光學(xué)玻璃及光學(xué)元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種光學(xué)玻璃，特別是設(shè)及一種折射率為1. 62-1. 66、阿貝數(shù)為58-63 的光學(xué)玻璃。
【背景技術(shù)】
[0002] 折射率為1. 62-1. 66、阿貝數(shù)為58-63的玻璃是一種中等折射率、低色散的光學(xué)玻 璃，目前在光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用較為廣泛。對(duì)于銅冕玻璃來說，其阿貝數(shù)較高，目前主要有W 下幾種組分系統(tǒng)類型：
[0003] 組分系統(tǒng) 1 :Si(^-B2〇3-La2〇3-BaO
[0004] 組分系統(tǒng) 2 :B2〇3-Si(VLa2(VCaO 陽0化]組分系統(tǒng) 3 :B2〇3-P2〇5-Ba〇-La2〇3
[0006] 組分系統(tǒng) 4 :Si〇2-B2〇^La2〇^RF廠R0
[0007] 組分系統(tǒng)1是上世紀(jì)80年代前使用的玻璃系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于BaO含量高達(dá)40 %左 右，La2〇3含量較低，運(yùn)樣的組分系統(tǒng)雖然有效地降低了 La 2〇3的使用量，但是由于BaO含量 較高，導(dǎo)致玻璃密度較高，達(dá)到3. 6 W上。另外由于BaO含量高，化學(xué)穩(wěn)定性尤其是耐水性 較差。同時(shí)由于原料中含有大量BaC〇3,生產(chǎn)時(shí)發(fā)缸非常嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。
[0008] 上述發(fā)缸是指玻璃原料在融化過程中，由于組分中碳酸鹽或者硝酸鹽受熱分解產(chǎn) 生大量氣泡，在某種粘度下氣泡不能破裂導(dǎo)致堆積在溶解相蝸內(nèi)，并持續(xù)向相蝸外擴(kuò)展，類 似于煮稀飯"發(fā)鍋"。發(fā)缸的危害在于降低化料速度，降低生產(chǎn)效率，同時(shí)導(dǎo)致某些原料溢出 鍋外，最終得不到合格的產(chǎn)品。
[0009] 組分系統(tǒng)2是一種典型的銅冕玻璃系統(tǒng)，如CN98119983. 6,其特點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)形成 體WB203為主，添加少量Si〇2調(diào)節(jié)高溫粘度，同時(shí)采用大量化0作為網(wǎng)絡(luò)外體，原料成本低。 但是，由于組分中含有大量化C〇3,在生產(chǎn)熟料的過程中容易發(fā)缸，導(dǎo)致烙煉玻渣所用時(shí)間 比一般不發(fā)缸玻璃高一倍左右，運(yùn)樣造成了玻渣烙煉效率低。同時(shí)由于采用銷金相蝸生產(chǎn) 熟料，粉料侵蝕相蝸更長，在二次烙煉中更容易產(chǎn)生銷金夾雜物，導(dǎo)致產(chǎn)品良品率降低。
[0010] 組分系統(tǒng)3是一種憐酸鹽玻璃系統(tǒng)，如CN201010554499. 2,此系統(tǒng)原料中的P2〇g在 烙煉過程中會(huì)強(qiáng)烈地腐蝕銷金相蝸，使得銷金損失加大。同時(shí)，憐酸鹽系統(tǒng)玻璃在生產(chǎn)過程 中，析晶、條紋、氣泡等質(zhì)量控制遠(yuǎn)比銅冕玻璃組成要高，造成生產(chǎn)難度大，良品率低。
[0011] 組分系統(tǒng)4從理論上來說能達(dá)到要求的光學(xué)性能。但是，由于含有氣化物，在生產(chǎn) 過程中容易揮發(fā)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性要比銅冕組成系統(tǒng)差很多，運(yùn)樣就會(huì)造成在烙煉過程中良品 率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種折射率為1. 62-1. 66、阿貝數(shù)為58-63的 工藝難度低的光學(xué)玻璃。
[0013] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：光學(xué)玻璃，其重量百分比組成含有： La2〇3l6-26%、Y2〇32-7%、Zr〇2〇. 5-3%、CaO 6-14%、SrO 0. 5-7%、Li2〇 2-5%，還含有81〇2 和B203,且所述B203的含量大于SiO 2的含量。
