專(zhuān)利名稱(chēng)：特別用于精密壓制光學(xué)元件的光學(xué)玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)鉛無(wú)鋰的光學(xué)磷酸鹽玻璃，還涉及將這類(lèi)玻璃用于成像、投影、電信、光學(xué)通信技術(shù)和激光技術(shù)，還涉及光學(xué)元件或用于此光學(xué)元件的預(yù)制體。
本申請(qǐng)要求歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)EP04000836.9的優(yōu)先權(quán)，本文引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，光學(xué)和光電技術(shù)(成像、投影、電信、光學(xué)通信技術(shù)和激光技術(shù))中的市場(chǎng)趨勢(shì)都是日益向小型化發(fā)展。這種趨勢(shì)從最終產(chǎn)品持續(xù)下降的尺寸明顯看出，當(dāng)然這也需要單個(gè)零件和此類(lèi)型最終產(chǎn)品的組件不斷小型化。對(duì)于光學(xué)玻璃的生產(chǎn)者來(lái)說(shuō)，盡管增加了最終產(chǎn)品的數(shù)量，但此發(fā)展與對(duì)所需毛坯玻璃體積的明顯下降相聯(lián)系。同時(shí)，對(duì)于玻璃制造者來(lái)說(shuō)，還有來(lái)自其它處理機(jī)的價(jià)格上的持續(xù)壓力，因?yàn)榛诋a(chǎn)品，用錠或棒形式的玻璃制造此類(lèi)型較小的組件必然伴有明顯更多的廢料百分比，加工此類(lèi)型的極小零件需要比較大組件高的費(fèi)用。
在近代，其中可以直接由玻璃熔體獲得近終形預(yù)制體例如滴料(gob)的制造方法是迄今常用的，而不是從錠或棒形式的玻璃中分離光學(xué)組件用玻璃部分。例如，對(duì)用于稱(chēng)為精密滴料的再壓用近終形預(yù)制體的進(jìn)一步處理機(jī)的需求增加。通常將精密滴料理解為優(yōu)選完全火拋光的、半自由形成的或自由形成的玻璃部分，其已經(jīng)被分成幾個(gè)部分并具有接近于光學(xué)部件最終形狀的幾何形狀。
有利的是，可以通過(guò)稱(chēng)為精密壓制或精密模壓的工藝將此類(lèi)型的精密滴料轉(zhuǎn)變成光學(xué)元件如透鏡、非球面部件等。于是，不再需要任何其它對(duì)幾何形狀或表面的加工，例如通過(guò)表面拋光。由于具有短的凝固(set-up)時(shí)間，所以此工藝可以靈活地適應(yīng)(分布在材料的大量小碎塊之間的)體積較小的玻璃熔體。然而，由于相對(duì)少的循環(huán)次數(shù)或碎塊和給定的通常小的幾何形狀，所以該工藝的增加值不止來(lái)自材料的價(jià)值。因此，該產(chǎn)品必須將壓力留在“為系統(tǒng)安裝作準(zhǔn)備”的狀態(tài)下，即它必須能夠省去復(fù)雜的重加工、冷卻和/或冷再機(jī)加工。由于需要高的幾何準(zhǔn)確度，所以必須將高質(zhì)量的精密設(shè)備和因此昂貴的模具材料用于此類(lèi)型的壓制工藝。此類(lèi)型模具的使用壽命形成產(chǎn)品和/或制造的材料的經(jīng)濟(jì)狀況的巨大部分。實(shí)現(xiàn)模具高的使用壽命 的一個(gè)極其重要的因素是工作溫度盡可能低，但只能將此溫度降低至這樣一種程度，即留下的待壓制材料的粘度仍然足以使壓制操作進(jìn)行。因此，在作用點(diǎn)(working point)與因此待加工玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg和此類(lèi)型壓制操作的經(jīng)濟(jì)狀況之間有直接的因果聯(lián)系:玻璃的轉(zhuǎn)變溫度越低，模具的使用壽命越長(zhǎng)，利潤(rùn)率越大。此關(guān)系導(dǎo)致對(duì)稱(chēng)之為“低Tg玻璃”，即熔點(diǎn)和轉(zhuǎn)變點(diǎn)低的玻璃，也就是在最低可能溫度下有足以加工的粘度的玻璃的需要。
對(duì)體熔的工藝過(guò)程(process engineering)的報(bào)道的另一個(gè)目的是最近對(duì)“短”玻璃的需求增加，即對(duì)于在某個(gè)粘度范圍內(nèi)，其粘度隨溫度相對(duì)微小的變化而顯著改變的玻璃的需求增加。在熔化過(guò)程中，此性能有可以降低熱成形時(shí)間，即模具閉合時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)。一方面，這增加了產(chǎn)量，即降低了循環(huán)時(shí)間，另一方面，這也對(duì)模具材料更溫和，如上所述，這同樣對(duì)總生產(chǎn)成本有積極效果。