磷酸鹽光學(xué)玻璃、精密壓制成形用預(yù)制件及光學(xué)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種折射率為1.57～1.62、阿貝數(shù)為65～70的磷酸鹽光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃具有較小的熱膨脹系數(shù)，適合于精密壓制成形。磷酸鹽光學(xué)玻璃，含有以mol％表示的以下組分：P2O5：32～50％、B2O3：3～20％、BaO：12～25％、SrO：0～20％、Al2O3：0～8％、Li2O：大于0但小于或等于15％、MgO：大于0但小于或等于11％、CaO：0～15％、Gd2O3：0～5％、La2O3：0-5％、Sb2O3：0～0.5％，并且不含有ZnO。本發(fā)明通過(guò)合理分配各組分的含量，得到的光學(xué)玻璃的熱膨脹系數(shù)α為110×10-7/℃以下，轉(zhuǎn)變溫度小于520℃。
【專利說(shuō)明】磷酸鹽光學(xué)玻璃、精密壓制成形用預(yù)制件及光學(xué)元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精密壓制成形用磷酸鹽光學(xué)玻璃，以及由上述玻璃形成的精密壓制成形用預(yù)制件及光學(xué)元件。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)碼相機(jī)、可拍照移動(dòng)電話等光電產(chǎn)品的普及，光學(xué)系統(tǒng)越來(lái)越往小型化、輕量化的方向發(fā)展，由光學(xué)玻璃精密壓型而成的非球面透鏡能夠簡(jiǎn)化透鏡結(jié)構(gòu)，并可以減少透鏡件數(shù)，因此市場(chǎng)對(duì)非球面透鏡的需求也日益高漲。
[0003]具有中等折射率、低分散性的光學(xué)玻璃是光電產(chǎn)品的光學(xué)系統(tǒng)需求量較大的一類光學(xué)玻璃，特別是折射率(nd)范圍為1.57~1.62，阿貝數(shù)(Vd)范圍為 65~70的光學(xué)玻璃，可以通過(guò)精密壓型成預(yù)制件及光學(xué)元件并應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)中。但是過(guò)去此類玻璃熱膨脹系數(shù)較大，在精密壓型過(guò)程中玻璃形變較大，容易炸裂。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種折射率為1.57~1.62、阿貝數(shù)為65~70的磷酸鹽光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃具有較小的熱膨脹系數(shù)，適合于精密壓制成形。
[0005]本發(fā)明還要提供一種由上述磷酸鹽光學(xué)玻璃構(gòu)成的精密壓制成形用預(yù)制件，以及具有上述光學(xué)特性和優(yōu)異耐氣候性的光學(xué)元件。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所米用的技術(shù)方案是:磷酸鹽光學(xué)玻璃，含有以mol1^表的以下組分=P2O5:32 ~50%、B2O3:3 ~20%、BaO: 12 ~25%、SrO:0 ~20%、Al2O3:0 ~8%,Li2O:大于O但小于或等于15%、Mg0:大于O但小于或等于ll%、CaO:0~15%、Gd203:O ~5 %、La2O3:0-5 %、Sb2O3:0 ~0.5 %，并且不含有 ZnO。
[0007]進(jìn)一步的，其組成按mol%為:P205:32 ~50%、B2O3:3 ~20%、BaO:12 ~25%、SrO:0~20%、Al2O3:0~8%、Li20:大于O但小于或等于15%、Mg0:大于O但小于或等于11%, CaO:0 ~15%、Gd2O3:0 ~5%、La2O3:0-5%, Sb2O3:0 ~0.5%, Na2O:0 ~10%、K2O:
O ~5%。
[0008]進(jìn)一步的，其中，P2O5:35 ~40%。
[0009]進(jìn)一步的，其中，BaO:15 ~20%。
[0010]進(jìn)一步的，其中，MgO:5~11%。
[0011]進(jìn)一步的，其中，CaO:0~8%。
[0012]進(jìn)一步的，其中，MgO+CaO<11%。
[0013]進(jìn)一步的，其中，B2O3:5 ~15%。
