模壓用高折射低色散光學玻璃的製作方法
2023-09-16 16:46:20
專利名稱：模壓用高折射低色散光學玻璃的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高折射低色散光學玻璃，以及由該玻璃獲得的模壓玻璃預製件、光學元件。進一步地，本發明涉及一種具有折射率(nd)大於1.82小於等於1.90、色散係數(vd)為38-45範圍的高折射低色散光學玻璃，以及由該玻璃獲得的模壓玻璃預製件、光學元件。
背景技術：
高折射低色散性光學玻璃在光學設計中被大量應用，特別是光學常數大於1.82小於等於1.90、色散係數(vd)為38-45範圍的光學玻璃。但是，通常光學玻璃透光率受折射率影響較大，折射率越高往往透過率會變差，玻璃著色傾向加劇。
另外，精密模壓成型玻璃元件時，由於必須在高溫環境下進行模壓，容易發生鑄模的成形面的氧化、腐蝕、或脫模損傷，難以實現低成本批量生產。因此，精密模壓成形中使用的玻璃應儘量具有低的轉變溫度(Tg)，而且模壓成型對玻璃的耐酸、耐水等化學穩定性也提出了較高的要求。
對於光學玻璃而言，膨脹係數越高，在壓製成型前後的驟熱驟冷工程中，玻璃越容易破損，因而膨脹係數大的玻璃也不適合低成本的精密模壓成型。
發明內容
本發明所要解決的是提供一種具有折射率大於1.82小於等於1.90、色散係數(vd)為38-45範圍光學常數的玻璃，該玻璃透射率優異、玻璃轉變溫度低、化學穩定性良好，並適於精密模壓成形。
本發明解決技術問題所採用的技術方案是模壓用高折射低色散光學玻璃，具有折射率大於1.82小於等於1.90、色散係數為38-45範圍的光學常數，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作為必須組分，透射比達到70％時對應的波長在385nm以下。
進一步的，所述玻璃轉變溫度在620℃以下。
進一步的，所述玻璃轉變溫度在620℃以下，基於國家標準GB/T17129的測試方法進行的玻璃耐酸性測試結果為1級至2級。
進一步的，所述玻璃轉變溫度在620℃以下，基於國家標準GB/T17129的測試方法進行的玻璃耐酸性測試結果為1級至2級，所述玻璃的線膨脹係數在80×10-7/K以下。
進一步的，其重量百分比組成為SiO2大於0-8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大於10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大於5-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
進一步的，其重量百分比組成為SiO2大於0小於8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
進一步的，其重量百分比組成為SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
進一步的，其重量百分比組成為SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
模壓用高折射低色散光學玻璃，其重量百分比組成為SiO2大於0小於8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大於10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大於5-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％，所述光學玻璃的折射率大於1.82小於等於1.90，色散係數為38-45範圍。
進一步的，其重量百分比組成為SiO2大於0小於8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
進一步的，其重量百分比組成為SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
進一步的，其重量百分比組成為SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
進一步的，所述光學玻璃的透射比達到70％時對應的波長在385nm以下，玻璃轉變溫度620℃以下。
進一步的，所述光學玻璃基於國家標準GB/T17129的測試方法進行的耐酸性測試結果為1級至2級，玻璃線膨脹係數80×10-7/K以下。
模壓成型用玻璃預製坯材，包含上述的模壓用高折射低色散光學玻璃。
光學元件，包含上述的模壓用高折射低色散光學玻璃。
光學元件，是通過將上述的模壓成型用玻璃預製坯材模壓成型而得到的。
本發明的有益效果是通過含有特定量的SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Ta2O3、ZnO，可以得到具有上述光學常數、透射率優異、玻璃轉變溫度低、化學穩定性良好，並適於精密模壓成形的光學玻璃。
具體實施例方式 以下對本發明的玻璃組份進行說明，在沒有特別說明的情況下，各組份的含量為以氧化物為基準的重量％。
SiO2成分是形成玻璃的網絡生成體氧化物，加入一定量的SiO2可增大玻璃的高溫粘度，提高玻璃的耐失透性和化學持久性。但是，如果其量過少，則其效果不充分；而如果其量過多，則玻璃熔融性會變差，氣泡消除困難。因此，優選大於0、更優選2％作為下限含有，優選以8％作為上限含有。
B2O3成分對於本發明高折射低色散的鑭系玻璃而言，是作為玻璃形成氧化物成分所不可缺少的成分。但是，如果其量過少，則耐失透性不充分；如果其量過多，則玻璃的折射率達不到設計目標。因此，可以優選以5％、更優選8％作為下限含有，優選以20％作為上限含有。
