CN107162414B - 一种光学玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学玻璃，按重量百分比计，其包括如下组分：25～30％石英砂、37～42％碳酸钡、0.07～0.09％三氧化二锑、5～6％三氧化二镧、0.5～0.7％二氧化锆、2～3％氢氧化铝、2～3％硝酸钡、20～25％硼酸。本发明采用多种常规的组分，并调整不同组分之间的含量，其保证了在具有较佳光学性能的前提下降低了材料成本，同时其极大的提高了形成的光学玻璃的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及光学玻璃技术，尤其是涉及一种低成本、高稳定性的光学玻璃。
背景技术
光学玻璃是用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等的玻璃材料，其包括无色光学玻璃、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等多个种类。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数。目前，其主要分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物等几个系列，而随着光学玻璃的应用领域不断拓宽，其品种在不断扩大，其组成中几乎包括周期表中的所有元素。
在实际应用时，为了保证光学玻璃的光学性能及稳定性，一般需要添加适量的昂贵金属氧化物，其极大的增加了成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种光学玻璃，解决现有技术中光学玻璃成本高、稳定性低的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种光学玻璃，按重量百分比计，其包括如下组分：25～30％石英砂、37～42％碳酸钡、0.07～0.09％三氧化二锑、5～6％三氧化二镧、0.5～0.7％二氧化锆、2～3％氢氧化铝、2～3％硝酸钡、20～25％硼酸。
优选的，按重量百分比计，其包括如下组分：27.68％石英砂、39.09％碳酸钡、0.08％三氧化二锑、5.6％三氧化二镧、0.6％二氧化锆、2％氢氧化铝、2％硝酸钡、22.95％硼酸。
优选的，所述石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.2～1.3:1之间。
优选的，石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.21:1。
优选的，所述石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比为0.9～1:1。
优选的，所述石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比为0.97:1。
优选的，所述二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.2～0.35:1。
优选的，所述二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.3:1。
优选的，所述石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.1～1.4:1。
优选的，所述石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.39:1。
与现有技术相比，本发明采用多种常规的组分，并调整不同组分之间的含量，其保证了在具有较佳光学性能的前提下降低了材料成本，同时其极大的提高了形成的光学玻璃的稳定性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例提供了一种光学玻璃，按重量百分比计，其包括如下组分：25～30％石英砂、37～42％碳酸钡、0.07～0.09％三氧化二锑、5～6％三氧化二镧、0.5～0.7％二氧化锆、2～3％氢氧化铝、2～3％硝酸钡、20～25％硼酸。
本实施例光学玻璃的制备方法可采用本领域技术人员公知的方法，例如：将以上述重量百分比计的玻璃原料的所有组分均匀混合，并在1300℃～1350℃下加热成为熔融体，在1380℃～1400℃下充分澄清、均化的熔融态玻璃从漏管中流出，流入成型模具中冷却、压制成型即可。
石英砂具有改善光学玻璃的热稳定性的作用，并可以增大玻璃熔融以及成型时的粘度。但若其含量过高，则玻璃变得很难熔，且无法获得本发明所需要的折射率，过低则不利于与其他组分之间配合以保证玻璃的析晶性能，故本实施例石英砂的含量为25～30％。
硼酸在加热过程中分解形成氧化硼和水，氧化硼具有提高玻璃可熔性并降低玻璃态转变温度的作用。但是，氧化硼过多则玻璃化学稳定性会下降，并且折射率下降，无法满足需求的光学性能，而过少则光学玻璃的稳定性较低，故本实施例硼酸含量为20～25％。
而为了保证制备的光学玻璃具有更佳的性能，本实施例所述石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.2～1.3:1，其在改善了玻璃的析晶性能、降低了玻璃的液相线温度的前提下，提高了光学玻璃的可熔性，而且石英砂和硼酸按上述比例配合可较好的提高光学玻璃的稳定性，保证光学玻璃具有较高的折射率。其中，本实施例石英砂的含量与硼酸的含量的重量比优选设置为1.21:1。
三氧化二镧是提高光学玻璃折射率及增大阿贝数的有效成分，本实施例将其含量设置为5～6％，其可保证光学玻璃具有合适的折射率，同时与石英砂按设定配比可降低粘度，提高光学玻璃的均质性。具体的，本实施例所述石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比可优选设置为0.9～1:1，由于增加三氧化二镧的含量易增加粘度，导致光学玻璃成型困难，虽然增加石英砂的量可降低粘度，但是石英砂量过多则难以熔融，其易降低光学玻璃的均质性，故本实施例调整石英砂和硼酸含量的同时，调整了三氧化二镧的含量，其可保证具有较好光学性能的前提下，提高其热稳定性。具体的，本实施例所述石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比可设置为0.97:1，其可最大化提高光学玻璃的热稳定性及其光学性能。
