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CN109809688A - 一种光学玻璃、制备方法及其应用 - Google Patents

一种光学玻璃、制备方法及其应用 Download PDF

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CN109809688A CN201910258872.0A CN201910258872A CN109809688A CN 109809688 A CN109809688 A CN 109809688A CN 201910258872 A CN201910258872 A CN 201910258872A CN 109809688 A CN109809688 A CN 109809688A
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杨景顺
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Abstract

本发明提供一种光学玻璃、制备方法及其应用，涉及玻璃制品技术领域。光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2，B2O3，ZnO，TiO2，K2O，Na2O，Sb2O5，CaO，BaO，Li2O，Al2O3，ZrO2，MgO。本发明提供的光学玻璃以特定配比的SiO2、B2O3、ZnO、TiO2、K2O、Na2O、Sb2O5、CaO、BaO、Li2O、Al2O3、ZrO2和MgO为主要原料，各组分之间协同配合，得到的光学玻璃具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。

Description

一种光学玻璃、制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及玻璃制品技术领域，尤其是涉及一种光学玻璃、制备方法及其应用。
背景技术
传统车灯透镜光学元件由于折射率、着色度及内在的条纹气泡质量等的限制，随着高清晰成像，灯光照明宽视角和智能化驾驶等要求的提高，传统车灯透镜光学元件材料制约了汽车模具发展。传统车灯透镜光学元件材料，软化温度Ts高(600度以上)，影响了车灯透镜光学元件压制效率及成品质量。而传统使用的具有高折射率的光学玻璃，通常包含PbO和As2O3以便获得理想的光学性能，但随着人们环保意识的提高，越来越多的国家对光学材料提出了无铅和无砷的环保化要求。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保镧系光学玻璃，以缓解现有技术中存在的光学玻璃中含有铅和砷，环保不达标等技术问题。
本发明提供的光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：61～71份，B2O3：0.5～14份，ZnO：0～9份，TiO2：0～3份，K2O：0～10份，Na2O：0～8.7份，Sb2O5：0.1-0.6份，CaO：0～9份，BaO：0～5.5份，Li2O：0～2份，Al2O3：0～5份，ZrO2：0～2份，MgO：0～3份。
进一步的，所述Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和为13～18份。
进一步的，所述MgO、CaO、BaO和ZnO的质量份数之不超过17份；
和/或，所述MgO、CaO和BaO的质量份数之不超过8份。
进一步的，所述SiO2和B2O3的质量份数之和为61-72份。
进一步的，所述Al2O3的质量份数为0.5～2份。
进一步的，所述ZnO的质量份数为1.5～8份。
进一步的，所述B2O3的质量份数为2～12份。
进一步的，所述Sb2O5的质量份数为0.3～0.6份。
本发明的第二目的在于提供一种光学玻璃的制备方法，生产工艺难度小，对熔化、澄清、均化和成型设备损害小，且气泡条纹优良，工艺常数稳定，适合批量生产。
本发明提供的光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合后，融化，澄清，均化，成型，得到光学玻璃；
优选的，所述熔化温度为1400-1430℃；
优选的，所述澄清温度为1450-1480℃；
优选的，所述均化温度为1150-1250℃。
本发明的第三目的在于提供一种上述光学玻璃或上述制备方法制备得到的光学玻璃在制备透镜光学元件中的应用，得到的透镜光学元件具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。
本发明提供了一种上述光学玻璃或上述制备方法制备得到的光学玻璃在制备透镜光学元件中的应用；
优选的，透镜光学元件包括车灯透镜。
本发明相对于现有技术具有以下有益效果：
本发明提供的光学玻璃以特定配比的SiO2、B2O3、ZnO、TiO2、K2O、Na2O、Sb2O5、CaO、BaO、Li2O、Al2O3、ZrO2和MgO为主要原料，各组分之间协同配合，得到的光学玻璃具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，玻璃折射率在1.51640≤nd≤1.52610，阿贝数55≤vd≤65，软化温度＜600℃，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。
