專利名稱：模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高折射低色散光學(xué)玻璃，以及由該玻璃獲得的模壓玻璃預(yù)制件、光學(xué)元件。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種具有折射率(nd)大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)(vd)為38-45范圍的高折射低色散光學(xué)玻璃，以及由該玻璃獲得的模壓玻璃預(yù)制件、光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
高折射低色散性光學(xué)玻璃在光學(xué)設(shè)計中被大量應(yīng)用，特別是光學(xué)常數(shù)大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)(vd)為38-45范圍的光學(xué)玻璃。但是，通常光學(xué)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，由于必須在高溫環(huán)境下進(jìn)行模壓，容易發(fā)生鑄模的成形面的氧化、腐蝕、或脫模損傷，難以實(shí)現(xiàn)低成本批量生產(chǎn)。因此，精密模壓成形中使用的玻璃應(yīng)盡量具有低的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，而且模壓成型對玻璃的耐酸、耐水等化學(xué)穩(wěn)定性也提出了較高的要求。
對于光學(xué)玻璃而言，膨脹系數(shù)越高，在壓制成型前后的驟熱驟冷工程中，玻璃越容易破損，因而膨脹系數(shù)大的玻璃也不適合低成本的精密模壓成型。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的是提供一種具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)(vd)為38-45范圍光學(xué)常數(shù)的玻璃，該玻璃透射率優(yōu)異、玻璃轉(zhuǎn)變溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性良好，并適于精密模壓成形。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)為38-45范圍的光學(xué)常數(shù)，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作為必須組分，透射比達(dá)到70％時對應(yīng)的波長在385nm以下。
進(jìn)一步的，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度在620℃以下。
進(jìn)一步的，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度在620℃以下，基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17129的測試方法進(jìn)行的玻璃耐酸性測試結(jié)果為1級至2級。
進(jìn)一步的，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度在620℃以下，基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17129的測試方法進(jìn)行的玻璃耐酸性測試結(jié)果為1級至2級，所述玻璃的線膨脹系數(shù)在80×10-7/K以下。
進(jìn)一步的，其重量百分比組成為SiO2大于0-8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(jìn)一步的，其重量百分比組成為SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(jìn)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大于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(jìn)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(xué)玻璃，其重量百分比組成為SiO2大于0小于8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(xué)玻璃的折射率大于1.82小于等于1.90，色散系數(shù)為38-45范圍。
進(jìn)一步的，其重量百分比組成為SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(jìn)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大于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(jìn)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(jìn)一步的，所述光學(xué)玻璃的透射比達(dá)到70％時對應(yīng)的波長在385nm以下，玻璃轉(zhuǎn)變溫度620℃以下。
進(jìn)一步的，所述光學(xué)玻璃基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17129的測試方法進(jìn)行的耐酸性測試結(jié)果為1級至2級，玻璃線膨脹系數(shù)80×10-7/K以下。
模壓成型用玻璃預(yù)制坯材，包含上述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃。
光學(xué)元件，包含上述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃。
光學(xué)元件，是通過將上述的模壓成型用玻璃預(yù)制坯材模壓成型而得到的。
本發(fā)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(xué)常數(shù)、透射率優(yōu)異、玻璃轉(zhuǎn)變溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性良好，并適于精密模壓成形的光學(xué)玻璃。
具體實(shí)施例方式 以下對本發(fā)明的玻璃組份進(jìn)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(zhǔn)的重量％。
SiO2成分是形成玻璃的網(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和化學(xué)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(yōu)選大于0、更優(yōu)選2％作為下限含有，優(yōu)選以8％作為上限含有。
