專利名稱：光學(xué)玻璃和光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃、由該玻璃制成的玻璃預(yù)成形體、一種光學(xué)產(chǎn)品和光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣的一種玻璃，它具有高折射性和低色散光學(xué)特性、具有低玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)和使熱處理爐長期穩(wěn)定運(yùn)行，涉及由上述光學(xué)玻璃制成并適合于形成各種光學(xué)產(chǎn)品的玻璃預(yù)成形體、由上述光學(xué)玻璃制成的光學(xué)產(chǎn)品，和上述光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法。
一般來說，具有高折射性和低色散光學(xué)特性的光學(xué)玻璃含有大量的La2O3、Gd2O3、Y2O3、Ta2O5、ZrO2等，為的是獲得高折射指數(shù)和低色散特性，例如，正如在JP-A-54-90218和JP-B-54-6042中描述的，玻璃網(wǎng)絡(luò)形成組分例如B2O3和SiO2含量較少，便于上述光學(xué)玻璃很容易發(fā)生結(jié)晶化。由于能穩(wěn)定生產(chǎn)的玻璃的組成范圍受到限制，市售的具有高折射指數(shù)和低色散的光學(xué)玻璃的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg高于720℃。表1列出了高折射性低色散光學(xué)玻璃的特性，示于由光學(xué)玻璃制造商提供的小冊(cè)子中。表1
常規(guī)的高折射低色散玻璃具有極高的粘滯流動(dòng)溫度，正如典型的由玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg所示的，例如，其退火處理的溫度要求達(dá)到710℃或更高。大部分用于玻璃退火的窯爐通常是由不銹鋼板制成的，這種材料的變形溫度大約為700℃。因此，若在高于710℃的溫度下進(jìn)行退火時(shí)，所帶來的問題是上述不銹鋼板發(fā)生變形，使得窯爐難以長時(shí)間運(yùn)行。
此外，通過預(yù)熱壓生產(chǎn)透鏡材料也要求溫度很高，導(dǎo)致熱處理窯爐不久變形，阻礙了穩(wěn)定的生產(chǎn)。
同時(shí)，當(dāng)玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg為700℃或低于700℃時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地生產(chǎn)，而不會(huì)對(duì)便利的運(yùn)行造成任何特別的負(fù)擔(dān)。
在這種情況下，本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種具有高折射低色散光學(xué)特性、低玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)和使熱處理窯爐長期穩(wěn)定運(yùn)行的光學(xué)玻璃。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用上述光學(xué)玻璃制備并且適合于制成各種光學(xué)產(chǎn)品的玻璃預(yù)成形體，和一種由上述光學(xué)玻璃制備的光學(xué)產(chǎn)品。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種用上述光學(xué)玻璃有效生產(chǎn)光學(xué)產(chǎn)品的方法。
為了開發(fā)具有上述特性的光學(xué)玻璃，本發(fā)明人對(duì)構(gòu)成玻璃組分的組成對(duì)光學(xué)特性、熱性能和抗失透性(devitrification resistance)的影響進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過控制La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的比例和ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例，使得該比值限定在具體的范圍內(nèi)，或通過形成具有具體玻璃組成的玻璃，就可以獲得具有高折射性和低色散光學(xué)特性和玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)達(dá)700℃或700℃以下的光學(xué)玻璃，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的。
此外，還發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的上述第二個(gè)目的可通過玻璃預(yù)成形體和一種由上述光學(xué)玻璃制備的光學(xué)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)一步地發(fā)現(xiàn)由上述光學(xué)玻璃制備的光學(xué)產(chǎn)品可采用具體的步驟有效地生產(chǎn)，從而可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述第三個(gè)目的。