此類(lèi)型的“短”玻璃具有其它優(yōu)點(diǎn)，即由于與相應(yīng)較長(zhǎng)玻璃相比冷卻更快速，因此甚至能夠加工具有相對(duì)高結(jié)晶趨勢(shì)的玻璃。這避免了會(huì)在隨后二次熱成型步驟中造成問(wèn)題的預(yù)成核，從而也開(kāi)辟了可以拉制此類(lèi)型玻璃形成纖維的可能性。而且，對(duì)于玻璃而言，除了提到的和所需的光學(xué)性能外，能夠用盡可能便宜且充分耐化學(xué)性的組分制造是理想的。盡管現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)描述了具有相似光學(xué)位置(optical position)或可比較化學(xué)組成的玻璃，但是這些玻璃具有相當(dāng)多的缺點(diǎn)。特別是，這些玻璃中的許多含相對(duì)高含量的相對(duì)昂貴的組分Li2O和/或增加結(jié)晶趨勢(shì)的組分如Ti02。EP I 275 622涉及一種具有低軟化點(diǎn)的壓制體用玻璃。后一種性能通過(guò)加入非常高含量的堿金屬和相對(duì)少的P2O5實(shí)現(xiàn)。該玻璃必須含至少6重量％的Li20。JP 09-301735描述了一種同樣具有低軟化點(diǎn)的光學(xué)玻璃。在這種情況下，此性能也是通過(guò)加入非常高含量的堿金屬和相對(duì)少的P2O5實(shí)現(xiàn)的。該玻璃必須含大量的Li2O和Ti02。JP 2002-173336包括一種用于精密壓制技術(shù)、具有高折射率的光學(xué)玻璃。該玻璃必須含至少2重量％的Li2O,也必須含同樣昂貴的組分W03、Nb2O5和/或Ti02。US 5，053，360和US 4，875，920描述了總是含至少5重量％Li20的可離子交換的玻璃。
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JP 61-036137描述了一種具有低熔點(diǎn)的玻璃；實(shí)施例只提到含至少4重量％Li20的玻璃。JP 09-278479描述了一種含至少I(mǎi)重量％Li20的低熔點(diǎn)玻璃。而且，Y203、La203和/或Gd2O3是必要組分。這些同樣是昂貴的組分。US 6，409，396描述了一種當(dāng)涂有干涉層時(shí)，制造干涉濾波器的玻璃基片。僅有的實(shí)施例列舉了一種不僅無(wú)鉛，而且也不含BaO或ZnO的玻璃。JP 11-349347描述了一種具有低熔點(diǎn)的結(jié)晶玻璃組合物。它含至少0.lmol%的、特別用作玻璃中乳濁劑的Sn02。在氧化物玻璃中，相對(duì)大量的SnO2只有在非常高的溫度下才熔化，因此使熔化過(guò)程更困難。WO 94/08373 (相應(yīng)于 US 5，526，369)、JP 63-021240 和 DE 33 40 968 涉及必須
含激光激活組分如鑭系元素的激光玻璃，因此其不合適用作光學(xué)玻璃。DE 27 53 219 描述一種總是含 6_15mol%Si02 和 / 或 B2O3 的無(wú)霧(fogging-free)玻璃。這兩種組分都提高液態(tài)點(diǎn)(上失透點(diǎn)，UDP,德語(yǔ)“obere Entglasungsgrenze”)，即這樣一個(gè)溫度范圍，高于此溫度，在玻璃中沒(méi)有晶體形成或存在的晶體再溶解。DE I 596 854涉及一種光程長(zhǎng)度(optical path length)基本上與溫度無(wú)關(guān)的光學(xué)玻璃。實(shí)施例僅列舉了含M2O的總和低于15重量％的玻璃。DE I 089 934描述了具有低色散的光學(xué)冕玻璃。然而，在色散為61_70時(shí)，達(dá)不到
1.50-1.57 的折射率位置(position)。US 2，381，925描述了一種耐化學(xué)性高、P2O5含量至少為60重量％的工業(yè)級(jí)玻璃。這么高含量的P2O5不能再以復(fù)合磷酸鹽的形式加入到批料中，而必須以游離P2O5的形式加入，這導(dǎo)致在蒸發(fā)和涂粉(dusting)的過(guò)程中造成熔體性能的缺陷，并制造內(nèi)部質(zhì)量差的玻3 ο
相同的情況適用于JP 03-218941中描述的玻璃,該玻璃用于高能激光器系統(tǒng)中的偏振器，含至少60重量％的P205。US 5，824，615中描述的、用于精密壓制技術(shù)的光學(xué)玻璃也含至少73.9重量％的P2O5以及至少1.1重量％的Li20。
DE I 496 064描述了一種具有上述缺點(diǎn)、含至少I(mǎi)重量％B203和/或TiO2的光學(xué)玻璃。
DD 29 825描述了一種具有低折射率和高色散的玻璃。特別是為了設(shè)置光學(xué)位置，尤其是低于40的阿貝數(shù)，它必須含相對(duì)大量的F和Ti02。由于容易蒸發(fā)，所以F是一種可以使生產(chǎn)過(guò)程更困難的組分。
