環(huán)保光學(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)明提供一種不含有價格昂貴的Nb2O5和Li2O，以及污染環(huán)境的PbO和As2O3，同時光學(xué)性能滿足折射率為1.58～1.65，阿貝數(shù)為40～50的環(huán)保光學(xué)玻璃。環(huán)保光學(xué)玻璃，按重量百分比組成為：SiO2：40～60％、B2O3：1～10％、BaO：12～32％、ZnO：1～8％、TiO2：2～12％、K2O：2～12％、Na2O：1～8％、CaO：0～8％、ZrO2：0～5％、Sb2O3：0～0.1％。本發(fā)明通過合理調(diào)整TiO2組分，使玻璃的光透過率優(yōu)異，透射比達到80％時對應(yīng)的波長λ80小于390nm，透射比達到5％時對應(yīng)的波長λ5小于350nm。
【專利說明】環(huán)保光學(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(nd)為1.58~1.65、阿貝數(shù)(vd)為40~50的環(huán)保光學(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。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的鋇火石光學(xué)玻璃組分里含有大量的PbO以及作為澄清劑的As203。隨著環(huán)境保護法規(guī)的日益嚴格，歐洲、美國、中國等大多數(shù)國家規(guī)定除了在軍用玻璃以及防輻射玻璃中允許添加PbO和As2O3以外，其他用途玻璃一律不能含有對人體和環(huán)境有害的PbO和As2O30所以各大光學(xué)儀器制造商拒絕使用含有PbO和As2O3的光學(xué)玻璃。這就要求我們研制一種新的玻璃組分，既能滿足使用要求，又不能含有對環(huán)境有害的物質(zhì)，同時要求原料價格低廉，能夠大量低成本地連續(xù)生產(chǎn)。
[0003]對于折射率介于1.58~1.65之間、阿貝數(shù)介于40~50之間的無鉛鋇火石光學(xué)玻璃，以往專利文獻中包含了一些光學(xué)常數(shù)在此范圍或者與此范圍接近的無鉛玻璃。然而，就目前光學(xué)玻璃生產(chǎn)領(lǐng)域低成本、連續(xù)生產(chǎn)的要求來看，這些玻璃組分或多或少存在一些缺點。
[0004]CN101549955A公開了一種光學(xué)玻璃，其中含有大量的PbO，不能滿足上述的環(huán)保要求。JP8048538A公開了一種光學(xué)玻璃，含有6-35%的Nb2O5,同時含有0.1_10%的氟化物。Nb2O5是一種非常昂貴的原料，在此組分中加入如此大量的Nb2O5勢必會造成原料成本上升。另外，加入0.1-10 %的氟化物，在實際生產(chǎn)過程中，會排放氟化物氣體和粉塵，增加環(huán)境負荷與處理成本。
[0005]CN1207230C與CN1044223C公開的光學(xué)玻璃中，TiO2的含量較高，CN1044223C組分中含有高達21-25.2%的TiO2,雖然TiO2的加入能顯著地提升玻璃的折射率和色散，但是隨著TiO2的含量增加，光學(xué)玻璃容易著色，光學(xué)玻璃的一個重要指標光透過率會顯著惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不含有價格昂貴的Nb2O5和Li2O,以及污染環(huán)境的PbO和As2O3,同時光學(xué)性能滿足折射率為1.58~1.65，阿貝數(shù)為40~50的環(huán)保光學(xué)玻璃。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:環(huán)保光學(xué)玻璃，玻璃密度為3.3g/cm3以下，折射率為1.58~1.65，阿貝數(shù)為40~50，轉(zhuǎn)變溫度為600°C以下，透射比達到80%時對應(yīng)的波長λ 80小于390nm，透射比達到5%時對應(yīng)的波長λ 5小于350nm ;耐水作用為I級，耐酸作用為I級，不加入Nb205、Li20、PbO、As2O3和氟化物。
[0008]進一步的，按重量百分比組成為:Si02:40~60%、B203:1~10%、Ba0:12~32%、ZnO:1 ~8%、Ti02:2 ~12%、K20:2 ~12%、Na20:1 ~8%、Ca0:0 ~8%、Zr02:0 ~5%、Sb2O3:0 ~0.1%。
[0009]進一步的，NaO2與K2O的合計量為10~20%。[0010]進一步的，SiO2:40 ~55%。
[0011]進一步的，B2O3:2 ~6%。
[0012]進一步的，BaO:15 ~30%。
[0013]進一步的，ZnO:2 ~5%。
[0014]進一步的，TiO2:5 ~10%。
[0015]進一步的，K2O:6 ~10%。
[0016]進一步的，Na2O:1 ~5%。
[0017]進一步的，CaO:0 ~5%。
[0018]進一步的，ZrO2:0 ~3%。
[0019]環(huán)保光學(xué)玻璃，按重量百分比組成為:Si02:40~60%、B203:1~10%,BaO:12 ~32%,ZnO:1 ~8%、Ti02:2 ~12%、K20:2 ~12%、Na20:1 ~8%、Ca0:0 ~8%、Zr02:0 ~5%, Sb2O3:0 ~0.1%。
[0020]進一步的，NaO2與K2O的合計量為10~20%。
[0021]進一步的，SiO2:40 ~55%。
[0022]進一步的，B2O3:2 ~6 %。
[0023]進一步的，BaO: 15 ~30%。
[0024]進一步的，ZnO:2 ~5%。
[0025]進一步的，TiO2:5 ~10%。
[0026]進一步的，K2O:6 ~10%。
[0027]進一步的，Na2O:1 ~5%。
[0028]進一步的，CaO:0 ~5%。
[0029]進一步的，ZrO2:0 ~3%。
[0030]采用上述的環(huán)保光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