[0014]進(jìn)一步的，其中，La2O5:0_2%。
[0015]進(jìn)一步的，其中，Li2O:5 ~15%。
[0016]進(jìn)一步的，其中，Gd2O3:0.I ~3%。
[0017]進(jìn)一步的，其折射率范圍為1.57-1.62，阿貝數(shù)范圍為65-70。
[0018]進(jìn)一步的，其熱膨脹系數(shù)(20~300°C )為IlOX 10_7/°C以下。
[0019]進(jìn)一步的，其轉(zhuǎn)變溫度小于520°C。
[0020]精密壓制成形用預(yù)制件，由上述的磷酸鹽光學(xué)玻璃構(gòu)成。
[0021]光學(xué)兀件，由上述的磷酸鹽光學(xué)玻璃制成。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過(guò)合理分配各組分的含量，得到的光學(xué)玻璃的折射率范圍為1.57~1.62，阿貝數(shù)范圍為65~70，熱膨脹系數(shù)α (20~300°C )為IlOX 10_V°C以下，轉(zhuǎn)變溫度小于520°C。

【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明是為了得到折射率范圍1.57~1.62、阿貝數(shù)范圍65~70、膨脹系數(shù)優(yōu)良的光學(xué)玻璃，玻璃的各組分范圍的設(shè)定理由如下。需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中，除非另有說(shuō)明，各個(gè)組分的含量是用mol%表示。
[0024]P2O5是本發(fā)明玻璃形成玻璃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的必要組份，能夠提高玻璃穩(wěn)定性及粘性。但是，當(dāng)其含量在50%以上時(shí)，玻璃折射率下降；而當(dāng)含量不足32%時(shí)，玻璃化的傾向增強(qiáng)使得玻璃不穩(wěn)定。因此，在本發(fā)明的玻璃中，P2O5的含量為32~50%，優(yōu)選為35~40%。
[0025]B2O3是本發(fā)明玻璃的必要組份，可以提高玻璃的穩(wěn)定性和熔融性能，當(dāng)其含量過(guò)低時(shí)，會(huì)影響玻璃的低分散性，為了達(dá)到上述效果，B2O3含量?jī)?yōu)選在3%以上，但是加入過(guò)多的B2O3，會(huì)影響玻璃的熱穩(wěn)定性。因此，B2O3含量為3~20%，優(yōu)選為5~15%，更優(yōu)選為10~15%。
[0026]在本發(fā)明的玻璃中，Li2O是必要組份，具有降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和壓制成形溫度。但是，如果加入量過(guò)多，玻璃的耐氣候性和穩(wěn)定性惡化，并使玻璃色散增高，所以其加入量大于O但小于或等于15%，優(yōu)選為5~15%，更優(yōu)選為9~14%。
[0027]他20和K2O盡管也可以提高耐玻璃化性能、降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、屈服點(diǎn)和液相溫度，可以作為改善玻璃的高溫熔融性能而加入的任意成分。但當(dāng)加入過(guò)量時(shí)，不僅玻璃的穩(wěn)定性惡化，而且耐氣候性也顯著地惡化，折射率下降。因此，在本發(fā)明的玻璃中，Na2O的加入量為O~10%，K2O的加入量為O~5%，優(yōu)選不引入Na20、K20。
[0028]BaO是本發(fā)明玻璃的必要組份，能有效提高玻璃的折射率與玻璃的穩(wěn)定性，特別是作為提高耐氣候性的成分是最為有效的。但是，過(guò)量地加入BaO會(huì)顯著地?fù)p害玻璃的失透穩(wěn)定性，使玻璃的轉(zhuǎn)變溫度上升，而且具有破壞低分散性的缺點(diǎn)。因此，在本發(fā)明的玻璃中，其加入量為12~25%，優(yōu)選為15~20%。
[0029]SrO也是提高玻璃折射率的有效成分，同時(shí)可以提高玻璃的耐氣候性，但是，當(dāng)加入SrO過(guò)量時(shí)，玻璃的穩(wěn)定性惡化，液相溫度也會(huì)升高。因此，在本發(fā)明的玻璃中，SrO的加入量為O~20%，優(yōu)選為5~15%，更優(yōu)選為7~12%。
