氟磷酸鹽光學玻璃的製作方法

2023-12-11 13:03:32 1

專利名稱：：氟磷酸鹽光學玻璃的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種氟磷酸鹽光學玻璃，特別是涉及一種折射率(nd)範圍為1.45-1.52、阿貝數(vd)範圍為78-85的氟磷酸鹽光學玻璃。
背景技術：
：在現代光學領域，高精密的新型光電器件對信息採集、傳輸、存儲、轉換和顯示提出了更高的性能要求，光學元件更加輕量小型化，廣泛採用高精度低造價的非球面鏡替代傳統加工的透鏡已成為勢在必行的發展趨勢。氟磷酸鹽光學玻璃作為應用較廣泛的新型玻璃材料，不僅具有低色散、低折射率，在光學系統中可消除二級光譜特殊色散，提高解析度，明顯改善光學系統像質，而且還具有低軟化點特性，可以直接精密模壓成型製成高級非球面透鏡，能夠較好地復消色差，消除球面光學元件很難去除的球差、像差，可以替代2至3個球面鏡片，減少系統體積和重量，已被廣泛應用於平行光管物鏡、顯微鏡、天文望遠鏡、數位相機、LCD投影機等高精密、高解析度的光學儀器組合透鏡中，成為市場前景看好的重要的新型高檔光電材料。氟磷酸鹽光學玻璃的熔制過程難度較大，在高溫熔融氟磷酸鹽玻璃用原料過程中，存在組分氟在高溫下揮發嚴重，氟從具有高溫的玻璃表面蒸發，易形成條紋；另外，由於氟磷酸鹽光學玻璃粘度小不易成型，因此必須控制玻璃成型時的出爐溫度，出爐溫度較低，玻璃容易成型，而且還能有效控制氟的揮發，減少玻璃條紋的出現。由於氟磷酸鹽玻璃阿貝數較大，且具有異常部分色散性能，目前已有具有80或更大阿貝數的氟磷酸鹽玻璃投入實際使用。例如特開2002-234753公開了一種氟磷酸鹽光學玻璃，nd範圍為l.489-1.510，Vd範圍為79.2-83.1，但玻璃組分中MgF2的mol百分比含量為3-6，玻璃硬度小，磨損度大，不利於後續加工。CN1854100A公開了一種氟磷酸鹽光學玻璃，玻璃組份中含有大量Li，玻璃耐久性降低。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種低折射低色散、適於在低溫下成型、低密度的氟磷酸鹽光學玻璃。本發明解決技術問題所採用的技術方案是氟磷酸鹽光學玻璃，所述玻璃的折射率為1.45-1.52，阿貝數為78-85，轉變溫度低於465。C，密度低於3.8g/cm3，硬度大於360(10'pa)。進一步的，其組成成分按mol百分比組成為A1F3:18-25%、Al(P03)3:5-20%、MgF2:7-12%、CaF2:15-25%、SrF2:18-25%、BaF2:8-20%、Ba(P03)2:0-8%，YF3:0-3%，BaCl2:0-0.5%。進一步的，其中AIF;:18-22%、Al(P03)3:8-15%。進一步的，其中CaF2:17-22%、SrF2:20-25%、BaF2:10-17%。進一步的，其中Ba(P03)2:1-5%，YF3:0.1-3%。進一步的，其組成成分按mol百分比組成為A1F3:18-22%、Al(P03)3:8-15%、CaF2:17-22%、SrF2:20-25%、BaF2:10-17%、Ba(P03)2:1-5%、YF3:0.1-3%。氟磷酸鹽光學玻璃，其組成成分按mol百分比組成為A1F3:18-25%、Al(P03)3:5-20%、MgF2:7-12%、CaF2:15-25%、SrF2:18-25%、BaF2:8-20%、Ba(P03)2:0-8%、YF3:0-3%、BaCl2:0-0.5%。進一步的，其中AIF;:18-22%、Al(P03)3:8-15%。進一步的，其中CaF2:17-22%、SrF2:20-25%、BaF2:10-17%。進一步的，其中Ba(P03)2:1-5%、YF3:0.1-3%。進一步的，所述玻璃的出爐溫度範圍在620-750°C之間。所述的氟磷酸鹽光學玻璃製成的玻璃預製件。所述的氟磷酸鹽光學玻璃製成的光學元件。所述的氟磷酸鹽光學玻璃製成的光學儀器。本發明的有益效果是本發明的光學玻璃具有低折射低色散，玻璃密度低，硬度較大，可加工性好，出爐溫度低，容易成型，並且可有效防止條紋形成。具體實施例方式要實現光學玻璃的低折射率和低色散光學特性，通常必須採用P、Al、F和O的玻璃體系，特別是要在玻璃中引入大量的氟，以形成穩定、平衡的玻璃體系。更進一步地，為了能夠穩定地生產，還需要引入Ca、Sr、Ba中的至少一種元素作為玻璃改性組分，這些玻璃改性組分可調節玻璃折射率和阿貝數，以及提高耐失透，但是產生這種玻璃改性效果的元素不限於以上三種元素。