專利名稱：高折射率玻璃以及含有該種玻璃的多焦點(diǎn)校正透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高折射率的無(wú)機(jī)玻璃，更具體地說(shuō)所述折射率為1.70-1.78。所述玻璃尤其令人感興趣的用途是作為光學(xué)或眼鏡玻璃，它尤其適用于制造多焦點(diǎn)校正透鏡用的片段。裝入了由本發(fā)明玻璃制成的至少一個(gè)片段的所述多焦點(diǎn)校正透鏡也構(gòu)成了本發(fā)明的完整部分。
多焦點(diǎn)透鏡是由玻璃主透鏡和熔接在其上的若干片段構(gòu)成的。這些片段的折射率比主透鏡高；這樣就能獲得較高校正能力的區(qū)域。將所述一個(gè)或多個(gè)片段熔接到主透鏡上，通常是在將所涉及的幾種玻璃加熱到接近主透鏡玻璃的軟化點(diǎn)溫度的熱處理過(guò)程中進(jìn)行的。因此，片段玻璃的粘度特性必須接近主透鏡玻璃的粘度特性。它們也必須具有接近的熱膨脹性能，結(jié)果所得的熔接物中會(huì)具有非常低的應(yīng)變。
本發(fā)明的目的是提供折射率為1.70-1.78的玻璃，它尤其能熔接到本發(fā)明專利的申請(qǐng)公司(Corning S.A.)制造的折射率為1.6、阿貝值為41并且具有下述物理性能的眼鏡玻璃上-熱膨脹系數(shù)100×10-7K-1(在25-300℃之間)，-軟化點(diǎn)610℃，-應(yīng)變點(diǎn)460℃，-退火點(diǎn)490℃。
申請(qǐng)公司的所述玻璃的編號(hào)為8008。它在美國(guó)專利US-A-4,540,672中有描述。
已經(jīng)確定，為了熔接到所述編號(hào)為8008的玻璃上，本發(fā)明的玻璃的熱膨脹系數(shù)必須約為90-110×10-7K-1，軟化點(diǎn)約為570-620℃。
因此，本發(fā)明中要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供具有下述性能指標(biāo)的玻璃-高折射率1.70≤n≤1.78；-熱膨脹系數(shù)90-110×10-7K-1(在25-300℃之間)；-軟化點(diǎn)約570-620℃。
按已有技術(shù)的內(nèi)容，已經(jīng)知道有多種折射率高于1.7并且能用作所述片段的玻璃。另一方面，就本申請(qǐng)人所知，這些已知的玻璃中幾乎很少能具有上述性能，即既具有高于1.7的折射率，又具有或接近上述數(shù)值的熱膨脹和粘度性能。本申請(qǐng)人在所述已有技術(shù)文獻(xiàn)中收集到如下幾篇專利-美國(guó)專利US-A-4,568,651(HOYA)，它描述了含有下述氧化物組成(以重量百分?jǐn)?shù)表示)的玻璃SiO214-24B2O36-14Al2O30-4SiO2+B2O3+Al2O326-34MgO0-10CaO0-15BaO2-24SrO0-17ZnO0-12BaO+SrO+CaO+ZnO15-30PbO38-50ZrO20-3.
這些玻璃的折射率為1.74-1.78，熱膨脹系數(shù)為82-95×10-7K-1，軟化點(diǎn)為560-640℃。
這些性能接近本發(fā)明所要尋求的數(shù)值。然而，此美國(guó)專利中所描述的玻璃組成與本發(fā)明玻璃的完全不同。這些文獻(xiàn)的玻璃具有非常高的PbO含量，并且不含堿和TiO2；-日本專利JP-A-61 146730(NIPPON KOGAKU KK)，它描述了具有下述氧化物組成(以摩爾百分?jǐn)?shù)表示)的玻璃SiO26-30B2O315-44Li2O7-18Na2O+K2O 0-3MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-35La2O33-10ZrO23-5Nb2O53-8.
