專利名稱：光學(xué)玻璃、玻璃預(yù)制件及光學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種折射率為I. 70 I. 80、阿貝數(shù)為45 55的精密模壓用光學(xué)玻璃，以及由該光學(xué)玻璃制成的光學(xué)兀件。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)碼照相機和帶照相機的移動電話的普及，使用光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)備的高集成化、高性能化正在急速推進。對光學(xué)系統(tǒng)的高精度化、輕量化、小型化的要求也越來越強烈，這就要求光學(xué)材料具有較小的比重。欲實現(xiàn)高性能和小型化，則需要小型化、高集成、并且能夠以高性能用于光學(xué)設(shè)備中的光學(xué)元件(如光學(xué)透鏡)。這些光學(xué)元件中，非球面透鏡在光學(xué)設(shè)計中具有重要作用，因為使用單個非球面透鏡能實現(xiàn)迄今通過使用多個球面透鏡才能實現(xiàn)的像差消除，并且能夠使光學(xué)系統(tǒng)集成度高，為達到此目的，對具有高折射、低色散的光學(xué)玻璃的需求量越來越大。在光學(xué)元件成型法中，精密模壓法已成為主流，玻璃的精密模壓是在壓力、高溫下，用具有預(yù)定形狀的模具模制玻璃預(yù)制體，獲得具有最終產(chǎn)品形狀或與其形狀非常接近的玻璃模制品。利用精密模壓法，可以高產(chǎn)率地大規(guī)模生產(chǎn)具有所需形狀的模制品。由于所需的幾何形狀的高精確度，這種壓制方法必須使用高級的精密儀器，并且因此需要昂貴的模具材料，這種模具的壽命極大地影響所生產(chǎn)的產(chǎn)品的收益。模具使用期限長的重要因素是工作溫度盡可能的低，但是其只能降低到被壓制材料的粘度仍足以用于壓制方法的程度。這就意味著，在被加工的玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg和壓制方法的收益性之間，存在有直接的因果關(guān)系玻璃的轉(zhuǎn)變溫度越低，則模具的壽命就越長，收益就越高。這就使得具有低轉(zhuǎn)變溫度的光學(xué)玻璃的需求量越來越大。日本專利申請2002-249337公開了折射率為I. 72 I. 83、阿貝數(shù)為45 55的光學(xué)玻璃，其轉(zhuǎn)變溫度較高，比重較大，難以實現(xiàn)經(jīng)濟性和輕量化。中國專利申請200710006744. 4公開了一種光學(xué)玻璃，其中含有大量價格昂貴的Y2O3，玻璃成本高，不適于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，且其比重相對較大，不適于輕量化光學(xué)系統(tǒng)的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本的精密壓型用光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃的密度(P )為4. 3g/cm3以下，折射率(nd)為I. 70 I. 80，阿貝數(shù)(vd)為45 55，轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為560°C以下。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，不含有Y2O3組分，密度為
4.3g/cm3以下，折射率為I. 71 I. 78，阿貝數(shù)為45 55，轉(zhuǎn)變溫度為560°C以下。進一步的，其重量百分比組成為Si02 1 10%、B2O3 :21 34%、La2O3 :20 32%、ZrO2 1 8%、ZnO 15 28%、Ta2O5 0 8%、Gd2O3 5 17%、CaO 0 5%、SrO 0 3%、Li2O: O. I 3%、Na2O 0 1%。進一步的，其中=SiO2 2 7%。進一步的，其中=B2O3 25 ' 30%、進一步的，其中Zr02:1 5% ο進一步的，其中ZnO 18 26%o進一步的，其中= Ta2O5:1 ' 5% ο進一步的，其中=Gd2O39 ' 15%。光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為' 8%、ZnO 15 28%、Ta2O50 I 3%、Na2O 0 ^ 1%ο進一步的，其中Si022 7%。進一步的，其中=B2O3 25 ' 30%、進一步的，其中Zr021 5% ο進一步的，其中ZnO 18 26%o進一步的，其中= Ta2O51 ' 5% ο進一步的，其中=Gd2O39 ' 15%。
SiO2 1 10%、B2O3 :21 34%、La2O3 20 32%、8%、Gd2O3 5 17%、CaO 0 5%、SrO 0 3%、22 30%。進一步的，其中B90,:25 30%、La9O, 22 30%。
ZrO2
Li20:(采用上述的光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。采用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。采用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過合理安排各組分的含量，不加入價格昂貴的Y2O3，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了資源，同時降低了玻璃的比重。本發(fā)明的光學(xué)玻璃密度(P )為4. 3g/cm3以下，折射率(nd)為L 70 I. 80，阿貝數(shù)為45 55，轉(zhuǎn)變溫度為560°C以下，適用于精密壓型用。
