CN104341103A - 环保火石光学玻璃及光学元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种折射率为1.55～1.85、阿贝数为23～45的环保火石光学玻璃，该光学玻璃具有理想气泡质量和色度质量。环保火石光学玻璃，在含紫外线光照射后引起的450nm的波长的透过率降低量小于2.1%，其组成按重量百分比含量包括：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。本发明的光学玻璃不仅满足光学性能，而且具有理想气泡、色度质量，更具有较低的玻璃生产难度和原料生产难度。本发明的光学玻璃满足高档光电数字产品和高清成像设备的需要。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃技术领域，特别是涉及环保火石光学玻璃及光学元件。
背景技术
环保火石光学玻璃广泛用于数码相机、单反相机、数字摄像机、智能手机等高档光电产品所需光学元件用玻璃材料。高档光电产品的数字化和高清化需要该系列玻璃同时具有较高的气泡质量和色度质量。现有公开的该类型的光学玻璃配方通过引入Sb2O3，促使气泡溢出，提高气泡质量，但玻璃色度质量不理想；光学玻璃配方通过去除Sb2O3，气泡质量不理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率（nd）为1.55～1.85、阿贝数(vd)为23～45的环保火石光学玻璃，该光学玻璃具有理想气泡质量和色度质量。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保火石光学玻璃，其折射率为1.55～1.85，阿贝数为23～45，在含紫外线光照射后引起的450nm的波长的透过率降低量小于2.1%。
进一步的，其组成按重量百分比含量包括：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
环保火石光学玻璃，其组成按重量百分比含量包括：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
进一步的，其组成按重量百分比含量还包括：0～20%的Nb2O5、0～1%的ZrO2、0～10%的F、0～2%的B2O3、0～6%的Al2O3、0～0.1%的Sb2O3。
进一步的，其组成按重量百分比含量为：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O、0～20%的Nb2O5、0～1%的ZrO2、0～10%的F、0～2%的B2O3、0～6%的Al2O3、0～0.1%的Sb2O3，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
进一步的，其组成按重量百分比含量包括：0～15%的BaO、0～2%的MgO、0～2%的SrO、0～2%的CaO、3～12%的K2O、5～12%的Na2O、0～0.5%的Li2O。
进一步的，含有30～55%的SiO2。
进一步的，含有20～27%的TiO2。
进一步的，含有11～18%的RO，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量。
进一步的，含有11～18%的R2O，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
进一步的，含有11～13%的BaO、0.3～0.5%的MgO、0.3～0.5%的SrO、0.3～0.5%的CaO。
进一步的，含有8～12%的K2O、5～8%的Na2O、0.3～0.5%的Li2O。
进一步的，含有11～17%的Nb2O5。
进一步的，含有0.5～0.6%的ZrO2。
进一步的，含有5～9%的F。
进一步的，含有0.5～1%的B2O3。
进一步的，含有3～6%的Al2O3。
进一步的，含有0.001～0.08%的Sb2O3。
进一步的，所述光学玻璃的λ80＜440nm，λ70＜410nm。
光学预制件，由上述的环保火石光学玻璃构成。
光学元件，由上述的环保火石光学玻璃构成。
本发明的有益效果是：本发明通过适量引入Sb2O3，有利于气泡的消除，并有益于玻璃设备、工艺难度的降低；本发明还通过控制玻璃中的Fe2O3杂质含量，有利于改善玻璃色度。本发明的光学玻璃的折射率（nd）为1.55～1.85，阿贝数(vd)为23～45，气泡质量满足A00，色度质量满足λ80＜440nm或λ70＜415nm，在太阳光等含紫外线光照射后引起的450nm波长的透过率降低量小于2.1%。本发明的光学玻璃不仅满足光学性能，而且具有理想气泡、色度质量，更具有较低的玻璃生产难度和原料生产难度。本发明的光学玻璃满足高档光电数字产品和高清成像设备的需要。
具体实施方式
下面将描述本发明光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分含量的比值是用重量%表示。