[0030]本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)低分散玻璃，引入BaO、SrO, MgO、CaO等有利于低分散性的組分，如果只引入的BaO和/或SrO，不容易達(dá)不到低分散性的目的。但本發(fā)明玻璃組份中不引入ZnO,因?yàn)閆nO有增大玻璃色散的不利作用。
[0031]發(fā)明人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，適量引入MgO和CaO中的至少一種，作為BaO或SrO以外的2價(jià)組分可以達(dá)到低分散性的目的。特別是將MgO作為必須組份，在低分散性的同時(shí)，還可以有效提高玻璃的穩(wěn)定性及耐候性。但是，當(dāng)MgO的含量超過(guò)11%時(shí)，玻璃的熱穩(wěn)定性變差，因此，MgO的含量范圍為大于O但小于或等于11 %,優(yōu)選含量為5~11 %。
[0032]CaO可以作為任意組份引入，用于改善玻璃的熔融穩(wěn)定性，但含量超過(guò)15%，玻璃折射率變低，且化學(xué)穩(wěn)定性變差，因此，CaO的含量范圍為O~15%，優(yōu)選范圍為O~8%。
[0033]發(fā)明人還研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明配方組成中MgO和CaO的合計(jì)量應(yīng)控制在小于11 %的范圍內(nèi)，以保證玻璃的低分散性及耐侯性，優(yōu)選不引入CaO。
[0034]Al2O3不是本發(fā)明玻璃的必要組份，但可作為提高玻璃的耐氣候性的有效成分。但是，當(dāng)其加入量超過(guò)8%時(shí)，玻璃的轉(zhuǎn)變溫度或屈服點(diǎn)會(huì)升高，玻璃的穩(wěn)定性、高溫熔融性能會(huì)惡化，玻璃折射率降低，所以其加入量為O~8%，優(yōu)選為O~6%，更優(yōu)選為O~5%。
[0035]本發(fā)明中Gd2O3是作為提高折射率的任意組份，但過(guò)量地引入Gd2O3,玻璃的失透傾向增大，玻璃變得不穩(wěn)定。因此Gd2O3含量為O~5%，優(yōu)選為Gd2O3 0.1~3%。
[0036]本發(fā)明的玻璃中，Sb2O3可以作為玻璃熔融時(shí)的澄清劑添加，其含量范圍為O~
0.5%，優(yōu)選為O~0.1%，更優(yōu)選為O~0.05%。
[0037]本發(fā)明的玻璃，優(yōu)選基本上由P205、B2O3> A1203> Li2O, MgO、BaO、SrO, Gd2O3 和 Sb2O3構(gòu)成，在本發(fā)明的玻璃中，上述各組分的含量總和優(yōu)選超過(guò)95 %，更優(yōu)選超過(guò)98 %，特別優(yōu)選超過(guò)99%，最優(yōu)選為100%。
[0038]在無(wú)損本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，也可以加入選自Na20、K2O, CaO、La2O3> Y2O3> Yb2O3>Zr02、Ta205、Bi203、W03、Ti02中的一種或幾種組分。其中，La2O3是任意引入的組份，由于其會(huì)使玻璃的穩(wěn)定性急劇地惡化，同時(shí)熔融性能也會(huì)降低，因此，La2O3的含量范圍為O~8%，優(yōu)選范圍為O~2%，更優(yōu)選不加入。
[0039]本發(fā)明的玻璃，其折射率(nd)范圍為1.57~1.62，優(yōu)選范圍為1.58~1.61，更優(yōu)選為1.59~1.60 ;阿貝數(shù)(Vd)范圍為65~70，優(yōu)選范圍為66~69，更優(yōu)選范圍為67~68。本發(fā)明玻璃的組成，可以在上述范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定，以滿足其特性。通過(guò)上述優(yōu)選范圍內(nèi)引入各成分，在顯示出低分散特性的范圍內(nèi)，能夠得到折射率比較高的玻璃。
[0040]本發(fā)明通過(guò)如下的方法測(cè)定得到光學(xué)玻璃的折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)、轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、膨脹系數(shù)和比重。
[0041](I)折射率(nd)和阿貝數(shù)(V d)