基于上述發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。即本發(fā)明包括(1)一種折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5和玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下的光學(xué)玻璃(下文也稱為“本發(fā)明的光學(xué)玻璃I”)，(2)一種是硼硅酸鹽玻璃的光學(xué)玻璃，含有至少一種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5和Nb2O5的組分，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的比例(重量比)為3.2—5，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例(重量比)為1.1—1.5，并且具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5(下文也稱為“本發(fā)明的光學(xué)玻璃II”)，(3)一種是硼硅酸鹽玻璃的光學(xué)玻璃，含有至少一種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5或Nb2O5和ZnO的組分，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的比例(重量比)為2—5，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例(重量比)為0.5—3，和ZnO與SiO2和B2O3總量的比例(重量比)至少為0.14，并且具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5(下文也稱為“本發(fā)明的光學(xué)玻璃III”)，
(4)一種光學(xué)玻璃，具有如下的玻璃組成(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、30—60％La2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2和B2O3的總量占14—20％，上述組分的總量至少為95％(下文也稱為“本發(fā)明的光學(xué)玻璃IV”)，(5)由上述任一種玻璃I—IV制備的玻璃預(yù)成形體，(6)由上述任一種玻璃I—IV制備的光學(xué)產(chǎn)品，(7)由上述任一種光學(xué)玻璃I—IV制成的光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，其中包括熔融玻璃原料和直接模壓熔融玻璃的步驟，和(8)一種光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，其中包括在加熱下軟化由上述任一種光學(xué)玻璃I—IV制成的玻璃預(yù)成形體并模壓經(jīng)加熱軟化的玻璃預(yù)成形體。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃包括4個(gè)實(shí)施方案，即四種光學(xué)玻璃I—IV。
首先，光學(xué)玻璃I是一種高折射低色散的光學(xué)玻璃，具有較低的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)和折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5，玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下。
上述光學(xué)玻璃I優(yōu)選包括一種硼硅酸鹽玻璃，含有至少一種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5和Nb2O5的組分，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的比例為2—4，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例為1—2。
在上述光學(xué)玻璃I的組成中，當(dāng)La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比[(La2O3＋Gd2O3＋Y2O3＋Yb2O3)/(SiO2＋B2O3)]小于2時(shí)，難以獲得一種具有高折射指數(shù)和高阿貝值的光學(xué)玻璃，這是本發(fā)明的一個(gè)目的。與La2O3和Gd2O3相比，改善分散性的ZnO的含量受到了限制，結(jié)果，難以獲得具有足以大批量生產(chǎn)的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的光學(xué)玻璃。另一方面，如果上述重量比高于4，那么抗失透性差，難以獲得穩(wěn)定的大批量生產(chǎn)的玻璃。因此，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比優(yōu)選在2—4的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3—4的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在3.1—3.7的范圍內(nèi)。
此外，如果ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例[(ZrO2＋Ta2O5＋Nb2O5)/(SiO2和B2O3)]小于1，那么難以獲得在本發(fā)明中所期望具有的高折射指數(shù)和大批生產(chǎn)的穩(wěn)定性的光學(xué)玻璃。另一方面，如果該值高于2，那么阿貝值vd降低，就難以獲得一種低色散的光學(xué)玻璃，這種玻璃是本發(fā)明的最終產(chǎn)品。因此，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比優(yōu)選在1—2的范圍內(nèi)，優(yōu)選在1.1—1.5的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1.2—1.4的范圍內(nèi)。