La2O3成分能有效提高玻璃的折射率，不明顯降低玻璃的色散係數，也是具有高折射率低色散性的本發明玻璃不可缺少的成分。但是，如果其量過少，上述作用不明顯；如果其量過多，則耐失透性變差。因此，優選以25％作為下限含有；優選以45％、更優選40％作為上限含有。
Gd2O3成分也具有提高玻璃的折射率、使其低色散化的效果，適量比例的使用Gd2O3，有助於改善高折射低色散玻璃的耐失透性能。但是，如果其量過少，則上述效果不充分；如果其量過多，則耐失透性變差。因此，優選以3％、更優選5％作為下限含有；優選以18％作為上限含有。
Yb2O3、Y2O3成分同樣是對提高玻璃的折射率、增大色散係數有效的可任意添加的成分。可是，當過於大量含有時，使耐失透率性惡化。因此，兩者的合計含量上限可優選為10％，更優選為5％，最優選為不足3％。
Ta2O5成分具有提高折射率、改善化學持久性和耐失透性的效果，也是本發明不可缺少的組分。但是，如果其量過少，則效果不充分；如果其量過多，則難以維持上述範圍的光學常數。因此，可以優選以大於5％、更優選大於8％、最優選10％作為下限含有，優選以20％、更優選18％作為上限含有。
Nb2O5組分也可以作為提高玻璃折射率、改善化學穩定性和耐失透性效果的任意成分。但是，如果含量過多反而耐失透性惡化，玻璃透過率變差，因此優選範圍0-2％。
ZnO成分在本發明中可降低玻璃轉變溫度，而且可改善玻璃化學持久性。但是，如果其量過多，則玻璃的折射率會降低。因此可以優選以大於10％、更優選12％作為下限含有；上限優選20％，更優選19％。
ZrO2成分是具有調整光學常數、改善化學持久性和耐失透性效果的任意成分。但是，如果其量過多，則玻璃耐失透性會變差，為了容易地得到發明效果，優選含量0-8％。
TiO2組分可調整玻璃光學常數，但是如果含量過多，則玻璃耐失透性變差，因此，優選範圍為0-0.5％。
GeO2成分是對提高折射率、提高耐失透性有效的可任意添加的成分，但由於是高價原料，優選不加入。
RO成分(選自MgO、CaO、SrO和BaO成分的1種或1種以上的成分)對於調整光學常數有效。但是，如果其量過多，則玻璃易於析晶，光學常數達不到目標要求。因此，可以優選以5％作為上限含有。
R2O成分(選自Li2O、Na2O和K2O成分的1種或1種以上的成分)可以降低玻璃的轉變溫度。但是，如果其量過多，則耐失透能力惡化，同時顯著降低玻璃的折射率。因此，可以優選以5％作為上限含有。其中Li2O少量含有可有效降低玻璃轉變溫度且維持平均線膨脹係數不明顯增大，玻璃化學穩定性不是顯降低，其含量優選以不超過0.5％、更優選含量為0.05-0.4％作為上限含有。
WO3成分具有維持光學常數、改善玻璃析晶的作用，但含量過高會使玻璃透過率降低，可見光區域的短波長區域的光線透射率變差，且析晶性能變壞。因此，可以優選以10％作為上限含有。
另外，Al2O3也可以作為提高玻璃的化學耐久性的目的加入，優選以5％作為上限含有，在玻璃穩定性惡化的場合以不含有為好。
Sb2O3成分可以用於玻璃熔融時的脫泡而任意地添加，但如果其量過多，則可見光區域的短波長區域的透射率變差。因此，可以優選以小於0.2％、更優選0.1％、最優選0.05％作為上限含有。
SnO2也是作為澄清劑使用，但其對玻璃的澄清效果不如Sb2O3，同時當其使用量大時會引起玻璃著色，因此其使用量限定為0-1％，優選不使用。
Lu2O3成分可以通過微量添加至本發明的組成體系中而提高耐失透性，但由於原料昂貴，優選1％含量作為上限含有，更優選不含有。
下面，對本發明的光學玻璃的性能進行說明 折射率與色散係數按照《GB/T7962.1-1987無色光學玻璃測試方法折射率和色散係數》測試。
著色度(λ70/λ5)按以下方法確定樣品厚度10mm±0.1mm，λ70是玻璃透射比達到70％時對應的波長，以10nm為單位表示。
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，即被測樣品在一定的溫度範圍內，溫度每升高1℃，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。
按GB/T 17129方法測試玻璃的耐水作用穩定性能DW。
按GB/T17192方法測試的玻璃耐酸作用穩定性能DA。
熱膨脹係數α是指一定溫度範圍內溫度升高1℃時玻璃每單位長度的伸長量，按GB/T7962.16-1987規定的方法測量。表1、表2中給出了20-120℃和100-300℃的平均熱膨脹係數 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。
實施例 以下，對於本發明的實施例進行說明，但本發明並不受這些實施例的限定。
表1-2所示的本發明14個實施例的光學玻璃可以如下製得，即稱量氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等通常光學玻璃用原料，達到表1-2所示各實施例組成的比例，混合後投入到鉑坩堝中，根據組成產生的熔融性，在1200-1400℃下熔融3-5小時，精煉、攪拌，均質化之後，注入到鑄模中緩慢冷卻即得。將本發明光學玻璃的14個實施例的組成與這些玻璃的折射率、色散係數、轉變溫度、耐酸與耐水性能以及熱膨脹係數一起表示於表1和表2中，各組分的組成以重量％表示。
表1
表2
由於本發明的14個實施例的光學玻璃均具有上述範圍內的光學常數(折射率和色散係數)；透射比達到70％時對應的波長在385nm以下，透過率優異；玻璃轉化溫度(Tg)均為620℃以下，因此適於粘密模壓成形；而且由於粉末法耐水性、粉末法耐酸性達到1-2級，因此化學持久性也優異，能夠穩定地生產；膨脹係數達到80×10-7以下，適於模壓。
權利要求
1.模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，具有折射率大於1.82小於等於1.90、色散係數為38-45範圍的光學常數，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作為必須組分，透射比達到70％時對應的波長在385nm以下。
