本发明涉及一种光学玻璃及其制备方法，属于光学玻璃技术领域。
背景技术：
高折射低色散光学玻璃因透射性能好、折射率高，被广泛应用于制造照相机、望远镜、显微镜以及其它光学仪器的透镜中。近年来，随着光学设备的数字化和高精密化的迅速发展，在摄影设备(例如：数码相机、摄像机等)、投影设备(例如：投影机、投影电视、图像投影播放仪等)中，对减少光学系统中使用的透镜、棱镜等光学元件的个数，使光学系统整体轻质化及小型化的要求日趋强烈。
专利申请CN101759359A、CN102424523A、CN101386469A、CN101333071A、CN100393652C、CN101117268A公开的光学玻璃，其中均含有5％以上的Ta2O5，而Ta2O5属于昂贵的稀土类氧化物。导致光学玻璃原料的成本大幅度增加。
专利申请CN102424523A公开的光学玻璃含有10-20％的Ta2O5，0.1-2％的Li2O，5-15％的WO3。过高含量的Ta2O5会大幅度增加玻璃的原料成本；Li2O的加入会对熔制铂金坩埚造成侵蚀，增加熔炼成本；WO3的过量引入会使玻璃的着色度和透过性能变差。
专利申请CN104150764A公开的光学玻璃，其组分中F为必须组分，其含量超过0，不高于20％。F对熔炼器皿侵蚀较大，生产成本高，过多的F挥发还会出现表面条纹，降低了玻璃成型良品率。
专利申请CN101935164A公开的光学玻璃，其组成中含有1-15％的WO3，5.829-40％的ZnO，低于5.35％的SiO2，而WO3的存在导致玻璃透过率偏低， 以及不利于对制作玻璃时模具的保护，ZnO的含量偏高会造成熔炼难度增加，不易控制，SiO2的含量过低造成玻璃粘度小，条纹难以消除。
专利申请CN101337768A公开的光学玻璃，其中Y2O3的含量为0-3％，不含ZnO，该玻璃的高温粘度增大，不利于玻璃生产中气泡的溢出，并且该玻璃的透射比在80％时对应的波长在440nm左右，透过率较低。
专利申请CN101792257A公开的光学玻璃，其中SiO2含量为0.1-8％，Li2O含量为0.5％-3％，Ta2O5含量为10％-25％；Li2O的存在会对熔制的坩埚造成侵蚀，过量的Ta2O5会造成原料成本的增加。
专利申请CN101014546A公开的光学玻璃，Li2O的含量为0.5％-3％，而且Ta2O5的含量为10％-25％，Li2O的存在会对熔制的坩埚造成侵蚀，过量的Ta2O5会造成原料成本的增加。
专利申请CN102320739A公开的光学玻璃，其ZnO的含量为0.1-2％，Y2O3的含量为3.5％，B2O3的含量为15-28％，Gd2O3的含量为25-35％，La2O3的含量为28-35％，ZrO2的含量为5.0-9.0，其中，过量的Gd2O3会增加原料成本。
技术实现要素：
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种光学玻璃及其制备方法，所制备的光学玻璃的透射性能好、折射率高，不含价格极其昂贵的Ta2O5，不含易于着色的WO3以及不含有侵蚀熔炼器皿的Li2O、Bi2O3等。所制备得到的光学玻璃的原材料的成本低，并且能够满足高折射低色散的要求。
用于解决问题的方案
本发明提供一种光学玻璃，其包含以化合物计的以下组分：
SiO2：6-12％，优选8-10％；
B2O3：8-15％，优选9-13％；
La2O3：38-46％，优选40-45％；
Gd2O3：5-14％，优选6-12％；
Y2O3：6-14％，优选8-12％；
Nb2O5：0-6％，优选2-4％；
TiO2：0-6％，优选3.5-5％；
ZrO2：3-8％，优选5.2-7.2％；