上述光學(xué)玻璃I還可含有ZnO。ZnO與SiO2和B2O3總量的重量比例[ZnO/(SiO2和B2O3)]優(yōu)選大于0，但不大于2，更優(yōu)選大于0但不大于1，特別優(yōu)選在0.1—0.5之間。如果[ZnO/(SiO2和B2O3)]重量比落在上述圍內(nèi)，那么玻璃就具有高折射性和低色散性(折射指數(shù)對(duì)波長的依賴性小)，另外，會(huì)改善玻璃的抗失透性和降低玻璃的粘滯流動(dòng)溫度。
對(duì)于優(yōu)選的組成，本發(fā)明的光學(xué)玻璃I具有的玻璃組成(a)含有(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、0—5％GeO2、0—15％ZnO、30—60％La2O3、0—30％Gd2O3、0—10％Y2O3、0—5％Yb2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2、B2O3和GeO2的總量為14—20重量％，B2O3和ZnO的總量至少為9重量％，Ia2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量為50—60重量％，其中上述組分的總量超過95重量％，并且該組成含有0—1重量％Li2O和0—3％Nb2O5。
在上述玻璃組成中，SiO2是玻璃網(wǎng)絡(luò)形成組分，主要是保持抗失透性，其含量優(yōu)選在3—10重量％范圍內(nèi)。如果上述組分的含量低于3重量％，那么抗失透性就不夠。如果該值超過10重量％，那么折射指數(shù)就會(huì)降低。因此，難以獲得作為本發(fā)明最終產(chǎn)品的高折射性光學(xué)玻璃?？紤]到抗失透性和折射指數(shù)，SiO2的含量優(yōu)選在6—9重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在6.5—8.5重量％的范圍內(nèi)。
B2O3是一種起網(wǎng)絡(luò)形成氧化物作用或?qū)ΣＡУ囊兹坌援a(chǎn)生影響的組分，并且會(huì)降低粘滯流動(dòng)溫度，其含量優(yōu)選在7—15重量％范圍內(nèi)。如果B2O3的含量低于7重量％，那么對(duì)玻璃的易熔性和粘滯流動(dòng)溫度的降低的影響是不充分的。如果超過15重量％，那么玻璃的折射指數(shù)降低。因此，難以獲得一種作為本發(fā)明最終產(chǎn)品的高折射性玻璃?？紤]到對(duì)玻璃易熔性和粘滯流動(dòng)溫度的降低以及折射指數(shù)的影響，B2O3的含量優(yōu)選在9—12重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在9.5—11重量％的范圍內(nèi)。
GeO2起與上述SiO2相同的作用，并且其摻入量在0—5重量％的范圍內(nèi)。如果該值超過5重量％，那么抗失透性有降低的傾向。
上述SiO2、B2O3和GeO2的總量優(yōu)選在14—20重量％的范圍內(nèi)。如果上述總量低于14重量％，那么結(jié)晶化傾向急劇增加，致使難以獲得可穩(wěn)定生產(chǎn)的光學(xué)玻璃。如果該值超過20重量％，那么折射指數(shù)降低，致使難以獲得作為本發(fā)明最終產(chǎn)品的高折射性光學(xué)玻璃。考慮到結(jié)晶傾向和折射指數(shù)，上述SiO2、B2O3和GeO2的總量優(yōu)選在16—19重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在16—18重量％的范圍內(nèi)。
ZnO使玻璃具有高折射指數(shù)和低色散性(折射指數(shù)對(duì)波長的依賴性較小)，而且它可改善玻璃的抗失透性，降低了粘滯流動(dòng)溫度。因此，ZnO是要求添加的組分，特別是考慮到B2O3的含量來調(diào)節(jié)ZnO的含量。具體地說，調(diào)節(jié)(siO2＋B2O3)∶ZnO∶(La2O3＋Gd2O3＋Y2O3＋Yb2O3)∶(Nb2O5＋ZrO2＋Ta2O5)，使玻璃的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5，也使玻璃具有對(duì)玻璃生產(chǎn)可行的抗失透性，優(yōu)選將B2O3和ZnO的總量調(diào)節(jié)到至少9重量％，更優(yōu)選至少12重量％，由此降低粘滯流動(dòng)的溫度(Tg為700℃或700℃以下)。ZnO的含量在0—15重量％的范圍內(nèi)是有利的。如果ZnO的含量超過15重量％，那么在試圖獲得落在期望值范圍內(nèi)的折射指數(shù)時(shí)，抗失透性可能不充分。另一方面，如果試圖保持能使生產(chǎn)穩(wěn)定的抗失透性，那么折射指數(shù)就會(huì)降低。因此，難以獲得作為本發(fā)明最終產(chǎn)品的高折射性的光學(xué)玻璃。ZnO的含量優(yōu)選在1—7重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3—5重量％范圍內(nèi)。
La2O3是獲得高折射性低色散光學(xué)玻璃的主要組分，其含量優(yōu)選在30—60重量％的范圍內(nèi)。如果上述含量低于30重量％，那么就難以獲得期望有的高折射性低色散光學(xué)玻璃，如果該值超過60重量％，那么抗失透性降低，就難以獲得能穩(wěn)定生產(chǎn)的玻璃。上述含量優(yōu)選在37—48重量％范圍內(nèi)，更優(yōu)選在40—45重量％范圍內(nèi)。
作為La2O3的替代物的Gd2O3的可摻入量在0—30重量％的范圍內(nèi)。如果上述含量超過30重量％，那么抗失透性會(huì)降低，致使難以獲得能穩(wěn)定生產(chǎn)的玻璃。上述含量優(yōu)選在0—18重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在5—15重量％的范圍內(nèi)。