具體實施例方式下面將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的各個組份，除非另有說明，各個組份含量的比值是
用重量％表示。SiO2是形成玻璃的網(wǎng)絡(luò)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能。SiO2的含量超過10%時，光學(xué)玻璃的可熔性降低，軟化溫度升高。因此SiO2的含量限定為I 10%，優(yōu)選為2 7%。作為一種形成玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有效氧化物，B2O3是獲得高折射、低色散的鑭系光學(xué)玻璃的必須組分。本發(fā)明中B2O3可有效改進玻璃的熔融性，降低熔煉溫度和粘性流溫度。當(dāng)B2O3含量低于21%時，難以獲得性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃，耐失透性能不理想；但當(dāng)B2O3含量高于34%時，玻璃的折射率達不到設(shè)計目標(biāo)，同時玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會降低。因此，B2O3的含量限定為21 34%，更優(yōu)選含量是25 30%。La2O3是高折射、低色散光學(xué)玻璃的主要成分，可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散，在本發(fā)明配方體系中，B2O3與La2O3的組合存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)La2O3的含量低于20%時，不能獲得以上的效果；當(dāng)其含量超過32%時，玻璃的析晶性能惡化，故將其含量限定為20 32%，更優(yōu)選的含量為22 30%。Gd2O3具有提高玻璃的折射率和化學(xué)穩(wěn)定性的效果，特別是和La2O3共同存在時，提
4高玻璃的抗失透性能和化學(xué)穩(wěn)定性的效果更明顯。但是如果其含量過多，會提高玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，增加成型預(yù)制件及精密壓型的難度，因此Gd2O3的含量限定為5 17%，優(yōu)選為9 15%。ZrO2能提高光學(xué)玻璃的粘度、硬度、彈性、折射率和化學(xué)穩(wěn)定性，并可以降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)ZrO2的含量超過8%時，將出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，并且降低玻璃的抗失透性。ZrO2的含量為I 8%,優(yōu)選含量為I 5%。ZnO是形成低熔點光學(xué)玻璃的重要組分，可以降低玻璃的熱膨脹系數(shù)和轉(zhuǎn)變溫度，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和折射率。當(dāng)ZnO的含量大于28%時，光學(xué)玻璃的失透性增加，色散明顯增大；當(dāng)ZnO的含量小于15%時，光學(xué)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度升高。因此，ZnO的含量優(yōu)選為15 28%，更優(yōu)選為18 26%。Ta2O5是賦予光學(xué)玻璃高折射和低色散特性的組分，可以有效增強玻璃的高溫穩(wěn)定性，但Ta2O5含量高，玻璃成本和密度增加。因此Ta2O5的含量優(yōu)選為O 8%，更優(yōu)選為I 5%。CaO具有改善玻璃穩(wěn)定性，以及熔煉生產(chǎn)時幫助原料熔化的作用，但其含量高于5%時玻璃的析晶傾向增大，因此CaO的含量限定為O 5%。SrO在玻璃中的作用與BaO相似，用SrO代替部分BaO能加速玻璃的熔化和澄清，降低玻璃的析晶傾向，當(dāng)其含量高于3%時，熔制困難，因此SrO含量限定為O 3%，優(yōu)選為O 1%，更優(yōu)選為不加入。Na2O可以改善玻璃的熔融性能，但引入太多會加劇玻璃的分相趨勢，因此其優(yōu)選含量為O 1%。Li2O可以有效降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，有效改善玻璃的融化能力，降低熔化溫度，同時還可有效降低玻璃密度；但當(dāng)其含量高時會使玻璃的工藝性能惡化，玻璃的耐失透性以及化學(xué)穩(wěn)定性下降，所以Li2O的優(yōu)選含量是O. I 3%。下面描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的性能。密度按照按《GB/T 7962. 20-1987無色光學(xué)玻璃測試方法密度測試方法》測試。折射率與阿貝數(shù)按照《GB/T 7962. I一 1987無色光學(xué)玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》測試。轉(zhuǎn)變溫度(Tg)按照《GB/T7962. 16-1987無色光學(xué)玻璃測試方法線膨脹系數(shù)、轉(zhuǎn)變溫度和弛垂溫度》測試，即被測樣品在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高1°C，在被測樣品的膨脹曲線上，將低溫區(qū)域和高溫區(qū)域直線部分延伸相交，其交點所對應(yīng)的溫度。經(jīng)過測試，本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃具有以下性能密度(P )為4. 3g/cm3以下；折射率(nd)為I. 70 I. 80，阿貝數(shù)為45 55，轉(zhuǎn)變溫度為560°C以下。