ZnO：5-12％，优选6-9％；
Sb2O3：0-0.1％；
上述百分比均为重量百分比；
所述光学玻璃中不含有Ta2O5、WO3、K2O、Na2O、Li2O、Bi2O3、CaO、BaO、SrO、Th、Pb、As、Cd、Hg、GeO2、TeO2或Yb2O3。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，∑SiO2+B2O3为17-23％，优选为18-20％。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，∑La2O3+Gd2O3+Y2O3为55-65％，优选为58-63％。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，∑Nb2O5+TiO2为4-9％，优选为6-8％。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，所述SiO2的含量与所述的B2O3含量之比为0.5-1.0，优选为0.7-0.9。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，所述Nb2O5的含量与所述TiO2的含量之比为0.1-0.6，优选为0.3-0.4。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，所述Y2O3的含量与∑La2O3+Gd2O3+Y2O3的含量之比为0.10-0.20，优选为0.12-0.18。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，所述Gd2O3的含量与∑La2O3+Gd2O3+Y2O3+Nb2O5+TiO2+ZrO2的含量之比为0.15以下，优 选为0.13以下。
根据本发明的光学玻璃，其中，以化合物的重量百分比计，所述ZrO2的含量与所述Nb2O5的含量之比为2-8，优选为3-5。
本发明还提供一种根据本发明的光学玻璃的制备方法，其中，包括：将各组分按照比例称量、混合均匀后进行熔炼，然后浇注或漏注在成型模具中成型，或者直接压制成型。
发明的效果
本发明的光学玻璃，其折射率nd在1.86-1.90范围内，阿贝数υd在37-41范围内，密度低于5.1g/cm3，玻璃透射比达到70％时对应的波长λ70在390nm以下，透过性能好。是玻璃在铂埚中熔炼的铂金异物数为不超过1个，耐酸性为1级。玻璃化转变温度为680-700℃，并且玻璃原料中不含有Ta2O5、WO3、K2O、Na2O、Li2O、Bi2O3、CaO、BaO、SrO、Th、Pb、As、Cd、Hg、GeO2、TeO2或Yb2O3，玻璃的原材料的成本低，并且工艺性能优良。
具体实施方式
本发明提供一种光学玻璃，其包含以化合物计的以下组分：
SiO2：6-12％，优选8-10％；
B2O3：8-15％，优选9-13％；
La2O3：38-46％，优选40-45％；
Gd2O3：5-14％，优选6-12％；
Y2O3：6-14％，优选8-12％；
Nb2O5：0-6％，优选2-4％；
TiO2：0-6％，优选3.5-5％；
ZrO2：3-8％，优选5.2-7.2％；
ZnO：5-12％，优选6-9％；
Sb2O3：0-0.1％；
上述百分比均为重量百分比；
所述光学玻璃中不含有Ta2O5、WO3、K2O、Na2O、Li2O、Bi2O3、CaO、BaO、SrO、Th、Pb、As、Cd、Hg、GeO2、TeO2或Yb2O3。
原料引入方式采用能够引入其相应含量的化合物的多种形式。如下所述中，各组分的含量是以重量百分比来表示的。
