專利名稱：適用于眼科用途的中等折射率玻璃的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于眼科用途的玻璃，更具體地是，本發(fā)明涉及能通過現(xiàn)用方法中一種方法來制作多焦透鏡的玻璃;這就是說通過將一種或多種玻璃焊接或“熔合”到基本玻璃上，所述“拼合玻璃”具有較高的折射率。本發(fā)明涉及基本玻璃。
本發(fā)明被設計為能制造具有下列性能的玻璃折射率(nd)在約1.599-1.602之間;色散系數(shù)(νd)為40.5-41.5;軟化點或里特頓(Littleton)溫度為670°-680℃;當和現(xiàn)成的拼合玻璃焊接以得到折射率為1.523的“白”玻璃時表現(xiàn)出很低的雙折率;密度為2.64-2.66g/cm3;在輻射光譜的可見區(qū)有很好的透射性(在波長為400nm和厚度為10mm時，透射率大于83%);不存在不希望的黃色顯色作用;良好的化學耐久性和對反玻璃化的穩(wěn)定性;在反玻璃化的最高溫度(或“液相線”)下的粘度等于或大于3000泊，從而使產物能通過采用連續(xù)熔化裝置制造和采用自動壓制方法形成，為了獲得低廉和適合于應用的生產成本，后者是必不可少的。
折射率為1.600數(shù)量級的玻璃現(xiàn)已被開發(fā)應用于低度和中度校正，即在屈光度為約+6至-6的透鏡區(qū)域。相對于現(xiàn)有的折射率為1.523的“白”玻璃，本發(fā)明的玻璃能獲得較薄的透鏡，在某些情況下，透鏡明顯變輕(特別是高校正度時)。為此，玻璃的密度不太高是必要的;它最好不大于2.66g/cm3。折射率的增加通常引起色散系數(shù)或倒色散系數(shù)(即玻璃色散的增加)的減小。如果色散很高，則色差便成為顯著，并在透鏡的邊界導致出現(xiàn)彩色條紋，它給戴眼鏡者帶來了麻煩。為了減輕這種缺點，玻璃應具有盡可能高的倒色散系數(shù)。
透鏡的薄和輕很大程度上改善了透鏡的美觀，并使戴眼鏡者感到更舒服。由于這類玻璃產生的意義，能夠提供應用范圍盡可能大的一系列產品是必要的。這些應用的一個是某些人需要的“雙”校正(遠視和近視)，它能借助于稱作為“漸進”的透鏡或借助于熔合的雙焦透鏡而實現(xiàn)。本發(fā)明的玻璃特別適用于這第二種類型的應用。很明顯，它們也可使用于所有類型的透鏡、單視、“漸進”和通過現(xiàn)有拋光工藝獲得的消球差透鏡的制造。
本發(fā)明的玻璃具有另一特性，即，可將它們熔合到現(xiàn)成拼合玻璃上，并容易與折射率為1.523的“白”玻璃一起使用。不論從技術觀點來看還是從經(jīng)濟觀點來看，該優(yōu)點都是明顯的。能與本發(fā)明玻璃一起使用的兩種商業(yè)上銷售的拼合玻璃的特性如下所列玻璃A玻璃B折射率(nd) 1.681 1.750倒色散系數(shù)(νd) 38.3 31.4密度(g/cm3) 3.52 4.25軟化點(TL)℃ 665 660熱膨脹系數(shù)(25°-300℃)9089×10-7/℃將拼合玻璃熔合到基本玻璃上的操作在接近后者的軟化點和略微高于拼合玻璃軟化點的溫度下進行。記住上述拼合玻璃軟化點，基本玻璃應用具有TL為至少670℃。
眾所周知，兩種玻璃間的焊接應表現(xiàn)出雙折射率為約-150和+150nm/cm之間，較佳為-50和+50nm之間，這要求接近的熱膨脹系數(shù)。雙折射率測量對焊接來說比線性熱膨脹系數(shù)更具代表性，因此它是在描述基本玻璃特性中觀察到的標準。然而，應注意到，本發(fā)明玻璃的熱膨脹系數(shù)在25°-300℃之間時為92-100×10-7/℃之間。
