CN111689686B

CN111689686B - 光学玻璃、玻璃预制件及光学元件

Info

Publication number: CN111689686B
Application number: CN202010394966.3A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2040-05-12
Also published as: CN111689686A

Abstract

本发明提供一种光学玻璃，属于光学玻璃技术领域。以质量百分比计，包括SiO₂：20‑30％，TiO₂：22‑35％，BaO：10‑20％，Nb₂O₅：10‑20％，Na₂O：5‑15％，K₂O：1‑10％，Sb₂O₅，0‑2％，CaO：0‑10％，SrO：0‑10％，MgO：0‑10％，Li₂O：0‑5％，其中，SiO₂/K₂O为2‑30，K₂O/Nb₂O₅为0.1‑1，BaO+CaO+SrO+MgO为10‑30，Na₂O+K₂O+Li₂O为10‑25。本发明光学玻璃的折射率nd为1.75‑1.85，阿贝数V_d为20‑30。K₂O/Nb₂O₅的含量比值为0.1‑1，可以使光学玻璃的转变温度Tg降至600℃以下，更适于模压，对模具损伤小，保证模具寿命；SiO₂/K₂O的含量比值为2‑30，可以使光学玻璃的折射率温度系数降低为0.5以下，折射率受温度变化影响小，更利于室外高温使用。

Description

光学玻璃、玻璃预制件及光学元件

技术领域

本发明属于光学玻璃技术领域，具体为一种光学玻璃、玻璃预制件及光学元件。

背景技术

光学元件和光学仪器在数字化、集成化和高精细化方面发展迅速，这对用于光学仪器以及设备的光学元件中的光学玻璃性能及其应用提出了更高的要求，现有的光学玻璃在应用过程中其折射率随着温度发生较大变化而导致的热相差，其对高温环境尤其室外高温环境作业的仪器的精度和准确度均具有较大影响；另外在模压过程中，由于玻璃转变温度高而导致模具损伤不易高效地生产所期望形状的成型品。

因此特别需要稳定开发生产折射率nd在1.75-1.85、阿贝数vd在20-30范围内的重火石光学玻璃，能够具有较低的转变温度，减少模压过程中队模具的损伤提高模具的寿命，同时又能保证该玻璃具有较低的折射率温度系数，适应现在更多的室外高温环境使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学玻璃，其转变温度较低适于模压，且折射率温度系数低受温度变化影响小，有利于室外高温使用。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种光学玻璃，以质量百分比计，包括：SiO₂：20-30％，TiO₂：22-35％，BaO：10-20％，Nb₂O₅：10-20％，Na₂O：5-15％，K₂O：1-10％，其中，SiO2/K2O为2-30，K₂O/Nb₂O₅为0.1-1。

进一步，以质量百分比计，还含有Sb₂O₅，0-2％，和/或CaO：0-10％，和/或SrO：0-10％，和/或MgO：0-10％，和/或Li₂O：0-5％，其中，BaO+CaO+SrO+MgO为10-30，Na₂O+K₂O+Li₂O为10-25。

进一步，以质量百分比计，包括SiO₂：20-30％，TiO₂：22-35％，BaO：10-20％，Nb₂O₅：10-20％，Na₂O：5-15％，K₂O：1-10％，Sb₂O₅，0-2％，CaO：0-10％，SrO：0-10％，MgO：0-10％，Li₂O：0-5％，其中，SiO2/K2O为2-30，K₂O/Nb₂O₅为0.1-1，BaO+CaO+SrO+MgO为10-30，Na₂O+K₂O+Li₂O为10-25。

进一步，以质量百分比计，其中：SiO₂：23-29％，和/或TiO₂：25-30％，和/或BaO：12-18％，和/或Nb₂O₅：12-18％，和/或Na₂O：8-12％，和/或K₂O：3-9％，和/或Sb₂O₅，0-1％，和/或CaO：0-5％，和/或SrO：0-5％，和/或MgO：0-5％，和/或Li₂O：0-2％，和/或SiO2/K2O为2.5-9.5，和/或K₂O/Nb₂O₅为0.15-0.7，和/或BaO+CaO+SrO+MgO为10-25，和/或Na₂O+K₂O+Li₂O为10-20。

进一步，所述光学玻璃的折射率nd为1.75-1.85，阿贝数V_d为20-30。

进一步，所述光学玻璃的转变温度Tg为600℃以下，优选为590℃以下；折射率温度系数为0.5以下，优选为0以下。

玻璃预制件，采用上述所述的光学玻璃制成。

光学元件，采用上述所述的光学玻璃或玻璃预制件制成。

光学仪器，采用上述所述的光学玻璃或光学元件制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明光学玻璃的折射率nd为1.75-1.85，阿贝数V_d为20-30。K₂O/Nb₂O₅的含量比值为0.1-1，可以使光学玻璃的转变温度Tg降至600℃以下，更适于模压，对模具损伤小，保证模具寿命；SiO₂/K₂O的含量比值为2-30，可以使光学玻璃的折射率温度系数降低为0.5以下，折射率受温度变化影响小，更利于室外高温使用。