也可摻入Y2O3和Yb2O3作為上述La2O3的替代物，其添加量分別在0—10重量％和0—5重量％。如果Y2O3的含量超過10重量％，或Yb2O3的含量超過5重量％，那么抗失透性會(huì)降低，致使難以獲得能穩(wěn)定生產(chǎn)的玻璃。Y2O3的含量優(yōu)選在0—6重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在3—6重量％的范圍內(nèi)。另外，Yb2O3的含量優(yōu)選在0—5重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0—2重量％的范圍內(nèi)。
上述的La2O3和上述的Gd2O3、Y2O3和Yb2O3對(duì)光學(xué)特性具有類似的影響，這些組分的總量優(yōu)選在50—60重量％的范圍內(nèi)。如果上述總量低于50重量％，那么就難以獲得作為本發(fā)明最終產(chǎn)品的高折射性低色散光學(xué)玻璃。如果該值超過60重量％，那么抗失透性會(huì)降低，致使難以獲得能穩(wěn)定生產(chǎn)的玻璃。上述總量優(yōu)選在51—58重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在54—56重量％的范圍內(nèi)。
ZrO2是使玻璃具有高折射指數(shù)的組分，當(dāng)摻入量較小時(shí)，它對(duì)改善抗失透性有影響。其含量優(yōu)選在2—8重量％的范圍內(nèi)。如果上述含量低于2重量％，那么就難以獲得高折射性光學(xué)玻璃，ZrO2對(duì)完全改善抗失透性沒有影響。如果上述含量超過8重量％，抗失透性會(huì)稍有降低，玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)貝會(huì)提高，致使難以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。上述含量優(yōu)選在4—8重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在4—6重量％的范圍內(nèi)。
Ta2O5是使玻璃具有高折射性的基本組分，其含量優(yōu)選在13—19重量％的范圍內(nèi)。如果上述含量低于13重量％，就難以獲得作為本發(fā)明最終產(chǎn)品的高折射性光學(xué)玻璃。如果該值超過19重量％，不僅會(huì)降低抗失透性，而且透射比吸收端會(huì)向波長較長側(cè)移動(dòng)。上述含量優(yōu)選在13—17重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在14—17重量％的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的光學(xué)玻璃I中，SiO2、B2O3、GeO2、ZnO、La2O3、Gd2O3、Y2O3、Yb2O3、ZrO2和Ta2O5的總量超過95重量％。如果上述總量低于95重量％，難以獲得一種光學(xué)玻璃，其滿足本發(fā)明所期望的所有光學(xué)特性、粘滯流動(dòng)的溫度降低和抗失透性。上述總量優(yōu)選至少為96重量％，更優(yōu)選至少98重量％。
除了上述組分外，按需要，本發(fā)明的光學(xué)玻璃I可含有Nb2O3、WO3、Al2O3、Bi2O3、Ga2O3、BaO、SrO、CaO、MgO、Na2O、K2O、Li2O和Sb2O3。
當(dāng)Nb2O3和WO3的摻入量較小時(shí)，這兩種組分起改善抗失透性的作用。這兩種組分每一種的摻入量在0—3重量％的范圍內(nèi)。如果Nb2O3的含量超過3重量％，或WO3的含量超過3重量％，那么玻璃在較短的波長范圍內(nèi)的吸收增強(qiáng)，會(huì)使玻璃著色。Nb2O3的含量優(yōu)選在0—1.5重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0.5—1.5重量％的范圍內(nèi)。此外，WO3的含量優(yōu)選在0—2重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0—1重量％的范圍內(nèi)。
當(dāng)Bi2O3的摻入量較小時(shí)，它是對(duì)降低Tg有影響的組分，其摻入量可在0—3重量％的范圍內(nèi)。如果Bi2O3的含量超過3重量％，它會(huì)降低抗失透性或引起玻璃著色。其含量優(yōu)選在0—2重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0—1重量％的范圍內(nèi)。
Al2O3和Ga2O3的摻入量較小時(shí)，在有些青況下會(huì)改善抗失透性。但是，它們也會(huì)降低折射指數(shù)。這些組分的每一種含量優(yōu)選在0—3重量％的范圍內(nèi)。Al2O3的含量優(yōu)選在0—2.5重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0—0.5重量％的范圍內(nèi)。
當(dāng)使用碳酸鹽或硝酸鹽形式的BaO、SrO、CaO和MgO作為玻璃的原料時(shí)，它們對(duì)促進(jìn)去泡(defoaming)有影響。但是，如果這些組分的總量超過3重量％，抗失透性會(huì)下降，致使難以獲得可穩(wěn)定生產(chǎn)的光學(xué)玻璃。因此，BaO、SrO、CaO和MgO的總量優(yōu)選在0—3重量％的范圍內(nèi)。BaO的含量優(yōu)選在0—2重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0—1重量％的范圍內(nèi)。SrO的含量優(yōu)選在0—2重量％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0—1重量％的范圍內(nèi)。