[0042]折射率與阿貝數(shù)按照《GB/T 7962.11-2010無(wú)色光學(xué)玻璃測(cè)試方法折射率和色散系數(shù)》測(cè)試。
[0043](2)轉(zhuǎn)變溫度(Tg)
[0044]光學(xué)玻璃在某一溫度區(qū)間會(huì)逐漸由固態(tài)變成可塑態(tài)。其轉(zhuǎn)變溫度Tg是指玻璃試樣從室溫升溫至馳垂溫度Ts，其低溫區(qū)域和高溫區(qū)域直線部分延長(zhǎng)線相交的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度。按照GB/T 7962.16-2010規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)量。
[0045](3)熱膨脹系數(shù)α
[0046]熱膨脹系數(shù)α是指一定溫度范圍內(nèi)溫度升高1°C時(shí)，玻璃單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量。本發(fā)明按照GB/T7962.16-2010規(guī)定的方法測(cè)量溫度為20~300°C的平均值。
[0047](4)密度
[0048]光學(xué)玻璃的密度是指，溫度為20°C時(shí)單位體積的質(zhì)量。光學(xué)玻璃的密度按GB/T7962.20-2010規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)量。單位以g/cm3表示。
[0049]本發(fā)明的玻璃，其轉(zhuǎn)變溫度(Tg)優(yōu)選在520°C以下，更優(yōu)選在510°C以下，最優(yōu)選在500°C以下。由于這樣的低溫軟化性，能夠?qū)⒕軌褐瞥尚螘r(shí)溫度壓制在比較低的溫度。在本發(fā)明的玻璃中，能夠適當(dāng)?shù)卦谏鲜龇秶鷥?nèi)設(shè)定其組成，使得其轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為如上所述。
[0050]本發(fā)明的玻璃，其熱膨脹系數(shù)α (20~300°C )為IlOX 10_7/°C以下，優(yōu)選為107X10_V°C以下，更優(yōu)選為104X10_V°C以下。在本發(fā)明的玻璃中，能夠適當(dāng)?shù)卦谏鲜龇秶鷥?nèi)設(shè)定其組成，使得其膨脹系數(shù)為如上所述。
[0051]本發(fā)明的玻璃，其密度為3.45 (g/cm3)以下，優(yōu)選為3.36 (g/cm3)以下，更優(yōu)選為
3.32 (g/cm3)以下。
[0052]本發(fā)明精密壓制成形用的預(yù)制件是由上述本發(fā)明磷酸鹽光學(xué)玻璃構(gòu)成的，是與精密壓制成形制品具有同樣質(zhì)量的玻璃制成形體。根據(jù)制品的形狀不同，預(yù)制件被成形為適當(dāng)?shù)男螤?，可以是球狀、旋轉(zhuǎn)橢圓體等形狀。預(yù)制件被加熱到能夠進(jìn)行精密壓制成形的粘度，再進(jìn)行精密壓制成形。
[0053]本發(fā)明的光學(xué)元件是由上述本發(fā)明的磷酸鹽光學(xué)玻璃制造的光學(xué)元件。由于構(gòu)成光學(xué)元件的玻璃具有上述各種特性，所以本發(fā)明的光學(xué)元件有效地利用了所需的光學(xué)常數(shù)和優(yōu)異的熱膨脹系數(shù)，能夠長(zhǎng)期維持高的可靠性。
[0054]作為本發(fā)明的光學(xué)元件，可以是球面透鏡、非球面透鏡、微型透鏡等各種透鏡，或者是衍射光柵、裝有衍射光柵的透鏡、透鏡陣列、棱鏡等。作為上述光學(xué)元件，希望是通過(guò)將本發(fā)明的預(yù)制件加熱、軟化通過(guò)精密壓制成形而得到的元件。
[0055]根據(jù)需要，可以在此光學(xué)元件上設(shè)置防反射膜、全反射膜、部分反射膜、具有分光特性的膜等光學(xué)薄膜。
[0056]實(shí)施例
