CN101003417B

CN101003417B - 环保重镧火石光学玻璃及其生产方法

Info

Publication number: CN101003417B
Application number: CN2006100225960A
Authority: CN
Inventors: 王东俊; 孙伟; 范铭; 李英花
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd; Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: CN101003417A

Abstract

本发明提供了一种高折射率中等色散的环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO₂：20-40％、B₂O₃：5-20％、TiO₂：5-20％、Nb₂O₅：5-20％、ZrO₂：0-3％、Sb₂O₃：0-0.5％、La₂O₃：10-30％、K₂O、Na₂O、BaO、CaO和SrO，其中所述K₂O和Na₂O含量的总和为0-5％，所述BaO、CaO和SrO含量总和为12-40％。本发明的光学玻璃中不含有PbO、As₂O₃和GdO₂对环境造成污染的组分，其Nd：1.74-1.83、Nf-Nc：32-47。本发明采用池炉一次化料的方式生产，能提高光学透过性能，且工序少、生产周期短，降低了生产成本。

Description

环保重镧火石光学玻璃及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃及其生产方法和设备，特别涉及一种高折射率(Nd)和中等色散(Nf-Nc)环保重镧火石光学玻璃及其生产方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，为满足高档数码产品高像素，小型轻便的要求，具有高折射、中等色散、密度小等优点的重镧火石光学玻璃的需求越来越大。为使光学玻璃具有上述性能，玻璃组分中的La₂O₃、TiO₂、Nb₂O₅也相应增大，但这些组分会导致生产过程中玻璃液粘度小、析晶严重、光学常数波动大、对设备腐蚀大等后果，使玻璃条纹质量不高，生产难度很大，且大都不具有环保特性。

目前环保重镧火石玻璃因其配方特点，多数厂家采用二次化料的方法进行生产，生产工艺为：将配制好的原料经充分混合后，用单坩埚在高温下熔化成玻璃碴，测试玻璃的折射率后，将合格的玻璃渣再次投入到高温池炉中熔化成玻璃液，经澄清和均化后成型成为玻璃条料。由于该方法经过两次高温，影响了玻璃的透过性能，且工序较多，生产周期长，生产成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高折射率中等色散的环保重镧火石光学玻璃，该光学玻璃中不含有PbO、As₂O₃和GdO₂对环境造成污染的组分，且Nd为1.74-1.83，Nf-Nc为32-47。

本发明还要提供一种上述光学玻璃的生产方法，该方法只经过一次高温，玻璃的透过性能好，工序少、生产周期短、生产成本较低。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：环保重镧火石光学玻璃，其重量百分比组成为：SiO₂：20-40％、B₂O₃：5-20％、TiO₂：5-20％、Nb₂O₅：5-20％、ZrO₂：0-3％、Sb₂O₃：0-0.5％、La₂O₃：10-30％、K₂O、Na₂O、BaO、CaO和SrO，其中所述K₂O和Na₂O含量的总和为0-5％，所述BaO、CaO和SrO含量总和为12-40％。

本发明的有益效果是：本发明的光学玻璃中不含有PbO、As₂O₃和GdO₂对环境造成污染的组分，其光性指标为：Nd：1.74-1.83、Nf-Nc：32-47。本发明采用池炉一次化料的方式生产，生产流程连贯、简洁、减少了高温熔制次数，在原料质量相同的条件下，能提高光学透过性能，且工序少、生产周期短，降低了生产成本。

附图说明

图1是现有的二次化料的生产方式流程图。

图2是本发明一次化料生产方式的流程图。

图3为框式搅拌器示意图。

图4为本发明的生产设备示意图。

具体实施方式

本发明的光学玻璃含有20-40％(重量百分比含量，以下同)的玻璃生成体SiO₂，若玻璃中SiO₂含量过高，则玻璃的折射率达不到要求，同时熔炼温度高，熔化困难；含量过低，则降低形成玻璃的能力和化学稳定性，优选的SiO₂含量为20-35％，特别优选的含量为20-28％。

本发明的另一种玻璃生成体为B₂O₃，B₂O₃具有助熔功能，其含量为5-20％，优选的含量为6-17％，特别优选为7-14％。

为使玻璃具有高折射率，需要含有适当的高折射率成分，本发明选用TiO₂、Nb₂O₅、ZrO₂和La₂O₃。

TiO₂含量为5-20％，可显著提高玻璃的折射率和色散，含量过高会增加玻璃的析晶倾向，使玻璃的透过性能变差；含量过低则折射率达不到要求，优选的TiO₂含量为7-15％，特别优选为9-13％。