這些玻璃的折射率為1.7-1.78，熱膨脹系數(shù)為98-114×10-7K-1，軟化點(diǎn)為548-588℃。然而，該組成范圍同樣與本發(fā)明在此提出權(quán)利要求的非常不同；這些玻璃既不含TiO2也不含PbO。
還可以提到的有美國(guó)專利US-A-4,824,809(SCHOTT)和三項(xiàng)日本專利JP-A-826765、JP-A-8 26766和JP-A-8 25957(NIKON CORP.)，它們的內(nèi)容分別如下-美國(guó)專利，玻璃的折射率為1.73-1.78，但未說(shuō)明所述玻璃的熱膨脹性能和粘度。這些玻璃的PbO、TiO2和堿的含量分別比本發(fā)明玻璃的高得多和低得多；-日本專利，玻璃的折射率和軟化點(diǎn)與本發(fā)明玻璃的接近。但未說(shuō)明所述玻璃的熱膨脹系數(shù)。所述玻璃的組成范圍與本發(fā)明在此提出權(quán)利要求的非常不同該玻璃既不含PbO，也不含TiO2。
因此，為了獲得上述的性能指標(biāo)，本申請(qǐng)人提出一種完全有獨(dú)創(chuàng)性的解決方案(玻璃組合物)。
申請(qǐng)人提出的是具有下述氧化物組成(以重量百分?jǐn)?shù)表示)的新穎玻璃SiO227-36B2O30-9Li2O 1-5Na2O 1-7K2O 0-7CaO 0-7BaO 4-13ZnO 0-8La2O34-15PbO 4-27TiO27-18ZrO20-9Nb2O50-8其中Li2O+Na2O+K2O 6-15SiO2+TiO2+ZrO242-55PbO+TiO2+ZrO2+Nb2O529-40.
基本上用上述的一些氧化物，以上述的組成制成本發(fā)明的玻璃。固然，并不排除加入其它一些氧化物(見(jiàn)下文)，但所述其它氧化物的加入量不可很多(總是≤5％，通常≤3重量％，甚至≤1重量％)，并且其它氧化物對(duì)所要求的性能不可產(chǎn)生明顯的影響。它們的加入僅起到調(diào)節(jié)的作用。
本發(fā)明玻璃的主要組分是SiO2、PbO、TiO2和La2O3。所述玻璃還包含Li2O、Na2O和BaO。至于可用可不用的組分(B2O3、K2O、CaO、ZnO、ZrO2和Nb2O5)，在此要說(shuō)明的是，對(duì)于所有有用的最終用途，它們發(fā)揮顯著效果的最少加入量通常在0.5％的數(shù)量級(jí)。這樣，本發(fā)明的玻璃或者不包含這些組分，或者若包含的話，其最少量通常為0.5％(重量％)。
針對(duì)本發(fā)明第一個(gè)目的較好的情況，玻璃具有下述氧化物組成(以重量百分?jǐn)?shù)表示)SiO228-35B2O32-9Li2O 2-5Na2O 2-6K2O 0-5BaO5-13ZnO0-7La2O34-14PbO10-27TiO29-15ZrO20-4(如上所述顯然Li2O+Na2O+K2O 6-15SiO2+TiO2+ZrO242-55PbO+TiO2+ZrO229-40(沒(méi)有Nb2O5)).
本發(fā)明玻璃的高折射率是通過(guò)將TiO2、PbO、ZrO2和Nb2O5的含量總和保持在29-40％之間達(dá)到的。為達(dá)到這個(gè)指標(biāo)所宜采用的組分是TiO2和PbO。這就是為什么這些組分的最少含量必須分別為7和4％。除了對(duì)該指標(biāo)所起的作用外，ZrO2還能改進(jìn)化學(xué)耐久性。Nb2O5原料的費(fèi)用高昂，使得對(duì)該氧化物的興趣不如對(duì)上述那些組分的興趣大。TiO2、ZrO2或Nb2O5的含量太高，在低粘度時(shí)會(huì)產(chǎn)生析晶現(xiàn)象，而PbO的含量太高對(duì)密度和色散都是不利的。
SiO2、TiO2和ZrO2是最會(huì)提高軟化點(diǎn)的組分。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，為了達(dá)到所需范圍的軟化點(diǎn)，SiO2、TiO2和ZrO2的含量總和應(yīng)在42-55％之間。
SiO2的含量高于27％，可進(jìn)一步保證良好的化學(xué)耐久性，而高于36％，難以獲得所需的折射率和熱膨脹系數(shù)。
上述比例的堿金屬氧化物能獲得所要求的熱膨脹和粘度性能。
堿土金屬氧化物以及ZnO和La2O3能調(diào)節(jié)折射率和粘度。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，為了獲得具有盡可能高的液相線粘度的玻璃，使用BaO比使用CaO好。
B2O3具有降低粘度而同時(shí)很少影響熱膨脹的優(yōu)點(diǎn)。
為了調(diào)節(jié)性能，如上所述，其它氧化物如Al2O3、MgO、SrO也可以加入。它們的總量不得超過(guò)5％。
也可以加入常規(guī)的整理劑如As2O3或Sb2O3、氟化物、溴化物或氯化物，但前提條件是它們的總量不超過(guò)1％。
若需要的話，可以加入漂白劑。也可以加入常規(guī)的著色成分，如過(guò)渡金屬氧化物或稀土氧化物來(lái)使玻璃著色。
