本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率为1.65-1.72、阿贝数为50-60的镧冕光学玻璃。
背景技术：
随着光电行业的发展，对光学元件提出了小型化、轻量化、高性能化的要求，这就使得具有高折射、低色散、低密度的光学玻璃的需求量越来越大。但目前大部分此类玻璃都采用硼酸盐玻璃系统作基础，再添加一定量的稀土氧化物、碱土金属氧化物以及碱金属氧化物所形成。当此类玻璃系统中B2O3含量较大时，化学稳定性会变差。
光学元件抛光后，在镀膜前需要对光学零件进行清洗。目前主要采用超声波清洗，清洗完毕后在干燥皿中将零件表面的水蒸发掉。而在此过程中，零件表面会有一定的时间接触到水；另外，空气中的CO2气体会和玻璃表面的水形成弱酸性的碳酸。因此，如果玻璃的耐水作用或者耐酸作用性能不好，就会破坏玻璃的抛光层，为后续的镀膜工艺带来困难。因此，光学玻璃需要具备较好的化学稳定性，才能在后期的加工和镀膜流程中提高良品率。
CN20078006104公开了一种折射率为1.65-1.72、阿贝数为47-57的光学玻璃，其玻璃组分中含有30-40％的B2O3和0-5％的SiO2，B2O3是主要网络形成体，玻璃的化学稳定性受到较大的影响。另外，玻璃中含有15-25％的贵重氧化物Gd2O3，会使玻璃的成本大大增加。
CN201210396717公开了一种折射率为1.65-1.75、阿贝数为50-60的光学玻璃，其玻璃组分中含有25-35％的BaO，大量BaO的引入对减小玻璃密度是不利的。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.65-1.72、阿贝数为50-60的光学玻璃。
本发明还要提供由上述光学玻璃制成的预制件和光学元件。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其组成按重量百分比表示，含有：B2O3：10-40％；SiO2：5-35％；La2O3：21-40％；Y2O3：0-15％；CaO：大于或等于0但小于12％；ZnO：0-15％；ZrO2：0-8％；其中，SiO2/B2O3：0.2-3。
进一步的，还含有：Al2O3：0-5％；Gd2O3：0-10％；Yb2O3：0-10％；BaO：0-20％；SrO：0-10％；MgO：0-5％；TiO2：0-10％；WO3：0-10％；Ta2O5：0-10％；Nb2O5：0-10％；Li2O：0-8％；Na2O：0-5％；K2O：0-5％；Sb2O3：0-1％。
光学玻璃，其组成按重量百分比表示为：B2O3：10-40％；SiO2：5-35％；La2O3：21-40％；Y2O3：0-15％；CaO：大于或等于0但小于12％；ZnO：0-15％；ZrO2：0-8％；Al2O3：0-5％；Gd2O3：0-10％；Yb2O3：0-10％；BaO：0-20％；SrO：0-10％；MgO：0-5％；TiO2：0-10％；WO3：0-10％；Ta2O5：0-10％；Nb2O5：0-10％；Li2O：0-8％；Na2O：0-5％；K2O：0-5％；Sb2O3：0-1％；其中，SiO2+B2O3：30-50％；SiO2/B2O3：0.2-3。
进一步的，各组分的含量满足以下5种条件中的一种或一种以上：
1)SiO2+B2O3：30-50％；
2)SiO2/B2O3：0.25-2.5；
3)Y2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)为0-0.4；
4)ZrO2/B2O3为0-0.4；
5)(BaO+SrO+CaO+MgO)/(SiO2+B2O3)为0.1-0.7。
进一步的，其中：B2O3：15-38％；和/或SiO2：7-30％；和/或La2O3：23-37％；和/或Y2O3：2-12％；和/或CaO：2-10％；和/或ZnO：2-13％；和/或ZrO2：1-7％。
进一步的，各组分的含量满足以下5种条件中的一种或一种以上：
1)SiO2+B2O3：32-48％；
2)SiO2/B2O3：0.3-2；
3)Y2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)为0.08-0.35；
4)ZrO2/B2O3为0-0.3；
5)(BaO+SrO+CaO+MgO)/(SiO2+B2O3)为0.12-0.5。