SiO2是玻璃网络生成体，可提高玻璃的稳定性和成型时的粘度，改善玻璃的析晶性能。SiO2的含量过低，会降低玻璃中的桥氧含量；含量过高，则玻璃熔融性变差，并且玻璃化转变温度升高。因此，SiO2的含量控制在6-12％之间，优选为8-10％之间，更优选为8-9％之间。
B2O3是形成玻璃网络结构的必需成分，可有效改进玻璃的熔融性，降低熔炼温度。B2O3含量过高，导致玻璃折射率降低，表面析晶加快，生产难度加大；B2O3含量过低，则玻璃的熔融性能较差，不能促进光学玻璃的各组分在1350℃及以下的温度下熔化，且会造成玻璃与La2O3的互溶性降低，性能不稳定，因此，B2O3的含量控制在8-15％之间，优选为9-13％之间，更优选为10-11％之间。
根据本发明的光学玻璃，∑SiO2+B2O3的含量过高，获得所要求的光学常数较难，∑SiO2+B2O3的含量过低，光学玻璃的熔融性和稳定性较差。本发明的光学玻璃中的∑SiO2+B2O3的含量控制在17-23％之间，优选为18-20％之间。
SiO2的含量与所述的B2O3含量之比在0.5-1.0，优选0.7-0.9范围内时，形成的玻璃稳定性更好，玻璃析晶的温度会更低。SiO2的含量与所述的B2O3含量之比过高时，形成的光学玻璃的析晶温度急剧升高，容易造成玻璃的内部析晶；SiO2的含量与所述的B2O3含量之比过低时，形成玻璃的化学稳定性变差，表面析晶速度加快。
La2O3是形成玻璃的重要成分，具有提高玻璃折射率、降低色散的作用。La2O3的含量过低，折射率降低，色散升高；La2O3的含量过高，抗失透性能 下降。因此，La2O3的含量控制在38-46％之间，优选为40-45％之间。
Gd2O3具有提高玻璃折射率、降低色散的作用，并且有助于改善玻璃的耐失透性能。Gd2O3的含量过低，折射率降低，色散升高；Gd2O3的含量过高，析晶温度升高，耐失透性变差，原材料的成本升高。因此，Gd2O3的含量控制在5-14％之间，优选为6-12％之间。
Y2O3具有提高玻璃折射率、降低色散的作用，能够获得所要求的光学常数，并可以提高玻璃的化学稳定性和耐失透性。因此，Y2O3的含量控制在6-14％之间、优选为8-12％之间、最优选为8-10％之间。
当La2O3、Gd2O3和Y2O3三种稀土氧化物同时引入玻璃时，可以有效增大各氧化物在玻璃中的溶解度，能够更容易获得所要求的光学常数，并降低玻璃的液相线温度，减少玻璃的失透。因此，∑La2O3+Gd2O3+Y2O3的含量控制在55-65％之间，优选为58-63％之间。
另外，为了使玻璃的析晶性能好、透射性能优异，能够实现批量稳定生产，所述Y2O3的含量与∑La2O3+Gd2O3+Y2O3的含量之比可以控制在0.10-0.20之间，优选为0.12-0.18之间。
Nb2O5具有提高玻璃的折射率、改善化学稳定性和析晶性能的作用。Nb2O5的含量过高或者过低，均无法获得所要求的光学性能，玻璃的色散会增大。因此，Nb2O5的含量控制在0-6％之间，优选为2-4％之间。
TiO2能够调节玻璃的折射率和阿贝数、改善耐失透性以及降低玻璃的密度。但是，TiO2的含量过高，会导致耐失透性变差，在可见短波长(500nm以下)的玻璃透射率也变差，并且玻璃的阿贝数也会降低。因此，TiO2的含量控制在0-6％之间，优选为3.5-5％之间。
控制∑Nb2O5+TiO2的含量，可以有效提高玻璃的折射率，还能够进一步调节玻璃的阿贝数，并且少量TiO2的加入又可以改善玻璃的析晶性能，因此，为了满足折射率nd在1.86-1.90范围内，阿贝数υd在37-41范围内，∑Nb2O5+TiO2 的含量控制在4-9％范围内，优选为6-8％之间。