以下對本發明的光學玻璃中可含有的成分進行說明，各成分的含量以moW表示。A1F3是本發明的必要組分，在玻璃中引入A1、F以穩定玻璃的形成，可有效降低玻璃的折射率和色散，若含量太低，不能達到所需的光學常數範圍；含量太高，玻璃耐失透性惡化。因此A1F;含量限定為18-25%，優選18-22%。Al(P03)3是本發明的必要組分，在玻璃中引入A1、P、0以穩定玻璃形成，而且還可以提高玻璃的機械強度和化學穩定性，但若含量過低，無法達到上述效果；含量過高，玻璃折射率增大，無法實現所需的玻璃常數範圍。因此，其含量為5-20%，優選8-15%。CaF2在玻璃中不僅可以降低玻璃的阿貝數和比重，而且可以穩定玻璃的形成，如果含量過低，效果不明顯；含量過高，玻璃耐失透性惡化。因此，其含量範圍為15-25%，優選17-22%。SrF2在玻璃中對於調節玻璃常數和穩定玻璃形成是有效的，如果含量偏低，效果不明顯;含量過高，不能得到所需的光學常數，而且耐失透性劣化。因此其含量範圍為18-25%，優選20-25%。BaF2在玻璃可有效調節玻璃的折射率和穩定玻璃形成，如果含量太低，達不到以上效果;含量過高，不僅使玻璃的折射率增大，而且玻璃的比重增大，化學穩定性劣化。因此其含量範圍為8-20%，優選10-17%。MgF2在玻璃中可以調節玻璃常數，提高玻璃硬度以及化學穩定性，若其含量太低，達不到以上效果；含量過高，可使玻璃熔制困難。因此，其含量範圍為7-12%。Ba(P03)2在玻璃中不僅可以穩定玻璃的形成，而且還可有效調節玻璃常數，但含量太低，達不到以上效果；含量過高，玻璃化學穩定劣化。因此其含量範圍為0-8%，優選1-5%。YF3在玻璃中可有效調節玻璃折射率，含量太低，達不到上述效果；含量過高，玻璃折射率超出所需範圍。因此，其含量範圍為0-3%，優選O.1-3%。BaCl2可作為澄清劑引入，若含量過高，Cl會對熔融設備的Pt造成損害，因此其含量範圍限定為O-O.5%。本發明的光學玻璃的製造方法為1)按mol比例稱量各組份的氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽等常用光學玻璃原料，充分混合後加入鉑金坩堝內；2)在700—110(TC下熔化、澄清、均化後降溫；3)將熔融玻璃液澆注入預熱後的金屬模，將玻璃連同金屬模一起放入退火爐內退火冷卻後即得。在本發明中，通過設定玻璃的組成，特別是上述優選範圍內的組成，可實現如下希望的特性本發明的光學玻璃折射率(nd)範圍為1.45-1.52，阿貝數(Vd)範圍為78-85，轉變溫度(Tg)在465。C以下，密度(D)在3.8g/cn^以下，玻璃硬度(Hk)在360(107pa)以上，玻璃出爐溫度在620-75(TC之間。其中折射率(nd)值為(-2°C/h)—(6°C/h)的退火值，折射率與色散係數按照《GB/T7962.1987無色光學玻璃測試方法折射率和色散係數》測試。轉變溫度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987無色光學玻璃測試方法線膨脹係數、轉變溫度和弛垂溫度》測試，s卩被測樣品在一定的溫度範圍內，溫度每升高rc，在被測樣品的膨脹曲線上，將低溫區域和高溫區域直線部分延伸相交，其交點所對應的溫度。密度按照《GB/T7962.20-1987無色光學玻璃測試方法密度測試方法》測試。玻璃硬度按照《GB/T7962.21-1987無色光學玻璃測試方法克氏硬度》進行測試。玻璃出爐溫度的測試是將玻璃製作成170mn^7mn^7mm的樣品，放入析晶爐中，升溫至120(TC，保溫4小時，然後取出樣品冷卻至常溫，用放大鏡觀察樣品，根據玻璃析晶情況進行本發明的光學玻璃可用作壓力成型用玻璃預型材料，或者也可直接將熔融玻璃壓力成型。用作玻璃預型材時的製造方法及熱成型方法無特別限制，可使用公知的製造方法及成型方法。另外，還可對本發明光學玻璃製作的玻璃預型材進行壓力加工，製造光學元件，或者也可採用直接對熔融、軟化的光學玻璃進行壓力加工，製造光學元件。另外，光學元件可用作例如雙凸、雙凹、平凸、平凹、凹凸透鏡等各種透鏡、反射鏡、稜鏡、衍射光柵等。將本發明光學玻璃的實施例1-14的組成與這些玻璃的折射率、阿貝數、轉變溫度、密度、硬度、出爐溫度一起表示於表1和表2中，各組分的組成以moW表示。表ltableseeoriginaldocumentpage8表2tableseeoriginaldocumentpage9如表l-2所示，本發明的實施例的光學玻璃都具有上述特定範圍的光學常數，S卩折射率(nd)範圍為1.45-1.52，阿貝數(Vd)範圍78-85，轉變溫度(Tg)465。