Na2O、K2O和Li2O對(duì)降低玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg有影響，Li2O的影響特別高。但是，這些組分對(duì)于降低抗失透性和折射指數(shù)起主要作用。Na2O、K2O和Li2O的總量優(yōu)選在0—1重量％的范圍內(nèi)。Li2O的含量優(yōu)選在0—0.5重量％的范圍內(nèi)。
Sb2O3作為一種澄清劑(refining agent)的摻入量可在0—1重量％的范圍內(nèi)。上述澄清劑Sb2O3可用其它的澄清劑例如SnO2代替。Sb2O3的含量優(yōu)選在0—0.5重量％的范圍內(nèi)。
作為另一優(yōu)選的組成，本發(fā)明的光學(xué)玻璃I具有玻璃組成(b)，含有(按重量％計(jì))5—10％SiO2、7—13％B2O3、0—5％GeO2、0—15％ZnO、30—60％La2O3、0—30％Gd2O3、0—5％Y2O3、0—5％Yb2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2、B2O3和GeO2的總量在14—20重量％之間，B2O3和ZnO的總量至少為9重量％，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量在50—60重量％之間，其中上述各組分的總量超過95重量％，該玻璃組成還含有(按重量％計(jì))0—3％Nb2O3、0—3％WO3、0—3％Al2O3、0—3％Bi2O3、0—3％Ga2O3和0—1％Sb2O3，BaO、SrO、K2O和MgO的總量在0—3重量％之間、Na2O、K2O和Li2O的總量在0—1重量％之間。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃II是—種硼硅酸鹽玻璃，含有至少—種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5或Nb2O5，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的比例為3.2—5，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例為1.1—1.5，硼硅酸鹽玻璃具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5。
La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比[(La2O3＋Gd2O3＋Y2O3＋Yb2O3)/(SiO2＋B2O3)為3.2—5，優(yōu)選3.2—4.5，更優(yōu)選3.2—4，特別優(yōu)選3.2—3.5。
此外，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比例[(ZrO2＋Ta2O5＋Nb2O5)/(SiO2＋B2O3)]為1.1-1.5，優(yōu)選為1.2—1.3。
當(dāng)上述光學(xué)玻璃II具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5時(shí)，玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg可達(dá)700℃或700℃以下。
本發(fā)明的光學(xué)玻璃III是一種硼硅酸鹽玻璃，含有至少—種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少—種選自ZrO2、Ta2O5或Nb2O5，且含有ZnO，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的比例為2—5，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的比例為0.5—3，ZnO與SiO2和B2O3總量比至少為0.14，硼硅酸鹽玻璃具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5。
在光學(xué)玻璃III中，ZnO與SiO2和B2O3總量的重量比[ZnO/(SiO2＋B2O3)]至少為0.14，優(yōu)選0.14—2，更優(yōu)選0.18—1.5，特別優(yōu)選0.2—1。此外，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比例[(La2O3＋Gd2O3＋Y2O3＋Yb2O3)/(SiO2＋B2O3)]為2—5，優(yōu)選為2.5—4.5，更選為3—3.5。
此外，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比例[(ZrO2＋Ta2O5＋Nb2O5)/(SiO2＋B2O3)]為0.5—3，優(yōu)選為0.8—2，優(yōu)選為1—1.5。
當(dāng)上述光學(xué)玻璃III具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5時(shí)，玻璃的轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg可達(dá)700℃或700℃以下。
作為優(yōu)選的玻璃組成，上述光學(xué)玻璃II和III具有的玻璃組成含有(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、0—5％GeO2、0—15％ZnO、30—60％La2O3、0—30％Gd2O3、0—10％Y2O3、0—5％Yb2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2、B2O3和GeO2的總量在14—20重量％之間，B2O3和ZnO的總量至少為9重量％，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量在50—60重量％之間，其中上述各組分的總量超過95重量％，并且玻璃組成含有0—1重量％Li2O和0—3％Nb2O5。
