環(huán)保光學(xué)玻璃及光學(xué)元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種易于熔制、原料成本低、不易析晶及化學(xué)穩(wěn)定性好的環(huán)保光學(xué)玻璃，其折射率為1.45～1.55，阿貝數(shù)為45～55。環(huán)保光學(xué)玻璃，其組成按重量百分比含有：SiO2：55～75％、TiO2：2～15％、Na2O：5～20％、K2O：2～10％。本發(fā)明以SiO2作為玻璃的網(wǎng)絡(luò)生成體，通過合理調(diào)整各組分的含量范圍得到一種易于熔制、原料成本低及化學(xué)穩(wěn)定性好的環(huán)保光學(xué)玻璃，光學(xué)玻璃透射率達(dá)到80％時，對應(yīng)的波長小于370nm，光學(xué)玻璃的耐酸性DA為1類，玻璃轉(zhuǎn)變溫度不超過480℃，密度小于或等于2.6g/cm3。
【專利說明】
環(huán)保光學(xué)玻璃及光學(xué)元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃，特別是涉及一種折射率（nd)為1. 45~1. 55、阿貝數(shù) (u d)為45~55的環(huán)保光學(xué)玻璃，以及由該光學(xué)玻璃構(gòu)成的玻璃預(yù)制件、光學(xué)元件和光學(xué) 儀器。
【背景技術(shù)】
[0002] 冕火石類光學(xué)玻璃為了獲得理想的光學(xué)常數(shù)和質(zhì)量，一般都會引入對環(huán)境有害的 PbO、CdO、As 203。隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，玻璃的生產(chǎn)、加工和使用對環(huán)境造成的污染問 題受到高度重視，美國、日本等已經(jīng)嚴(yán)格限制含有PbO、CdO、As 203等有毒、有害成分的光學(xué) 玻璃的使用。采用其它成分替代PbO、CdO、As20 3等有毒、有害成分來實(shí)現(xiàn)玻璃的環(huán)?；?經(jīng)成為必然。
[0003] 專利文獻(xiàn)報(bào)道了一些具有上述光學(xué)常數(shù)范圍的環(huán)保玻璃，然而這些玻璃存在許多 不足。
[0004] JP52-45616A公開的玻璃中含有大量具有高熔點(diǎn)的Zr02，一方面增加了玻璃的熔 制溫度，提高玻璃的工藝生產(chǎn)成本，另一方面增加玻璃的粘度，使得玻璃的氣泡和條紋難以 消除。
[0005] EP0645349B2 公開了一種 Si02-Nb205-R20-F 系統(tǒng)的玻璃，由于 Nb205和 TiO 2的含量 高，使得玻璃易于析晶，同時由于Nb205屬于稀土原料，價(jià)格昂貴，大大增加了原料成本。
[0006] CN11987C公開了一種折射率1. 50~1. 56、阿貝數(shù)50至64的光學(xué)玻璃，但是該玻 璃中含有4. 5~21wt%的BaO,這樣會過多地增加玻璃的折射率，提高玻璃的阿貝數(shù)，同時 會提高玻璃密度，另外，該玻璃中還含有5~9. 5wt%的B203，這樣會顯著降低玻璃的色散， 降低玻璃的耐酸性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種易于熔制、原料成本低、不易析晶及化學(xué) 穩(wěn)定性好的環(huán)保光學(xué)玻璃，其折射率為1. 45~1. 55,阿貝數(shù)為45~55。
[0008] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：環(huán)保光學(xué)玻璃，其組成按重量百分比 含有：Si0 2:55 ~75%、Ti02:2 ~15%、Na20 :5 ~20%、K20 :2 ~10%。
[0009] 進(jìn)一步的，還含有：B203:0 ~5%、A1 203:0 ~5%、Zr02:0 ~2%、F :0 ~8%、Zn0 : 0 ~5%、Sb203:0 ~0? 5%〇
[0010] 進(jìn)一步的，其中：B203:0~3%和/或F :0~3%和/或Zr02:0.5~2%和/或 ZnO :0 ~2%〇
[0011] 進(jìn)一步的，其中：A1203:0. 5 ~3%，進(jìn)一步的，Al 203:0. 5 ~2%。
[0012] 進(jìn)一步的，其中：Si02:65 ~75%，進(jìn)一步的，Si02:68 ~72%。
[0013] 進(jìn)一步的，其中：Ti02:4~8%。
[0014] 進(jìn)一步的，其中：Na20 :10 ~18%，進(jìn)一步的，Na20 :13 ~17%。