[0031]采用上述的環(huán)保光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。
[0032]采用上述的環(huán)保光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:不加入價格昂貴的Nb205、Li2O,降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了資源；通過合理調(diào)整TiO2組分，使玻璃的光透過率優(yōu)異；不含有PbCKAs2O3和氟化物等污染組分，得到的環(huán)保光學(xué)玻璃的折射率為1.58~1.65，阿貝數(shù)為40~50，玻璃的轉(zhuǎn)變溫度為600°C以下，密度為3.3g/cm3以下，透射比達到80%時對應(yīng)的波長λ 8(|小于390nm，透射比達到5%時對應(yīng)的波長λ 5小于350nm。
【具體實施方式】
[0034]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。
[0035] SiO2是重要的玻璃形成體氧化物，在玻璃結(jié)構(gòu)中起骨架作用，是光學(xué)玻璃實現(xiàn)光學(xué)常數(shù)的基礎(chǔ)，其含量的多少和玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和融化特性密切相關(guān)。在本發(fā)明中，當SiO2含量不足40%時，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會降低；但當其含量超過60%時，則難以維持玻璃的光學(xué)常數(shù)，同時也會顯著提高玻璃的融化溫度。為了得到化學(xué)穩(wěn)定性特別優(yōu)異的玻璃，同時兼顧其融化特性，本發(fā)明的SiO2含量為40~60%，優(yōu)選為40~55%。[0036]B2O3是本發(fā)明中必須含有的組分，當其含量不足I %時，玻璃的融化特性不好，如果當其含量高于10%時，玻璃在融化時揮發(fā)性增大，同時玻璃的耐失透特性變差，因此，B2O3含量限定為I~10%，優(yōu)選為2~6%。
[0037]BaO是本發(fā)明中必須含有的組分，可以提高玻璃的折射率和耐失透性能。在本發(fā)明中，當BaO的含量低于12%時，不能達到所需的光學(xué)常數(shù)，若含量超過32%時，則容易在連續(xù)熔煉中數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，還會加重腐蝕生產(chǎn)爐體。因此，BaO含量限定為12~32%，優(yōu)選為15 ~30%。
[0038]1102在本發(fā)明中用于提高玻璃的折射率與色散，以達到所需要的光學(xué)常數(shù)。同時，TiO2還可以顯著地提高玻璃的機械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。但是，如果TiO2的含量低于2%，那么玻璃不能達到所期望的光學(xué)常數(shù)，若含量高于12%，則會引起光透過率的顯著惡化。因此，TiO2含量為2~12%，優(yōu)選為5~10%。
[0039]ZnO的主要作用在于調(diào)節(jié)玻璃的光學(xué)常數(shù)，同時也能提高玻璃的表面光澤度以及降低玻璃的軟化溫度。若ZnO的含量低于I %，改善效果不明顯；若含量超過8%，會引起玻璃原料成本的顯著增加。因此，ZnO含量為I~8%，優(yōu)選為2~5%。
[0040]Na2O不僅可以調(diào)節(jié)玻璃的光學(xué)常數(shù)，還可以降低玻璃的溶解溫度和高溫粘度，有利于節(jié)能降耗，同時還有利于玻璃中氣泡的排除。為了達到本發(fā)明的效果，Na2O的含量為I~8%，優(yōu)選為I~5%。
[0041]K2O是本發(fā)明必須添加的組分之一，用于調(diào)節(jié)光學(xué)常數(shù)以及降低玻璃的溶解溫度。當其含量低于2%時，無法達到上述效果；如果含量超過12%，會引起玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的惡化。因此，K2O含量為 2~12%，優(yōu)選為6~10%。
[0042]另外，當NaO2與K2O的合計量達到10%以上時，才能顯著降低玻璃的溶解溫度和高溫粘度。但當NaO2與K2O的合計量超過20%時，則玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會惡化。因此，NaO2與K2O的合計量為10~20%。
[0043]CaO可以改善玻璃穩(wěn)定性，還可以在熔煉生產(chǎn)時幫助原料熔化，但其含量高于8%時，玻璃的析晶傾向增大，因此CaO的含量限定為O~8%，優(yōu)選為O~5%。
[0044]ZrO2能提高光學(xué)玻璃的粘度、硬度、彈性、折射率和化學(xué)穩(wěn)定性，并可以降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。當ZrO2的含量超過5%時，將出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，并且降低玻璃的抗失透性。因此，ZrO2的含量為O~5%，優(yōu)選含量為O~3%。
[0045]Sb2O3在本發(fā)明中作為澄清劑使用，其含量范圍為O~0.1%，優(yōu)選為不加入。
[0046]下面將描述本發(fā)明的光學(xué)玻璃的性能。
[0047]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。
[0048]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，其交點所對應(yīng)的溫度。
[0049]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。