B2O3成分對于本發(fā)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(dá)不到設(shè)計目標(biāo)。因此，可以優(yōu)選以5％、更優(yōu)選8％作為下限含有，優(yōu)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系數(shù)，也是具有高折射率低色散性的本發(fā)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(yōu)選以25％作為下限含有；優(yōu)選以45％、更優(yōu)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，有助于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(yōu)選以3％、更優(yōu)選5％作為下限含有；優(yōu)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、增大色散系數(shù)有效的可任意添加的成分?？墒?，當(dāng)過于大量含有時，使耐失透率性惡化。因此，兩者的合計含量上限可優(yōu)選為10％，更優(yōu)選為5％，最優(yōu)選為不足3％。
Ta2O5成分具有提高折射率、改善化學(xué)持久性和耐失透性的效果，也是本發(fā)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，則難以維持上述范圍的光學(xué)常數(shù)。因此，可以優(yōu)選以大于5％、更優(yōu)選大于8％、最優(yōu)選10％作為下限含有，優(yōu)選以20％、更優(yōu)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(xué)穩(wěn)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(yōu)選范圍0-2％。
ZnO成分在本發(fā)明中可降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度，而且可改善玻璃化學(xué)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(yōu)選以大于10％、更優(yōu)選12％作為下限含有；上限優(yōu)選20％，更優(yōu)選19％。
ZrO2成分是具有調(diào)整光學(xué)常數(shù)、改善化學(xué)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(fā)明效果，優(yōu)選含量0-8％。
TiO2組分可調(diào)整玻璃光學(xué)常數(shù)，但是如果含量過多，則玻璃耐失透性變差，因此，優(yōu)選范圍為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，但由于是高價原料，優(yōu)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)對于調(diào)整光學(xué)常數(shù)有效。但是，如果其量過多，則玻璃易于析晶，光學(xué)常數(shù)達(dá)不到目標(biāo)要求。因此，可以優(yōu)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(zhuǎn)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(yōu)選以5％作為上限含有。其中Li2O少量含有可有效降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度且維持平均線膨脹系數(shù)不明顯增大，玻璃化學(xué)穩(wěn)定性不是顯降低，其含量優(yōu)選以不超過0.5％、更優(yōu)選含量為0.05-0.4％作為上限含有。
WO3成分具有維持光學(xué)常數(shù)、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(qū)域的短波長區(qū)域的光線透射率變差，且析晶性能變壞。因此，可以優(yōu)選以10％作為上限含有。
另外，Al2O3也可以作為提高玻璃的化學(xué)耐久性的目的加入，優(yōu)選以5％作為上限含有，在玻璃穩(wěn)定性惡化的場合以不含有為好。
Sb2O3成分可以用于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(qū)域的短波長區(qū)域的透射率變差。因此，可以優(yōu)選以小于0.2％、更優(yōu)選0.1％、最優(yōu)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(dāng)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(yōu)選不使用。
Lu2O3成分可以通過微量添加至本發(fā)明的組成體系中而提高耐失透性，但由于原料昂貴，優(yōu)選1％含量作為上限含有，更優(yōu)選不含有。
下面，對本發(fā)明的光學(xué)玻璃的性能進(jìn)行說明 折射率與色散系數(shù)按照《GB/T7962.1-1987無色光學(xué)玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》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(dá)到70％時對應(yīng)的波長，以10nm為單位表示。
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℃，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(diǎn)所對應(yīng)的溫度。
按GB/T 17129方法測試玻璃的耐水作用穩(wěn)定性能DW。
按GB/T17192方法測試的玻璃耐酸作用穩(wěn)定性能DA。
熱膨脹系數(shù)α是指一定溫度范圍內(nèi)溫度升高1℃時玻璃每單位長度的伸長量，按GB/T7962.16-1987規(guī)定的方法測量。表1、表2中給出了20-120℃和100-300℃的平均熱膨脹系數(shù) 本發(fā)明的光學(xué)玻璃可用作壓力成型用玻璃預(yù)型材料，或者也可直接將熔融玻璃壓力成型。用作玻璃預(yù)型材時的制造方法及熱成型方法無特別限制，可使用公知的制造方法及成型方法。
另外，還可對本發(fā)明光學(xué)玻璃制作的玻璃預(yù)型材進(jìn)行壓力加工，制造光學(xué)元件，或者也可采用直接對熔融、軟化的光學(xué)玻璃進(jìn)行壓力加工，制造光學(xué)元件。
另外，光學(xué)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、棱鏡、衍射光柵等。
實(shí)施例 以下，對于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限定。