[0015] 進(jìn)一步的，其中：K20 :2~8%，進(jìn)一步的，K20 :3~5%。
[0016] 進(jìn)一步的，其中：Na20+K20 :10 ~35%。
[0017] 進(jìn)一步的，其中：1彡Na20/K20彡5,優(yōu)選為2~4。
[0018] 進(jìn)一步的，所述光學(xué)玻璃折射率為1. 45~1. 55,阿貝數(shù)為45~55。
[0019] 進(jìn)一步的，所述光學(xué)玻璃透射比達(dá)到80%時，對應(yīng)的波長小于370nm，所述光學(xué)玻 璃的耐酸性D AS 1類，所述光學(xué)玻璃的密度小于2. 6g/cm 3,所述光學(xué)玻璃轉(zhuǎn)變溫度不超過 480。。。
[0020] 采用上述的光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
[0021] 采用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。
[0022] 采用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
[0023] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明以SiOjt為玻璃的網(wǎng)絡(luò)生成體，通過合理調(diào)整各組 分的含量范圍得到一種易于熔制、原料成本低及化學(xué)穩(wěn)定性好的環(huán)保光學(xué)玻璃，其折射率 為1. 45~1. 55,阿貝數(shù)為45~55。光學(xué)玻璃透射率達(dá)到80%時，對應(yīng)的波長小于370nm， 光學(xué)玻璃的耐酸性DA為1類，玻璃轉(zhuǎn)變溫度不超過480°C，密度小于或等于2. 6g/cm3。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的各個組分，除非另有說明，各個組分的含量是用重 量％表示。
[0025] Si02是網(wǎng)絡(luò)生成體，是構(gòu)成玻璃骨架的主要組分，其含量過少易導(dǎo)致玻璃耐失透 性惡化，含量過多則會使玻璃的熔制難度增加且不易獲得預(yù)期的光學(xué)常數(shù)，因此，Si0 2的含 量限定為55~75 %，優(yōu)選含量為65~75 %，進(jìn)一步優(yōu)選含量為68~72 %。
[0026] B203是玻璃獲得低色散的可以添加成分，但是當(dāng)其含量過大時，玻璃熔融時揮發(fā)增 加，玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和耐失透性能變差，因此，其含量為〇~5 %，優(yōu)選含量為0~3 %，最 優(yōu)選不含有。
[0027] A1203是改善玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性的重要組分，但當(dāng)其含量高于5%時，會提高玻璃 的熔融難度，增加玻璃粘度，所以A1 203的含量限定為0~5%，優(yōu)選為0. 5~3%，最優(yōu)選為 0? 5 ~2%〇
[0028] Zr02是提高折射率、改善玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的重要組分，當(dāng)其含量高于2%，會提高 玻璃的熔制溫度，提高生產(chǎn)成本，同時增加玻璃粘度，所以Zr0 2的含量限定為0~2%，優(yōu)選 為0? 5~2%〇
[0029] 1102是調(diào)整玻璃光學(xué)常數(shù)改善玻璃析晶性能的必須成分，當(dāng)其含量小于3%時，無 法獲得該效果，但是當(dāng)其含量超過15%時，玻璃容易析晶，并且玻璃的短波透過率惡化。因 此，Ti0 2的含量限定為2~15%，優(yōu)選為4~8%。
[0030] ZnO是降低玻璃的析晶傾向、改善化穩(wěn)的任意添加成分，但其含量不可過高，否則 會使玻璃的耐失透性降低，所以，ZnO的含量限定為0~5%，優(yōu)選為0~2%。
[0031] Na20是本發(fā)明的必要組份，不僅具有降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度的作用，而且還有較強(qiáng) 的助熔作用。相對于1( 20，~&20可以使玻璃高溫粘度變小，有利于氣泡和條紋的消除。但當(dāng) 其含量低于5%時，對降低轉(zhuǎn)變溫度及助熔的作用不明顯，若其含量高于20%，則玻璃耐失 透性和化學(xué)穩(wěn)定性急劇下降。因此，Na 20的含量范圍為5~20%，優(yōu)選為10~18%，最優(yōu) 選為13~17%。