上述玻璃組成的每種組分如上述光學(xué)玻璃I中玻璃組成(a)所述的。
此外，本發(fā)明的光學(xué)玻璃IV是—種光學(xué)玻璃，其組成含有(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、30—60％La2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2和B2O3的總量在14—20重量％之間，上述組分的總量至少為95重量％。
在上述光學(xué)玻璃IV中，優(yōu)選用Gd2O3和/或Y2O3代替部分La2O3，Gd2O3的含量在0—30重量％范圍內(nèi)，Y2O3的含量在0—10重量％范圍內(nèi)，玻璃具有的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下。
在光學(xué)玻璃IV中，ZnO的含量在0—15重量％之間，ZnO和B2O3的總量至少為9重量％。在光學(xué)玻璃IV中，特別優(yōu)選也是用Gd2O3和/或Y2O3代替部分La2O3，Gd2O3的含量在0—30重量％之間，Y2O3的含量在0—10重量％之間，ZnO的含量在0—15重量％之間，Nb2O5的含量在0—3重量％之間，Li2O的含量在0—1重量％之間，和玻璃具有的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下。在光學(xué)玻璃IV中，至于對(duì)每種組分含量范圍和每種組分優(yōu)選含量范圍的限定的原因已在上述光學(xué)玻璃I中的玻璃組成(a)中有所所敘述。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種由上述任一種光學(xué)玻璃I—IV制備的預(yù)成形體，和由上述任一種光學(xué)玻璃I—IV制備的光學(xué)產(chǎn)品。
上述玻璃預(yù)成形體可通過熔融上述任一種光學(xué)玻璃I—IV的原料并通過冷處理或熱處理將熔融玻璃預(yù)成形來制備。
上述光學(xué)產(chǎn)品可按下列方法生產(chǎn)，包括熔融上述任一種光學(xué)玻璃I—IV原料的步驟和直接模壓熔融玻璃的步驟。另外，上述光學(xué)產(chǎn)品也可按下列方法生產(chǎn)，包括再熱上述玻璃預(yù)成形體至適合于模壓的溫度(獲得粘度為104—107Pa·s的溫度)的步驟，例如約850℃，從而軟化預(yù)成形體和模壓預(yù)成形體。
上述方法可包括在直接模壓熔融玻璃或模壓玻璃預(yù)成形體的步驟后退火玻璃的模壓制品的步驟。玻璃模制品的上述退火可在大約玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度下進(jìn)行，優(yōu)選是在玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的±20℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。在本發(fā)明中，退火溫度可設(shè)定在720℃或該值以下，對(duì)于相同的玻璃組成可設(shè)定在700℃或700℃以下。
在上述方法中，可有效地生產(chǎn)光學(xué)產(chǎn)品例如透鏡和棱鏡。
與傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃相比，本發(fā)明的光學(xué)玻璃是一種具有低粘滯流動(dòng)溫度的高折射性低色散玻璃。因此，本發(fā)明的光學(xué)玻璃無需在特別高的溫度下進(jìn)行任何的退火或再熱壓，可以穩(wěn)定地生產(chǎn)光學(xué)玻璃。
本發(fā)明將借助于實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不受任何實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1—10和對(duì)比例1和2準(zhǔn)備碳酸鹽、硝酸鹽、氫氧化物、氧化物等粉狀原料以形成表2—4中每一實(shí)施例所示的玻璃組成，將各種原料充分混合。然后，將混合物置于鉑坩堝中，在窯爐中熔融，設(shè)定的溫度為1400℃，攪拌并澄清(refine)，將熔融的玻璃澆鑄到預(yù)熱至適當(dāng)溫度的鐵制框架中，在約Tg的溫度下保溫2小時(shí)，然后逐漸冷卻，獲得一種光學(xué)玻璃。
按下列方法測(cè)定由此獲得的光學(xué)玻璃的特性。表2—4還示出了結(jié)果。
(1)折射指數(shù)[nd]和阿貝值[γd]在以30℃/小時(shí)的降溫速度下冷卻熔融玻璃生產(chǎn)一種光學(xué)玻璃并測(cè)定。
(2)玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg在以4℃/分鐘的升溫速度下用熱機(jī)械分析器測(cè)定一種光學(xué)玻璃。
(3)液線溫度[L.T.]將玻璃置于體積為50毫升的鉑坩堝中，蓋上盛有玻璃的坩堝和保持在預(yù)定溫度的窯爐中達(dá)2小時(shí)并冷卻。然后，通過放大100倍的顯微鏡觀測(cè)玻璃的內(nèi)部，基于是否形成結(jié)晶來測(cè)定玻璃的液線溫度。每隔10℃改變上述溫度。
(4)λ80測(cè)定厚度為10毫米的拋光試樣的光譜透射率(transmittance)并確定在80％的透射率下的波長(納米)。表2
表3
表4
如表2—4所示，本發(fā)明的玻璃具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值v至少為39.5，可以看出實(shí)施例1—6的玻璃具有的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下，實(shí)施例7—10的玻璃具有的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg為707—713℃。
