光學玻璃及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學玻璃及其制備方法，所述光學玻璃按重量百分比計含有以下組分：SiO2：52～59％，B2O3：21～26％，Li2O：1.5～5％，∑Na2O+K2O：4～11％，Al2O3：1.5～4.5％，ZnO：5～10％，Sb2O3：0～0.5％，所述光學玻璃不含有鉛、鎘、鉍、砷和氟化物。根據(jù)本發(fā)明的光學玻璃，使用時通過切割、研磨和表面拋光或者直接通過精密壓型技術(shù)壓制成型后無需磨削及研磨制成光學元件，廣泛用于各類光學儀器的光學系統(tǒng)中。
【專利說明】光學玻璃及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學玻璃及其制備方法，具體涉及一種低軟化點光學玻璃及其制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 低軟化點光學玻璃是指玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)比較低的光學玻璃，主要用于球面和非 球面的精密壓型，具有有利于降低壓型溫度、延長模具的使用壽命的優(yōu)點。折射率（nd)在 1. 50?1. 53之間、阿貝數(shù)（ud)在62. 5?65. 5之間的光學玻璃在光學設計中使用最為廣 泛。然而，現(xiàn)有的該類玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg) -般在570°C以上，這會使玻璃具有較高的 弛垂溫度（Ts)和壓型溫度。較高的壓型溫度會使模具容易被氧化并損壞壓型模具的表面， 縮短模具的使用周期，從而增加了壓型成本。具有較高弛垂溫度（Ts)的玻璃不適合作為壓 制成型后無需磨削和研磨而直接制成光學元件的模壓用玻璃。鑒于上述原因，用于壓型的 玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)和弛垂溫度（Ts)越低越好。
[0003] 中國專利CN1310844C公開了一種光學玻璃，其含有不少于65%的Si02以及3% 以下的ZnO。然而，過多的Si02會增加玻璃的熔煉難度，熔煉時坩堝堝壁上容易出現(xiàn)不易熔 化的塊狀物，使玻璃內(nèi)的組分不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品的光學性能的穩(wěn)定，過多的Si02還會使 玻璃的粘度增大，無法降低壓型溫度。此外，3%以下的ZnO不利于降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)。 另外，在該專利中，還含有不少于20%的R20(Li20+Na20+K20)，這會惡化玻璃的耐水性（Dw) 和耐酸性（DA)。
[0004] 中國專利CN1121987C公開了一種無鉛光學玻璃，其含有大于4. 5%的BaO,這會 增加玻璃比重。另外，在該專利中，還人為引入了 1%以上的Ti02，這會使玻璃呈淡黃色，從 而降低玻璃的透過率性能。
[0005] 中國專利申請CN1435388A公開了一種棱鏡用光學玻璃，其含有60%以上的Si02 和20%以下的B203。然而，過多的Si02會增加玻璃的熔煉難度，增加耗電量，熔煉時坩堝堝 壁上容易出現(xiàn)不易熔化的塊狀物，使玻璃內(nèi)的組分不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品的光學性能的穩(wěn) 定，過多的Si02還會使玻璃的粘度增大，無法降低壓型溫度。而20%以下的B203也不利于 玻璃的熔煉，并且還不利于降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)。
[0006] 除此之外，中國專利或?qū)＠暾圕N103420611C、CN1663924A、CN101360691A、 CN1195693C、CN103524038A、CN103058515A、CN101389575A中所公開的低軟化點玻璃則在玻 璃組成、應用領(lǐng)域與用途、關(guān)注和要求的光學性能等方面與本發(fā)明有著明顯區(qū)別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明要解決的問題
[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種不含鉛、鎘、鉍、砷及氟化物的低軟化點光學玻璃，該 光學玻璃具有低玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)和弛垂溫度（Ts)，有利于降低壓型溫度，延長模具的使 用壽命。
[0009] 用于解決問題的方案
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光學玻璃，按重量百分比計含有以下組分： Si02 : 52 ?59%，B203 :21 ?26%，Li20 :1. 5 ?5%，ENa20+K20 :4 ?11 %，A1203 :1. 5 ? 4. 5%，ZnO:5?10%，Sb203 :0?0. 5%，所述光學玻璃不含有鉛、鎘、鉍、砷和氟化物。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的光學玻璃，Si02的含量優(yōu)選為54?57%，B203的含量優(yōu)選為21? 24%，Li20的含量優(yōu)選為2?4%，ENa20+K20的含量優(yōu)選為5?9%，A1203的含量優(yōu)選為 2?4%，ZnO的含量優(yōu)選為6?9%，Sb203的含量優(yōu)選為0?0? 2%。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的光學玻璃，因?qū)嶋H應用的要求應該盡可能的提高玻璃的透過率，顏 色最好為淡色調(diào)或無色，因此，在本發(fā)明中，不人為引入除上述組分以外的其它可以著色的 元素。