[0050]耐水作用穩(wěn)定性Dw (粉末法)，按GB/T17129測試方法測試，根據(jù)下式計算:
[0051 ] Dff = (B-C) / (B-A) *100
[0052]式中:DW_玻璃浸出百分數(shù))[0053]B-過濾器和試樣的質(zhì)量(g)
[0054]C-過濾器和侵蝕后試樣的質(zhì)量(g)
[0055]A-過濾器質(zhì)量(g)
[0056]由計算得出的浸出百分數(shù)，將光學(xué)玻璃耐水作用穩(wěn)定Dw分為6類見下表。
[0057]
【權(quán)利要求】
1.環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，玻璃密度為3.3g/cm3以下，折射率為1.58~1.65，阿貝數(shù)為40~50，轉(zhuǎn)變溫度為600°C以下，透射比達到80%時對應(yīng)的波長λ 80小于390nm，透射比達到5%時對應(yīng)的波長λ 5小于350nm ;耐水作用為I級，耐酸作用為I級，不加入Nb205、Li2O'Pb。、As2O3 和氟化物。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，按重量百分比組成為=SiO2:40~60%,B2O3:1 ~10%、Ba0:12 ~32%、Zn0:1 ~8%、ti02:2 ~12%、K20:2 ~12%、Na20:I~8%、Ca0:0 ~8%、ZrO2:0 ~5%、Sb2O3:0 ~0.1%。
3.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，NaO2與K2O的合計量為10~20%。
4.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，SiO2:40~55%。
5.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，B2O3:2~6%。
6.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，BaO: 15~30%。
7.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，ZnO:2~5%。
8.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，TiO2:5~10%。
9.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，K2O:6~10%。
10.如權(quán)利要求2 所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，Na2O:1~5%。
11.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，CaO:0~5%。
12.如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，ZrO2:0~3%。
13.環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，按重量百分比組成為=SiO2:40~60%、B2O3:1~10%, BaO:12 ~32%、ZnO:1 ~8%、TiO2:2 ~12%、K2O:2 ~12%、Na2O:1 ~8%、CaO:O ~8%, ZrO2:0 ~5%, Sb2O3:0 ~0.1%。
14.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，NaO2與K2O的合計量為10~20%。
15.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，SiO2:40~55%。
16.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，B2O3:2~6%。
17.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，BaO: 15~30%。
18.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，ZnO:2~5%。
19.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，TiO2:5~10%。
20.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，K2O:6~10%。
21.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，Na2O:1~5%。
22.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，CaO:0~5%。
23.如權(quán)利要求13所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，ZrO2:0~3%。
24.采用權(quán)利要求1~23中任一權(quán)利要求所述的環(huán)保光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
25.米用權(quán)利要求1~23中任一權(quán)利要求所述的環(huán)保光學(xué)玻璃制成的光學(xué)兀件。
26.采用權(quán)利要求1~23中任一權(quán)利要求所述的環(huán)保光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
【文檔編號】G02B1/00GK104003615SQ201310058615
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月25日
【發(fā)明者】毛露路, 匡波, 孫偉 申請人:成都光明光電股份有限公司