CN101445322A - 重冕光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含P2O5、具有低的转变温度Tg，适于进行精密加压成型的重冕光学玻璃。重冕光学玻璃，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。本发明采用硼硅酸盐系统组分，不添加可以产生有害物质挥发的P2O5，nd在1.55～1.65之间，vd在55～64之间。本发明的玻璃原料及制造成本低，Tg在525℃以下，可制成光学预制件或光学元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率(nd)在1.55～1.65之间、阿贝数(vd)在55～64之间、转变温度(Tg)在525℃以下的重冕光学玻璃。
背景技术
随着光学系统的高集成化和多功能化发展，便携类光学电子产品如数码照相机、数字摄像机、可照相手机等得到迅速普及应用。为了实现光学系统高像素、小型轻便、低成本的要求，应用非球面透镜进行光学设计以及采用直接加压成型光学玻璃元件(主要是非球面透镜)的精密模压技术不断发展创新。与传统的利用玻璃毛胚件进行二次压型，然后再进行研磨抛光制造光学元件的方法相比较，光学玻璃精密模压技术通过直接对熔融玻璃或玻璃精密预制件进行精密加压成型得到最终成品元件，省略了成型后对透镜进行研磨、抛光的工序，从而降低了制造成本，减轻了环境负荷，并且精密模压的方法在制造非球面光学元件上具有传统加工方法无可比拟的技术和成本优势，因此对于适用于这种精密模压成型方法的低软化点光学玻璃的需求量也迅速增加。通过使用转变温度(Tg)低的玻璃可以降低模压时的温度，减少模具表面氧化，延长模具寿命，从而降低制造成本。
JP2004315324公开了一种具有低色散、低玻璃转变温度、使用于加压成型用的光学玻璃，nd在1.55～1.72之间，vd为57～70，Tg在550℃以下，玻璃软化温度(Ts)在600℃以下，其配方组成中含有28～50％的P2O5(mol％)；CN1495142A公开了一种无铅无砷的重冕光学玻璃，其nd在1.55～1.60之间，vd为54～63，Tg在500℃以下，但组分中也含有大量的P2O5，其含量最高达到了56wt％。
P2O5在玻璃生产过程中会产生有害物质P的挥发，易于造成酸污染，相对于SiO2和B2O3，使用P2O5作为玻璃生成体会使玻璃的成本明显增加，不利于实现产品的低成本化。另外，含有大量P2O5的玻璃气候抵抗力差。
CN1105955A公开了一种适于模压成型的光学玻璃，其nd在1.55～1.65之间，vd为55～63，Tg为600℃。除玻璃转变温度较高外，其组成配方中B2O3含量在16～40wt％，当B2O3含量过高时，熔化过程中的挥发会引起玻璃常数和条纹波动，降低玻璃的质量稳定性，从而导致生产工艺复杂化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含P2O5、具有低的转变温度，适于进行精密加压成型的重冕光学玻璃。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：重冕光学玻璃，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。
进一步的，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、BaO：3～38％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、Li2O：4～10％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。
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进一步的，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：6～26％、ZnO：2～9％、BaO：3～38％、La2O3：1～5％、Li2O：4～10％、Na2O：0～5％、K2O：0～5％、AL2O3：3～7％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：>0～0.1％。
进一步的，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：6～26％、ZnO：2～9％、BaO：10～35％、La2O3：1～5％、Li2O：4～10％、Na2O：0～5％、K2O：0～5％、AL2O3：3～7％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：>0～0.1％
进一步的，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、BaO：3～38％、Li2O：4～10％。
进一步的，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：6～26％、BaO：10～35％、Li2O：4～10％。
本发明的有益效果是：采用硼硅酸盐系统组分，不添加可以产生有害物质挥发的P2O5，nd在1.55～1.65之间，vd在55～64之间。本发明的玻璃原料及制造成本低，Tg在525℃以下，可制成光学预制件或光学元件。
具体实施方式
本发明的光学玻璃各组分引入原因及重量百分比含量设定范围如下：
SiO2是形成玻璃网络的必要成分，SiO2可以提高玻璃的高温粘度、耐失透性及化学稳定性，其含量范围设定在20～50％，当其含量低于20％时，玻璃的化学稳定性变差，光学常数难以达到发明要求，当含量超过50％时，玻璃的熔融性变差，难于保持低的软化温度。因此SiO2含量设定在20～50％之间，优选含量为30～47％。
B2O3也是构成玻璃网络的必要成分，适量引入能提高玻璃的熔化性能，有利于玻璃具有低的软化温度，提高玻璃的耐水性，而B2O3含量低于5％时，玻璃的熔化性能明显变差，折射率降低，当含量高于30％时，玻璃的阿贝数不能达到目标值且玻璃的化学稳定性变差，因此B2O3含量为5～30％，优选含量为6～26％。
ZnO可以降低玻璃的熔融温度、液相温度以及玻璃转变温度，提高玻璃的化学耐久性，降低玻璃的析晶倾向，其含量为0～12％，优选含量为2～9％。
碱土金属氧化物MgO、CaO、SrO和BaO的导入可以调整光学常数，提高玻璃的稳定性，并降低玻璃高温粘度，增大玻璃的低温粘度，使得玻璃易于生产。其中BaO对提高玻璃折射率、改善耐失透性和降低液相温度具有突出作用，并且其成本低廉，因此碱土金属氧化物总含量控制在10～41％，其中BaO含量为3～38％，优选含量为10～35％。