表1-2所示的本發(fā)明14個實(shí)施例的光學(xué)玻璃可以如下制得，即稱量氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等通常光學(xué)玻璃用原料，達(dá)到表1-2所示各實(shí)施例組成的比例，混合后投入到鉑坩堝中，根據(jù)組成產(chǎn)生的熔融性，在1200-1400℃下熔融3-5小時，精煉、攪拌，均質(zhì)化之后，注入到鑄模中緩慢冷卻即得。將本發(fā)明光學(xué)玻璃的14個實(shí)施例的組成與這些玻璃的折射率、色散系數(shù)、轉(zhuǎn)變溫度、耐酸與耐水性能以及熱膨脹系數(shù)一起表示于表1和表2中，各組分的組成以重量％表示。
表1
表2
由于本發(fā)明的14個實(shí)施例的光學(xué)玻璃均具有上述范圍內(nèi)的光學(xué)常數(shù)(折射率和色散系數(shù))；透射比達(dá)到70％時對應(yīng)的波長在385nm以下，透過率優(yōu)異；玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)均為620℃以下，因此適于粘密模壓成形；而且由于粉末法耐水性、粉末法耐酸性達(dá)到1-2級，因此化學(xué)持久性也優(yōu)異，能夠穩(wěn)定地生產(chǎn)；膨脹系數(shù)達(dá)到80×10-7以下，適于模壓。
權(quán)利要求
1.模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)為38-45范圍的光學(xué)常數(shù)，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作為必須組分，透射比達(dá)到70％時對應(yīng)的波長在385nm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度在620℃以下。
3.如權(quán)利要求1所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度在620℃以下，基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17129的測試方法進(jìn)行的玻璃耐酸性測試結(jié)果為1級至2級。
4.如權(quán)利要求1所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，所述玻璃轉(zhuǎn)變溫度在620℃以下，基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17129的測試方法進(jìn)行的玻璃耐酸性測試結(jié)果為1級至2級，所述玻璃的線膨脹系數(shù)在80×10-7/K以下。
5.如權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為
SiO2大于0-8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所折述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為
SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，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(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為
SiO2大于0小于8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(xué)玻璃的折射率大于1.82小于等于1.90，色散系數(shù)為38-45范圍。
10.如權(quán)利要求9所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為
SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(quán)利要求9所述的模壓高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于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(quán)利要求9所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，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(quán)利要求9所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，所述光學(xué)玻璃的透射比達(dá)到70％時對應(yīng)的波長在385nm以下，玻璃轉(zhuǎn)變溫度620℃以下。
14.如權(quán)利要求13所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，其特征在于，所述光學(xué)玻璃基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17129的測試方法進(jìn)行的耐酸性測試結(jié)果為1級至2級，玻璃線膨脹系數(shù)80×10-7/K以下。
15.模壓成型用玻璃預(yù)制坯材，其特征在于，包含權(quán)利要求1-4、9-12任一所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃。
16.光學(xué)元件，其特征在于，包含權(quán)利要求1-4、9 12任一所述的模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃。
17.光學(xué)元件，其特征在于，是通過將權(quán)利要求15所述的模壓成型用玻璃預(yù)制坯材模壓成型而得到的。
全文摘要
本發(fā)明一種具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)(vd)為38-45范圍光學(xué)常數(shù)的玻璃，該玻璃透射率優(yōu)異、玻璃轉(zhuǎn)變溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性良好，并適于精密模壓成形。模壓用高折射低色散光學(xué)玻璃，具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系數(shù)為38-45范圍的光學(xué)常數(shù)，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作為必須組分，透射比達(dá)到70％時對應(yīng)的波長在385nm以下。本發(fā)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(xué)常數(shù)、透射率優(yōu)異、玻璃轉(zhuǎn)變溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性良好，并適于精密模壓成形的光學(xué)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(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司