本发明提供的光学玻璃的制备方法，生产工艺难度小，对熔化、澄清、均化和成型设备损害小，且气泡条纹优良，工艺常数稳定，适合批量生产。
本发明提供的上述光学玻璃或上述制备方法制备得到的光学玻璃用于制备透镜光学元件，得到的透镜光学元件具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：61～71份，B2O3：0.5～14份，ZnO：0～9份，TiO2：0～3份，K2O：0～10份，Na2O：0～8.7份，Sb2O5：0.1-0.6份，CaO：0～9份，BaO：0～5.5份，Li2O：0～2份，Al2O3：0～5份，ZrO2：0～2份，MgO：0～3份。
二氧化硅(SiO2)是光学玻璃的主要成分，熔融性能随含量的增加而加大，化学稳定性随含量的降低而变差，本发明将SiO2组分的用量限定在61～71份。
本发明中SiO2的质量份数例如可以为，但不限于61份、62份、63份、64份、65份、66份、67份、68份、69份、70份或71份。
氧化硼(B2O3)是光学玻璃的主要成分，熔融性能随含量的增加而降低，一定范围化学稳定性随含量的增加而增加，本发明将B2O3组分的用量限定在0.5～14份。
本发明中B2O3的质量份数例如可以为，但不限于0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份或14份。
氧化铝(Al2O3)能改善玻璃的失透性和化学稳定性，但含量过高难于熔化，本发明将Al2O3组分的用量限定在0～5份。
本发明中Al2O3的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份或5份。
氧化锆(ZrO2)能改善玻璃的失透性和化学稳定性，提高折射率，降低阿贝数，本发明将ZrO2组分的用量限定在0～2份。
本发明中ZrO2的质量份数例如可以为，但不限于1份或2份。
氧化锂(Li2O)能够降低玻璃熔融难度和导电性能，但考虑到化学稳定性的问题，本发明将Li2O组分的用量限定在0～2份。
本发明中Li2O的质量份数例如可以为，但不限于1份或2份。
氧化钠(Na2O)能够降低玻璃熔融难度和导电性能，但考虑到化学稳定性的问题，本发明将Na2O组分的用量限定在0～8.7份。
本发明中Na2O的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份或8.7份。
氧化钾(K2O)能够降低玻璃熔融难度和导电性能，但考虑到化学稳定性的问题，本发明将K2O组分的用量限定在0～10份。
本发明中K2O的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份或10份。
氧化镁(MgO)能够改善化学稳定性，降低玻璃高温粘度，改善成型粘度，本发明将MgO组分的用量限定在0～3份。
本发明中MgO的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份或3份。
氧化钙(CaO)能够改善化学稳定性，降低玻璃高温粘度，改善成型粘度，本发明将CaO组分的用量限定在0～9份。
本发明中CaO的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份或9份。
氧化钙(BaO)能够改善化学稳定性，降低玻璃高温粘度，改善成型粘度，本发明将BaO组分的用量限定在0～5.5份。
本发明中BaO的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份或5.5份。
氧化钙(ZnO)能够改善化学稳定性，降低玻璃高温粘度，改善成型粘度，同时ZnO能够降低膨胀系数和软化温度，本发明将ZnO组分的用量限定在0～9份。
本发明中ZnO的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份或9份。
二氧化钛(TiO2)能提高折射率，降低阿贝数，增加玻璃耐水性，本发明将TiO2组分的用量限定在0～3份。
本发明中TiO2的质量份数例如可以为，但不限于1份、2份或3份。
五氧化二锑(Sb2O3)是玻璃澄清剂，引入Sb2O3有利于气泡的消除，本发明将Sb2O3组分的用量限定在0.1～0.6份。
本发明中Sb2O3的质量份数例如可以为，但不限于0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份或0.6份。
本发明提供的光学玻璃以特定配比的SiO2、B2O3、ZnO、TiO2、K2O、Na2O、Sb2O5、CaO、BaO、Li2O、Al2O3、ZrO2和MgO为主要原料，各组分之间协同配合，得到的光学玻璃具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，玻璃折射率在1.51640≤nd≤1.52610，阿贝数55≤vd≤65，软化温度＜600℃，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。
