光學玻璃的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學玻璃。本發(fā)明提供了一種適宜批量生產(chǎn)及二次壓型的高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻璃。該玻璃含有作為必要成分的GeO2、Ga2O3、BaO、ZrO2、TiO2和PbO，不含釷、鎘、砷，折射率(nd)在1.94～1.96之間，阿貝數(shù)(υd)在21～23之間。本發(fā)明的光學玻璃具有良好的物化性能及透紅外光譜的性能，紅外截止波長大于5.5μm，紫外截止波長小于400nm，主要用于透紅外窗口及光路透鏡。
【專利說明】光學玻璃

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻璃。具體是涉及一種折射 率（nd)在1.94?1.96之間，阿貝數(shù)（ud)在21?23之間，在可見及中紅外光譜范圍內(nèi) 具有較好的透過性能的鍺鎵酸鹽光學玻璃。

【背景技術(shù)】
[0002] 常用透可見及中紅外波段材料主要包括晶體、玻璃等，晶體材料主要包括MgF2、 ZnS、尖晶石、藍寶石等晶體，這些晶體材料雖然紅外透過率高，但加工困難，尤其是尖晶石、 藍寶石，由于其硬度高，研磨拋光更是困難，由此造成加工成本高昂，且不易獲得大尺寸元 件制品。此外，由于其組成單一，光學指標（如折射率、色散等）往往是固定的，不能按照光 學設(shè)計要求對光學指標進行調(diào)整，從而限制了這些材料在光路透鏡上的應(yīng)用。玻璃材料主 要包括二類：一是重金屬氧化物玻璃，如鍺酸鹽、鋁酸鹽玻璃等，二是氟化物玻璃。這些材料 在航天、軍事及民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。重金屬氧化物玻璃和氟化物玻璃在紫外、近 紅外、中紅外波段都具有較好的透過性能，但氟化物玻璃低折射、低色散，在析晶性能、機械 強度、化學穩(wěn)定性、工藝性能等方面較重金屬氧化物玻璃差。重金屬氧化物玻璃中成玻璃性 能最好的是鍺酸鹽玻璃，鍺酸鹽玻璃不僅紅外區(qū)域的透過率高，具有良好的光學性能、電絕 緣性能及化學穩(wěn)定性，而且折射率可調(diào)，容易與其它透鏡進行組合，成本相對較低、加工性 能優(yōu)良，適合批量生產(chǎn)，非常適合做中紅外光路透鏡材料。
[0003] 專利申請CN1884166A中所公開的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其組分中含有10% 摩爾以上的6(1203、10%?35%摩爾的6602、30%?50%摩爾的冊(]?為83、31'、〇3)作為必 要成分，與本發(fā)明所保護的范圍不同。
[0004] 專利申請CN101164940A中所公開的與本發(fā)明屬于同類玻璃，但其組分中不含 GeO2，且含有30?70%摩爾MO (M為Ba、Sr、Ca)為必要成分，與本發(fā)明所保護的范圍不同。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明要解決的問是頁
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻 璃，具體是提供一種折射率（nd)在1.94?1.96之間，阿貝數(shù)（ud)在21?23之間，在可 見及中紅外光譜范圍內(nèi)具有較好的透過性能的鍺鎵酸鹽光學玻璃。該玻璃的紅外透過波段 為0. 4?5. 5 μ m，且在5微米處的透過率大于等于69% (測試樣片樣片厚度2mm)，相對于 晶體材料，具有高光學質(zhì)量、加工性能優(yōu)良、成本低廉的特點。
[0007] 用于解決問題的方案
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：以Ge02、Ga203、Ba0、Zr0 2、Ti02和PbO為主要成分的，不 含釷、鎘、砷的透紅外的鍺鎵酸鹽光學玻璃。折射率（nd)在1.94?1.96之間，阿貝數(shù)（ud) 在21?23之間。以氧化物的質(zhì)量百分比含量計，所述光學玻璃包含：38?43 %的Ge02、 2 ?6%的 Ga203、4 ?8%的 Ba0、l ?3%的 Zr02、3 ?7%的 Ti02、35 ?45%的 PbO,含作為 任選成分的O?5% Nb205、0?5% Σ (La203+Gd203+Y20 3)和O?I %的Sb2O3，上述成分的總 含量為100%。
