CN106032308B

CN106032308B - 环保光学玻璃及光学元件

Info

Publication number: CN106032308B
Application number: CN201510110086.8A
Authority: CN
Inventors: 赖德光
Original assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Chengdu Guangming Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2019-06-04
Anticipated expiration: 2035-03-13
Also published as: CN106032308A

Abstract

本发明提供一种易于熔制、原料成本低、不易析晶及化学稳定性好的环保光学玻璃，其折射率为1.45～1.55，阿贝数为45～55。环保光学玻璃，其组成按重量百分比含有：SiO₂：55～75％、TiO₂：2～15％、Na₂O：5～20％、K₂O：2～10％。本发明以SiO₂作为玻璃的网络生成体，通过合理调整各组分的含量范围得到一种易于熔制、原料成本低及化学稳定性好的环保光学玻璃，光学玻璃透射率达到80％时，对应的波长小于370nm，光学玻璃的耐酸性DA为1类，玻璃转变温度不超过480℃，密度小于或等于2.6g/cm³。

Description

环保光学玻璃及光学元件

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率(n_d)为1.45～1.55、阿贝数(υ_d)为45～55的环保光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的玻璃预制件、光学元件和光学仪器。

背景技术

冕火石类光学玻璃为了获得理想的光学常数和质量，一般都会引入对环境有害的PbO、CdO、As₂O₃。随着环境保护意识的增强，玻璃的生产、加工和使用对环境造成的污染问题受到高度重视，美国、日本等已经严格限制含有PbO、CdO、As₂O₃等有毒、有害成分的光学玻璃的使用。采用其它成分替代PbO、CdO、As₂O₃等有毒、有害成分来实现玻璃的环保化已经成为必然。

专利文献报道了一些具有上述光学常数范围的环保玻璃，然而这些玻璃存在许多不足。

JP52-45616A公开的玻璃中含有大量具有高熔点的ZrO₂，一方面增加了玻璃的熔制温度，提高玻璃的工艺生产成本，另一方面增加玻璃的粘度，使得玻璃的气泡和条纹难以消除。

EP0645349B2公开了一种SiO₂-Nb₂O₅-R₂0-F系统的玻璃，由于Nb₂O₅和TiO₂的含量高，使得玻璃易于析晶，同时由于Nb₂O₅属于稀土原料，价格昂贵，大大增加了原料成本。

CN11987C公开了一种折射率1.50～1.56、阿贝数50至64的光学玻璃，但是该玻璃中含有4.5～21wt％的BaO，这样会过多地增加玻璃的折射率，提高玻璃的阿贝数，同时会提高玻璃密度，另外，该玻璃中还含有5～9.5wt％的B₂O₃，这样会显著降低玻璃的色散，降低玻璃的耐酸性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种易于熔制、原料成本低、不易析晶及化学稳定性好的环保光学玻璃，其折射率为1.45～1.55，阿贝数为45～55。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保光学玻璃，其组成按重量百分比含有：SiO₂：55～75％、TiO₂：2～15％、Na₂O：5～20％、K₂O：2～10％。

进一步的，还含有：B₂O₃：0～5％、Al₂O₃：0～5％、ZrO₂：0～2％、F^-：0～8％、ZnO：0～5％、Sb₂O₃：0～0.5％。

进一步的，其中：B₂O₃：0～3％和/或F^-：0～3％和/或ZrO₂：0.5～2％和/或ZnO：0～2％。

进一步的，其中：Al₂O₃：0.5～3％，进一步的，Al₂O₃：0.5～2％。

进一步的，其中：SiO₂：65～75％，进一步的，SiO₂：68～72％。

进一步的，其中：TiO₂：4～8％。

进一步的，其中：Na₂O：10～18％，进一步的，Na₂O：13～17％。

进一步的，其中：K₂O：2～8％，进一步的，K₂O：3～5％。

进一步的，其中：Na₂O+K₂O：10～35％。

进一步的，其中：1≤Na₂O/K₂O≤5，优选为2～4。

进一步的，所述光学玻璃折射率为1.45～1.55，阿贝数为45～55。

进一步的，所述光学玻璃透射比达到80％时，对应的波长小于370nm，所述光学玻璃的耐酸性D_A为1类，所述光学玻璃的密度小于2.6g/cm³，所述光学玻璃转变温度不超过480℃。