[0032] K20的作用和Na20相似，同樣具有降低玻璃的轉(zhuǎn)變溫度和助熔的作用。相對于 Na 20, K20可以改善玻璃的透明度和光澤，降低析晶性能。K20的含量范圍為2~10%，優(yōu)選 為2~8%，最優(yōu)選為3~5%。
[0033] 本發(fā)明中，K20和Na20的合計(jì)量K20+Na 20為10~35 %。
[0034] 經(jīng)過本發(fā)明人的多次實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)~&20與1(20的含量存在以下關(guān)系時： 1彡Na 20/K20彡5,玻璃的高溫粘度以及析晶性能能夠獲得最優(yōu)。當(dāng)Na20/K 20〈l時，玻璃的 高溫粘度相對增大，不利于氣泡和條紋的消除，而當(dāng)Na20/K20>5時，Si0 2的過剩量增加，玻 璃的析晶傾向增大，因此Na20/K20的含量比值范圍為1~5,優(yōu)選為2~4。
[0035] F是降低玻璃粘度、提高玻璃化學(xué)穩(wěn)定性的重要組分，但是當(dāng)其含量超過8%時， 玻璃無法獲得期望的光學(xué)常數(shù)，并且由于氟的揮發(fā)增大，對于玻璃熔制器具的腐蝕增大，因 此，F(xiàn)的含量范圍為0~8%，優(yōu)選為0~3%。F可以使fflK 2SiF6、KHF2等作為原料導(dǎo)入玻 璃當(dāng)中。
[0036] Sb203在本發(fā)明中作為澄清劑使用，其含量為0~0. 5%。
[0037] 下面將描述本發(fā)明的光學(xué)玻璃的性能。
[0038] 其中折射率與阿貝數(shù)按照《GB/T 7962. 1-1987無色光學(xué)玻璃測試方法折射率和 色散系數(shù)》測試。
[0039] 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°C，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。
[0040] 耐酸作用穩(wěn)定性測試標(biāo)準(zhǔn)如下：
[0041] 根據(jù)GB/T17129的測試方法，根據(jù)下述公式計(jì)算浸出百分率：
[0042] Da= (B-C)/(B-A) X100%
[0043] 其中：
[0044] DA_玻璃浸出百分?jǐn)?shù)（％ );
[0045] B-過濾器和試樣的質(zhì)量（g);
[0046] C-過濾器和侵蝕后試樣的質(zhì)量（g);
[0047] A-過濾器質(zhì)量（g)。
[0048] 根據(jù)得出的浸出百分?jǐn)?shù)，將光學(xué)玻璃耐水作用穩(wěn)定性分為六類，其中1類指標(biāo)為： 浸出百分?jǐn)?shù)（D A)為〈0.20。
[0049] 將玻璃制成10mm±0. 1mm厚度的樣，測試玻璃在透射比達(dá)到80%時，對應(yīng)的波長。
[0050] 光學(xué)玻璃的密度按照GB/T 7962. 20-2010規(guī)定的方法進(jìn)行測量。單位以g/cm3表 不。
[0051] 經(jīng)過測試，本發(fā)明的光學(xué)玻璃具有以下性能：光學(xué)玻璃折射率（nd)為1.45~ 1.55,阿貝數(shù)（u d)為45~55,透射比達(dá)到80 %時，對應(yīng)的波長為370nm以下，轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)不超過480°C，耐酸作用穩(wěn)定性DASl類，密度（P)小于或等于2. 6g/cm3。
[0052] 本發(fā)明還提供一種光學(xué)玻璃預(yù)制件和光學(xué)元件，由上述光學(xué)玻璃按照本領(lǐng)域技術(shù) 人員熟知的方法形成，并且所述的光學(xué)預(yù)制件和光學(xué)元件可以應(yīng)用于數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z 像機(jī)、照相手機(jī)等設(shè)備。
[0053] 實(shí)施例
[0054] 為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的實(shí)施例，應(yīng)該 注意到，這些實(shí)施例沒有限制本發(fā)明的范圍。
[0055] 表1中顯不的實(shí)施例1~10是通過各個實(shí)施例的組分含量稱重并混合光學(xué)玻璃 用普通原料（如氧化物、氟化物、氫氧化物、碳酸鹽和硝酸鹽等），將混合原料放置在坩堝 中，在一定的溫度內(nèi)熔融，并且經(jīng)澄清、均化后，得到?jīng)]有氣泡及不含未溶解物質(zhì)的均質(zhì)熔 融玻璃，將此熔融玻璃在模具內(nèi)澆注成型并退火而成。