Sb2O3具有消除环保火石和环保重火石玻璃气泡的效果，但同时也会降低玻璃色度质量。增加玻璃配方中的Sb2O3含量，玻璃色度质量会降低；减少玻璃配方中的Sb2O3含量，玻璃色度质量可以得到改善。为同时保证玻璃气泡和色度，需要控制引入Sb2O3含量。研究发现，少量含有Sb2O3与不含有Sb2O3比较，玻璃透过率无变化，因此，本发明的Sb2O3含量优选0.1%为上限，更优选0.08%为上限，最优选0.05%为上限；优选0为下限，更优选0.001%为下限，最优选0.005%为下限。Sb2O3的上限值随TiO2和Fe2O3含量的增大而变小，Sb2O3的下限值随TiO2和Fe2O3含量的变小而变大。
Fe2O3是由玻璃用原料引入的杂质成分，是玻璃色度质量降低的一个原因，增加玻璃中的Fe2O3杂质含量，玻璃色度质量会降低。因此玻璃用原料中的Fe2O3杂质成分需要控制，通过定量控制玻璃中的Fe2O3杂质，可以使玻璃色度质量得到改善。Fe2O3含量优选大于零为下限，更优选4PPm为下限，最优选6PPm为下限；Fe2O3含量优选40PPm为上限，更优选30PPm为上限，最优选25PPm为上限。配料前进行原料中Fe2O3的定量测试和Fe2O3成分引入量计算。Fe2O3的上限值随TiO2和Sb2O3含量的增大而变小，Fe2O3的下限值随TiO2和Sb2O3含量的变小而变大。
SiO2是重要的玻璃形成体氧化物，以硅氧四面体结构单元形成不规则的连续网络，是形成光学玻璃的骨架。SiO2具有维持玻璃抗失透性的作用。SiO2的含量超过70%时，光学玻璃的可熔性降低，软化温度升高。因此，SiO2的含量限定为20～70%，优选为30～55%。
TiO2可以提高光学玻璃的折射率和化学稳定性，并且具有提高玻璃的耐化学性和抗失透性的作用。玻璃中的TiO2含量高，玻璃色度质量低，通过控制Sb2O3和TiO2含量，可以使玻璃色度质量得到改善。因此，TiO2的含量限定为5～35%，优选为20～27%。
BaO能够增加光学玻璃的折射率、光泽和化学稳定性，本发明BaO的含量限定为0～15%，优选为11～13%。
MgO可以增加光学玻璃的化学稳定性和机械强度，降低光学玻璃的密度，MgO熔化较困难，含量不宜过多，因此其含量为0～2%，优选为0.3～0.5%。
SrO具有增加光学玻璃的折射率的作用，并且可以改良玻璃的耐失透性。SrO的含量为0～2%，优选为0.3～0.5%。
CaO可以增加光学玻璃的化学稳定性和机械强度，降低光学玻璃的密度。CaO熔化较困难，含量不宜过多，因此其含量为0～2%，优选为0.3～0.5%。
本发明中的RO含量为0～20%，优选为11～18%，其中，RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量。
F（F为氟，常用K2SiF6引入）,能增加熔融效果，降低玻璃折射率和增加阿贝数，有利于消除玻璃气泡，但同时也会降低玻璃的化学稳定性，因此，其含量为0～10%，优选为5～9%。
Al2O3能改善玻璃失透性、化学稳定性，有利于火石光学玻璃特殊光性的形成，Al2O3熔化温度高，含量大于会造成熔炼困难，增加生产难度。Al2O3含量为0～6%，优选为3～6%。
Na2O是玻璃助熔剂，可以降低玻璃的转变温度。Na2O的含量为5～12%，优选为5～8%。
K2O可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽。K2O的含量为3～12%,优选为8～12%。
Li2O可以使玻璃易于熔解，并能降低玻璃的结晶倾向，降低玻璃Tg温度。Li2O的含量为0～0.5%,优选为0.3～0.5%。
本发明中的R2O的含量限定为5～25%，优选为11～18%，其中，R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
Nb2O5能够提高玻璃的光学常数，并且具有改进玻璃的析晶性能与抗失透性的作用，Nb2O5还会导致短波透过率下降。Nb2O5的含量为0～20%，优选为11～17%。
B2O3会改变玻璃熔融效果，但化学稳定性会随含量的增加而变差。B2O3含量为0～2%，优选为0.5～1%。
ZrO2能改善玻璃的失透性和化学稳定性，并能提高玻璃折射率和降低阿贝数，其含量为0～1%，优选为0.5～0.6%。
本发明还提供一种由上述光学玻璃形成的光学预制件和光学元件。本发明的光学预制件和光学元件由上述的光学玻璃形成，因此，该光学预制件和光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。
对于本发明提供的光学玻璃的制备方法，无特别限制，按照本领域技术人员熟知的方法进行制备。将原料进行熔化、澄清、均化、降温，注入预热的金属模成型，退火得到光学玻璃。
为进一步说明本发明的技术方案，下面结合具体的实施例，对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。实施例1～8提供的光学玻璃组分及对应性能如表1所示。
表1
上述性能参数按照如下方法进行测试。
其中折射率与阿贝数按照《GB/T7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。
转变温度（Tg）按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。
将玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的样品，测试玻璃在透射比达到80%或70%所对应的波长λ80或λ70。当nd≥1.80，由于玻璃的反射损失较大，着色度用玻璃透射比达到70%所对应的波长λ70代替λ80。