Nb₂O₅具有提高玻璃的折射率的特点，可改善玻璃的析晶和透过性能，但含量过高则会造成玻璃的折射率和色散系数达不到要求，同时增加玻璃的原料成本，优选的Nb₂O₅含量为5-20％，特别优选的Nb₂O₅含量为10-20％。

ZrO₂的含量为0-3％，用来调整玻璃的物化性能。

La₂O₃使玻璃具有高折射率低色散的特点，其含量为10-30％，含量过高则玻璃的析晶性能变差；含量过低则折射率和色散达不到要求，优选的La₂O₃含量为10-25％，特别优选为12-22％。

本发明的助熔成分为K₂O和Na₂O，其含量的总和为0-5％。

本发明的碱土金属氧化物BaO、CaO和SrO的含量总和为12-40％，它们具有调整玻璃的微观结构，改善玻璃物化性能的作用，优选的含量总和为15-33％，其中BaO的含量为5-15％、CaO为0-20％、SrO为0-3％，特别优选的含量总和为18-29％，其中BaO的含量为8-15％、CaO为8-18％、SrO为0-1％。

Sb₂O₃为玻璃的澄清剂，含量一般为0-0.5％，含量过高则极大地损坏铂金器皿；含量过低起不到澄清的作用。优选含量为0-0.3％；特别优选为0-0.1％。

表1为本发明的9个实施例：

	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										SiO₂	20.5	21.5	23.0	23.0	25.0	28	40	20.5	32.5
B₂O₃	11.4	10.4	8.6	10.2	5.5	5.5	14.7	18	14.3
										TiO₂	8.5	12.0	13.2	5.5	6.5	8.8	5.5	19.2	16.2
Nb₂O₅	5.5	6.5	13.2	9.5	18.0	10.6	4.8	3.2	0

ZrO₂	3.0	2.0	3.0	0	0	0	0	1.6	0
										CaO	15.0	13.0	10	16	0	10	6	16	0
BaO	12.0	10.0	8.0	8	13.0	15.0	12.6	8.3	22.6
										SrO	2.0	1.0	0	0	0		0	0	2.0
La₂O₃	18.0	23.0	18.0	24.7	28.5	22.0	15.1	13.1	11.8
										K₂O	2.0	0.6	0	0	0	0	0	0
Na₂O	2.0	3.0	3.0	3.0	2.5	0	1.2	0	1.5
										Sb₂O₃	0.05	0.05	0.05	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1
Nd	1.7845	1.8158	1.8343	1.7462	1.7552	1.7980	1.7200	1.8350	1.7979
										Nf-Nc	36.6	34.5	32.5	43.3	46.8	42.6	48.5	37.2	39.2

从表1可以看出，本发明的光学玻璃中不含有PbO、As₂O₃和GdO等对环境造成污染的成分，其光学指标为：Nd：1.74-1.83，Nf-Nc：32-47。

图1是现有的二次化料生产方式的流程图，该生产方法包括以下几步：配料；在单坩埚中熔制玻璃渣；检验常数并组批；合格玻渣在池炉熔制玻璃液；澄清；均化；成型；退火炉退火。

图2是本发明一次化料生产方式的流程图，该生产方法的具体步骤是：

一：将配制好的原料充分混合，保证其均匀性。

1)采用快速水分测试仪，加强原料尤其是易吸潮原料的水分监控，符合光学玻璃原料标准的才能使用，不合格禁用；2)配料采用手工称量方法，每次称量重量15-250Kg；称量设备使用高精度称量设备(如电子秤)，精度为0.01kg；3)采用滚筒式混料装置混合均匀，根据粉料成分混料时间为15-40Min；4)由于是人工定时加料，为减少运输、存放过程的分层，每次加料前再采用手工搅拌。

二：用本发明的池炉在1150-1400℃的高温下熔化成玻璃液，使玻璃液的折射率一致性良好。

1)采用自动燃烧控制系统，保持燃烧火焰的氧化气氛并自动调节温度，保证熔化温度和气氛符合工艺要求的稳定性；3)增加测试熔化池玻璃液的折射率次数，每2小时一次，必要时及时校正。采用折射率不同的同系列玻璃牌号或原料校正，保证校正料不引入被校正玻璃中没有的成份；4)用框式搅拌器。图3是框式搅拌器示意图，框式搅拌器的搅拌原理是依靠边框来搅动和切割，因为玻璃粘度很小，对转动的搅拌器阻力很小，同时搅拌器材料的强度较大，因此搅拌器的转速可以适当提高，最高可达80r/min。