[0056] 本發(fā)明實(shí)施例1~10的組成與折射率（nd)、阿貝數(shù)（u d)、耐酸作用穩(wěn)定性DA、轉(zhuǎn) 變溫度（Tg)、玻璃透過率為80%時的波長A 80結(jié)果以及密度（P) -起在表1中表示。在 這些表中，各個組分的組成是用重量百分比表示的。
[0057] 表 1

[0060] 通過上表1中的實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的發(fā)明人通過合理調(diào)整各組分的配比， 所得到的光學(xué)玻璃折射率（nd)為1. 45~1. 55,阿貝數(shù)（u d)為45~55,透射比達(dá)到80% 時，對應(yīng)的波長為370nm以下，轉(zhuǎn)變溫度（Tg)不超過480°C，耐酸作用穩(wěn)定性DAS 1類，密 度（P)小于或等于2. 6g/cm3,本發(fā)明的玻璃易于熔制，成本低，光學(xué)及物理化學(xué)性能優(yōu)良， 適于光學(xué)元件的生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其組成按重量百分比含有：SiO 2:55~75%、TiO 2:2~ 15%、Na20 :5 ~20%、K20 :2 ~10%〇2. 如權(quán)利要求1所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，還含有：B 203:0~5%、A1 203:0~ 5%、Zr02:0 ~2%、F :0 ~8%、ZnO :0 ~5%、Sb 203:0 ~0· 5%。3. 如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：B 203:0~3%和/或F :0~ 3%和 / 或 Zr02:0. 5 ~2%和 / 或 ZnO :0 ~2%。4. 如權(quán)利要求2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：A1 203:0. 5~3%，進(jìn)一步的， Α1203:0· 5 ~2%〇5. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：Si0 2:65~75%，進(jìn)一 步的，Si02:68 ~72%。6. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：TiO 2:4~8%。7. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：Na20 :10~18%，進(jìn)一 步的，Na20 :13 ~17%。8. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：K20 :2~8%，進(jìn)一步的， Κ20 :3 ~5%〇9. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：Na 20+Κ20 :10~35%。10. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，其中：1彡Na 20/Κ20彡5,優(yōu) 選為2~4。11. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，所述光學(xué)玻璃折射率為 1. 45~1. 55,阿貝數(shù)為45~55。12. 如權(quán)利要求1或2所述的環(huán)保光學(xué)玻璃，其特征在于，所述光學(xué)玻璃透射比達(dá)到 80%時，對應(yīng)的波長小于370nm，所述光學(xué)玻璃的耐酸性D AS 1類，所述光學(xué)玻璃的密度小 于2. 6g/cm3,所述光學(xué)玻璃轉(zhuǎn)變溫度不超過480°C。13. 采用權(quán)利要求1~12任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。14. 采用權(quán)利要求1~12任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)元件。15. 采用權(quán)利要求1~12任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
【文檔編號】C03C3/115GK106032308SQ201510110086
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月13日
【發(fā)明人】賴德光
【申請人】成都光明光電股份有限公司