进一步的，其中：B2O3：20-36％；和/或SiO2：9-25％；和/或La2O3：25-33％；和/或Y2O3：4-10％；和/或CaO：4-8％；和/或ZnO：4-10％；和/或ZrO2：2-6％。
进一步的，其中：Al2O3：0-2％；和/或Gd2O3：0-5％；和/或Yb2O3：0-5％；和/或BaO：0-10％；和/或SrO：0-5％；和/或MgO：0-3％；和/或TiO2：0-5％；和/或WO3：0-5％；和/或Ta2O5：0-5％；和/或Nb2O5：0-5％；和/或Li2O：0-5％。
进一步的，玻璃折射率为1.65-1.72；阿贝数为50-60；密度为3.7g/cm3以下。
进一步的，玻璃折射率为1.66-1.71；阿贝数为51-58。
进一步的，玻璃的粉末法耐水作用稳定性DW为2类及以上；粉末法耐酸作用稳定性DA为3类及以上。
玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。
光学元件，采用上述的光学玻璃制成。
本发明的有益效果是：通过优化SiO2、B2O3含量及配比关系，并引入适量比例的La2O3、Y2O3等具有高折射率低色散作用的稀土类氧化物组分，得到具有优异的化学稳定性的光学玻璃；本发明的光学玻璃折射率为1.65-1.72，阿贝数为50-60，粉末法耐水作用稳定性DW为2类及以上，粉末法耐酸作用稳定性DA为3类及以上，密度低于3.7g/cm3。
具体实施方式
Ⅰ、光学玻璃
下面对本发明的光学玻璃的组成进行详细说明，各玻璃组分的含量、总含量如没有特别说明，都采用重量％表示，玻璃组分的含量与总含量之比以重量比表示。
B2O3是玻璃网络生成体，尤其是在高折射低色散的镧系玻璃中，B2O3是得到稳定玻璃的必要成分。当B2O3含量低于10％时，玻璃的析晶稳定性不够理想；但当B2O3含量高于40％时，玻璃的化学稳定性会降低。因此，B2O3含量限定在10-40％，优选15-38％，更优选20-36％。
SiO2同样是玻璃网络生成体，是光学玻璃的骨架，具有提升玻璃化学稳定性、维持玻璃抗析晶性能的作用。当SiO2含量低于5％时，难以达到上述效果；但当SiO2含量高于35％时，则玻璃变得很难熔，且无法获得本发明所需要的折射率。因此，SiO2的含量为5-35％，优选范围为7-30％，更优选9-25％。
在本发明中，B2O3和SiO2作为网络形成体，具有降低玻璃折射率和色散、提高玻璃耐析晶稳定性的效果。如果B2O3和SiO2的合计量(B2O3+SiO2)过低，则玻璃的耐析晶稳定性达不到设计要求；而当B2O3和SiO2的合计量(B2O3+SiO2)高于50％时，玻璃的光学常数难以达到要求。因此，本发明优选B2O3和SiO2的合计量(B2O3+SiO2)控制在30-50％，更优选为32-48％。
SiO2与B2O3虽然同为玻璃的网络形成体，但其在玻璃中形成的结构和作用是不一致的。两种网络形成体的比例关系和玻璃的内部结构密切相关。也就是说，在本发明玻璃体系中，SiO2与B2O3的比例关系和玻璃的化学稳定性以及生产性能有密切关系。若SiO2与B2O3的比值SiO2/B2O3过高，玻璃的熔解性能会变差，化料会变得困难。若SiO2/B2O3过低，玻璃液粘度随温度变化不明显，成型变得困难。尤其是在生产厚度超过40mm的产品时，玻璃内部冷却变得困难，成型时容易产生条纹而报废。另外，过低的SiO2/B2O3会导致玻璃的化学稳定性达不到设计要求。当SiO2/B2O3处于0.2-3之间时，玻璃具有适合的化学稳定性、熔解性能和生产性能，适宜生产厚规格产品。因此，本发明SiO2/B2O3优选为0.25-2.5，进一步优选为0.3-2。
少量引入Al2O3能改善形成玻璃的化学稳定性，但其含量超过5％时，玻璃呈现熔融性变差、耐失透性降低的倾向。因此，本发明Al2O3的含量为0-5％，优选为0-2％，进一步优选不引入。
La2O3是获得本发明所需高折射低色散特性的必须组分，如果其含量不足，则光学常数难以达到设计要求；而当其含量太大时，玻璃的耐失透性能会出现明显恶化。因此，本发明的La2O3的含量为21-40％，优选含量为23-37％，进一步优选为25-33％。
Gd2O3对于增加折射率降低色散有帮助，部分替代La2O3时能够提升玻璃耐失透性能及化学稳定性。但是昂贵的原料价格限制了Gd2O3在玻璃中的使用。因此，Gd2O3的含量为0-10％，优选0-5％，进一步优选为不含有。