[0009] 本發(fā)明所述的光學玻璃，紅外透過波段為0. 4?5. 5 μ m，且在5微米處的透過率大 于等于69% (測試樣片的樣片厚度2mm)。
[0010] 本發(fā)明還涉及一種光學元件，其由上述的光學玻璃制成。
[0011] 發(fā)明的效果
[0012] 本發(fā)明的玻璃紅外截止波長大于5. 5μπι，在可見到中紅外波段透過率高，成玻璃 性能好，化學穩(wěn)定性、析晶性能足夠好，玻璃價格較低，容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)，適合制備紅外窗 口及紅外光路透鏡。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽玻璃的可見及中紅外范圍內(nèi)的透過 光譜，測試樣片厚度為2mm。

【具體實施方式】
[0014] 在本發(fā)明制得的高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻璃中，由下面所述的原因 選擇上述含量的每種組分。如下所述中，各組分的含量是以質(zhì)量百分比（質(zhì)量％)來表示 的。
[0015] GeO2在鍺鎵酸鹽玻璃中是玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體，同時GeO2還可以提高玻璃的紅外透過 性能。當GeO2含量少于38 %時，玻璃的熔化性能和穩(wěn)定性會變差，而當其含量大于43 %時， 玻璃熔煉溫度升高，粘度變大，紅外截止波長向短波靠近，折射率降低。所以，GeO2的含量控 制在38%?43%之間，優(yōu)選控制在40%?43%之間。
[0016] Ga2O3在鍺鎵酸鹽玻璃中是玻璃網(wǎng)絡(luò)中間體，同時可以使玻璃紅外透過向長波移 動，在本發(fā)明中添加可以提高玻璃耐失透、以及玻璃的紅外透過性能。其含量低于2%時，效 果不明顯，但其量高于6%時，玻璃的化學穩(wěn)定性會變差。所以，Ga 2O3的含量控制在2%? 6%之間，優(yōu)選控制在2%?4%之間。
[0017] BaO在鍺鎵酸鹽玻璃中是玻璃網(wǎng)絡(luò)外體，能提高玻璃的熔化性能，使玻璃化學穩(wěn)定 性更好，具有較大的陽離子質(zhì)量，有利于提高玻璃的紅外透過性能。BaO的量小于4%時則 難以較好地實現(xiàn)以上優(yōu)點，而其含量大于8%時則會使玻璃的光學性能難以達到設(shè)計要求。 所以，BaO的含量控制在4 %?8 %之間，優(yōu)選控制在5 %?7 %之間。
[0018] ZrO2具有改善光學常數(shù)、提高耐失透性和化學穩(wěn)定性的作用，在鍺鎵酸鹽玻璃中 還可以起到提高折射率和色散的作用。在本發(fā)明中為必要組分，但其含量不足1%時，效果 不明顯，而當其含量大于3%時，玻璃的熔煉溫度升高，析晶性能會變差。所以，ZrO 2的含量 控制在1 %?3%之間，優(yōu)選控制在2%?3%之間。
[0019] TiO2可以有效提高玻璃的折射率和色散，少量引入可以更為靈活的調(diào)整折射率和 色散的匹配性，其含量不足3%時，效果不明顯，但若含量大于7%時則會使玻璃著色加深， 影響玻璃可見及紅外透過率。所以TiO 2的含量控制在3%?7%之間，優(yōu)選控制在4%? 6 %之間。
[0020] PbO可以降低玻璃的粘度、析晶傾向，具有助熔的性能，且能顯著提高玻璃的折射 率和色散，并提高玻璃的紅外透過率。在本發(fā)明中，當其量小于35%時，這種效果不明顯，而 其含量超過45 %后，不利于調(diào)節(jié)玻璃的光學性能。所以PbO的含量控制在35 %?45 %之 間，優(yōu)選控制在38 %?42 %之間。
[0021] Gd2O3與Y203、La20 3性能一致，具有較高的折射率和較低的色散，并有利于提高紅外 透過率，但在本發(fā)明中引入過多時會使玻璃的析晶性能變差，所以Σ (La203+Gd203+Y20 3)的 含量應(yīng)控制在5 %以下，優(yōu)選控制在0 %?3 %之間。