2.如權利要求1所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，所述玻璃轉變溫度在620℃以下。
3.如權利要求1所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，所述玻璃轉變溫度在620℃以下，基於國家標準GB/T17129的測試方法進行的玻璃耐酸性測試結果為1級至2級。
4.如權利要求1所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，所述玻璃轉變溫度在620℃以下，基於國家標準GB/T17129的測試方法進行的玻璃耐酸性測試結果為1級至2級，所述玻璃的線膨脹係數在80×10-7/K以下。
5.如權利要求1-4任一權利要求所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO2大於0-8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大於10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大於5-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
6.如權利要求1-4任一權利要求所折述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO2大於0小於8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
7.如權利要求1-4任一權利要求所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
8.如權利要求1-4任一權利要求所所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
9.模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO2大於0小於8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大於10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大於5-20％、Li2O+Na2D+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％，所述光學玻璃的折射率大於1.82小於等於1.90，色散係數為38-45範圍。
10.如權利要求9所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO2大於0小於8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
11.如權利要求9所述的模壓高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大於8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超過0.5％、WO30-1 0％、Sb2O3不超過0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
12.如權利要求9所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，其重量百分比組成為
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超過0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
13.如權利要求9所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，所述光學玻璃的透射比達到70％時對應的波長在385nm以下，玻璃轉變溫度620℃以下。
14.如權利要求13所述的模壓用高折射低色散光學玻璃，其特徵在於，所述光學玻璃基於國家標準GB/T17129的測試方法進行的耐酸性測試結果為1級至2級，玻璃線膨脹係數80×10-7/K以下。
15.模壓成型用玻璃預製坯材，其特徵在於，包含權利要求1-4、9-12任一所述的模壓用高折射低色散光學玻璃。
16.光學元件，其特徵在於，包含權利要求1-4、9 12任一所述的模壓用高折射低色散光學玻璃。
17.光學元件，其特徵在於，是通過將權利要求15所述的模壓成型用玻璃預製坯材模壓成型而得到的。
全文摘要
本發明一種具有折射率大於1.82小於等於1.90、色散係數(vd)為38-45範圍光學常數的玻璃，該玻璃透射率優異、玻璃轉變溫度低、化學穩定性良好，並適於精密模壓成形。模壓用高折射低色散光學玻璃，具有折射率大於1.82小於等於1.90、色散係數為38-45範圍的光學常數，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作為必須組分，透射比達到70％時對應的波長在385nm以下。本發明通過含有特定量的SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Ta2O3、ZnO，可以得到具有上述光學常數、透射率優異、玻璃轉變溫度低、化學穩定性良好，並適於精密模壓成形的光學玻璃。
文檔編號G02B1/00GK101759359SQ20091031223
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司