本发明高折射低色散作用的组分还引入Y2O3，以改善玻璃的熔融性、耐失透性，同时还可以降低玻璃析晶上限温度，提升玻璃化学稳定性，但若其含量超过15％，则玻璃的稳定性和耐失透性降低。因此，Y2O3含量范围为0-15％，优选范围为2-12％，进一步优选4-10％。
La2O3、Gd2O3、Y2O3都可以起到提高折射率降低色散的作用，而当仅仅使La2O3、Gd2O3、Y2O3在上述范围内时，玻璃的耐失透性能并不稳定。因此，本发明的Y2O3与La2O3、Gd2O3、Y2O3总含量的比值Y2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)为0-0.4，以使玻璃的热稳定性和耐失透性能优良。从进一步改善玻璃的耐失透性能、热稳定性能的角度考虑，Y2O3/(La2O3+Gd2O3+Y2O3)优选范围为0.08-0.35，进一步优选为0.12-0.3。
Yb2O3也是高折射率低色散组分，当其含量超过10％时，玻璃的稳定性、耐失透性降低。因此，Yb2O3含量范围限定为0-10％，优选为0-5％，进一步优选不引入。
BaO在提升玻璃折射率的同时，能够获得较小的色散。但若BaO添加量过多，玻璃的抗析晶性能、耐候性会快速下降。另外，BaO的引入对减小玻璃密度是不利的。因此，BaO含量限定为0-20％,优选为0-10％。在实现玻璃低密度的前提下，优选不使用。
SrO添加到玻璃中可以调节玻璃的折射率和阿贝数，但若添加量过大，玻璃的耐候性以及抗析晶性能会下降，玻璃的折射率和阿贝数也达不到设计预期，同时玻璃的成本也会快速上升。因此，SrO含量限定为0-10％,优选为0-5％，进一步优选为1-3％。
CaO有助于提升玻璃的化学稳定性，增加玻璃的机械强度和硬度。另外，相比于BaO和SrO,CaO的引入对玻璃的密度降低更有利。但是CaO添加过多时，会导致玻璃抗析晶稳定性下降。因此，CaO含量限定为大于或等于0但小于12％,优选为2-10％，进一步优选为4-8％。
若MgO加入过多，虽然有助于提升玻璃的耐候性，但玻璃的折射率达不到设计要求，玻璃的抗析晶性能和玻璃的稳定性会下降，同时玻璃的成本会快速上升。因此，MgO含量限定为0-5％，优选为0-3％，进一步优选为不添加。
BaO、SrO、CaO、MgO属于碱土金属氧化物，在玻璃中属于网络外体，其加入玻璃中可以调整玻璃的折射率和色散，降低玻璃的高温粘度，增强玻璃的化学稳定性。然而，网络外体的加入量一旦超过网络结构的承载能力，玻璃的化学稳定性和抗析晶性能就会出现明显恶化。经发明人研究发现，当BaO、SrO、CaO和MgO的总含量与B2O3、SiO2的总含量的比值(BaO+SrO+CaO+MgO)/(B2O3+SiO2)在0.1-0.7之间时，可实现玻璃的机械强度、抗析晶性能以及化学稳定性处在最优范围内，进一步优选(BaO+SrO+CaO+MgO)/(B2O3+SiO2)为0.12-0.5，更进一步优选为0.15-0.3。
ZnO可以起到改善玻璃的化学稳定性、改善加压成型性的作用，但当其含量过高时，玻璃的耐失透性降低，液相温度上升。因此，本发明的玻璃中的ZnO含量为0-15％，优选为2-13％，进一步优选为4-10％。
ZrO2可以起到改善玻璃热稳定性、提升玻璃折射率的作用，但其含量过高时，会导致玻璃熔炼变得困难。因此，本发明的ZrO2的含量为0-8％，优选为1-7％,进一步优选为2-6％。
本发明通过控制ZrO2与B2O3含量的比值ZrO2/B2O3为0-0.4，可以有效提高玻璃的化学稳定能，优选ZrO2/B2O3比值为0-0.3，可进一步提高玻璃化学稳定性。
TiO2也具有提高玻璃折射率的作用，并且能参与玻璃网络形成，适量引入可使玻璃更稳定，但引入后玻璃色散会显著增加，同时玻璃可见光区域的短波部分的透射率降低，玻璃着色的倾向增加。因此，本发明TiO2的含量为0-10％，优选为0-5％，进一步优选不引入。
WO3可以起到提高折射率的作用，但当其含量超过10％时，色散提高显著，并且玻璃可见光区域的短波长侧的透射率降低，着色的倾向增加。因此，本发明WO3的含量为0-10％，优选为0-5％，进一步优选0-3％。
Ta2O5具有提高折射率、抗失透性能的作用，但与其他成分相比，Ta2O5的价格非常昂贵，从实用以及成本的角度考虑，应尽量减少其使用量。本发明的Ta2O5含量为0-10％，优选为0-5％，进一步优选为不含有。