采用上述的光学玻璃制成的玻璃预制件。

采用上述的光学玻璃制成的光学元件。

采用上述的光学玻璃制成的光学仪器。

本发明的有益效果是：本发明以SiO₂作为玻璃的网络生成体，通过合理调整各组分的含量范围得到一种易于熔制、原料成本低及化学稳定性好的环保光学玻璃，其折射率为1.45～1.55，阿贝数为45～55。光学玻璃透射率达到80％时，对应的波长小于370nm，光学玻璃的耐酸性DA为1类，玻璃转变温度不超过480℃，密度小于或等于2.6g/cm³。

具体实施方式

下面将描述本发明光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分的含量是用重量％表示。

SiO₂是网络生成体，是构成玻璃骨架的主要组分，其含量过少易导致玻璃耐失透性恶化，含量过多则会使玻璃的熔制难度增加且不易获得预期的光学常数，因此，SiO₂的含量限定为55～75％，优选含量为65～75％，进一步优选含量为68～72％。

B₂O₃是玻璃获得低色散的可以添加成分，但是当其含量过大时，玻璃熔融时挥发增加，玻璃的化学稳定性和耐失透性能变差，因此，其含量为0～5％，优选含量为0～3％，最优选不含有。

Al₂O₃是改善玻璃的化学稳定性的重要组分，但当其含量高于5％时，会提高玻璃的熔融难度，增加玻璃粘度，所以Al₂O₃的含量限定为0～5％，优选为0.5～3％，最优选为0.5～2％。

ZrO₂是提高折射率、改善玻璃化学稳定性的重要组分，当其含量高于2％，会提高玻璃的熔制温度，提高生产成本，同时增加玻璃粘度，所以ZrO₂的含量限定为0～2％，优选为0.5～2％。

TiO₂是调整玻璃光学常数改善玻璃析晶性能的必须成分，当其含量小于3％时，无法获得该效果，但是当其含量超过15％时，玻璃容易析晶，并且玻璃的短波透过率恶化。因此，TiO₂的含量限定为2～15％，优选为4～8％。

ZnO是降低玻璃的析晶倾向、改善化稳的任意添加成分，但其含量不可过高，否则会使玻璃的耐失透性降低，所以，ZnO的含量限定为0～5％，优选为0～2％。

Na₂O是本发明的必要组份，不仅具有降低玻璃的转变温度的作用，而且还有较强的助熔作用。相对于K₂O，Na₂O可以使玻璃高温粘度变小，有利于气泡和条纹的消除。但当其含量低于5％时，对降低转变温度及助熔的作用不明显，若其含量高于20％，则玻璃耐失透性和化学稳定性急剧下降。因此，Na₂O的含量范围为5～20％，优选为10～18％，最优选为13～17％。

K₂O的作用和Na₂O相似，同样具有降低玻璃的转变温度和助熔的作用。相对于Na₂O，K₂O可以改善玻璃的透明度和光泽，降低析晶性能。K₂O的含量范围为2～10％，优选为2～8％，最优选为3～5％。

本发明中，K₂O和Na₂O的合计量K₂O+Na₂O为10～35％。

经过本发明人的多次实践研究发现，当Na₂O与K₂O的含量存在以下关系时：1≤Na₂O/K₂O≤5，玻璃的高温粘度以及析晶性能能够获得最优。当Na₂O/K₂O<1时，玻璃的高温粘度相对增大，不利于气泡和条纹的消除，而当Na₂O/K₂O>5时，SiO₂的过剩量增加，玻璃的析晶倾向增大，因此Na₂O/K₂O的含量比值范围为1～5，优选为2～4。

F^-是降低玻璃粘度、提高玻璃化学稳定性的重要组分，但是当其含量超过8％时，玻璃无法获得期望的光学常数，并且由于氟的挥发增大，对于玻璃熔制器具的腐蚀增大，因此，F^-的含量范围为0～8％，优选为0～3％。F^-可以使用K₂SiF₆、KHF₂等作为原料导入玻璃当中。