在一种优选的实施方式中，所述Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和为13～18份。
Li2O、Na2O和K2O能够降低玻璃熔融难度和导电性能，但考虑到化学稳定性的问题，本发明将Li2O、Na2O和K2O的用量之和限定在13～18份。
本发明中Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和例如可以为，但不限于13份、14份、15份、16份、17份或18份。
在一种优选的实施方式中，所述MgO、CaO、BaO和ZnO的质量份数之不超过17份；
和/或，所述MgO、CaO和BaO的质量份数之不超过8份。
在一种优选的实施方式中，所述SiO2和B2O3的质量份数之和为61-72份。
在一种优选的实施方式中，所述Al2O3的质量份数为0.5～2份。
在一种优选的实施方式中，所述ZnO的质量份数为1.5～8份。
在一种优选的实施方式中，所述B2O3的质量份数为2～12份。
在一种优选的实施方式中，所述Sb2O5的质量份数为0.3～0.6份。
根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合后，融化，澄清，均化，成型，得到光学玻璃。
本发明提供的光学玻璃的制备方法，生产工艺难度小，对熔化、澄清、均化和成型设备损害小，且气泡条纹优良，工艺常数稳定，适合批量生产。
在一种优选的实施方式中，所述熔化温度为1400-1430℃。
本发明中熔化温度例如可以为，但不限于1400℃、1402℃、1404℃、1406℃、1408℃、1410℃、1412℃、1414℃、1416℃、1418℃、1420℃、1422℃、1424℃、1426℃或1430℃。
在一种优选的实施方式中，所述澄清温度为1450-1480℃。
本发明中澄清温度例如可以为，但不限于1450℃、1452℃、1454℃、1456℃、1458℃、1460℃、1462℃、1464℃、1466℃、1468℃、1470℃、1472℃、1474℃、1476℃、1478℃或1480℃。
在一种优选的实施方式中，所述均化温度为1150-1250℃。
本发明中成型温度例如可以为，但不限于1150℃、1160℃、1162℃、1170℃、1180℃、1190℃、1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃或1250℃。
根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种上述光学玻璃或上述制备方法制备得到的光学玻璃在制备透镜光学元件中的应用。
本发明提供的上述光学玻璃或上述制备方法制备得到的光学玻璃用于制备透镜光学元件，得到的透镜光学元件具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。
在一种优选的实施方式中，透镜光学元件包括车灯透镜。
为了有助于更清楚的理解本发明，下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
实施例一
本实施例提供了一种光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：67.4份，B2O3：2份，ZnO：2.7份，K2O：6.5份，Na2O：8.4份，Sb2O5：0.6份，CaO：7.8份，BaO：5.2份，Al2O3：1份。
实施例二
本实施例提供了一种光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：61份，B2O3：11.5份，ZnO：6.3份，TiO2：3份，K2O：10份，Na2O：6.5份，Sb2O5：0.4份，CaO：1份，BaO：1份，Al2O3：1.7份。
实施例三
本实施例提供了一种光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：70份，B2O3：0.5份，ZnO：3份，TiO2：2份，K2O：8份，Na2O：7.7份，Sb2O5：0.5份，CaO：4份，BaO：1.5份，Al2O3：2份，ZrO2：0.4份。
实施例四
本实施例提供了一种光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：60份，B2O3：12份，ZnO：1.5份，TiO2：1份，K2O：10份，Na2O：1.3份，Sb2O5：0.3份，BaO：5.2份，Li2O：1.7份，Al2O3：2份，ZrO2：2份，MgO：3份。
实施例五
本实施例提供了一种环保镧系光学玻璃，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：70份，B2O3：2份，ZnO：3.2份，TiO2：3份，K2O：8份，Na2O：3.3份，Sb2O5：0.2份，BaO：5.5份，Li2O：1.8份，Al2O3：1份，ZrO2：1份，MgO：1份。
实施例一至实施例五所提供的光学玻璃的制备方法，包括如下步骤：将各原料组分混合后，在瓷铂连熔炉上加热至1400-1430℃融化，1450-1480澄清，1150-1250℃均化成型，得到环保镧系光学玻璃。