滿足軟化點溫度和焊接的雙折射率的標準以及其他所需條件是待解決的關鍵困難之一。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)明具有上述特性的玻璃應具有處于下列限制界限內的組成(用由配料算得的以氧化物為基準的重量百分數(shù)表示)SiO252-57 K2O 11.0-16.0B2O32.5-7.0 CaO 2-3.5Al2O30-1 ZrO21-1.5Li2O 0.3-0.8 TiO215.0-16.2Na2O 5.4-8.2 As2O30.1-0.4條件為M＝69-72，其中M＝1/100[760×% Li2O+270×%Na2O+170×% K2O+185×% CaO+130×%TiO2]M被定義為由對焊接的雙折射率的貢獻而稱取的基本改性氧化物百分數(shù)的總和;該貢獻已由實驗而確定。因此，如果M小于約69，玻璃不是足夠地“可膨脹的”(缺乏改性劑)，并且焊接的雙折射率將會是正的并大于約150，在M＞72情形下，情況則恰相反。
SiO2的量為52-57%(重量)，該范圍是由玻璃的其他組分選擇而造成的，它們的含量界限在下列給出。
B2O3是玻璃組成的一個重要組分，其主要優(yōu)點是當將它加入以取代SiO2時，對玻璃密度的少量貢獻是與粘度的減小相關聯(lián)的。B2O3對粘度和隨著對玻璃生產容易度的影響也對獲得一種具有很小顯色作用的玻璃作出貢獻，因此所述玻璃將包含至少1.5%(重量)B2O3。然而，當超過7%B2O3時，應將SiO2量減少以保持雙折射率，這會導致玻璃軟化點產生不希望有的減小。
Al2O3增加了玻璃的粘度，并改善了其化學耐久性，但另一方面，它快速使玻璃的反玻璃化傾向變差，它稍微減小TL，同時，其含量不超過約1%(重量)。
取代SiO2或B2O3的Li2O強烈減小TL，并提高了熱膨脹系數(shù)，但它有助于提高折射率，而不會不適宜地改變玻璃的密度，其含量為0.3-0.8%(重量)。
對于用于玻璃組成物的其他堿金屬，用K2O取代Na2O對于提高TL有利，但對減小折射率不利。通過用堿金屬氧化物Na2O和K2O取代玻璃形成物SiO2和B2O3來調節(jié)玻璃的雙折射率。對于負的雙折射率(熱膨脹系數(shù)太高)，將用SiO2取代Na2O，這對于提高TL有利。對于正的雙折射率，將用K2O取代B2O3，TL基本保持不變。由于這種種原因，Na2O含量為5.4-8.2%(重量)，K2O含量為11.0-16.0%(重量)。
TiO2是提供最佳密度-折射率綜合平衡的組分。然而，當大量使用時，它減少了可見區(qū)的透射，促進了反玻璃化，增強了密度，并且快速減小色散系數(shù)，因此其含量為15-16.2%(重量)。
ZrO2提高了折射率和玻璃的密度，但它減少了色散系數(shù)，減小的程度比TiO2慢。該氧化物改善了對堿性試劑的耐久性，為了滿足此效應，其含量應為至少1%。然而，它不應超過1.5%，以不過分提高玻璃密度。
CaO的加入是為了限制TiO2的含量，從而使得能獲得很高的色散系數(shù)，必須至少存在1%CaO，然而，當超過3.5%時，反玻璃化的趨向顯著增加。
美國專利(專利號為4，540，672)是關于適用于光學和眼科應用的玻璃，它具有密度小于2.65g/cm3，折射率在1.595-1.607之間，色散系數(shù)在40-47之間，它基本上由下列構成(重量百分數(shù))
SiO245-55 MgO和/或BaO和/或SrO和/或La2O30-6B2O35-13 CaO 0-12Al2O30-5 ZnO 0-8Li2O 1-7.5 ZrO20-7Na2O 1-9 TiO29.5-17.5K2O ＞10-24 As2O3和/或Sb2O30-1其中上述組成范圍滿足條件13.5≥TiO2+ZrO2+La2O3+MgO+CaO+BaO+SrO+ZnO≤23.5除了Li2O含量外，其中那些寬的范圍與本發(fā)明的組成范圍相交疊，玻璃表現(xiàn)出的物理性能變化較大，對于所述玻璃焊接到現(xiàn)成拼合玻璃上的能力方面沒有要求。具體地說，不要求焊接處表征的雙折射率在±150nm/cm之間和較佳在±50nm/cm。為了達到該特性，本發(fā)明折射率不僅必須使其組成處于嚴格限定的范圍內，而且必須保證M值在69-72之間。該專利中沒有提及M值。