[0014] 進(jìn)一步的，不含BaO。 陽01 引 進(jìn)一步的，其中，Si〇24-20%、B2〇338-56%。
[0016] 進(jìn)一步的，還含有化0 0-3 %、MgO 0-2 %、胞2〇 0-1. 5 %、K2O 0-1. 5 %、 Sb2〇3〇-〇. 2%。
[0017] 進(jìn)一步的，所述La2〇3與Y2O3的重量比為3-7. 3。 陽0化]進(jìn)一步的，其中，Si〇25-18 %和/或B2O34O-55 %和/或La2〇3!7-25 %和/或 ￥2〇32.5-6%和/或2'〇21-2%和/或(：曰0 7-13%和/或5'0 1-7%和/或112〇2.5-5%。
[0019] 進(jìn)一步的，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度低于600°C。
[0020] 進(jìn)一步的，所述玻璃折射率為1. 62-1. 66,阿貝數(shù)為58-63。
[0021] 進(jìn)一步的，所述玻璃的密度小于3. 20g/cm3。
[0022] 采用上述的光學(xué)玻璃所制成的預(yù)制件。
[0023] 采用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過合理各組分及其含量，得到的光學(xué)玻璃的折射 率為1. 62-1. 66,阿貝數(shù)為58-63, Tg溫度在600°C W下，密度低于3. 20g/cm3,在烙煉過程中 不發(fā)缸，擁有較好的工藝性能，工藝難度低。
【具體實(shí)施方式】
[0025] W下說明本發(fā)明中各種氧化物的選擇W及添加范圍的理由，除非另有說明，各個(gè) 組分含量是用重量％表示。
[0026] B203在本發(fā)明中是玻璃的主要網(wǎng)絡(luò)形成體，B 2〇3加入玻璃中能有效降低烙煉溫度， 同時(shí)容易獲得較低的色散。然而，單純的棚酸鹽系統(tǒng)玻璃化學(xué)穩(wěn)定性差，高溫粘度小，容易 失透。運(yùn)是由于如果在玻璃中無 Si〇2或者SiO 2含量較少，B 2〇3在玻璃中主要W穩(wěn)定性較差 的棚氧Ξ角體存在。當(dāng)Si〇2的含量逐漸增多時(shí)，棚氧Ξ角體逐漸向棚氧四面體轉(zhuǎn)變，減少 玻璃網(wǎng)絡(luò)的斷網(wǎng)，從而提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性能，同時(shí)還可W提高玻璃的耐失透性，提高成 型粘度，避免產(chǎn)生內(nèi)在條紋。 陽027] 但是，Si〇2的加入量并不是越多越好，當(dāng)SiO 2的添加量超過一定量時(shí)，不僅玻璃烙 煉溫度會(huì)升高，同時(shí)娃氧四面體的繼續(xù)增加會(huì)導(dǎo)致富含娃結(jié)晶相的出現(xiàn)，從而導(dǎo)致玻璃失 透。因此，本發(fā)明人經(jīng)過潛屯、研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Si〇2限定為4-20%時(shí)，優(yōu)選為5-18%，當(dāng)B 2〇3的 含量限定為38-56 %，優(yōu)選為40-55 %時(shí)，能使玻璃獲得較好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐失透性能W 及合適的成型粘度。
[0028] La2〇3是一種高折射低色散氧化物，加入玻璃中能顯著地提升玻璃的折射率。在本 發(fā)明中，Laz化的含量若低于16 %，則玻璃達(dá)不到設(shè)計(jì)的光學(xué)常數(shù)；若其含量高于26 %，容易 分相而產(chǎn)生失透。因此，其含量限定為16-26%，優(yōu)選為17-25%。 陽029] Y2O3是一種高折射低色散氧化物，加入到玻璃中能顯著提高玻璃的折射率。同時(shí)， 使用少量Υ2〇3替代La 2〇3,能提高玻璃的抗析晶性能。經(jīng)過本發(fā)明人潛屯、研究發(fā)現(xiàn)，玻璃析 晶是在各向同性的玻璃態(tài)物質(zhì)中析出晶態(tài)物質(zhì)的過程，而玻璃析晶本領(lǐng)主要決定于玻璃 結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的斷裂程度（網(wǎng)絡(luò)斷裂愈多玻璃愈易析晶）和玻璃中所含網(wǎng)絡(luò)外體及中間體氧化 物的作用，電場(chǎng)強(qiáng)度較大的網(wǎng)絡(luò)外體離子，如La離子等由于對(duì)娃氧四面體的配位要求，使 近程有序的范圍增加，容易產(chǎn)生局部積聚現(xiàn)象，容易結(jié)晶。