在對(duì)比例1的玻璃中，(Nb2O5＋ZrO2＋Ta2O5)/(SiO2＋B2O3)的重量比為1.079或低于1.2，玻璃具有高的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg，為735℃。在對(duì)比例2的玻璃中，(La2O3＋Gd2O3＋Y2O3＋Yb2O5)/(SiO2＋B2O3)的重量比為1.967或低于3.1，玻璃具有低的折射指數(shù)，為1.86。
當(dāng)將本發(fā)明實(shí)施例6中獲得的光學(xué)玻璃保持在850℃的電爐中5分鐘，那么就足以使玻璃軟化。對(duì)比例1中獲得的光學(xué)玻璃幾乎不軟化。這種差別表明本發(fā)明的光學(xué)玻璃可在比普通光學(xué)玻璃低的溫度下再熱壓。
在加熱下單獨(dú)軟化每種模制的玻璃材料直到它們具有的粘度在104—107pa·s范圍內(nèi)，并將它們輸送到具有模制表面的模中(模表面與作為最終產(chǎn)品的光學(xué)產(chǎn)品的光學(xué)功能表面對(duì)應(yīng))模壓以獲得玻璃模制材料。然后，分別在其玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg下退火玻璃模制材料以生產(chǎn)光學(xué)產(chǎn)品。
本發(fā)明的效果本發(fā)明的光學(xué)玻璃是一種高折射低色散玻璃，具有低的粘滯流動(dòng)溫度，從而能穩(wěn)定地生產(chǎn)光學(xué)產(chǎn)品，而無需在特別高的溫度下進(jìn)行退火或再熱壓。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)玻璃，具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5，玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg為700℃或700℃以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)玻璃，是一種硼硅酸鹽玻璃，含有至少一種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5和Nb2O5的組分，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比例為2—4，ZrO2Z、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比例為1—2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光學(xué)玻璃，進(jìn)—步含有ZnO，ZnO與SiO2和B2O3總量的重量比大于0但不超過2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光學(xué)玻璃，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比例為2—4，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比例為1—2，和ZnO與SiO2和B2O3總量的重量比為0.1—0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1—4任一項(xiàng)的光學(xué)玻璃，其中具有玻璃組成，含有(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、0—5％GeO2、0—15％ZnO、30—60％La2O3、0—30％Gd2O3、0—10％Y2O3、0—5％Yb2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2、B2O3和GeO2的總量為14—20重量％，B2O3和ZnO的總量至少為9重量％，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量為50—60重量％，其中上述組分的總量至少是95重量％，并且該組成含有0—1重量％Li2O和0—3％Nb2O5。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光學(xué)玻璃，其中含有(按重量％計(jì))9—12％B2O3和1—7％ZnO，具有的B2O3和ZnO的總量至少為12重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6的光學(xué)玻璃，其中含有(按重量％計(jì))6—9％SiO2、9—12％B2O3和0—5％GeO2，具有的SiO2、B2O3和GeO2和的總量為16—19重量％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1—4任一項(xiàng)的光學(xué)玻璃，具有玻璃組成，含有(按重量％)5—10％SiO2、7—13％B2O3、0—5％GeO2、0—15％ZnO、30—60％La2O3、0—30％Gd2O3、0—5％Y2O3、0—5％Yb2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2、B2O3和GeO2的總量在14—20重量％之間，B2O3和ZnO的總量至少為9重量％，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量在50—60重量％之間，其中上述各組分的總量超過95重量％，該玻璃組成還含有(按重量％計(jì))0—3％Nb2O3、0—3％WO3、0—3％Al2O3、0—3％Bi2O3、0—3％Ga2O3和0—1％Sb2O3，BaO、SrO、K2O和MgO的總量在0—3重量％、Na2O、K2O和Li2O的總量在0—1重量％。