為了便于熔制和成形本發(fā)明的玻璃，應(yīng)使用析晶傾向低，具體是液相線粘度高的玻璃。上述玻璃的組成正是為此目的優(yōu)化而得到的。它們的液相線粘度大于3Pa.s.。
制造本發(fā)明的玻璃不會(huì)產(chǎn)生任何特別的困難；它不需要采取任何特別的條件和措施。本領(lǐng)域技術(shù)人員是不難制造本發(fā)明玻璃的。
常規(guī)的原料如氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽可用于制備待熔化的填料。對(duì)這些原料，只要采取通常獲得光學(xué)玻璃所需的純度就足夠了(顯然是對(duì)獲得光學(xué)玻璃而言)。
按另一個(gè)目的，本發(fā)明涉及使用具有上述獨(dú)創(chuàng)性組成的玻璃來(lái)制造多焦點(diǎn)校正透鏡的高折射率片段。換句話說(shuō)，本發(fā)明的另一個(gè)目的是多焦點(diǎn)校正透鏡，它本身以已知的方式包括一個(gè)折射率較低的玻璃主透鏡和至少一個(gè)熔接到所述主透鏡上折射率較高的玻璃片段；所述一個(gè)或多個(gè)片段的特征就在于使用本發(fā)明獨(dú)創(chuàng)性的玻璃。所述本發(fā)明的多焦點(diǎn)校正透鏡在其結(jié)構(gòu)中通常只含有一個(gè)這種類型的片段。然而，也不排除放入幾個(gè)所述片段的情況。
正如在本文的介紹中所指出的，具體是開(kāi)發(fā)了一些玻璃，它們是用來(lái)與具有下述特征的玻璃(編號(hào)為8008)熔接的-熱膨脹系數(shù)100×10-7K-1(在25-300℃之間)；-軟化點(diǎn)610℃；-折射率1.6。
這樣，本發(fā)明在其第二個(gè)目的的范圍內(nèi)，是具體涉及多焦點(diǎn)校正透鏡，其主透鏡是所述玻璃(具有上述特征)，而其一個(gè)或多個(gè)片段是本發(fā)明的玻璃。
本發(fā)明用下述實(shí)施例1-10以完全不受限制的方式進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施例1-4屬于本發(fā)明較好的實(shí)施方案。
按下述操作方法，制備其組成如下表所列的本發(fā)明玻璃。所述組成均以重量百分?jǐn)?shù)表示。
操作方法在每種情況中，將玻璃原料在白金坩堝中于1,250℃下熔化2,500g 1小時(shí)。然后將玻璃制成厚度為1厘米的棒。
以60℃/小時(shí)的冷卻速度進(jìn)行退火。
此操作方法以實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模進(jìn)行。顯然，在工業(yè)上使用常規(guī)的熔制和成形方法就可以制造本發(fā)明的玻璃。
在下面的表1中，列出了所得玻璃的物理性能。
膨脹系數(shù)在25-300℃的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。它們用10-7K-1作為單位表示。
軟化點(diǎn)或Littleton點(diǎn)是玻璃粘度為106.5Pa.s.(107.5泊)時(shí)的溫度。
權(quán)利要求
1.一種高折射率的玻璃，它具有如下以重量百分?jǐn)?shù)表示的氧化物組成SiO227-36B2O30-9Li2O 1-5Na2O 1-7K2O0-7CaO 0-7BaO 4-13ZnO 0-8La2O34-15PbO 4-27TiO27-18ZrO20-9Nb2O50-8其中Li2O+Na2O+K2O6-15SiO2+TiO2+ZrO242-55PbO+TiO2+ZrO2+Nb2O529-40.
2.如權(quán)利要求1所述的玻璃，它具有如下以重量百分?jǐn)?shù)表示的氧化物組成SiO228-35B2O32-9Li2O 2-5Na2O 2-6K2O0-5BaO 5-13ZnO 0-7La2O34-14PbO 10-27TiO29-15ZrO20-4.
3.如權(quán)利要求1或2所述玻璃的用途，該玻璃用于制造多焦點(diǎn)校正透鏡的高折射率片段。
4.一種多焦點(diǎn)校正透鏡，它包括折射率較低的玻璃主透鏡和至少一塊熔接到所述主透鏡上具有較高折射率的玻璃片段，其特征在于所述片段使用的是權(quán)利要求1或2所述的玻璃。
5.如權(quán)利要求4所述的透鏡，其特征在于所述主透鏡的玻璃具有下述特征-熱膨脹系數(shù)100×10-7K-1(在25-300℃之間)；-軟化點(diǎn)610℃；-折射率1.6。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有如下以重量百分?jǐn)?shù)表示的氧化物組成的高折射率玻璃:SiO
文檔編號(hào)C03C3/074GK1252041SQ98803967
公開(kāi)日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1998年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者M·孔德, P·馬克斯 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司