条纹用点光源和透镜组成的条纹仪，从最容易看见的条纹的方向上，与标准试样作比较检查，在规定条件下检测条纹。A0级以上的气泡，条纹无肉眼可见的条纹。
玻璃气泡质量按GB/T7962.8-1987规定的测试方法进行测量。
太阳光等含紫外线经时照射后引起的透过率降低量测试方法是按照日本光学玻璃工业协会标准JOGIS04-1994规定进行测量。
从上述实施例可以看出，本发明提供的光学玻璃和光学元件不含非环保组分，折射率（nd）为1.55～1.85，阿贝数(vd)为23～45，色度质量λ80＜440nm，λ70＜410nm，在太阳光等含紫外线长时间照射后引起的450nm波长的透过率的降低量小于2.1%。满足高档光电产品数字化和高清化成像设备等的需要。
Claims (21)
1.环保火石光学玻璃，其特征在于，其折射率为1.55～1.85，阿贝数为23～45，在含紫外线光照射后引起的450nm的波长的透过率降低量小于2.1%。
2.如权利要求1所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含量包括：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
3.环保火石光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含量包括：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
4.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含量还包括：0～20%的Nb2O5、0～1%的ZrO2、0～10%的F、0～2%的B2O3、0～6%的Al2O3、0～0.1%的Sb2O3。
5.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含量为：20～70%的SiO2、5～35%的TiO2、0～20%的RO、5～25%的R2O、0～20%的Nb2O5、0～1%的ZrO2、0～10%的F、0～2%的B2O3、0～6%的Al2O3、0～0.1%的Sb2O3，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
6.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含量包括：0～15%的BaO、0～2%的MgO、0～2%的SrO、0～2%的CaO、3～12%的K2O、5～12%的Na2O、0～0.5%的Li2O。
7.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有30～55%的SiO2。
8.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有20～27%的TiO2。
9.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有11～18%的RO，所述RO为MgO、BaO、CaO和SrO的合计含量。
10.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有11～18%的R2O，所述R2O为K2O、Na2O和Li2O的合计含量。
11.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有11～13%的BaO、0.3～0.5%的MgO、0.3～0.5%的SrO、0.3～0.5%的CaO。
12.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有8～12%的K2O、5～8%的Na2O、0.3～0.5%的Li2O。
13.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有11～17%的Nb2O5。
14.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有0.5～0.6%的ZrO2。
15.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有5～9%的F。
16.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有0.5～1%的B2O3。
17.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有3～6%的Al2O3。
18.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，含有0.001～0.08%的Sb2O3。
19.如权利要求1-3任一权利要求所述的环保火石光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的λ80＜440nm，λ70＜410nm。
20.光学预制件，其特征在于，由权利要求1～19中任一权利要求所述的环保火石光学玻璃构成。
21.光学元件，其特征在于，由权利要求1～19中任一权利要求所述的环保火石光学玻璃构成。
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