对比例一
本对比例提供了一种光学玻璃，与实施例一不同的是，不含有SiO2。
对比例二
本对比例提供了一种光学玻璃，与实施例一不同的是，不含有B2O3。
对比例三
本对比例提供了一种光学玻璃，与实施例一不同的是，不含有Sb2O5。
对比例一至三所提供的光学玻璃的制备方法与实施例一所提供的光学玻璃的制备方法。
试验例
各实施例和对比例的光学玻璃的性能，结果见表1。
本发明中实施例一至五分别用A1-A5表示，对比例一至三分别用D1-D3表示。
表1各实施例和对比例的配方及性能测试结果
组分 A1 A2 A3 A4 A5 D1 D2 D3
SiO<sub>2</sub> 67.4 61 70 60 70 - 67.4 67.4
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 2 11.5 0.5 12 2 2 - 2
ZnO 2.7 6.3 3 1.5 3.2 2.7 2.7 2.7
TiO<sub>2</sub> - 3 2 1 3 - - -
K<sub>2</sub>O 6.5 10 8 10 8 6.5 6.5 6.5
Na<sub>2</sub>O 8.4 6.5 7.7 1.3 3.3 8.4 8.4 8.4
Sb<sub>2</sub>O<sub>5</sub> 0.6 0.4 0.5 0.3 0.2 0.6 0.6 -
CaO 7.8 1 4 - - 7.8 7.8 7.8
BaO 5.2 1 1.5 5.2 5.5 5.2 5.2 5.2
Li<sub>2</sub>O - - - 1.7 1.8 - - -
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 1 1.7 2 2 1 1 1 1
ZrO<sub>2</sub> - - 0.4 2 1 - - -
MgO - - - 3 1 - - -
nd 1.51640 1.52310 1.52409 1.52610 1.52533 1.50030 1.51138 1.50972
νd 55.18 58.64 57.15 64.88 62.18 67.75 66.38 68.08
Tg(℃) 490 520 500 450 470 620 590 615
由表中数据可知，本发明实施例一至五所提供的光学玻璃具有高折射率、低色散和软化温度低的特点，玻璃折射率在1.51640≤nd≤1.52610，阿贝数55≤vd≤65，软化温度＜600℃，具有良好的化学稳定性和良好的抗析晶作用，不含对环境影响很大的Pb、As和Cd，符合环保要求。
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光学玻璃，其特征在于，主要由如下质量份数的原料制备而成：SiO2：61～71份，B2O3：0.5～14份，ZnO：0～9份，TiO2：0～3份，K2O：0～10份，Na2O：0～8.7份，Sb2O5：0.1-0.6份，CaO：0～9份，BaO：0～5.5份，Li2O：0～2份，Al2O3：0～5份，ZrO2：0～2份，MgO：0～3份。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述Li2O、Na2O和K2O的质量份数之和为13～18份。
3.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述MgO、CaO、BaO和ZnO的质量份数之不超过17份；
和/或，所述MgO、CaO和BaO的质量份数之不超过8份。
4.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述SiO2和B2O3的质量份数之和为61-72份。
5.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述Al2O3的质量份数为0.5～2份。
6.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述ZnO的质量份数为1.5～8份。
7.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述B2O3的质量份数为2～12份。
8.根据权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，所述Sb2O5的质量份数为0.3～0.6份。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述的光学玻璃的方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料组分混合后，融化，澄清，均化成型，得到光学玻璃；
优选的，所述熔化温度为1400-1430℃；
优选的，所述澄清温度为1450-1480℃；
优选的，所述均化温度为1150-1250℃。
10.一种权利要求1-8任一项所述的光学玻璃或权利要求9所述的制备方法制备得到的光学玻璃在制备透镜光学元件中的应用；
优选的，透镜光学元件包括车灯透镜。
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