专利名称：光学玻璃的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种光学玻璃，具体是涉及一种折射率(nd)在I. 68 I. 71之间，阿贝数(u d)在29 3 5之间的低熔点硅酸盐系光学玻璃。
背景技术：
近年来，随着光电行业的飞速发展，对光学设备提出了小型、轻便、高性能的要求。为了减少构成光学设备中光学系统透镜的数量，在光学设计中越来越多地使用非球面透镜。非球面透镜的加工分为传统方法和精密模压成型方法，传统方法采用先切割，再二次压型，最后研磨抛光的エ艺进行加工，生产制造成本高；而精密模压成型是指将玻璃料滴或软化的玻璃预制件在高精度的模具中冲压成型，该法省去了研磨、抛光的过程，具有低成本、 易量产的特点，已成为制造非球面透镜的主流方法。在采用精密模压成型エ艺成型光学玻璃元件吋，需要在高温条件下进行，而在高温环境下，模具表面易发生氧化，影响压型玻璃元件的表面精度，为了延长模具的寿命，降低压型成本，需要将压型玻璃的玻璃化转变温度(Tg)、屈服点温度(Ts)降低，一般要求玻璃化转变温度小于620°C，通常不高于560°C。日本专利特开平6-107425中所公开的光学玻璃与本发明属于同属硅硼酸盐系统光学玻璃，但其组分中含有O. 5 25%的Nb2O5及I 4 5%的BaO，Nb2O5是ー种提高玻璃折射率、色散性能的有效组分，但Nb2O5价格昂贵，这会造成玻璃成本的大幅提高，而且过多引入会使玻璃的析晶性能变差、转变屈服温度升高；BaO等碱金属氧化物是提高玻璃折射率的有效成分，但过多引入会提高玻璃的转变屈服温度及比重，均与本专利所要求的低屈服温度的要求不符。专利申请CN1126704A中所公开的与本发明属于同类玻璃，但其组分中含有48 64%的SiO2，过多的SiO2会使玻璃的玻璃化转变温度、屈服点温度升高，且其专利申请要求玻璃化转变温度高达550°C，高于本专利要求的玻璃化转变温度。专利申请CN101439930A中所公开的与本发明属于同类玻璃，但其SiO2的含量为40 60%，过多的SiO2会使玻璃的玻璃化转变温度、屈服点温度升高。专利申请CN1135207C、CN1099388C中所公开玻璃的nd、ud范围与本专利部分一致，但与本发明不属于同类玻璃，它属于负反常色散玻璃，本专利保护的是ー种低熔点玻
璃O专利申请CN1396132A中所公开的玻璃与本发明同属于同类玻璃，但其组分中含有作为必要成分Nb205、WO3，这些成分价格昂贵，这会造成玻璃成本上升，同时WO3的引入会
使玻璃着色度变差。
专利申请CN101070224A中所公开的与本发明同属于同类玻璃，但其组分中含有作为必要成分的Nb2O5、KHF2，这些成分价格昂贵，引入玻璃中会増加玻璃的成本，同时KHF2的弓I入会造成玻璃在熔炼过程中挥发出氟化物，污染环境。除此之外，专利申请CN1369448A、CN1446762A、CN101215086A等所公开的发明中的玻璃其nd、υ d虽然与本专利申请接近,但其玻璃均为磷酸盐系统玻璃,与本专利硅酸盐玻璃系统完全不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种熔点低、化学稳定性和析晶性能足够好、同时玻璃价格较低、容易实现批量生产的ー种硅酸盐系光学玻璃。本发明提供了ー种光学玻璃，其折射率nd为I. 68 I. 71，阿贝数u d为29 35，所述光学玻璃以重量％计含有SiO2 30 39%、B2O3 6 15%、TiO2 20 30%、 Na20+K20+Li20 18 26%、CaO+SrO+BaO O 5%、ZnO 2 10%、ZrO2 O 7%、Sb2O3 O
0.2%，上述成分的合计含量为100%，且不含铌、铅、钍、镉、神和氟中的至少ー种。根据本发明提供的光学玻璃，玻璃化转变温度Tg小于480°C、屈服点温度Ts小于530°C，因而可提供一种低熔点的光学玻璃；按照GB/T17129的方法测试，本发明的光学玻璃的耐水性(Dw)为2级，耐酸性(Da)为2级或更好，化学稳定性足够好；不含Nb205、Ta205、WO3等价格高的成分，因而成本较低；并且,本发明的光学玻璃不含有对环境有害的物质PbO以及对环境有害且易挥发的氟化物成分。
