CN101117267A - 高折射率眼镜片玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及折射率为1.80，阿贝数大于34.5，密度小于3.75的玻璃，其化学组成以氧化物为基准的重量％表示如下：SiO2 20－36；B2O3 1－10；∑SiO2+B2O3 23－40；Li2O 1－6；CaO 10－20；MgO 0－5；∑CaO+MgO 12－23；TiO2 5－15；La2O3 18－27；Nb2O5 10－20；ZrO2 1－8；Y2O3 0－5；以及在玻璃组成中添加适当的Co2O3 0－9ppm；Er2O3 0－0.5％(重量)NiO 0－80ppm。在玻璃组分中不添加含铅、砷、钡等有害环境的氧化物。
Description
技术领域
本发明主要涉及无铅、砷、钡，及其高折射率、较高色散系数和低密度的环保玻璃，这种玻璃用作眼镜镜片的加工。它包含无色和肤色镜片玻璃。
背景技术
高折射率光学玻璃已为人们所知，如专利公开号为：CN1252391A、折射率界于1.64-1.83之间，CN1234376A、CN1101345C、给出了折射率为1.83-1.88的研究成果，专利公开号为CN1101345C给出了折射率大于1.88的研究成果，但是，该发明中任然存有少量的砷。在上述发明中，并且分别描述了玻璃的组分、形成范围和技术性能。由于在光学玻璃产品中添加铅、砷、钡化学成分后，对环境造成污染，为此，人们对玻璃成分不含氧化铅和三氧化二砷、氧化钡的玻璃并具有各自性能的光学玻璃进行研究，对玻璃组成进行新的开发和更广泛的改变，克服这些玻璃存在的多种缺陷。
发明内容
为了克服氧化铅、三氧化二砷和氧化钡在光学玻璃产品中不利影响，本发明目的是在玻璃组分中不添加含铅、砷、钡等有害环境的氧化物，这些玻璃的折射率(nd＝1.80)、阿贝数高(υd≥34.5)、密度低(ρ≤3.75)，可加工成厚度更薄、重量更轻的透镜。尤其在高度近视或远视群体中使用该玻璃加工的镜片更美观，视觉校正精度高。并且，从消费群体到社会需求来看，眼镜领域需要环保高折射率(nd＝1.80)眼镜片玻璃。
本发明的技术解决方案是通过玻璃组分范围实现的，其玻璃组分范围是(按氧化物重量％计)：
SiO2 20-36；B2O3 1-10；∑SiO2+B2O3 23-40；Li2O 1-6；CaO 10-20；MgO 0-5；∑CaO+MgO 12-23；TiO2 5-15；La2O3 18-27；Nb2O510-20；ZrO2 1-8；Y2O3 0-5
以及在玻璃混合料中添加适当的着色剂Co2O3 0-9ppm；Er2O3 0-0.5NiO 0-80ppm。
该玻璃组分中不包含铅、砷、钡等有害环境的氧化物，除了不可避免的原料杂质之外，没有添加Ta2O5、WO3等价格较贵的氧化物。也没有引入Na2O、K2O。这两种氧化物在其它玻璃中是非常重要的，但是，在本玻璃系统中是有害的因素，它会严重降低玻璃的折射率，其次，降低了玻璃的工艺性能。
SiO2的含量优选为23-34％(重量)，进一步优化为25-32％(重量)。如果用量少于25％(重量)，对玻璃的析晶性能和工艺性能产生不利的影响。如果用量超过32％(重量)，将对玻璃的光学特性产生不利的影响。B2O3的含量优化为2-9％(重量)，如果含量大于9％(重量)，玻璃的粘度降低，含量小于2％(重量)，玻璃容易析晶，对玻璃的生产成型产生不利。组分SiO2+B2O3的总量应为26-37％(重量)，在该范围内的玻璃组分具有较好的熔化性能和光学性能。当这些玻璃组分进一步优化为29-35％时，玻璃具有良好的熔化性能、光学性能和化学稳定性。
在硼硅酸盐玻璃系统中，添加适量的碱金属氧化物有助于玻璃的熔化。考虑到玻璃光学性能的特殊要求，首选Li2O作为碱金属氧化物引入玻璃组分中，用量为1-6％(重量)，优化为2-6％(重量)，进一步优化为3-5％(重量)可以获得非常有利的效果。
在该玻璃中加入一定量的碱土金属氧化物，有利于光学性能的调整和玻璃的熔化。考虑到玻璃的密度要求和环境保护的需要，选择碱土金属CaO、MgO作为添加物引入玻璃组分，其用量CaO为10-20％(重量)，经过优化为10-18％(重量)，而且进一步优选为12-16％(重量)；MgO为0-5％(重量)，进一步优化为0-3％(重量)；∑CaO+MgO含量为12-23％(重量)，进一步优化为14-18％(重量)。
