~22%、La2O3:25 ~40%、ZrO2:1 ~10%、ZnO:5 ~12%、TiO2:5 ~15%、Ge02:0 ~5%、Gd203:3 ~15%、Nb205:5 ~15%、W03:1 ~8%、Li20:0.1 ~1%。
3.如權利要求2所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Si02:3~8%。
4.如權利要求2所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中=B2O3:15~20%、La2O3:30 ~40%。
5.如權利要求2所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Zn0:5~10%。
6.如權利要求2所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中=TiO2:6~12%、WO3:1 ~5%。
7.如權利要求2所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Gd203:5~10%、La2O3:30 ~40% ο
8.如權利要求2所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Zr02:3~8%、Ge02:0~2%、Nb2O5:8 ~14%、Li2O:0.5 ~1%。
9.精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為=SiO2:2~10%、B2O3:12 ~22%、La2O3:25 ~40%、ZrO2:1 ~10%、ZnO:5 ~12%、TiO2:5 ~15%、GeO2:0 ~5%, Gd2O3:3 ~15%、Nb2O5:5 ~15%、WO3:1 ~8%、Li2O:0.I ~1%。
10.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Si02:3~8%。
11.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:B203:15~20%、La2O3:30 ~40%。
12.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Zr02:3~8%。
13.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Zn0:5~10%。
14.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中=TiO2:6~12%、W03:1~5%。
15.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Ge02:0~2%。
16.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中=Gd2O3:5~10%、La2O3:30 ~40%。
17.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中:Nb205:8~14%。
18.如權利要求9所述的精密模壓用光學玻璃，其特征在于，其中=Li2O:0.5~I %。
19.采用如權利要求1~18中任一權利要求所述的精密模壓用光學玻璃制成的玻璃預制件。
20.采用如權利要求1~18中任一權利要求所述的精密模壓用光學玻璃制成的光學元件。
21.采用如權利要求1~18中任一權利要求所述的精密模壓用光學玻璃制成的光學儀器。
【文檔編號】C03C3/068GK103708724SQ201210371400
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優(yōu)先權日:2012年9月29日
【發(fā)明者】匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司