EP O 481 166涉及一種含34mol%的相對(duì)高ZnO分?jǐn)?shù)的光學(xué)玻璃。這么高含量的ZnO增加了玻璃變得不透明的趨勢(shì)。
JP 02-124743涉及一種精密壓制技術(shù)用光學(xué)玻璃，然而，其中組分MO的總和大大低于28重量％。
JP 08-183632描述了一種磷酸鹽含量至多為35mol%的低熔點(diǎn)玻璃。它還含至少8!1101%的民03。在熔化的過(guò) 程中，由于相當(dāng)大比例的B2O3會(huì)揮發(fā)，所以會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。而且，在其粘度性能方面，B2O3使玻璃變“長(zhǎng)”，并提高UDP。
因此，本發(fā)明的目的是提供這樣一種光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃可以結(jié)合所需的光學(xué)性能(nd/V d)，同時(shí)，甚至(出于生態(tài)學(xué)原因)不使用PbO，盡可能也不用As203、B203、Li20和F就能獲得非常低的轉(zhuǎn)變溫度。應(yīng)該能夠使用精密壓制工藝加工這些玻璃，而且這些玻璃適用于成像、投影、電信、光學(xué)通信技術(shù)和/或激光技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，且具有1.50 ^ nd ^ 1.57的折射率nd、61彡vd<70的阿貝數(shù)Vd和優(yōu)選Tg彡400°C的盡可能低的轉(zhuǎn)變溫度。而且，它們應(yīng)該具有良好的熔化和加工性能，并具有足夠的抗結(jié)晶性，可以在連續(xù)設(shè)備中制造。而且，合乎需要的是該玻璃在107 6-1013dPaS的粘度范圍內(nèi)盡可能地短。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種折射率nd為1.50彡nd彡1.57，阿貝數(shù)v d為61^ vd < 70的無(wú)鉛光學(xué)玻璃，其包括以下組分(重量％，以氧化物計(jì)):
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鉛光學(xué)玻璃，所述玻璃的折射率nd為1.50≤nd≤1.57，阿貝數(shù)v61 ( vd< 70，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg≤400°C，其特征在于該玻璃包括以下組分，重量％，以氧化物計(jì):
2.根據(jù)權(quán)利要求1的玻璃，所述玻璃包括以下組分，重量％，以氧化物計(jì):
3.權(quán)利要求1或2的玻璃，所述玻璃不含Si02、Li2O和/或B203。
4.權(quán)利要求1或2的玻璃，所述玻璃包含至少5.87%重量的Na20。
5.權(quán)利要求1的玻璃，所述玻璃的折射率％為1.51≤nd ≤1.56，阿貝數(shù)^為
6.權(quán)利要求1、2或5的玻璃，所述玻璃包含至少5.74%重量的BaO，和/或至少5%重量的ZnO。
7.權(quán)利要求1的玻璃，所述玻璃的粘度從IO76下降至1013dPas的溫度范圍AT為至多 IOOKo
8.光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包含權(quán)利要求1的無(wú)鉛光學(xué)玻璃。
9.制備光學(xué)元件的方法，所述方法包括如下步驟:精密壓制權(quán)利要求1的無(wú)鉛光學(xué)玻3 ο
10.將權(quán)利要求1的無(wú)鉛光學(xué)玻璃用于成像、投影、通信、光學(xué)通信技術(shù)和/或激光技術(shù)領(lǐng)域的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別用于精密壓制光學(xué)元件的光學(xué)玻璃。本發(fā)明描述了用于成像、投影、通信、光學(xué)通信技術(shù)和/或激光技術(shù)領(lǐng)域的無(wú)鉛，優(yōu)選也無(wú)鋰、無(wú)砷、無(wú)氟的光學(xué)玻璃，該玻璃具有1.50≤nd≤1.57的折射率，61≤νd≤70的阿貝數(shù)，約400℃或優(yōu)選低于400℃的低玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg，以及良好的制造加工性能和抗結(jié)晶性。
文檔編號(hào)G02B1/00GK103172261SQ201310081548
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者S.M.里特, U.沃爾菲爾, S.沃爾夫 申請(qǐng)人:肖特股份有限公司