當(dāng)加入中間體氧化物則使積聚 程度下降而減小玻璃析晶本領(lǐng)。此外當(dāng)增加系統(tǒng)組分，可使烙體冷卻時(shí)不同結(jié)晶物相互干 擾，排列成一定晶格的幾率變小，增強(qiáng)玻璃的抗析晶能力。本發(fā)明玻璃中含少量堿金屬氧 化物，故后種因素起主要作用。本系統(tǒng)玻璃中含較多的銅，銅離子是高場(chǎng)強(qiáng)大半徑的網(wǎng)絡(luò) 外體陽離子，由于積聚作用強(qiáng)、配位數(shù)高而破壞了結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，促使玻璃容易析晶。用氧化 錠部分代替氧化銅，雖然兩種物質(zhì)是同一族氧化物，其物理化學(xué)性質(zhì)比較相近，但從結(jié)構(gòu) 化學(xué)觀點(diǎn)來看，它們?cè)诓Ａе械呐湮粻顟B(tài)卻不相同，銅離子處于八配位結(jié)構(gòu)，而錠離子處 于六配位結(jié)構(gòu)，因此，當(dāng)融體冷卻時(shí)，組成固定化合物的機(jī)會(huì)減少，產(chǎn)生規(guī)則排列的幾率 也就減少，運(yùn)有利于降低晶體的生長速度，改善玻璃的抗析晶能力。但是，氧化錠代替氧 化銅也不是無限制的，運(yùn)是因?yàn)椴ＡЫY(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中不同配位的空隙的比例有一定數(shù)值。經(jīng)過 本發(fā)明人的潛屯、研究，如果La2〇3/%化的數(shù)值在3-7. 3范圍內(nèi)，才能達(dá)到改進(jìn)玻璃抗結(jié)晶能 力的效果。因此，Y203的含量限定為2-7%，優(yōu)選為2. 5-6%。
[0030] Zr〇2加入玻璃中能顯著地提升玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。但是加入量過大，玻璃的色散 會(huì)顯著增加。因此，在本發(fā)明玻璃組分中，若其含量低于0.5%，化學(xué)穩(wěn)定性提升效果不明 顯；但如果其含量高于3%，玻璃色散顯著增加，達(dá)不到設(shè)計(jì)的光學(xué)常數(shù)。因此，其含量限定 為0. 5-3 %，優(yōu)選為1-2 %。
[0031] ZnO加入玻璃中能提升玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)能降低玻璃高溫粘度W及玻璃液 的表面張力。ZnO的色散較大，在本發(fā)明中不宜超過3 %，優(yōu)選為不添加。
[0032] 堿±金屬化合物化0、MgO、SrO和BaO添加到玻璃中，不僅可W調(diào)節(jié)玻璃的光學(xué)常 數(shù)，而且可W起到助融作用。另外，合適量的添加可W調(diào)節(jié)玻璃的膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性等 性能。雖然同屬堿±金屬氧化物，BaO的密度顯著大于其他Ξ種，如果在本發(fā)明的玻璃中添 加 BaO,那么玻璃的密度會(huì)顯著增加。同時(shí)，含有BaO的玻璃，在酸性條件存在下（如潮濕天 氣下），BaO較其他堿±金屬氧化物更容易被侵蝕。因此，在本發(fā)明中不添加 BaO。
[003引 CaO加入玻璃中可W獲得密度較小的玻璃，同時(shí)調(diào)節(jié)玻璃的膨脹系數(shù)、化學(xué)穩(wěn)定性 等。但是，在生產(chǎn)過程中，CaO是由CaC03引入，在含量較大，比如超過20%時(shí)，在原料融化過 程中會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，氣泡堆積無法破裂，導(dǎo)致原料從化料池中溢出，運(yùn)樣的情況在玻璃生 產(chǎn)中俗稱發(fā)缸。發(fā)缸一方面會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)不可控制，原料配比失衡，良品率降低。另一方面， 為了降低發(fā)缸程度，只能降低加料速度緩解，運(yùn)樣造成了烙煉效率的下降，同時(shí)會(huì)造成原料 在銷金相蝸的融化時(shí)間延長，加大對(duì)銷金相蝸的腐蝕，引起銷金夾渣物的產(chǎn)生。因此，在本 發(fā)明中，CaO的含量限定于6-14%，優(yōu)選為7-13%。