Sb₂O₃在本发明中作为澄清剂使用，其含量为0～0.5％。

下面将描述本发明的光学玻璃的性能。

其中折射率与阿贝数按照《GB/T 7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。

耐酸作用稳定性测试标准如下：

根据GB/T17129的测试方法，根据下述公式计算浸出百分率：

D_A＝(B-C)/(B-A)×100％

其中：

D_A-玻璃浸出百分数(％)；

B-过滤器和试样的质量(g)；

C-过滤器和侵蚀后试样的质量(g)；

A-过滤器质量(g)。

根据得出的浸出百分数，将光学玻璃耐水作用稳定性分为六类，其中1类指标为：浸出百分数(D_A)为<0.20。

将玻璃制成10mm±0.1mm厚度的样，测试玻璃在透射比达到80％时，对应的波长。

光学玻璃的密度按照GB/T 7962.20-2010规定的方法进行测量。单位以g/cm³表示。

经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：光学玻璃折射率(n_d)为1.45～1.55，阿贝数(υ_d)为45～55，透射比达到80％时，对应的波长为370nm以下，转变温度(Tg)不超过480℃，耐酸作用稳定性D_A为1类，密度(ρ)小于或等于2.6g/cm³。

本发明还提供一种光学玻璃预制件和光学元件，由上述光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成，并且所述的光学预制件和光学元件可以应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。

实施例

为了进一步了解本发明的技术方案，下面将描述本发明光学玻璃的实施例，应该注意到，这些实施例没有限制本发明的范围。

表1中显示的实施例1～10是通过各个实施例的组分含量称重并混合光学玻璃用普通原料(如氧化物、氟化物、氢氧化物、碳酸盐和硝酸盐等)，将混合原料放置在坩埚中，在一定的温度内熔融，并且经澄清、均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内浇注成型并退火而成。

本发明实施例1～10的组成与折射率(n_d)、阿贝数(υ_d)、耐酸作用稳定性D_A、转变温度(Tg)、玻璃透过率为80％时的波长λ80结果以及密度(ρ)一起在表1中表示。在这些表中，各个组分的组成是用重量百分比表示的。

表1

通过上表1中的实施例可以看出，本发明的发明人通过合理调整各组分的配比，所得到的光学玻璃折射率(n_d)为1.45～1.55，阿贝数(υ_d)为45～55，透射比达到80％时，对应的波长为370nm以下，转变温度(Tg)不超过480℃，耐酸作用稳定性D_A为1类，密度(ρ)小于或等于2.6g/cm³，本发明的玻璃易于熔制，成本低，光学及物理化学性能优良，适于光学元件的生产。

Claims

1.环保光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含有：SiO₂：55～75％、TiO₂：2～15％、Na₂O：5～20％、K₂O：2～10％，2≤Na₂O/K₂O≤5，所述光学玻璃折射率为1.45～1.55，阿贝数为45～55，所述光学玻璃转变温度不超过480℃。

2.如权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，还含有：B₂O₃：0～5％、Al₂O₃：0～5％、ZrO₂：0～2％、F^-：0～8％、ZnO：0～5％、Sb₂O₃：0～0.5％。

3.如权利要求2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：B₂O₃：0～3％和/或F^-：0～3％和/或ZrO₂：0.5～2％和/或ZnO：0～2％。

4.如权利要求2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Al₂O₃：0.5～3％。

5.如权利要求2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Al₂O₃：0.5～2％。

6.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：SiO₂：65～75％。

7.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：SiO₂：68～72％。

8.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：TiO₂：4～8％。

9.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Na₂O：10～18％。

10.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Na₂O：13～17％。

11.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：K₂O：2～8％。

12.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：K₂O：3～5％。

13.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Na₂O+K₂O：10～28.3％。

14.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：2≤Na₂O/K₂O≤4。

15.如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃透射比达到80％时，对应的波长小于370nm，所述光学玻璃的耐酸性D_A为1类，所述光学玻璃的密度小于2.6g/cm³。

16.采用权利要求1～15任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。

17.采用权利要求1～15任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。

18.采用权利要求1～15任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。