[0057]下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0058]表1~表3中顯示出各個(gè)實(shí)施例玻璃的組成、折射率(nd)、阿貝數(shù)(v d)、轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、熱膨脹系數(shù)U)、比重(P)。各種玻璃使用了各個(gè)相應(yīng)的氧化物、氫氧化物、磷酸鹽、偏磷酸鹽、碳酸鹽和硝酸鹽作為各成分的原料，對(duì)上述原料進(jìn)行稱量，充分混合以后，放入鉬坩堝中在1050~1200°C的溫度范圍內(nèi)熔融，攪拌以做到均質(zhì)化，經(jīng)過(guò)澄清、降溫再澆鑄到預(yù)熱到適當(dāng)溫度的鑄模中，將澆鑄的玻璃冷卻到轉(zhuǎn)變溫度后直接放入退火爐中，緩慢冷卻到室溫就得到本發(fā)明的磷酸鹽光學(xué)玻璃。
[0059]表1
[0060]

【權(quán)利要求】
1.磷酸鹽光學(xué)玻璃，其特征在于，含有以mol%表示的以下組分=P2O5:32~50%、B203:3 ~20%、Ba0:12 ~25%、Sr0:0 ~20%、A1203:0 ~8%、Li20:大于 O 但小于或等于 15%、MgO:大于 O 但小于或等于 11%> CaO:0 ~15%, Gd2O3:0 ~5%, La2O3:0_5%、Sb2O3:0 ~0.5%，并且不含有ZnO。
2.如權(quán)利要求1所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃，其特征在于，其組成按mol%為=P2O5:32~50%, B2O3:3 ~20%、Ba0:12 ~25%、SrO:0 ~20%、Al2O3:0 ~8%、Li2O:大于 O 但小于或等于 15%,MgO:大于 O 但小于或等于 11%,CaO:0 ~15%,Gd2O3:0 ~5%,La2O3:0_5%、Sb2O3:0 ~0.5%, Na2O:0 ~10%、K2O:0 ~5%。
3.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，P2O5:35 ~40%。
4.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，BaO:15 ~20%。
5.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，MgO:5 ~11%。
6.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，CaO:O ~8%。
7.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中,MgO+CaO< 11%。
8.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，B2O3:5 ~15%。
9.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，La2O5:0-2%。
10.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中，Li2O:5 ~15%。
11.如權(quán)利要求1~2任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃,其特征在于,其中,Gd2O3:0.1 ~3%。
12.如權(quán)利要求1~11任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃，其特征在于，其折射率范圍為1.57-1.62，阿貝數(shù)范圍為65-70。
13.如權(quán)利要求1~11任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃，其特征在于，其熱膨脹系數(shù)(20 ~300°C )為 IlOX 1(T7/°C 以下。
14.如權(quán)利要求1~11任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃，其特征在于，其轉(zhuǎn)變溫度小于520 0C ο
15.精密壓制成形用預(yù)制件，由權(quán)利要求1~14任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃構(gòu)成。
16. 光學(xué)兀件，由權(quán)利要求1~14任一權(quán)利要求所述的磷酸鹽光學(xué)玻璃制成。
【文檔編號(hào)】C03C3/19GK104176933SQ201310195041
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月21日
【發(fā)明者】匡波 申請(qǐng)人:成都光明光電股份有限公司