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。

下面对本发明光学玻璃的各组分范围进行说明。在本说明书中，如果没有特殊说明，各组分的含量全部采用相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的重量百分比表示。在这里，所述“换算成氧化物的组成”是指，作为本发明的光学玻璃组成成分的原料而使用的氧化物、复合盐及氢氧化物等熔融时分解并转变为氧化物的情况下，将该氧化物的物质总量作为100％。

除非在具体情况下另外指出，本文所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，以及包括在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

SiO₂是光学玻璃的骨架，作为玻璃网络生成体，具有维持玻璃化学稳定性、提高玻璃耐失透性的作用。当SiO₂含量低于20％时，难以达到上述效果，因此SiO₂的含量的下限为20％，优选下限为23％；当SiO₂的含量高于30％时，则玻璃熔融性降低，转变温度上升，因此，SiO₂的含量上限为30％，优选上限为29％。

TiO₂具有提高玻璃折射率和色散的作用，适量引入可使玻璃相应增加网络氧化物的含量，玻璃更稳定并降低比重和玻璃的粘度，本发明中通过引入22％以上的TiO₂以获得上述效果，优选TiO₂的含量的下限为25％；但大量引入TiO₂后会使玻璃可见光区域的短波部分的透射率降低，玻璃的析晶倾向增加，因此，本发明中TiO₂的含量上限为35％，优选上限为30％。

BaO作为玻璃网络外体，具有提高玻璃耐失透稳定性并在不使玻璃着色的情况下提高折射率的效果。如果BaO的含量大于20％，会使玻璃的抗析晶性能和化学稳定性变差，因此BaO上限为20％，优选上限为18％；BaO的含量太低，对于玻璃着色和折射率提高效果有限，因此，将BaO的含量下限设置为10％，进一步优选为12％。

CaO有助于调整玻璃的光学常数，适当引入有助熔作用，能改善玻璃的加工性能，但是CaO添加过多时，会使得玻璃的光学数据达不到要求，玻璃熔制困难，抗析晶性能恶化。因此，CaO含量限定为0～10％，优选为0～5％，进一步优选不引入。

SrO添加到玻璃中可以调节玻璃的折射率和阿贝数，但若添加量过大，玻璃的化学稳定性会下降，同时玻璃的成本也会快速上升。因此，SrO含量限定为0～10％，优选为0～5％，进一步优选不引入。

MgO可以降低玻璃的折射率和熔制温度，但是MgO加入过多时会导致玻璃熔制困难，玻璃的抗析晶性能和稳定性下降。因此，MgO含量限定为0～10％，优选为0～5％，进一步优选不引入。

Nb₂O₅具有提高玻璃的折射率，并提高失透稳定性的效果。若Nb₂O₅含量小于10％，则无法获得相应的折射率等光学效果，若大于20％，失透稳定性或降低。因此，其含量限定为10-20％，优选为12-18％。

Li₂O、Na₂O、K₂O是提高玻璃熔融性，维持玻璃高折射率的效果的成分。

Li₂O是碱金属成分中提高玻璃稳定性降低玻璃转变温度的有效成分，当Li₂O含量大于5％时，玻璃稳定性降低，液相温度升高，玻璃成本增加，因此，将Li₂O的含量优选为0-5％，进一步优选不引入。

Na₂O具有改善玻璃熔融性的作用，对于提高玻璃的耐酸稳定性有着明显的效果，本发明中通引入5％以上的Na₂O以获得上述效果，优选Na₂O的含量下限为8％；当Na₂O含量超过15％，玻璃的耐酸稳定性和耐候性降低，因此Na₂O的含量上限为15％，优选上限为12％。

K₂O具有改善玻璃热稳定性和熔融性的作用，能改善玻璃透明度降低析晶性能，但其含量高对玻璃的热稳定性和热膨胀系数不利，因此，将K₂O的含量优选为1-10％，进一步优选为3-9％。

Sb₂O₅可以提高玻璃的澄清效果，其含量过高会使玻璃成型模恶化，因此，将Sb₂O₅的含量优选为0-2％，进一步优选为0-1％。

发明人在研究中发现，SiO₂/K₂O含量的比值可以降低折射率温度系数dn/dt，使玻璃折射率受温度变化影响小，更利于室外高温使用，同时还可以提高成玻稳定性，提高玻璃光学性能，为了更好的达到上述效果，将SiO2/K2O含量的比值优选为2-30，进一步优选为2.5-9.5。

K₂O/Nb₂O₅含量的比值对于提高折射率，降低玻璃色散，降低玻璃转变温度Tg，易于模压，对模具损伤小，保证模具寿命等方面有影响，为了更好的实现上述效果，将K₂O/Nb₂O₅含量的比值优选为0.1-1，进一步优选为0.15-0.7。