專利號為2，523，265、2，699，399、2，901，365和4，438，211的美國專利、日本專利公告54-105，119和英國專利申請?zhí)?，115，403也基本涉及本發(fā)明，但不認為它們象上述專利(專利號4，540，672)那樣有關。
本發(fā)明將通過表Ⅰ的非限定實施例得到進一步闡述，較佳實施例為NO.1，所有組分的比例都以由配料算得的以氧化物為基準的重量百分數(shù)給出，表2提供了玻璃的幾個實施例，它們具有本發(fā)明之外的組成(參數(shù)M在所要求的界限之外)。也可指出，當M＞72時，TL通常低于670℃。
所述玻璃由常規(guī)配料材料(氧化物、碳酸鹽、水合物等)制備，所選擇的配料材料最好包含最少量的Fe2O3，以獲得盡可能“白”的玻璃。
稱重后，按現(xiàn)有工藝將配料材料混合在一起，然后在約1250℃下將混合物裝入一鉑坩堝中。當它完全熔化時，熔體的溫度處于約1320°-1400℃并保持1-4小時，以使熔體均勻和細化。然后將玻璃熔體冷卻至其粘度適合于成形的溫度，并將其傾注到鋼模中。然后將玻璃在500℃退火，并以60℃/小時的速率將其緩慢冷卻至室溫。
利用常規(guī)方法測量折射率(nd)、倒色散系數(shù)(νd)、密度(Den)、軟化點TL(℃)、在25°-300℃范圍內的線性熱膨脹系數(shù)(單位為10-7℃-1)(EXP)、對可見輻射的透射率(Tran)(單位為%)、液體粘度(Vis)(單位為泊)和液相溫度Liq(℃)。為了確定雙折射率(Bir)，用上述拼合玻璃A在670℃保持30分鐘來完成焊接，兩個接觸玻璃表面已預先被拋光。焊接后，垂直于粘合平面切割下10mm厚的樣品，然后對該平面拋光，然后借助于一種“Babinet Compensator”型裝置在基本玻璃中測量雙折射率，雙折射率的單位為nm/cm。
耐化學性(耐酸性Dur)由一種試驗確定，該試驗由測量浸在包含20%(體積比)HCl的沸騰水溶液中三小時的拋光試樣的重量損失構成。重量損失表示為mg/dm。
表112345SiO253.95 54.2 54.2 52.75 54.45B2O35.05 4.47 4.9 6.55 3.8Al2O30.5 0.5 0.5 0.5 0.5Li2O 0.7 0.7 0.5 0.5 0.6Na2O 5.9 5.74 7.95 5.9 5.95K2O 13.85 14.09 12.2 14.05 14.4CaO3.153.23.33.153.15ZrO21.3 1.32 1.0 1.0 1.0TiO215.3 15.48 15.15 15.3 15.85As2O30.3 0.3 0.3 0.3 0.3M70.570.871.869.371.5nd1.6005 1.6004 1.5995 1.6012 1.6014νd41.1 41.2 41.4 41.1 40.8Den2.652.652.662.652.65TL671 674 670 671 679Exp96.5-97.393.1-Bir0-40-90+40+75Tran8486.2-84.183Liq≈920-≈923≈912≈940Vis≈3600---≈3500Dur3.5--10.7-6789SiO253.05 53.95 52.95 56.4B2O36.05 4.85 5.05 2.95Al2O30.5 0.5 0.5 0.5Li2O 0.5 0.5 0.5 0.5Na2O 6.1 6.3 5.9 8.2K2O 14.05 13.85 15.85 11.4CaO3.053.152.02.35ZrO21.0 1.3 1.3 1.3TiO215.4 15.3 15.65 16.1As2O30.3 0.3 0.3 0.3M69.870.170.770.6