Nb2O5具有提高玻璃折射率和色散的作用，同时还具有提高玻璃的抗析晶性与化学稳定性的作用。如果其含量超过10％，则玻璃色散升高，无法达到本发明玻璃的光学特性，同时玻璃耐失透性恶化。因此，Nb2O5的含量范围为0-10％，优选含量为0-5％，进一步优选不引入。
Li2O属于碱金属氧化物，可以降低玻璃的高温粘度，使玻璃的生产更为容易。但若其含量超过8％，会造成玻璃的化学稳定性、抗析晶性能下降。因此，在本发明玻璃组分中，Li2O的含量设置为0-8％，优选为0-5％，进一步优选为0-2％。同族的Na2O与K2O也可以降低玻璃的高温粘度，但会造成化学稳定性能的急剧下降，因此，本发明玻璃中Na2O的含量被限定在0-5％，优选为不含有。K2O含量被限定在0-5％，优选为不含有。
Sb2O3在本发明中作为澄清剂使用，其含量范围为0-1％。
本发明的光学玻璃可以按照以下的方式制作：均匀混合上述原料，使各成分在规定的含量范围内，将混合物投入到铂坩埚中，根据玻璃组成的熔融难易度，在1250-1400℃的温度范围内熔融2-5小时，并搅拌均质化，然后降低至适当的温度，最后浇铸至模具中，缓慢冷却而成。
本发明中所描述的玻璃性能，采用以下测试方法测量。
玻璃的折射率(nd)和阿贝数(vd)按照GB/T7962.1-2010测试标准测量。
玻璃耐水作用稳定性DW采用GB/T17129测试标准测量。
玻璃耐酸作用稳定性DA采用GB/T17129测试标准测量。
玻璃密度采用GB/T7962.20-2010测试标准测量。
经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：折射率(nd)为1.65-1.72，优选为1.66-1.71；阿贝数(vd)为50-60，优选为51-58；密度(ρ)为3.7g/cm3以下；粉末法耐水作用稳定性DW为2类及以上；粉末法耐酸作用稳定性DA为3类及以上。
Ⅱ、玻璃预制件与光学元件
下面，描述本发明的玻璃预制件与光学元件。
本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃预制件具有高折射率低色散特性；本发明的光学元件具有高折射率低色散特性，能够以低成本提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。
作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。
这种透镜通过与高折射率高色散玻璃制成的透镜组合，可校正色差，适合作为色差校正用的透镜。另外，对于光学体系的紧凑化也是有效的透镜。
对于棱镜来说，由于折射率高，因此通过组合在摄像光学体系中，通过弯曲光路，朝向所需的方向，即可实现紧凑、广角的光学体系。
[光学玻璃实施例]
在以下内容中，表中所列的实施例将更详细地描述本发明，为其他技术人员作参考之用。应该注意的是，实施例1-40中玻璃组分含量是按重量百分比表示的，本发明的保护范围不限于所述实施例。
表1-表4中显示的光学玻璃(实施例1-40)是通过按照表1-表4所示各个实施例的含量称重并混合光学玻璃用普通原料(如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等)，将混合原料放置在铂金坩埚中，在1250℃-1400℃中熔化2-5小时，并且经澄清、搅拌和均化后，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铸型并退火而成。
表1
表2
表3
表4
[玻璃预制件实施例]
将实施例1-40所得到的光学玻璃切割成预定大小，再在表面上均匀地涂布脱模剂，然后将其加热、软化，进行加压成型，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜的预制件。
[光学元件实施例]
将上述光学预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。
接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得到的光学元件的表面上还可涂布防反射膜。
本发明为低密度且化学稳定性优异的高折射低色散性的光学玻璃，折射率为1.65-1.72，阿贝数为50-60，以及所述玻璃形成的光学元件，能够满足现代新型光电产品的需要。