具体实施例方式本发明提供的光学玻璃，其折射率nd为I. 68 I. 71，阿贝数为29 35，所述光学玻璃以重量％计含有=SiO2 30 39%,B2O3 6 15%,TiO2 20 30%、Na20+K20+Li2018 26%、CaO+SrO+BaO O 5%、ZnO 2 10%、ZrO2 O 7%、Sb2O3O 0. 2%，上述成分的合计含量为100%，且不含铌、铅、钍、镉、神和氟中的至少ー种。日本专利特开平6-107425、专利申请CN1198414A和CN1225903A所公开的光学玻璃与本发明属于同类光学玻璃，但在这些光学玻璃的组分中均含有Nb2O5成分，Nb2O5是ー种提高玻璃折射率和色散性能的有效组分，但Nb2O5价格昂贵，这会造成玻璃成本的大幅提高，而且过多引入会使玻璃的析晶性能变差。在本发明中，采用价格低廉的TiO2来获得光学玻璃所要求的光性和色散。根据本发明提供的光学玻璃，其中的SiO2是本发明光学玻璃的必要成分，是玻璃网络的生成体，同时还可以提高玻璃的高温粘度、抑制玻璃的析晶倾向、提高玻璃的耐失透性及化学稳定性。SiO2的含量为30-39重量％，当其含量高于39重量％时，会使光学玻璃不易熔炼、玻璃转变温度升高，从而不利于光学玻璃模压成型，其含量低于30重量％吋，玻璃的成玻璃性能弱、析晶性能变差。SiO2的含量优选控制在32 39重量％，更优选控制在32% 36重量％。B2O3是本发明光学玻璃的必要成分，同时是光学玻璃网络的生成体。B2O3的引入可以提高光学玻璃的熔化性能、提高光学玻璃的化学稳定性，降低光学玻璃的玻璃化转变温度和屈服点温度。B2O3的含量为6-15重量％，当B2O3含量大于15重量％时，在B2O3-TiO2玻璃系统中光学玻璃的着色度会变差，难以获得预期的光学性能，当B2O3的含量小于6%时，玻璃的熔炼温度将显著提高，转变温度、屈服点温度将会大幅度升高，不能达到本发明要求的低屈服点温度要求，因此B2O3的含量优选控制在6 15重量％，更优选控制在8-12重量％。
ZrO2具有改善光学常数及提高耐失透性和化学稳定性的作用，还可以起到提高折射率和色散的作用。ZrO2是可选用的成分，其含量为0-7重量％，当其含量大于7重量％时，玻璃的熔化性能、析晶性能会变差。ZrO2的含量优选控制在O 5重量％，更优选控制
在I 3重量％。ZnO可以降低玻璃的析晶倾向，在本发明中，当其量小于2重量％时，这种降低玻璃的析晶倾向的效果不明显，而其含量超过10重量％后，玻璃的化学稳定性将逐渐变差，所以ZnO的含量应控制在2 10重量％，优选控制在4 7重量％。TiO2可以有效提高玻璃的折射率和色散，且成本较低，大量引入可以迅速提高玻璃的折射率和色散，但若引入较多则会使玻璃着色加深，尤其是在含B2O3的玻璃中会更明显。所以TiO2的含量应控制在20-30重量％，优选控制在22% 28重量％，更优选控制在24 27重量％。Na2O, K2O和Li2O可以有效地降低玻璃的玻璃化转变温度、密度和熔化性能，同时通过混合碱效应可以提高玻璃的化学稳定性。因此碱金属氧化物的合计总量应该为18-26重量％甚至更多，优选控制在18 % 24重量％，更优选控制在20 % 23重量％。其中Li2O对降低玻璃转变温度、屈服点温度有很好的效果，加入超过5%的量后，玻璃的化学稳定性及可加工性会显著变差，故Li2O含量优选控制在5%以下，更优选控制在3. 5%以下。Sb2O3可作为除泡剂任意添加，但其含量在O. 2重量％以内就足够，而且如果Sb2O3过多则玻璃着色度将变差。因此Sb2O3组分含量优选控制在O O. I重量％。本发明中还可以加入除以上成分以外的、可以有助于熔炼的少量碱土金属氧化物CaO, SrO和BaO，可以根据折射率、色散的要求适当添加，其总量应控制在5重量％以下，优选不含。为保证本发明所压制的玻璃型件的光谱透过率，本发明提供的光学玻璃不人为引入除以上组分以外的其它可以着色的元素V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Ag。同时，也不人为引入含有以下有害元素的化合物Th、Cd、Tl、Os、Be、Se及F。根据本发明提供的光学玻璃，可以降低光学玻璃的玻璃化转变温度Tg和屈服点温度Ts，其玻璃化转变温度Tg小于480°C、屈服点温度Ts小于530°C。