本实施例所述二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比可设置为0.2～0.35:1，其可一方面加入适量二氧化锆以改善光学玻璃的光学常数，并一定程度的提高折射率和色散，另一方面通过调节二氧化锆与氢氧化铝的含量比例来提高光学玻璃的稳定性，增加光学玻璃的粘性，改善耐失透性，同时其可最大化提高光学玻璃的析晶性能。其中，本实施例所述二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比优选设置为0.3:1。
碳酸钡可在高温下分解为氧化钡和二氧化碳气体，其分解的气体可提高脱泡功能，氧化钡可提高耐候性、提高折射率，并且具有能够降低玻璃的液相温度、改善操作性的效果，但是其易导致光学玻璃表面发生变质，故本实施例所述石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.1～1.4:1，其可有利于光学玻璃结构上的稳定性，而调节石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量之间的比例，则可在保证玻璃析晶性能的前提下，最大化光学玻璃结构的稳定性，避免光学玻璃表面发生变质。其中，本实施例所述石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比优选设置为1.39:1，其可更佳的提高光学玻璃的稳定性，延长其使用寿命。
实验例
为了说明本实施例制备的光学玻璃具有更好的光学性能和稳定性，本实施例采用粉末法进行化学稳定性测试，测试方法如下：
1、按表1的质量百分比制备组分制备10组光学玻璃，10组光学玻璃对应实施例1～10，并购买市场上相同光学性能的2组对比例光学玻璃；
表1
其中，本实施例1中，石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.21:1、石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比可设置为0.97:1、二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.3:1、石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.39:1；本实施例2中，石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.2:1；本实施例3中，石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.3:1；本实施例4中，石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比为1:1；本实施例5中，石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比为0.9:1；本实施例6中，二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.2:1；本实施例7中，二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.35:1；本实施例8中，石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.1:1；本实施例9中，石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.4:1。
2、采用粉末法分别上述实施例1～10和对比例1～2进行化学稳定性测试；
具体的，将上述待测试例的光学玻璃粉碎，取粒径为0.25～0.5mm的光学玻璃颗粒，用无水乙醇洗涤，在烘箱中以100℃左右的温度烘干，待用。
将上述待测试例的球形颗粒各取2g，分别加入100ml蒸馏水，然后在密封状态下用沸腾的恒温水浴锅加热60分钟，然后在密封状态下快速冷却至室温，取其中25ml溶液加入两滴甲基红溶液，并筒0.01N盐酸标准溶液滴定至微红色，记录盐酸标准溶液的消耗量，具体见表2。
表2
由表1、表2可知，本实施例1～10制备的光学玻璃相对市场上具有相同光学性能的光学玻璃具有更好的化学稳定性和更低的成本，而且采用不同配比的组分时，其稳定性具有一定的波动，即按设定质量百分比的组分制备的光学玻璃具有更佳的稳定性，同时其成本不同发生明显变化。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种光学玻璃，其特征在于，按重量百分比计，其包括如下组分：25～30％石英砂、37～42％碳酸钡、0.07～0.09％三氧化二锑、5～6％三氧化二镧、0.5～0.7％二氧化锆、2～3％氢氧化铝、2～3％硝酸钡、20～25％硼酸；所述石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.2～1.3:1之间，所述石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比为0.9～1:1。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，按重量百分比计，其包括如下组分：27.68％石英砂、39.09％碳酸钡、0.08％三氧化二锑、5.6％三氧化二镧、0.6％二氧化锆、2％氢氧化铝、2％硝酸钡、22.95％硼酸。
3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，石英砂的含量与硼酸的含量的重量比为1.21:1。
4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述石英砂的含量与三氧化二镧和硼酸的总含量的重量比为0.97:1。
5.根据权利要求4所述的光学玻璃，其特征在于，所述二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.2～0.35:1。
6.根据权利要求5所述的光学玻璃，其特征在于，所述二氧化锆的含量与氢氧化铝的含量的重量比为0.3:1。
7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.1～1.4:1。
8.根据权利要求7所述的光学玻璃，其特征在于，所述石英砂和硼酸的总含量与碳酸钡的含量的重量比为1.39:1。
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