[0013] 本發(fā)明的光學玻璃的折射率為1.50?1.53,阿貝數(shù)為62. 5?65. 5;按照GB/T 7962. 16-2010的測試方法測試，玻璃轉(zhuǎn)變溫度在500°C以下，弛垂溫度在555°C以下；按照 JB/T10576-2006的測試方法測試，耐水性為1級，耐酸性為1級；比重在2. 50g/cm3以下。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制備上述光學玻璃的方法，所述方法包含：將各 組分按照所述比例稱量、混合均勻后進行熔煉，澆注或漏注在成型模具中或直接壓制成型。
[0015] 發(fā)明的效果
[0016] 本發(fā)明的光學玻璃主要用于球面和非球面光學元件的加工和壓型，使用時通過切 害I]、研磨和表面拋光或者直接通過精密壓型技術(shù)壓制成型后無需磨削及研磨制成光學元 件，可以廣泛應用于各類透射、折射、反射以及光柵衍射原理的光學系統(tǒng)中，如球面透鏡、非 球面透鏡、柱面透鏡、衍射光柵和棱鏡等。
[0017]本發(fā)明的光學玻璃具有足夠低的液相溫度（Lt)，在進行壓型及退火或重復壓型的 過程中不乳濁、不析晶。

【具體實施方式】
[0018] 在本發(fā)明的光學玻璃中，由下面所述的原因選擇上述含量的每種組分。如下所述， 各組分的含量是以重量百分比來表示的。
[0019] Si02是玻璃的網(wǎng)絡生成體，是保持玻璃化學穩(wěn)定性的必需成分，同時也是實現(xiàn)本 發(fā)明光學性能的必需成分。在本發(fā)明中，Si02的含量為52?59%，優(yōu)選54?57%。當Si02 含量少于52%時，會使玻璃的化學穩(wěn)定性變差，在制得的元件的使用和長時間保存的過程 中容易留下水侵蝕痕跡；當3102含量大于59%時，則會增加玻璃熔煉難度，使生產(chǎn)時更耗 費電能，同時使制得的光學玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)變高，無法實現(xiàn)玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)在 500°C以下、弛垂溫度（Ts)在555°C以下的目的。
[0020] B203也是玻璃網(wǎng)絡生成體，是獲得玻璃低折射、低色散的必需成分。在本發(fā)明中， B203的含量為21?26%，優(yōu)選21?24%。當B203含量少于21 %時，會使制得的光學玻璃的 玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)變高，并且不能理想地獲得本發(fā)明中的光學性能；當B203含量大于26% 時，則會因其揮發(fā)性而增大制成均質(zhì)玻璃的難度，并且玻璃的化學穩(wěn)定性會逐漸變差。
[0021] Li20、Na20和K20同作為堿金屬氧化物，在作用上有相似之處，主要作用是助溶劑， 降低玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)和弛垂溫度（Ts)，同時對玻璃膨脹系數(shù)的調(diào)整也是不可缺少 的。
[0022] Li20是降低玻璃的弛垂溫度（Ts)、增加玻璃的高溫熔融性的必要成分，也是降低 弛垂溫度（Ts)效果最明顯的成分。在本發(fā)明中，Li20的含量為1. 5?5%，優(yōu)選2?4%。 當其含量小于1. 5 %時，上述效果不明顯，玻璃的軟化點較高，壓制光學元件困難；當其含 量大于5%，則會使玻璃的液相溫度（Lt)大幅提高，導致壓制元件時玻璃容易失透。
[0023] 似20和1(20在本發(fā)明中的作用與Li20相似，但二者在降低玻璃弛垂溫度（Ts)方面 的效果不及Li20明顯，Na20和K20在一定范圍內(nèi)可以互相置換，在本發(fā)明中，Na20和K20有 輔助Li20降低弛垂溫度（Ts)的作用，并且使玻璃在膨脹系數(shù)的調(diào)節(jié)上更為靈活。在本發(fā)明 中，ENa20+K20為4?11%，優(yōu)選5?9%。當ENa20+K20低于4%時，難以較好地實現(xiàn)以 上效果；當ENa20+K20高于11%時，則會使玻璃的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性逐漸變差。
[0024] A1203對改善玻璃的化學穩(wěn)定性有益，在本發(fā)明中，A1203的含量為1. 5?4. 5%，優(yōu) 選2?4%。當其含量少于1.5%時，效果不明顯；當其含量超過4. 5%時，玻璃的析晶性能 就會逐漸變差，并且會增大玻璃的熔煉難度，使生產(chǎn)時更耗費電能。
[0025] ZnO是降低玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)和弛垂溫度（Ts)的有效成分，與Li20同時使 用效果更佳，同時，ZnO也是提高玻璃熔融性的重要成分，并且可以提高玻璃的化學穩(wěn)定性， 是本發(fā)明不可缺少的組分。此外，ZnO與Ba0、Sr0、Ca0-樣，具有調(diào)整光學常數(shù)的作用。在 本發(fā)明中，ZnO的含量為5?10 %，優(yōu)選6?9 %。當ZnO含量小于5 %時，不能滿足本發(fā)明 中低軟化點的特性，并且玻璃的化學穩(wěn)定性也無法滿足要求；當ZnO含量高于10%時，會使 玻璃的液相溫度（Lt)逐漸升高，失透趨勢增大。
[0026] Sb203是作為除泡劑添加的，在本發(fā)明中，Sb203的含量為0?0. 5%，優(yōu)選0? 0.2%。當Sb203含量超過0.5%時，玻璃著色將加重。