[0034] SrO與MgO加入玻璃中可W起到平衡組分的作用。在本發(fā)明中，SrO的加入可W 降低CaO的使用量，降低玻璃發(fā)缸程度，同時(shí)可W提升玻璃的抗析晶性能。但SrO的密度要 比CaO大很多，如果添加過多會(huì)導(dǎo)致玻璃密度上化因此SrO的含量限制為0. 5-7 %，優(yōu)選為 1-7%。MgO能夠降低玻璃的密度，但是其折射率較低，同時(shí)色散較大，在本發(fā)明中添加量為 0-2%，優(yōu)選為不添加。
[00對(duì)化0、化20、馬0同屬于堿金屬氧化物。堿金屬氧化物加入玻璃中，會(huì)起到助融作 用，降低玻璃的溶解溫度，使玻璃融化變得容易。從玻璃結(jié)構(gòu)方面來看，堿金屬離子進(jìn)入玻 璃中，能打斷玻璃網(wǎng)絡(luò)。適當(dāng)?shù)拇驍嗖ＡЬW(wǎng)絡(luò)，可W降低玻璃的高溫粘度，降低玻璃的Tg溫 度。但是，如果過多的堿金屬氧化物進(jìn)入玻璃，玻璃網(wǎng)絡(luò)將受到嚴(yán)重破壞，將大幅度降低玻 璃的化學(xué)穩(wěn)定性、抗析晶性能等。因此，選擇合適的堿金屬氧化物種類和含量，對(duì)實(shí)現(xiàn)烙煉 工藝、玻璃粘度、化學(xué)穩(wěn)定性、抗析晶性能、玻璃的Tg溫度、玻璃的膨脹系數(shù)等六個(gè)方面的 平衡可W起到非常重要的作用。
[0036] 在本發(fā)明所描述的玻璃系統(tǒng)中，經(jīng)發(fā)明人反復(fù)試驗(yàn)，在同樣的百分含量下，Li2〇破 壞玻璃網(wǎng)絡(luò)的能力最強(qiáng)，與化2〇和Κ2〇相比，降低玻璃Tg溫度的能力最強(qiáng)。尤其重要的是， 與化"與K "與化"離子相比，Li "場(chǎng)強(qiáng)較大，對(duì)周圍離子的聚集能力較W上兩種堿金屬離 子強(qiáng)，在同樣含量的條件下，能增加玻璃的成玻范圍。因此，在本發(fā)明所描述的玻璃系統(tǒng)中， Li2〇的含量若低于2%，則降低玻璃Tg溫度的效果不明顯；若含量高于5%，那么會(huì)嚴(yán)重的 破壞玻璃網(wǎng)絡(luò)，容易導(dǎo)致玻璃析晶、化學(xué)穩(wěn)定性下降。因此，其含量限定為2-5%，優(yōu)選為 2. 5-5%。
[0037] 在加入化〇的同時(shí)，可W任意添加少量的化2〇和Κ2〇,起到平衡玻璃組分的作用。 因此，Na2〇的含量限定為0-1. 5 %，優(yōu)選為不添加；Κ2〇的含量限定為0-1. 5 %，優(yōu)選為不添 加。
[003引為了提高玻璃在烙煉過程中的氣泡去除能力，可W添加0-0. 2%的訊203作為澄清 劑使用，優(yōu)選為不添加。
[0039] 本發(fā)明中所描述的玻璃性能，采用W下測(cè)試方法測(cè)量。
[0040] 玻璃折射率與阿貝數(shù)采用GB/T7962. 11-2010測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。
[0041] 玻璃Tg溫度采用GB/T7962. 16-2010測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。
[0042] 玻璃密度采用GB/T7962. 20-2010測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量。
[0043] 發(fā)缸程度采取在原料融化過程中觀測(cè)。
[0044] 經(jīng)過測(cè)試，本發(fā)明的光學(xué)玻璃具有W下性能：折射率（nd)為1.62-1. 66,阿貝數(shù) (vd)為58-63,密度（P)為3.20g/cm3W下，Tg溫度低于600°C，在生產(chǎn)過程中不發(fā)缸或者 輕微發(fā)缸，工藝性能好。
[0045] 本發(fā)明還提供一種光學(xué)預(yù)制件和光學(xué)元件，由上述光學(xué)玻璃按照本領(lǐng)域技術(shù)人員 熟知的方法形成，源于上述玻璃，所述光學(xué)元件也具有相應(yīng)的光學(xué)性能，可W應(yīng)用于數(shù)碼照 相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、照相手機(jī)、車載攝像設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等。
[0046] 實(shí)施例