下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明。

光学玻璃的折射率(nd)与阿贝数(νd)按照GB/T 7962.1-2010规定的方法测试。

本发明光学玻璃的折射率(nd)为1.75-1.85，更优选为1.77-1.82；阿贝数(νd)为20-30，优选为22-28。

转变温度Tg按GB/T7962.16-2010规定的方法进行测量。

折射率温度系数按照GB/T 7962.4-2010规定方法测试，测定-40～80℃的折射率温度系数。实施例表1中特别举例给出了60～80℃的折射率温度系数。

本发明光学玻璃的转变温度Tg为600℃以下，优选为590℃以下；折射率温度系数为0.5以下，优选为0以下。

[制造方法]

本发明光学玻璃的制造方法如下：本发明的玻璃采用常规原料和常规工艺生产，使用碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物、氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1100-1400℃的熔炼炉中熔制，并且经澄清、搅拌和均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。

[玻璃预制件和光学元件]

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的光学玻璃来制作玻璃预制件。即，可以通过对光学玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作玻璃预制件，或通过对由光学玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作玻璃预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作玻璃预制件。

需要说明的是，制备玻璃预制件的手段不限于上述手段。如上所述，本发明的光学玻璃对于各种光学元件和光学设计是有用的，其中特别优选由本发明的光学玻璃形成预成型坯，使用该预成型坯来进行再热压成型、精密冲压成型等，制作透镜、棱镜等光学元件。

本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃预制件具有光学玻璃所具有的优异特性；本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性，能够提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

[光学仪器]

本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。

实施例

<光学玻璃实施例>

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。

本实施例采用上述光学玻璃的制造方法得到具有表1所示的组成的光学玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的特性，并将测定结果表示在表1中。

表1

<玻璃预制件实施例>

将光学玻璃实施例1～10所得到的玻璃使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，来制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜等的预制件。

<光学元件实施例>

将上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

<光学仪器实施例>

将上述光学元件实施例制得的光学元件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，或用于车载领域的摄像设备和装置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光学玻璃，其特征在于，以质量百分比计，包括：SiO₂：20-30%，TiO₂：22-35%，BaO：10-20%，Nb₂O₅：10-20%，Na₂O：5-15%， K₂O：1-10%，其中，SiO₂/K₂O为8.0-30，K₂O/Nb₂O₅为0.1-1，折射率温度系数为0.5以下。

2.如权利要求1所述一种光学玻璃，其特征在于，以质量百分比计，还含有Sb₂O₅：0-2%，和/或CaO：0-10%，和/或SrO：0-10%，和/或MgO：0-10%，和/或Li₂O：0-5%，其中，BaO+CaO+SrO+MgO为10-30，Na₂O+ K₂O+ Li₂O为10-25。

3.一种光学玻璃，其特征在于，以质量百分比计，包括SiO₂：20-30%，TiO₂：22-35%，BaO：10-20%，Nb₂O₅：10-20%，Na₂O：5-15%，K₂O：1-10%，Sb₂O₅：0-2%，CaO：0-10%，SrO：0-10%，MgO：0-10%，Li₂O：0-5%，其中，SiO₂/K₂O为8.0-30，K₂O/Nb₂O₅为0.1-1，BaO+CaO+SrO+MgO为10-30，Na₂O+ K₂O+ Li₂O为10-25，折射率温度系数为0.5以下。

4.如权利要求1至3任一项所述一种光学玻璃，其特征在于，以质量百分比计，其中：SiO₂：23-29%，和/或TiO₂：25-30%，和/或BaO：12-18%，和/或Nb₂O₅：12-18%，和/或Na₂O：8-12%，和/或K₂O：3-9%，和/或Sb₂O₅：0-1%，和/或CaO：0-5%，和/或SrO：0-5%，和/或MgO：0-5%，和/或Li₂O：0-2%，和/或SiO₂/K₂O为9.0-30，和/或K₂O/Nb₂O₅为0.15-0.7，和/或BaO+CaO+SrO+MgO为10-25，和/或Na₂O+ K₂O+ Li₂O为10-20。

5.如权利要求1至3任一项所述一种光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率n_d为1.75-1.85，阿贝数V_d为20-30。

6.如权利要求1至3任一项所述一种光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的转变温度Tg为600℃以下。

7.如权利要求1至3任一项所述一种光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的转变温度Tg为590℃以下。

8.如权利要求1至3任一项所述一种光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的折射率温度系数为0以下。

9.玻璃预制件，采用权利要求1至8任一项所述的光学玻璃制成。

10.光学元件，采用权利要求1至8任一项所述的光学玻璃或权利要求9所述的玻璃预制件制成。

11.光学仪器，采用权利要求1至8任一项所述的光学玻璃或权利要求10所述的光学元件制成。