9.一種是硼硅酸鹽玻璃的光學(xué)玻璃，含有至少一種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5或Nb2O5的組分，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比為3.2—5，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比為1.1—1.5，并且具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5。
10.一種是硼硅酸鹽玻璃的光學(xué)玻璃，含有至少一種選自La2O3、Gd2O3、Y2O3或Yb2O3和至少一種選自ZrO2、Ta2O5或Nb2O5和ZnO的組分，其中La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3總量與SiO2和B2O3總量的重量比為2—5，ZrO2、Ta2O5和Nb2O5總量與SiO2和B2O3總量的重量比為0.5—3，和ZnO與SiO2和B2O3總量的重量比至少為O.14，并且具有的折射指數(shù)nd至少為1.875，阿貝值vd至少為39.5。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或1O的光學(xué)玻璃，其中具有玻璃組成，含有(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、0—5％GeO2、0—15％ZnO、30—60％La2O3、0—30％Gd2O3、0—10％Y2O3、0—5％Yb2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2、B2O3和GeO2的總量為14—20重量％，B2O3和ZnO的總量至少為9重量％，La2O3、Gd2O3、Y2O3和Yb2O3的總量為50—60重量％，其中上述組分的總量超過95重量％，并且該玻璃組成含有0—1重量％Li2O和0—3％Nb2O5。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光學(xué)玻璃，其中含有(按重量％計(jì))9—12％B2O3和1—7％ZnO和B2O3和ZnO的總量至少為12重量％。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的光學(xué)玻璃，其中含有(按重量％計(jì))6—9％SiO2、9—12％B2O3和0—5％GeO2，具有的SiO2、B2O3和GeO2的總量為16—19重量％。
14.—種光學(xué)玻璃，含有(按重量％計(jì))3—10％SiO2、7—15％B2O3、30—60％La2O3、2—8％ZrO2和13—19％Ta2O5，其中SiO2和B2O3的總量占14—20％，上述組分的總量至少為95％。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的光學(xué)玻璃，其中用Gd2O3和/或Y2O3代替部分La2O3，Gd2O3的含量在0—30重量％范圍內(nèi)，Y2O3的含量在0—10重量％范圍內(nèi)，光學(xué)玻璃含0—15重量％ZnO，并且ZnO和B2O3的總量至少為9重量％，光學(xué)玻璃具有的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15的光學(xué)玻璃，其中用Gd2O3和/或Y2O3代替部分La2O3，Gd2O3的含量在0—30重量％范圍內(nèi)，Y2O3的含量在0—10重量％范圍內(nèi)，ZnO的含量在0—15重量％范圍內(nèi)，Nb2O5的含量在0—3重量％的范圍內(nèi)和Li2O的含量在0—1重量％范圍內(nèi)，光學(xué)玻璃具有的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg達(dá)700℃或700℃以下。
17.一種用權(quán)利要求1—16任一項(xiàng)的光學(xué)玻璃制備的玻璃預(yù)成形體。
18.一種用權(quán)利要求1—16任一項(xiàng)的光學(xué)玻璃制備的光學(xué)產(chǎn)品。
19.一種權(quán)利要求18光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，包括熔融玻璃原料并直接模壓熔融玻璃的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括在直接模壓熔融玻璃后，退火經(jīng)模壓獲得的玻璃模制材料的步驟。
21.一種光學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，包括在加熱下軟化權(quán)利要求17的玻璃預(yù)成形體，模壓在加熱下軟化的玻璃預(yù)成形體的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，進(jìn)一步包括在模壓玻璃預(yù)成形體步驟后，退火經(jīng)模壓獲得的玻璃模制材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學(xué)玻璃,它具有高折射性和低色散光學(xué)特性并且具有低的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn),使得熱處理窯爐可長期運(yùn)行。本發(fā)明提供了一種光學(xué)玻璃,這種玻璃具有的折射指數(shù)nd至少為1.875,阿貝值νd至少為39.5,玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg為700℃或700℃以下,一種硼硅酸鹽光學(xué)玻璃,含有至少一種選自La
文檔編號(hào)C03C3/068GK1326904SQ0112430
公開日2001年12月19日 申請(qǐng)日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月31日
發(fā)明者立和名一雄 申請(qǐng)人:保谷株式會(huì)社