La2O3、Nb2O5、ZrO2、TiO2、Y2O3的引入主要起提高折射率、降低色散系数和改善析晶性能的作用。La2O3、Nb2O5、Y2O3在提高折射率和降低色散系数的同时，提高了玻璃的工艺稳定性，ZrO2、TiO2可以增强玻璃的化学稳定性。玻璃中La2O3的含量为18-27％(重量)，优化为21-25％(重量)；Nb2O5在玻璃中的含量为10-20％(重量)，优化为13-17％(重量)；ZrO2在玻璃中的含量为1-8％(重量)，优化为3-6％(重量)；TiO2在玻璃中的含量为5-15％(重量)，优化为7-10％(重量)；Y2O3在玻璃中的含量为0-5％(重量)，优化为0.5-4％(重量)，进一步优化为1-3％(重量)。
经过对玻璃组分的不断优化，形成如下的玻璃组成(按氧化物重量百分比计)：
SiO2 25-32；B2O3 2-9；∑SiO2+B2O3 26-37；Li2O 3-5；CaO 12-16；MgO 0-3；∑CaO+MgO 14-18；TiO2 7-10；La2O3 21-25；Nb2O5 13-17；ZrO2 3-6；Y2O3 1-3。
另外，该玻璃的优点还在于在玻璃组分中添加Co2O3 0-6ppm；Er2O3 0.1-0.3％(重量)；NiO 0-60ppm等离子着色剂，玻璃可以在无色到肤色之间调整出不同的颜色。
本发明的环保眼镜玻璃具有高折射率nd为1.79-1.81，低色散系数υd≥34.5，低的玻璃密度ρ≤3.75g/cm/3。
本发明的环保眼镜玻璃在生产的各环节中所用的盐类原料为碳酸盐原料(Li2CO3、CaCO3、MgCO3)，在玻璃熔化过程中所释放的气体对环境没有污染。本发明满足了眼镜行业的需要，有良好的光学性能和化学性能。
实施例
将不同的玻璃组分按比例称量200g进行混合，将原料加入铂金坩埚内，在1350℃条件下保持2-4小时，进行熔化，然后倒入一个成型模具中，形成一块70×60×10的玻璃。放入箱式退火炉内，在620℃保温2小时，以每小时60℃速率冷却至室温。将经过退火的玻璃切成不同的样品，测试光学性能、热学性能和物理性能。测试结果、玻璃的组成及其部分特性列于表一、表二中。
在生产过程中，对玻璃在高温条件下析晶性能进行了目测。熔炉温度分别设定为1050℃、1000℃、970℃、950℃，保温时间为60分钟。经过测试，没有发现眼睛可以分辨的晶态物质。
表中所列包括587.6nm处的折射率nd和相对应的υd，20℃时的密度ρ(g/cm3)，热膨胀系数α400(×10-7/℃)，转变温度Tg(℃)，软化温度Tf(℃)以及白光平均透过率τ(％)。
表一
| 实例 | 01 | 02 | 03 | 04 | 05 | 06 |
| SiO2 | 29.5 | 29.0 | 29.3 | 29.0 | 29.0 | 31.0 |
| B2O3 | 3.0 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 2.5 |
| Li2O | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 3.8 | 3.8 | 4.2 |
| CaO | 15.0 | 15.0 | 15.0 | 15.5 | 15.5 | 16.0 |
| MgO | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| TiO2 | 8.3 | 8.3 | 8.5 | 8.5 | 8.5 | 7.5 |
| La2O3 | 21.5 | 21.5 | 21.5 | 24.2 | 24.2 | 24.8 |
| Nb2O5 | 16.3 | 16.8 | 16.2 | 13.5 | 13.5 | 13.1 |
| ZrO2 | 5.7 | 5.7 | 5.5 | 5.5 | 5.5 | 6.5 |
| Y2O3 | 1.5 | 1.8 | 1.8 | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
| Co2O3 | 1.6 | 1.5 | 1.3 | 1.2 | ||
| Er2O3 | 0.25 | 0.25 | ||||
| NiO | 45.0 | 45.0 | ||||
| nd | 1.8004 | 1.7993 | 1.8020 | 1.8024 | 1.8016 | 1.7990 |
| υd | 34.7 | 34.7 | 34.8 | 34.8 | 35.0 | 35.0 |