[0022] Nb2O5具有提高折射率、改善化學穩(wěn)定性和析晶性能的作用。與TiO2和PbO配合使 用，有利于調(diào)節(jié)玻璃的折射率和色散的匹配，但在本發(fā)明中引入過多時會使玻璃的析晶性 能變差。所以Nb 2O5的含量控制在5%以下，優(yōu)選控制在0%?3%之間。
[0023] Sb2O3可作為除泡劑任意添加，但其含量在1%以內(nèi)就足夠了，而且Sb 2O3若超過 1 %玻璃著色度將變大，影響玻璃可見光透過性能。因此Sb2O3組分含量限定在0?1%之 間。
[0024] 為保證本發(fā)明的光學玻璃所壓制的光學型件具有高的光譜透過率，本發(fā)明提供的 光學玻璃不人為引入除以上組分以外的其它可以著色的元素：V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 和Ag。同時，也不人為引入含有以下有害元素的化合物：Th、CcU Tl、Os、Be、Se及氟化物。
[0025] 實施例
[0026] 表1中實施例1?12是本發(fā)明用于說明獲得折射率（nd)在1. 94?1. 96之間， 阿貝數(shù)（u d)在21?23之間的高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻璃的典型實驗。這 些實施例僅為說明性的，本發(fā)明并不限于這些實施例。
[0027] 根據(jù)下列表1中提供的比例計算、稱量、混合這些原料，并將制作的配合料投入熔 煉裝置中（鑒于本發(fā)明的應(yīng)用要求，熔煉裝置需要采用鉬金坩堝、鉬金攪拌器、除水裝置）， 然后在1300°C?1350°C采取適當?shù)臄嚢?、澄清、除水、降溫工藝進行熔煉后，澆注或漏注在 成型模具中。最后經(jīng)退火、加工等后期處理，或者通過二次壓型技術(shù)壓制成型，即可制得這 種高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻璃或光學型件。
[0028] 比較例
[0029] 根據(jù)表2中提供的比例計算、稱量、混合這些原料，進行與上述實施例1-12相同的 制備光學玻璃的方法，得到高折射、高色散透紅外鍺鎵酸鹽光學玻璃。
[0030] 性能測試
[0031] 1、可見及中紅外光譜透過率測試
[0032] 制作規(guī)格為40X 15X 2mm(長X寬X厚）的測試樣片，具有經(jīng)光學研磨拋光的相 互平行的平面玻璃試樣，采用紫外分光光度計（UV-3600,日本島津儀器有限公司）和傅立 葉紅外分光光度計（NIC0LET380,美國熱電公司）測定樣片的可見及中紅外的光譜透過率。
[0033] 2、折射率nd和阿貝數(shù)u d的測試
[0034] 按照GB/T7962. 11-87標準的測試方法進行測定。
[0035] 將實施例1-12和比較例A-E所制備得到的光學玻璃按照上述測試方法進行測試， 所得結(jié)果示于表1和表2中。
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種光學玻璃，其中含有作為必要成分的Ge02、Ga20 3、Ba0、Zr02、Ti02和PbO,不含釷、 鎘、砷，折射率（nd)在1. 94?1. 96之間，阿貝數(shù)（ud)在21?23之間； 其中，以質(zhì)量％表示，包含作為必要成分的38?43%的Ge02、2?6%的Ga203、4?8% 的BaO、1?3%的Zr02、3?7%的Ti02、35?45%的PbO,含作為任選成分的0?5% Nb205、 0?5% E (La203+Gd203+Y20 3)、和0?1 %的Sb203,上述成分的總含量為100%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學玻璃，其特征在于，紅外透過波段為0. 4?5. 5 y m，且在 5微米處的透過率大于等于69%，其中采用的測試樣片的樣片厚度為2mm。
3. -種光學元件，其由權(quán)利要求1?2任何一項所述的光學玻璃制成。
【文檔編號】C03C3/12GK104445930SQ201410628374
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】趙仲勛, 張小東, 何蓉, 沈義梅, 胡向平 申請人:湖北新華光信息材料有限公司