C以下，玻璃出爐溫度在620-75(TC之間，密度(D)3.8g/cn^以下，玻璃硬度(Hk)360(107pa)以上，適用於精密壓力成型所使用的預型材及精密壓力成型。9權利要求1.氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，所述玻璃的折射率為1.45-1.52，阿貝數為78-85，轉變溫度低於465℃，密度低於3.8g/cm3，硬度大於360(107pa)。2.如權利要求l所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其組成成分按mol百分比組成為A1Fs:18-25%、Al〔P03)3:5-20%、MgF2:7_12%、CaF2:15-25%、SrF2:18-25%、BaF2:8-2(W、Ba〔P03)2:O-M，YF3:0-3%,BaCl2:0-0.5%。3.如權利要求2所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其中^^:18-22%、A1〔P。s)3:8-15%。4.如權利要求2所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其中G^2:17-22%、SrF2:20-25%、BaF2:10-17%。5.如權利要求2所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其中Ba〔P03)2:l-M，YF3:0.1-3%。6.如權利要求2所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其組成成分按mol百分比組成為A1F"18-22%、Al〔P03)3:8_15%、CaF"17-22%、SrF2:20-25%、BaF2:10-17%、Ba〔P03)2:1_5%、YF3:0.1_3%。7.氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其組成成分按mol百分比組成為.AlF3:18-25%、Al(P03〕3:5-20%、MgF2:7_1M、CaF2:15_25%,SrF2:1S_25%、BaF2.8-20%、Ba(F03〕2:0_8%、YF3:0_3%、BaCl2:0-0.5%。8.如權利要求7所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其中A^3:18-22%、Al(P03)3:S-15%。9.如權利要求7所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其中e^2:17-22%、SrF2:20-25%、BaF2:10-17%。10.如權利要求7所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，其中Ba〔P03)2:1-5%、YF3:0.1-3%11.如權利要求i-io任一權利要求所述的氟磷酸鹽光學玻璃，其特徵在於，所述玻璃的出爐溫度範圍在620-75(TC之間。12.如權利要求1-10中任一權利要求所述的氟磷酸鹽光學玻璃製成的玻璃預製件。13.如權利要求1-10任一權利要求所述的氟磷酸鹽光學玻璃製成的光學元件。14.如權利要求1-10任一權利要求所述的氟磷酸鹽光學玻璃製成的光學儀器。全文摘要本發明所要解決的技術問題是提供一種低折射低色散、適於在低溫下成型、低密度的氟磷酸鹽光學玻璃。氟磷酸鹽光學玻璃，所述玻璃的折射率為1.45-1.52，阿貝數為78-85，轉變溫度低於465℃，密度低於3.8g/cm3，硬度大於360(107pa)。氟磷酸鹽光學玻璃，其組成成分按mol百分比組成為AlF318-25％、Al(PO3)35-20％、MgF27-12％、CaF215-25％、SrF218-25％、BaF28-20％、Ba(PO3)20-8％、YF30-3％、BaCl20-0.5％。本發明的光學玻璃具有低折射低色散，玻璃密度低，硬度較大，可加工性好，出爐溫度低，容易成型，並且可有效防止條紋形成。文檔編號G02B1/00GK101514079SQ20091030118公開日2009年8月26日申請日期2009年3月27日優先權日2009年3月27日發明者吳縉偉,袁俊鴻,月趙申請人:成都光明光電股份有限公司