高折射率光学玻璃及其制造方法

xiaoxiao2020-6-28  12

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专利名称:高折射率光学玻璃及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃,特别是一种不仅具有低的转变温度,高的折射率、中色散的光学特性,而且特别具有优异化学稳定性,适于稳定量产和精密模压成型、且满足对精密模压模具持久使用的光学玻璃。
背景技术
在光学系统中主要使用球面透镜和非球面透镜,而大多数球面透镜则是对材料直 接加工、切割及研磨或经二次模压再加工得到所需的透镜,而非球面透镜则是使用高精度面的成型模具,经加热软化透镜的预制件冲压成型,将高精度的成型面的形状,压制在预成型的光学元件上,从而得到非球面透镜。但是,在进行精密压型非球面透镜时,是在较高的温度下进行冲压,如采用高的转变温度压制的光学元件、长时间反复冲压势必造成这种精密模具的表面的氧化、侵蚀以及模具表面脱模膜的创伤,这不仅缩短了模具的使用寿命,造成频繁更换模具,并大幅度增加生产成本,而且还将使透镜表面形成缺陷,形成折射率差,影响成像质量。

近年来,设计制造可克服以上缺陷的低软化点的高折射率光学玻璃应用在非球面透镜领域已广泛使用。如CN1669966A、CN101003417A、CN1903761A等公开了这类低转变温度玻璃,但是这些玻璃仍存在一些不足与缺陷,如化稳性不足,给加工、制作上产生缺陷,高含量的WO3对精密压型模具表面造成损伤等。因此,选择性能优、适于稳定量产,且又能极大保护模具既不氧化又不受到损伤,在非球面透镜制造领域显得越来越重要。这类玻璃不仅要求具有低的转变温度,同时还应具有优异的化学稳定性和高的透过率,并且还应具有良好的工艺再现性和生产性。然而在现有技术领域所公开的具有相似光学特性或可比较的玻璃组成存在不足与缺陷。例如已知的CN1269757C涉及了这类玻璃,具体成分Si02/B203比值不满足0. 27以上,且玻璃组成中含有大量Na2O成分,这易造成生产中的不稳定,同时玻璃化稳性不足,玻璃透过率和液相线温度也未表达出来。如CN1669966A公开了接近于上述范围光学特性的光学玻璃,但是从具体成分的La2O3AM2O3比值不满足I. 5以上,及Nb205/(La203+Gd203+Y203)为0. 4以上,且含有较多量的Na20、K2O和Bi2O3成分,因此将带来化稳性的不足和生产中的不稳定性。同时高含量的WO3成分易对模具表面造成侵蚀和损伤,进而缩短模具的使用寿命。CN101058475A所公开具有上述范围内光学特性的光学玻璃,但是Si02/Zn0+Li20的比值不满足I. 2以上,再者La203+Gd203+Y203的总量也不满足45%以上,且同样存在含有高含量的WO3及Na20、K20成分,这将对精密模具造成损伤和使化稳性和工艺性能变差,不适宜进行稳定量产。CN101003417A所公开具有上述范围内光学特性的光学玻璃,但是不属于低转变温度、且不能适于精密模压的使用范畴,同时对玻璃的透过率、化稳性也未进行表达。如CN1807305A公开的玻璃虽具有高的折射率和低的转变温度,但是含有价格昂贵的Ta2O5成分以及重金属氧化物Bi2O3成分,成本较高,而且还含有降低化稳性的Na20、K20成分。而CN1524815A中,虽也具有较高的折射率,但不仅转变温度高,也含有Ta2O5的成分及Bi2O3的成分,其透过率也未显示出明显的优越性,并且液相线温度也较高,不适于稳定的量产。再如CN1663923A中公开的玻璃,也具有相近的光学常数、同时也实现了低的转变温度,但是同样含有价格昂贵的Ta2O5成分以及降低化稳性和稳定性的Na20、K2O成分。不仅如此,同时还含有大量重金属氧化物WO3的成分,其该成分使玻璃极易着色,还增加了玻璃密度,容易使精密压型模具成型面受到钨离子的侵蚀,失去原有光洁度。