[0027] 為保證本發(fā)明所壓制的元件的光譜透過率，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：11、1、￥、]\1〇、0、]\111、？6、(：〇、附、(：11和4 8。同時，也不 人為引入含有以下有害元素的化合物：Th、Cd、Tl、0s、Be、Se和F。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的玻璃組成范圍，可以制得一種環(huán)保型低軟化點光學玻璃。該光學玻 璃具有較好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，使用時通過切割、研磨和表面拋光或者通過精密壓 型技術(shù)直接壓制成型后無需磨削或研磨制成光學元件的模壓用玻璃，并且工藝性能優(yōu)良， 模具剝離性好，適合進行批量熔煉和壓型生產(chǎn)。
[0029] 本發(fā)明的光學玻璃的折射率（nd)為1. 50?1. 53,阿貝數(shù)（ud)為62. 5?65. 5。 按照GB/T7962. 16-2010的測試方法測試，玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg)在500°C以下，弛垂溫度（Ts) 在555°C以下。按照JB/T10576-2006的測試方法測試，耐水性（Dw)為1級，耐酸性（DA)為 1級。該光學玻璃的比重在2. 50g/cm3以下。
[0030] 下面通過實施例對本發(fā)明進行更具體的說明，但本發(fā)明并不受限于這些實施例。
[0031] 實施例 1-10
[0032] 根據(jù)表1和表2中所示出的重量百分比計算、稱量各組分，各組分優(yōu)選采用以下方 式但不局限于以下方式引入：B203采用H3B03引入，Li20、Na20采用Li2C03、Na2C03引入，K20 采用謂03或1(2〇) 3引入，A1203采用A1(0H)3引入，其余組分直接以氧化物形式引入。
[0033] 在配料完成后，將充分混合均勻的配合料加入到熔煉裝置中進行熔煉（鑒于本發(fā) 明的應用要求，熔煉裝置需要采用鉬金坩堝）。具體熔煉過程為：在1150°C加入上述配合 料，加料完成后升溫至1280°C進行攪拌均化，然后再升溫至140(TC靜置澄清，澄清完成后 降溫至1200°C澆注或漏注在成型模具中，最后經(jīng)退火、加工等后期處理，或者通過精密壓型 技術(shù)直接壓制成型，即可制得該光學玻璃或光學玻璃型件。
[0034] 比較例A-B
[0035] 按照表2中所示的各組分，進行與上述實施例1-10相同的制備光學玻璃的方法， 得到光學玻璃。
[0036] 性能測試
[0037] 1、折射率（nd)和阿貝數(shù)（ud)的測試
[0038] 按照GB/T7962. 1-2010標準的測試方法進行測定。
[0039] 2、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)和弛垂溫度（Ts)的測試
[0040] 按照GB/T7962. 16-2010標準的測試方法進行測定。
[0041] 3、耐水性Dw和耐酸性DA的測試
[0042] 按照JB/T10576-2006標準的測定方法進行測定。
[0043] 4、比重的測定
[0044] 按照GB/T7962. 20-2010標準的測試方法進行測定。
[0045] 將實施例1-10和比較例A-B所得到的光學玻璃按照上述測試方法進行測試，所得 結(jié)果列于表1和表2中。
[0046] 表 1
[0047]

【權(quán)利要求】
1. 一種光學玻璃，按重量百分比計含有以下組分：
所述光學玻璃不含有鉛、鎘、鉍、砷和氟化物。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學玻璃，其特征在于，SiO2的含量為54?57%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學玻璃，其特征在于，B2O3的含量為21?24%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的光學玻璃，其特征在于，Li2O的含量為2?4%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的光學玻璃，其特征在于，Σ Na2CHK2O的含量為 5 ?9%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的光學玻璃，其特征在于,Al2O3的含量為2?4%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的光學玻璃，其特征在于,ZnO的含量為6?9%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的光學玻璃，其特征在于，Sb2O3的含量為0? 0· 2%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的光學玻璃，其特征在于，所述光學玻璃的折射率 為1. 50?1. 53,阿貝數(shù)為62. 5?65. 5 ;按照GB/T 7962. 16-2010的測試方法測試，玻璃轉(zhuǎn) 變溫度在500°C以下，弛垂溫度在555°C以下；按照JB/T 10576-2006的測試方法測試，耐水 性為1級，耐酸性為1級；比重在2. 50g/cm3以下。
10. -種制備根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的光學玻璃的方法，其特征在于，包括： 將各組分按照所述比例稱量、混合均勻后進行熔煉，澆注或漏注在成型模具中或直接壓制 成型。
【文檔編號】C03C3/093GK104386912SQ201410631820
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】霍金龍, 楊愛清, 梁立新, 戎俊華, 趙仲勛 申請人:湖北新華光信息材料有限公司