另外，Nb2O5和TiO2在提高玻璃折射率的同时，Nb2O5含量基本不会影响玻璃的透过性能，但Nb2O5含量过高会造成析晶温度升高，不利于生产。TiO2可以明显改善玻璃的析晶性能，但随着TiO2引入量的增加玻璃的透过性能会变差。因此，所述Nb2O5的含量与所述TiO2的含量之比控制在0.1-0.6之间，优选为0.3-0.4之间。
ZrO2是本发明的光学玻璃的必要成分，其具有提高耐失透性以及改善化学稳定性的作用，还可以起到提高折射率和色散的作用。ZrO2的含量过高时，会降低玻璃的熔融性能，且玻璃的析晶性能会变差。因此，ZrO2的含量控制在3-8％之间，优选为5.2-7.2％之间。
本发明优选将玻璃组分中Nb2O5的引入量小于或等于ZrO2，即Nb2O5≤ZrO2，可以提高玻璃粘度和玻璃耐失透性能。因此，ZrO2/Nb2O5之比控制在2-8之间，优选为3-5之间。
另外，为了使玻璃的析晶性能好、透射性能优异，能够实现批量稳定生产，所述Gd2O3与∑La2O3+Gd2O3+Y2O3+Nb2O5+TiO2+ZrO2的含量之比可以控制在0.15以下，优选为0.13以下。
ZnO是本发明的光学玻璃的必要成分，可以有效降低玻璃化转变温度，改善玻璃的透射性并降低玻璃的高温粘度，并且能够有效消除玻璃的气泡。还具有提高玻璃化学稳定性与抑制结晶的作用。ZnO的含量过低，导致所述玻璃熔融性能下降，并且化学稳定性变差；含量过高，会使玻璃的耐失透性变差，因此，ZnO的含量控制在5-12％之间，优选为6-9％之间。
为保证本发明所述光学玻璃的透射率，本发明提供光学玻璃的同时，也不含有Th、Cd、Pb、As、Hg等对环境和人体有危害元素的化合物及氟化物，也可以不含有Tl、Os、Be、Se等元素。另外，本发明的光学玻璃中不含有对熔炼装置有侵蚀作用的K2O、Na2O、Li2O、Bi2O3、CaO、SrO以及BaO，不 含有在近红外波段有吸收峰并降低玻璃透射率的Yb2O3，不含有价格昂贵的GeO2、TeO2。另外，当不需要对本发明的光学玻璃进行着色时，本发明的光学玻璃还可以不含有其它可以着色的元素，例如：W、V、Mo、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag等。
本发明所述的光学玻璃的制备方法，具体包括：将各组分按比例称量、混合均匀后制成配合料，并将制成的配合料投入熔炼装置中，在1320-1460℃的温度下，20-26小时熔融、搅拌均匀，然后浇注或漏注在成型模具中成型，或者直接压制成型。
本发明还提供一种根据本发明的光学玻璃在光学透镜中的应用。例如本发明的光学玻璃可以应用在数码产品、摄像机、液晶投影、望远镜、显微镜以及光通信的透镜等光学透镜中。
由于摄像或投影等光学系统中所采用的光学元件对光学玻璃透过率要求较高，如果光学玻璃形成的透镜透过光量不足，会影响光学系统的透射光量大幅度下降或骤减。而采用本发明的光学玻璃，其折射率nd在1.86-1.90范围内，阿贝数υd在37-41范围内，所形成的透镜能够修正色差，使光学系统小型化。
实施例
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
将实施例1-10的各组分按比例称量、混合均匀后制成配合料，并将制成的配合料投入铂坩埚中，在1350±20℃的温度下，经过6小时熔化后、升温至1440℃进行14小时搅拌、澄清后，降温至1330℃保温2小时后出炉，漏注到模具中成型，玻璃退火冷却后即可制得本发明的光学玻璃。
将对比例1-6按各组分对应的原料分别按规定的比例称取，采用与实施 例1-10相同的制备方法进行制备，获得对比例1-6的光学玻璃。