表1(續(xù))nd1.6008 1.6000 1.6000 1.5997νd40.8 41.2 40.8 40.5Den2.652.652.652.65TL672 675 673 680Exp94.8---Bir+135+140-250Tran83.7--84.2Liq≈911≈910--Vis----Dur----表21011121314SiO254.2 53.25 52.95 54.7 54.95B2O34.9 4.35 5.05 5.9 5.05Al2O30.5 0.5 0.5 0.5Li2O 1.0 0.7 0.7 0.7 0.7Na2O 7.45 5.95 6.9 5.95 4.9K2O 12.2 14.6 13.85 12.2 13.85CaO3.13.83.153.83.15ZrO21.0 1.3 1.3 1.3 1.3TiO215.35 15.25 15.3 14.65 15.3As2O30.3 0.3 0.3 0.3 0.3M74.1573.0673.2168.2067.81nd1.6012 1.6002 1.6011 1.6007 1.6005νd41.2 41.6 41.3 41.4 41.0Den2.662.662.662.652.65TL655 665 663 677 678Exp97.199.592.7-Bir-360-300-280+310+385Liq≈923≈930≈912≈960-
觀察表Ⅱ，即可明顯看出為了保證具有低雙折射率的焊接的制備而將M值保持在69-72之間的臨界狀態(tài)。實施例10、11、13和14是恰好稍在本發(fā)明產物中描述的組成之外的組成，實施例12包含各個組分在本發(fā)明玻璃范圍之內的一種組成物。然而在各個實施例中，M值在為獲得一種表現(xiàn)出低雙折射率的焊接而必要的組成范圍之外，因此，實施例10-14在本發(fā)明中不是合適的玻璃。可觀察到，例10的組成基本上在上述專利4，450，672的組成范圍內。
權利要求
1.一種折射率為1.599-1.602、色散系數(shù)為40.5-41.5、密度為2.64-2.66g/cm3、以400nm的可見輻射通過厚度為10nm的透射率為大于83%、軟化點為670°-680℃、按所述測量的雙折射率為-150和+150nm/cm之間的玻璃，其特征在于它基本上包含(以氧化物為基準的重量百分數(shù))SiO252-57 K2O 11.0-16.0B2O32.5-7.0 CaO 2-3.5Al2O30-1 ZrO21-1.5Li2O 0.3-0.8 TiO215.0-16.2Na2O 5.4-8.2 As2O30.1-0.4滿足條件M=69-72，其中M=1/100[760×%Li2O+270×%Na2O+170×%K2O+185×%CaO+130×%TiO2]。
2.根據(jù)權利要求1所述的玻璃，其特征在于其在液相溫度的粘度等于或大于3000泊。
3.根據(jù)權利要求1所述的玻璃，其特征在于所述雙折射率為-50和+50之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的玻璃，其特征在于它被用作多焦透鏡的基本玻璃。
全文摘要
本發(fā)明涉及在用于眼科應用的多焦透鏡的制作中特別有用的玻璃，本發(fā)明玻璃具有折射率為1.599-1.602、色散系數(shù)為40.5-41.5、密度為2.64-2.66g/cm
文檔編號C03C3/093GK1032928SQ88107629
公開日1989年5月17日 申請日期1988年11月2日 優(yōu)先權日1987年11月4日
發(fā)明者瓊·愛米勒·布多, 瓊-比爾歇·馬治安 申請人:康寧玻璃公司