[0047] 為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)方案，現(xiàn)在將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的實(shí)施例。應(yīng)該 注意到，運(yùn)些實(shí)施例沒有限制本發(fā)明的范圍。
[0048] 表1-表2中顯示的光學(xué)玻璃（實(shí)施例1-15)是通過按照表1-表2所示各個(gè)實(shí)施 例的比值稱重并混合光學(xué)玻璃用普通原料（如氧化物、氨氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等），將混 合原料放置在銷金相蝸中，在1200°C -1300°C中融化2. 5-4小時(shí)，并且經(jīng)澄清、攬拌和均化 后，得到?jīng)]有氣泡及不含未溶解物質(zhì)的均質(zhì)烙融玻璃，將此烙融玻璃在模具內(nèi)鑄型并退火 而成。
[0049] 實(shí)施例1-15的組成與折射率（nd)、阿貝數(shù)（vd)、密度（P)、Tg溫度、發(fā)缸程度等 結(jié)果一起在表1-表2中表示。在運(yùn)些表中，各個(gè)組分的組成是用重量％表示的，發(fā)缸程度 是在加料階段肉眼觀察獲得記錄。
[(K)加 ]表1
[0051]

[0053] 表 2
[0054]


【主權(quán)項(xiàng)】
1. 光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成含有：La 203 16-26%、Y203 2-7%、Zr02 0. 5-3%、Ca0 6-14%、SrO 0.5-7%、Li20 2-5%，還含有 Si0jPB 203,且所述 B203的含量大 于3102的含量。2. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，不含BaO。3. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中，Si0 24-20%、B20338-56%。4. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，還含有ZnO 0-3%、MgO 0-2%、Na20 0-1. 5 %、K20 0-1. 5 %、Sb2030-0. 2 % 〇5. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，所述La 203與Υ 203的重量比為3-7. 3。6. 如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中，Si025-18%和/或Β20340-55%和 /或1^ 20317-25%和/或丫2032.5-6%和/或2抑 21-2%和/或〇&0 7-13%和/或5抑1-7% 和 / 或 Li20 2. 5-5%。7. 如權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度低 于 600。。。8. 如權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃折射率為 1. 62-L 66,阿貝數(shù)為 58-63。9. 如權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃的密度小于 3. 20g/cm3〇10. 采用權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃所制成的預(yù)制件。11. 采用權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種折射率為1.62-1.66、阿貝數(shù)為58-63的工藝難度低的光學(xué)玻璃。光學(xué)玻璃，其重量百分比組成含有：La2O3 16-26％、Y2O3 2-7％、ZrO2 0.5-3％、CaO 6-14％、SrO 0.5-7％、Li2O 2-5％，還含有SiO2和B2O3，且所述B2O3的含量大于SiO2的含量。本發(fā)明通過合理各組分及其含量，得到的光學(xué)玻璃的折射率為1.62-1.66，阿貝數(shù)為58-63，Tg溫度在600℃以下，密度低于3.20g/cm3，在熔煉過程中不發(fā)缸，擁有較好的工藝性能，工藝難度低。
【IPC分類】C03C3/068
【公開號(hào)】CN105712622
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410736811
【發(fā)明人】毛露路, 匡波
【申請(qǐng)人】成都光明光電股份有限公司