三：将折射率合格的玻璃液经过澄清和充分均化后，成型为玻璃条料。

四：将玻璃条料在退火炉中退火。

一次化料的生产方法相对于二次化料的生产方法的优点在于：取消了单坩埚熔制玻璃渣环节，此环节的主要目的是保证玻璃液折射率一致性。采用池炉一次化料的生产方法的关键是，从配制原料到熔制环节采取有效措施保证原料的均匀性，并在熔制玻璃液环节增加辅助装置提高玻璃液折射率的一致性。

采用本发明的生产方法生产出来的高折射率中等色散环保重镧火石光学玻璃的各项技术指标均达到产品技术指标，而且光学透过性能更优。用同样的原料，采用二次化料的生产方法生产的H-LaF₃色度、内透都在OHARA标准的上限，采用本发明的生产方法生产的H-LaF₃色度、内透都在标准值的下限(+10nm)；用同样的原料，采用二次化料的生产方法生产的H-ZLaF_56A条料色度、内透比采用本发明的生产方法生产的H-ZLaF_56A色度、内透高约10nm，在标准值的下限(-10nm)。

本发明的生产设备如图4所示，包括池炉和退火炉，池炉的溶化池与自动燃烧控制系统相连，其中自动燃烧控制系统的连接关系依此为：天燃气进气口、过滤调压稳压自动截止系统、天燃气流量测量控制系统、比例调节系统；助燃风进气口、调压、稳压、自动截止系统、助燃风流量测量控制系统、比例调节系统；其中助燃风流量测量控制系统与池炉的熔化池之间还有温控仪，所述比例调节系统与溶化池的烧咀相连。

本发明的生产设备工作时的工作原理是：在比例调节系统上设定好天燃气和空气的比例来保证天燃气的充分燃烧，温控仪测量熔化池的实际温度值并与设定温度值对比，发出控制指令到天燃气流量测量控制系统来调节天燃气的流量，同时天燃气流量变化的信号通过比例调节系统传输到助燃风流量测量控制系统，助燃风流量测量控制系统将助燃风流量调节到与天燃气流量相匹配，使二者流量达到设定值，最终使温度保持在设定值，维持工艺的稳定。

Claims

1.环保重镧火石光学玻璃，其特征在于：其重量百分比组成为：SiO₂：20-40％、B₂O₃：5-20％、TiO₂：5-20％、Nb₂O₅：5-20％、ZrO₂：0-3％、Sb₂O₃：0-0.5％、La₂O₃：10-30％、K₂O、Na₂O、BaO、CaO和SrO，其中所述K₂O和Na₂O含量的总和为0-5％，所述BaO、CaO和SrO含量总和为12-40％。

2.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于：其重量百分比组成为：SiO₂：20-35％、B₂O₃：6-17％、TiO₂：7-15％、Nb₂O₅：10-20％、ZrO₂：0-3％、Sb₂O₃：0-0.3％、La₂O₃：10-25％、K₂O、Na₂O、BaO：5-15％、CaO：0-20％、SrO：0-3％，其中所述K₂O和Na₂O含量的总和为0-5％，所述BaO、CaO和SrO含量总和为15-33％。

3.如权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃，其特征在于：其重量百分比组成为：SiO₂：20-28％、B₂O₃：7-14％、TiO₂：9-13％、Nb₂O₅：10-20％、ZrO₂：0-3％、Sb₂O₃：0-0.1％、La₂O₃：12-22％、K₂O、Na₂O、BaO：8-15％、CaO：8-18％、SrO：0-1％，其中所述K₂O和Na₂O含量的总和为0-5％，所述BaO、CaO和SrO含量总和为18-29％。

4.权利要求1所述的环保重镧火石光学玻璃的生产方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)将配制好的原料充分混合，保证其均匀性；2)在1150-1400℃的高温下用池炉熔化成玻璃液，使玻璃液的折射率一致性良好；3)将折射率合格的玻璃液经过澄清和充分均化后，成型为玻璃条料；4)将玻璃条料在退火炉中退火。

5.如权利要求4所述的环保重镧火石光学玻璃的生产方法，其特征在于：进行所述步骤1时，采用快速水分测试仪对光学玻璃原料进行水分监控。