发明内容
本发明的目的在于提供一种折射率nd为I. 88^1. 93、阿贝数vd为30 36、玻璃转变温度Tg在600°C以下、玻璃的液相线温度Lt为1060°C以下的光学玻璃,且适于精密压型的光学玻璃。本发明实际是提供了一种高折射率光学玻璃,该光学玻璃含有如下重量百分含量的必需成分(重量%):SiO211 18%; B2O36 18% ;La2O320 38% ;Gd2O33 17%;Nb2O55 23%;TiO22 17%;ZnO5-18% ;Li2OI 6% ;ZrO2I 5%;CaOI 9%。其中,所述光学玻璃的必需成分中,(Si02+B203>总含量小于30%,SiO2与B2O3的含量比大于I ; (ZnCHLi2O)总含量彡17%。进一步地,所述光学玻璃含有如下必需成分SiO211 16%;B2O36 15% ;其中,SiO2与B2O3的含量比大于I小于2 ;La2O321-36% ;Gd2O33 16% ;Nb2O56 20% ;TiO22 15% ;ZnO6-17% ;Li2OI 5% ;ZrO21 4% ;CaO3 8%。为了使所得光学玻璃的折射率能达到约1.9以上,更进一步地,所述光学玻璃含有如下必需成分SiO211 14%;
B2O37 10% ;La2O321-33% ;Gd2O34 14% ;Nb2O511 20%;TiO23 11%;ZnO6-12% ;Li2OI 4% ;ZrO21 4% ; CaO4 7%。其中,所述光学玻璃还含有如下成分Y2O30 10% ;BaO0 5% ;SrO0 5% ;SnO20 2% ;Sb2O30 1%。进一步地,所述光学玻璃还含有如下成分Y2O30 3. 5% ;BaO0 1%;SrO0 3. 2% ;SnO20 0. 6% ;Sb2O30 0. 5%。其中,(La203+Gd203+Y203)总含量在50% 以下。其中,所述该光学玻璃具有折射率nd为I. 88 I. 93、阿贝数vd为3(T36范围内的光学特性;玻璃转变温度Tg在600°C以下。其中,玻璃的液相线温度LtS 1060°C以下。本发明还提供了上述高折射率光学玻璃的制备方法,该方法包括如下操作步骤( I)按配比称取各组分的原料;(2)将各组分的原料混合后,熔化,得均匀玻璃熔融体,将玻璃熔融体转移至模具中成型,退火后,即得高折射率光学玻璃。综上所述,本发明光学玻璃具有折射率(nd)大于I. 88小于I. 93,阿贝数(vd)大于29小于36范围的光学常数,玻璃转变温度(Tg)为570°C飞00°C,且具有良好的抗失透性,适用于精密压型预成型料及精密压型成型。除此之外,与现有光学玻璃相比,本发明光学玻璃还具有高的透过率、优异的化稳性及低的密度,能更好地满足高像素透镜的设计要求;本发明光学玻璃中,不含有价格昂贵的Ta2O5成分及重金属氧化物W03、Bi203成分,更适于低成本运行量产。
具体实施例方式实施例I本发明光学玻璃的制备及性能测定试验本发明光学玻璃的具体制备方法为首先按表I、表2各编号下的配比称取原料,对各种原料混合均匀,在玻璃的液相线温度下熔化、搅拌、澄清,在均匀后,浇入或漏入模具中成型,经退火制成本发明的光学玻璃。按以下方法测定上述玻璃的各项物化性能(I)折射率(nd)与阿贝-数(vd)测量以-4. 0/h的降温速率得到玻璃试样。(2)玻璃转变温度(Tg)与软化温度(Tf)在以4/分升温速率下,用热分析仪装置测量。(3)测量具有两个平行抛光面的IOmm厚样品的可见光区透过率,透过率为70%处的波长(nm)确定为X 70,透过率为5%处的波长(nm)确定为X 5。数值越小,可见光透过率越好。(4) Dw(粉末法)耐水作用化学稳定性、Da (粉末法)耐酸作用化学稳定性,按GB/T17129的测试方法测量。(5)密度(P )采用阿基米德法进行测量。(6)液相线温度(Lt):在小钼金容器中加入500g玻璃样品,设定为10°C间隔的熔炉内、在不同温度下分别保温2h,并冷却试样,通过显微镜观测每块玻璃试样内部析晶情况,确定液相线温度。