根据本发明提供的光学玻璃,所述光学玻璃在外部透过率为80%时的波长不大于400nmo根据本发明提供的光学玻璃，其化学稳定性很好，按照GB/T17129的测试方法测试，所述光学玻璃的耐水性Dw为2级，耐酸性Da为2级或更好。下面采用具体实施例的方式进ー步详细地描述本发明。实施例实施例ト10可按照常规的制备光学玻璃的方法，根据表I中提供的玻璃原料各成分的配方量计算、称量，并混合这些原料，并将制作的配合料先在石英坩埚中预熔制备成熟料，再投入到钼金坩埚中在1150 1300°C下进行二次熔炼2 5小吋，并适当地搅拌，随后进行澄清、降温エ艺，浇注或漏注在成型模具中最后经退火、加工等后期处理，或者通过精密压型技术直接压制成型，即可制得低熔点硅酸盐光学玻璃或光学型件。比较例1-5
按照表2中提供的玻璃原料的各成分,进行与上述实施例1-10相同的制备光学玻璃的方法，得到光学玻璃。性能测试I、耐水性Dw和耐酸性Da的测试按照GB/T17129标准使用粉末法进行测试。2、玻璃化转变温度T g和屈服点温度Ts的测试按照GB/T7692. 16-87标准规定的方法进行测试。3、λ 80和 λ5 的测试、
制作厚度为10±0. 1mm，具有经光学研磨的相互平行的平面玻璃试样，从与上述平面垂直的方向向该玻璃试样射入强度为Iin的光线，采用紫外分光光度计测定透射光线的強度U，将强度比U/iin称为玻璃的外部透过率。在波长200 700nm的范围，将外部透过率为80%的波长记作λ8(ι、外部透过率为5%的波长记作入5。在波长200 700nm的范围内，在λ 8(|以上的波长范围得到了 80%以上的外部透过率，在λ5以上波长范围内得到了 5%以上的外部透过率。4、折射率nd和阿贝数u d的测试按照GB/T7962. 11-87标准的测试方法进行測定。将实施例1-10和比较例1-5所制备得到的光学玻璃按照上述测试方法进行测试，所得结果示于表I和表2中。
权利要求
1.ー种光学玻璃，其折射率nd为I. 68 I. 71，阿贝数U d为29 35，所述光学玻璃以重量 ％计含有SiO2 30 39%、B2036 15%、Ti02 20 30%、Na20+K20+Li20 18 26%、CaO+SrO+BaO O 5%、ZnO 2 10%、ZrO2 O 7%、Sb2O 30 O. 2%，上述成分的合计含量为100%，且不含银、铅、 土、镉、砷和氟。
2.根据权利要求I所述的光学玻璃，其中所述光学玻璃以重量％计含有SiO232 36%, B2O3 8 12%、TiO2 22 28%、Na20+K20+Li20 20 23%、CaO+SrO+BaO O 5%、ZnO 4 7%、ZrO2 I 3%、Sb2O 30 0. 1%。
3.根据权利要求I或2所述的光学玻璃，其中所述光学玻璃中的Li2O的含量以重量％计为3. 5%以下。
4.根据权利要求I或2所述的光学玻璃，其中所述光学玻璃的玻璃化转变温度Tg小于480°C、屈服点温度Ts小于530°C。
5.根据权利要求I或2所述的光学玻璃，所述光学玻璃在外部透过率为80%时的波长不大于400nm。
6.根据权利要求I或2所述的光学玻璃，按照GB/T17129的测试方法测试，所述光学玻璃的耐水性Dw为2级，耐酸性Da为2级或更好。
全文摘要
本发明提供了一种光学玻璃，其折射率nd为1.68～1.71，阿贝数υd为29～35，所述光学玻璃以重量％计含有SiO2 30～39％、B2O3 6～15％、TiO2 20～30％、Na2O+K2O+Li2O 18～26％、CaO+SrO+BaO 0～5％、ZnO 2～10％、ZrO2 0～7％、Sb2O3 0～0.2％，上述成分的合计含量为100％，且不含铌、铅、钍、镉、砷和氟中的至少一种。本发明提供的光学玻璃，其熔点较低，化学稳定性足够好，成本较低，并且不含有对环境有害的物质PbO以及对环境有害且易挥发的氟化物成分。
文档编号C03C4/00GK102674685SQ201210118370
公开日2012年9月19日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者赵仲勋 申请人:湖北新华光信息材料有限公司