本發(fā)明還提供一種光學(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。由于所述的光學(xué)玻璃具有高折射率和較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，因此所述光學(xué)元件也具有高折射率和較低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，可以應(yīng)用于數(shù)碼照相機、數(shù)字?jǐn)z像機、照相手機等設(shè)備。實施例為了進一步了解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的實施例。應(yīng)該注意到，這些實施例沒有限制本發(fā)明的范圍。表I 表3中顯不的光學(xué)玻璃(實施例I 30)是通過按照表I 3所不各個實施例的比值稱重并混合光學(xué)玻璃用普通原料(如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽和氟化物)，將混合原料放置在鉬金坩堝中，在1100 1300°C的溫度內(nèi)熔融，并且在經(jīng)熔化、澄清、攪拌和均化后，得到?jīng)]有氣泡及不含未溶解物質(zhì)的均質(zhì)熔融玻璃，將此熔融玻璃在模具內(nèi)鑄型并退火而成。 本發(fā)明實施例I 30的組成與折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)、密度(P )、玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的結(jié)果一起在表I 3中表示。在這些表中，各個組分的組成是用重量％表示的。表I
權(quán)利要求
1.光學(xué)玻璃，其特征在于，不含有Y2O3組分，密度為4.3g/cm3以下，折射率為I. 70 I.80，阿貝數(shù)為45 55，轉(zhuǎn)變溫度為560°C以下。
2.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為=SiO21 10%、B2O3 21 34%、La2O3 20 32%、ZrO2 I 8%、ZnO 15 28%、Ta2O5 0 8%、Gd2O3 5 17%、CaO 0 5%、SrO 0 3%、Li2O: O. I 3%、Na2O 0 1%。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=SiO22 7%。
4.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=B2O325 30%,La2O3 22 30%。
5.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=ZrO21 5%。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中ZnO:18 26%。
7.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Ta2O51 5%。
8.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Gd2O39 15%。
9.光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為=SiO21 10%、B2O3 21 34%、La2O3 20 32%、ZrO2 1 8%、ZnO 15 28%、Ta2O5 0 8%、Gd2O3 5 17%、CaO 0 5%、SrO O 3%、Li2O: O. I 3%、Na2O 0 1%。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中Si022 7%。
11.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=B2O3:25 30%、La203 :22 30%。
12.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=ZrO21 5%。
13.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中ZnO:18 26%。
14.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Ta2O51 5%。
15.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Gd2O39 15%。
16.米用權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
17.如權(quán)利要求1-15任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)兀件。
18.如權(quán)利要求1-15任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低成本的精密壓型用光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃不含有Y2O3組分，密度為4.3g/cm3以下，折射率為1.71～1.78，阿貝數(shù)為45～55，轉(zhuǎn)變溫度為560℃以下。本發(fā)明通過合理安排各組分的含量，不加入價格昂貴的Y2O3，降低了生產(chǎn)成本，節(jié)約了資源，同時降低了玻璃的比重。本發(fā)明的光學(xué)玻璃適用于精密壓型用。
文檔編號C03C3/068GK102923952SQ20121048041
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司