按照GB/T7962.1-2010的测试方法对所得光学玻璃进行折射率nd、阿贝数υd的测量，表中所列nd、υd为-25℃退火后的数据。
按照GB/T7962.16-2010的测试方法对所得光学玻璃进行玻璃化转变温度Tg的测量。
将玻璃样品放入梯度炉中，在不同温度下分别保温40分钟，通过显微镜观测玻璃试样内部析晶情况，从而确定液相线温度LT。Tg与LT的比值即为玻璃稳定性能Tg/LT。
按照GB/T7962.20-2010的测试方法对所得光学玻璃的密度进行测量。
光学玻璃短波透射光谱特性用着色度(λ70/λ5)表示。λ70是指玻璃透射比达到70％时对应的波长，λ5是指玻璃透射比达到5％时对应的波长。按照日本玻璃工业协会“光学玻璃着色度测定方法”JOGIS02，测定经平行的对面研磨的厚度为10±0.1mm的玻璃的光线透过率。
按照GB/T10576-2006的测试方法对所得光学玻璃化学稳定性的耐酸性DA进行测量。
按照气泡度的测试方法——GB/T7962.8-2010，对所得光学玻璃的Pt异物数进行测量。具体地，光线从侧面照射被检玻璃，以黑色屏幕做背景，借助于玻璃中Pt对光的反射和散射作用，观察玻璃内含Pt异物的情况。所用光源为50-100W的冷反射定向照明卤钨灯，检测时，被检玻璃上的照度不低于20000Lx。
将实施例1-10制得的光学玻璃的折射率nd、阿贝数υd、玻璃化转变温度Tg、密度ρ、玻璃透射比达到70％时对应的波长λ70、耐酸性DA、玻璃稳定性能Tg/LT、玻璃中的含Pt异物数及原材料成本，列于表1和表2中，将对比例1-6经测量得到的数据列于表3中。
实施例1-10
表1实施例1-5的玻璃组分及性能参数、原料成本
表2实施例6-10的玻璃组分及性能参数、原料成本
对比例1-6
表3：对比例1-6的玻璃组分及性能参数、原料成本
从表1和表2可以看出，本发明实施例1-10的光学玻璃的折射率nd在1.86-1.90范围内，阿贝数υd在37-41范围内，其密度低于5.1g/cm3，耐酸性能均能达到1级，玻璃透射比达到70％时对应的波长λ70不超过390nm，工艺性能优良，适于批量化生产，尤其是玻璃在铂埚中熔炼的铂金异物数为不超过1个/100cm3，并且其成本在50元/kg以下。
从表3可以看出，对比例1的玻璃原料中添加有9％以上的Li2O，大大加剧了对铂金坩埚的侵蚀，降低了玻璃的化学稳定性。并且对比例1制备得到的光学玻璃耐酸性等级为3级。
对比例2的玻璃原料中含有2％以上的Bi2O3和Li2O，这两种成分都易于侵蚀铂金，增加熔炼成本和难度。并且对比例2制备得到的光学玻璃，玻璃透射比达到70％时对应的波长λ70为391nm，耐酸性等级为2级。
对比例3制备得到的玻璃与本发明的玻璃相比，耐酸等级为2级。另外，对比例2-3都含有易于着色的WO3，降低了玻璃的透过率。
对比例4制备得到的玻璃的玻璃化转变温度在700℃以上，并且玻璃透射比达到70％时对应的波长λ70为391nm，透过率较低。
对比例5制备得到的玻璃的制备得到的玻璃的玻璃化转变温度在700℃以上，并且玻璃透射比达到70％时对应的波长λ70为417nm，透过率低。
对比例6的玻璃原料中含有价格昂贵的Yb2O3和SnO2，Yb2O3在近红外波段有吸收峰，降低了玻璃的透过率，而SnO2的存在会加剧对硅钼棒的侵蚀，造成玻璃内异物增多，影响玻璃的内部质量。并且，对比例制备得到的玻璃的耐酸性等级为2级。
并且，对比例1-5都含有6％以上的Ta2O5，成本大幅度增加的同时，玻璃比重也明显增大，不符合光学设计中轻量化的要求。
另外，对比例1-6的光学玻璃的比重都在5.20g/cm3以上，原材料成本均比实施例的要高59％以上，玻璃在铂埚中熔炼的铂金异物数也比本发明的要多。