| ρ | 3.60 | 3.60 | 3.62 | 3.68 | 3.68 | 3.70 |
| τ(≥) | 84.0 | 84.0 | 84.0 | 84.0 | 80.0 | 80.0 |
| α400 | 90.21 | 90.32 | 90.27 | 90.16 | 89.6 | 89.6 |
| Tg | 608 | 610 | 607 | 613 | 613 | 604 |
| Tf | 682 | 686 | 682 | 680 | 680 | 679 |
注：表中Co2O3、NiO计量单位为ppm。
表二
| 实例 | 07 | 08 | 09 | 10 | 11 | 12 |
| SiO2 | 31.0 | 27.5 | 27.0 | 29.5 | 29.3 | 29.3 |
| B2O3 | 2.5 | 5.5 | 5.5 | 3.0 | 3.2 | 3.2 |
| Li2O | 4.2 | 3.0 | 3.0 | 3.8 | 3.8 | 3.8 |
| CaO | 16.0 | 16.5 | 16.5 | 14.8 | 14.8 | 14.8 |
| MgO | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| TiO2 | 7.5 | 7.2 | 7.2 | 9.2 | 9.4 | 9.0 |
| La2O3 | 24.8 | 22.6 | 22.6 | 23.0 | 23.0 | 23.3 |
| Nb2O5 | 13.1 | 14.1 | 14.2 | 14.2 | 14.5 | 14.0 |
| ZrO2 | 6.5 | 6.8 | 6.8 | 4.8 | 4.8 | 5.0 |
| Y2O3 | 2.3 | 2.3 | 2.2 | 2.2 | 2.0 | 2.0 |
| Co2O3 | ||||||
| Er2O3 | 0.27 | 0.27 | 0.2 | 0.2 | 0.15 | 0.15 |
| NiO | 50.0 | 50.0 | 35.0 | 35.0 | 30.0 | 30.0 |
| nd | 1.7965 | 1.7982 | 1.7993 | 1.8016 | 1.8007 | 1.8011 |
| υd | 35.0 | 34.9 | 34.9 | 34.8 | 35.0 | 35.0 |
| ρ | 3.68 | 3.68 | 3.65 | 3.64 | 3.64 | 3.65 |
| τ(≥) | 80.0 | 80.0 | 81.0 | 81.0 | 82.0 | 82.0 |
| α400 | 90.2 | 90.86 | 90.87 | 90.24 | 90.62 | 90.73 |
| Tg | 614 | 606 | 604 | 611 | 612 | 610 |
| Tf | 680 | 679 | 678 | 681 | 680 | 680 |
注：表中Co2O3、NiO计量单位为ppm。
Claims (3)
1.一种高折射率眼镜玻璃，该玻璃折射率nd为1.79-1.81，阿贝数大于34.5，密度小于3.75的玻璃，其化学组成以氧化物为基准的重量％表示如下：
SiO2 20-36
B2O3 1-10
∑SiO2+B2O3 23-40
Li2O 1-6
CaO 10-20
MgO 0-5
∑CaO+MgO 12-23
TiO2 5-15
La2O3 18-27
Nb2O5 10-20
ZrO2 1-8
Y2O3 0-5
其中含Co2O3 0-9ppm；Er2O3 0-0.5％(重量)；NiO 0-80ppm。
2.根据权利要求1所述的一种高折射率眼镜玻璃，其特征在于：所述的玻璃具有下列氧化物为基准的重量％表示的化学组成：
SiO2 25-32
B2O3 2-9
∑SiO2+B2O3 26-37
Li2O 3-5
CaO 12-16
MgO 0-3
∑CaO+MgO 14-18
TiO2 7-10
La2O3 21-25
Nb2O5 13-17
ZrO2 3-6
Y2O3 1-3
其中含Co2O3 0-6ppm；Er2O3 0.1-0.3％(重量)；NiO 0-60ppm
3.根据权利要求1或2所述的一种高折射率眼镜玻璃，其特征在于：除了不可避免的杂质以外，该玻璃不含有氧化铅、三氧化二砷、氧化钡以及释放有害环境的化合物。
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