(7)析晶下限温度(Xt):在小型马弗炉内,放入加工、抛光的样品,在高于各软化温度(Tf) 5(T80°C的区间内保温5h,然后冷却样品,观察样品表面的失透状态,确定析晶下限温度。表I本发明光学玻璃制备实施例(重量%表不)
权利要求
1.一种高折射率光学玻璃,其特征在于该光学玻璃含有如下重量百分含量的必需成分 SiO211 18% ; B2O36 18% ; La2O320^38% ; Gd2O33 17% ; Nb2O55 23% ; TiO22^17% ; ZnO5-18% ; Li2OI 6% ; ZrO2I 5% ; CaOI 9%o
2.根据权利要求I所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述光学玻璃的必需成分中,(SiOJB2O3)总含量小于30%,SiO2与B2O3的含量比大于I ; (ZnCHLi2O)总含量< 17%。
3.根据权利要求I或2所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述光学玻璃含有如下必需成分 SiO211 16% ; B2O36 15% ; 其中,SiO2与B2O3的含量比大于I小于2 ; La2O321_36% ; Gd2O33 16% ; Nb2O56 20% ; TiO22^15% ; ZnO6-17% ; Li2OI 5% ; ZrO21^4% ; CaO3 8%。
4.根据权利要求3所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述光学玻璃含有如下必需成分 SiO211 14%; B2O37 10% ; La2O321_33% ; Gd2O34 14% ; Nb2O511 20%; TiO23 11%; ZnO6-12% ; Li2OI 4% ; ZrO21^4% ; CaO4 7%。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述光学玻璃还含有如下成分 Y2O30 10% ; BaO(T5% ; SrO(T5% ; SnO20 2% ; Sb2O30 1%。
6.根据权利要求5所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述光学玻璃还含有如下成分 Y2O30 3. 5% ; BaO0 1% ; SrO(T3. 2% ; SnO20 0. 6% ; Sb2O3(TO. 5%。
7.根据权利要求5或6所述的高折射率光学玻璃,其特征在于(La203+Gd203+Y203)总含量在50%以下。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述该光学玻璃具有折射率nd为I. 88 I. 93、阿贝数vd为3(T36范围内的光学特性;玻璃转变温度Tg在600°C以下。
9.根据权利要求8所述的高折射率光学玻璃,其特征在于所述光学玻璃的液相线温度Lt为1060°C以下。
10.权利要求1-9任意一项所述高折射率光学玻璃的制备方法,该方法包括如下操作步骤 (1)按配比称取各组分的原料; (2)将各组分的原料混合后,熔化,得均匀玻璃熔融体,将玻璃熔融体转移至模具中成型,退火后,即得高折射率光学玻璃。
全文摘要
本发明提供了一种高折射率光学玻璃,该光学玻璃含有如下重量百分含量的必需成分SiO211~18%;B2O36~18%;La2O320~38%;Gd2O33~17%;Nb2O55~23%;TiO22~17%;ZnO 5-18%;Li2O1~6%;ZrO21~5%;CaO1~9%;Sb2O30.1~1%。本发明光学玻璃具有折射率(nd)大于1.88小于1.93,阿贝数(vd)大于30小于36范围内的光学常数,玻璃转变温度(Tg)低于600℃,适用于精密压型用的预成型料及精密压型成形;还具有液相线温度低、抗失透性好以及具有高的透过率、优异的化稳性及低的密度,能更好地满足高精度透镜的设计要求;本发明光学玻璃中,不含有价格昂贵的Ta2O5成分及含有重金属氧化物WO3、Bi2O3成分,更适于低成本运行量产。
文档编号C03C3/068GK102765879SQ20121020954
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者王自力, 黄 俊 申请人:成都尤利特光电科技有限公司

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