La2O3具有较高的折射率及较低的色散，是提高玻璃折射率的有效成分，与B2O3混合存在还可以提高玻璃的耐失透性能，改善玻璃的化学稳定性。Gd2O3和Y2O3具有与La2O3相同的作用，但使用量过高会导致玻璃软化温度升高，因而本发明La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量为0～7％，其中La2O3含量为0～7％，优选含量为1～5％。
Li2O能大幅降低玻璃的转变温度，改善玻璃的熔融性，当其含量小于4％时，不能达到本发明所需转变温度，但过多导入会使得玻璃的耐失透性和化学稳定性明显变差，因此其含量控制在4～10％。除了添加Li2O以外也可以适当的添加Na2O和K2O来降低玻璃的转变温度，但其效果不如Li2O，Na2O含量控制在0～5％，K2O控制在0～5％，Li2O、Na2O、K2O的总含量为5～15％。
AL2O3是中间体氧化物，适量引入可以改善玻璃高温粘度和化学耐久性，并能降低液相温度和玻璃的析晶倾向，AL2O3含量超过10％时，玻璃的折射率降低且抗失透稳定性明显下降，转变温度和软化温度升高，AL2O3含量控制在0～10％，优选1～8％，更优选3～7％。
ZrO2在本发明中可以增加玻璃的化学稳定性，并且在使用锆质耐火材料熔化玻璃时，可以减轻对耐火材料的腐蚀，但ZrO2使用过多将使玻璃转变温度升高，因此限定其含量为0～2％。
在玻璃中引入TiO2、Nb2O5及WO3可以显著提高折射率和色散，并可改善玻璃的化学稳定性，但这些成分使用量过多会使玻璃的软化温度升高，并使玻璃的紫外透过率下降，因此将其总含量限定为0～3％。
Sb2O3可以作为玻璃的澄清剂，但如果添加过多会影响加压成型模具的寿命。因此，其含量设定在0～0.5％、优选>0～0.1％。
以下叙述本发明的实施例，但本发明并不仅仅限定于这些实施例。
表1、表2和表3是本发明的15个实施例，表中列出了各个实施例的配方组成，所对应的折射率(nd)、阿贝数(vd)、玻璃转化温度(Tg)、玻璃软化温度(Ts)。
表1
表2
表3
将表中所示的15个实施例组分对应的原料例如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等分别按规定的比例秤取，混合成配合料，投入到铂坩埚中，根据组成的熔融性，在1050～1400℃温度下经熔化、澄清、搅拌，均质化之后，就可以获得本发明的熔融玻璃
从以上实施例可以看出，本发明的光学玻璃的nd为1.55～1.65，vd为55～64，Tg可以达到525℃以下，显示出极好的低软化性质，适合作为精密压型用光学玻璃。用本发明的光学玻璃，能够制造精密压型用预制件，并能够提供由本发明的光学玻璃构成的光学元件如各种透镜等。
Claims (10)
- 【权利要求1】重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。
- 【权利要求2】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、BaO：3～38％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、Li2O：4～10％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。
- 【权利要求3】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：5～30％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、BaO：3～38％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、Li2O：4～10％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。
- 【权利要求4】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：6～26％、ZnO：0～12％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、BaO：3～38％、La2O3、Gd2O3和Y2O3的总含量之和为0～7％、Li2O、Na2O和K2O的总含量之和为5～15％、Li2O：4～10％、AL2O3：0～10％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：0～0.5％。
- 【权利要求5】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：2～9％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、BaO：3～38％、La2O3：0～7％、Li2O：4～10％、Na2O：0～5％、K2O：0～5％、AL2O3：1～8％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：>0～0.1％。
- 【权利要求6】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、ZnO：2～9％、MgO、CaO、SrO和BaO的总含量之和为10～41％、BaO：3～38％、La2O3：1～5％、Li2O：4～10％、Na2O：0～5％、K2O：0～5％、AL2O3：3～7％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：>0～0.1％。
- 【权利要求7】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：6～26％、ZnO：2～9％、BaO：3～38％、La2O3：1～5％、Li2O：4～10％、Na2O：0～5％、K2O：0～5％、AL2O3：3～7％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：>0～0.1％。
- 【权利要求8】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：6～26％、ZnO：2～9％、BaO：10～35％、La2O3：1～5％、Li2O：4～10％、Na2O：0～5％、K2O：0～5％、AL2O3：3～7％、ZrO2：0～2％、TiO2、Nb2O5和WO3的总含量之和为0～3％、Sb2O3：>0～0.1％。
- 【权利要求9】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：20～50％、B2O3：5～30％、BaO：3～38％、Li2O：4～10％。
- 【权利要求10】如权利要求1所述的重冕光学玻璃，其特征在于，其组成成分的重量百分比含量为：SiO2：30～47％、B2O3：6～26％、BaO：10～35％、Li2O：4～10％。
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