环保光学玻璃及光学元件的制作方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
环保光学玻璃及光学元件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率（nd)为1. 45~1. 55、阿贝数 (u 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】
[0002] 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、As 203。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、As 203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、As20 3等有毒、有害成分来实现玻璃的环保化已 经成为必然。
[0003] 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。
[0004] JP52-45616A公开的玻璃中含有大量具有高熔点的Zr02，一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。
[0005] EP0645349B2 公开了一种 Si02-Nb205-R20-F 系统的玻璃，由于 Nb205和 TiO 2的含量 高，使得玻璃易于析晶，同时由于Nb205属于稀土原料，价格昂贵，大大增加了原料成本。
[0006] 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B203，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】
[0007] 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。
[0008] 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：Si0 2:55 ~75%、Ti02:2 ~15%、Na20 :5 ~20%、K20 :2 ~10%。
[0009] 进一步的，还含有：B203:0 ~5%、A1 203:0 ~5%、Zr02:0 ~2%、F :0 ~8%、Zn0 : 0 ~5%、Sb203:0 ~0? 5%〇
[0010] 进一步的，其中：B203:0~3%和/或F :0~3%和/或Zr02:0.5~2%和/或 ZnO :0 ~2%〇
[0011] 进一步的，其中：A1203:0. 5 ~3%，进一步的，Al 203:0. 5 ~2%。
[0012] 进一步的，其中：Si02:65 ~75%，进一步的，Si02:68 ~72%。
[0013] 进一步的，其中：Ti02:4~8%。
[0014] 进一步的，其中：Na20 :10 ~18%，进一步的，Na20 :13 ~17%。
[0015] 进一步的，其中：K20 :2~8%，进一步的，K20 :3~5%。
[0016] 进一步的，其中：Na20+K20 :10 ~35%。
[0017] 进一步的，其中：1彡Na20/K20彡5,优选为2~4。
[0018] 进一步的，所述光学玻璃折射率为1. 45~1. 55,阿贝数为45~55。
[0019] 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 AS 1类，所述光学玻璃的密度小于2. 6g/cm 3,所述光学玻璃转变温度不超过 480。。。
[0020] 采用上述的光学玻璃制成的玻璃预制件。
[0021] 采用上述的光学玻璃制成的光学元件。
[0022] 采用上述的光学玻璃制成的光学仪器。
[0023] 本发明的有益效果是：本发明以SiOjt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°C，密度小于或等于2. 6g/cm3。
【具体实施方式】
[0024] 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。
[0025] Si02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，Si0 2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 %。
[0026] B203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，其含量为〇~5 %，优选含量为0~3 %，最 优选不含有。
[0027] A1203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A1 203的含量限定为0~5%，优选为0. 5~3%，最优选为 0? 5 ~2%〇
[0028] Zr02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Zr0 2的含量限定为0~2%，优选 为0? 5~2%〇
[0029] 1102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，Ti0 2的含量限定为2~15%，优选为4~8%。
[0030] 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%。
[0031] Na20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1( 20，~&20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，Na 20的含量范围为5~20%，优选为10~18%，最优 选为13~17%。
[0032] K20的作用和Na20相似，同样具有降低玻璃的转变温度和助熔的作用。相对于 Na 20, K20可以改善玻璃的透明度和光泽，降低析晶性能。K20的含量范围为2~10%，优选 为2~8%，最优选为3~5%。
[0033] 本发明中，K20和Na20的合计量K20+Na 20为10~35 %。
[0034] 经过本发明人的多次实践研究发现，当~&20与1(20的含量存在以下关系时： 1彡Na 20/K20彡5,玻璃的高温粘度以及析晶性能能够获得最优。当Na20/K 20〈l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Na20/K20>5时，Si0 2的过剩量增加，玻 璃的析晶倾向增大，因此Na20/K20的含量比值范围为1~5,优选为2~4。
[0035] 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fflK 2SiF6、KHF2等作为原料导入玻 璃当中。
[0036] Sb203在本发明中作为澄清剂使用，其含量为0~0. 5%。
[0037] 下面将描述本发明的光学玻璃的性能。
[0038] 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。
[0039] 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°C，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。
[0040] 耐酸作用稳定性测试标准如下：
[0041] 根据GB/T17129的测试方法，根据下述公式计算浸出百分率：
[0042] Da= (B-C)/(B-A) X100%
[0043] 其中：
[0044] DA_玻璃浸出百分数（％ );
[0045] B-过滤器和试样的质量（g);
[0046] C-过滤器和侵蚀后试样的质量（g);
[0047] A-过滤器质量（g)。
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 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 不。
[0051] 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（nd)为1.45~ 1.55,阿贝数（u 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°C，耐酸作用稳定性DASl类，密度（P)小于或等于2. 6g/cm3。
[0052] 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。
[0053] 实施例
[0054] 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。
[0055] 表1中显不的实施例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。
[0056] 本发明实施例1~10的组成与折射率（nd)、阿贝数（u d)、耐酸作用稳定性DA、转 变温度（Tg)、玻璃透过率为80%时的波长A 80结果以及密度（P) -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。
[0057] 表 1
[0060] 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（nd)为1. 45~1. 55,阿贝数（u 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°C，耐酸作用稳定性DAS 1类，密 度（P)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。
【主权项】
1. 环保光学玻璃，其特征在于，其组成按重量百分比含有：SiO 2:55~75%、TiO 2:2~ 15%、Na20 :5 ~20%、K20 :2 ~10%〇2. 如权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，还含有：B 203:0~5%、A1 203:0~ 5%、Zr02:0 ~2%、F :0 ~8%、ZnO :0 ~5%、Sb 203:0 ~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：B 203:0~3%和/或F :0~ 3%和 / 或 Zr02:0. 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：A1 203:0. 5~3%，进一步的， Α1203:0· 5 ~2%〇5. 如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Si0 2:65~75%，进一 步的，Si02:68 ~72%。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：TiO 2:4~8%。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：Na20 :10~18%，进一 步的，Na20 :13 ~17%。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：K20 :2~8%，进一步的， Κ20 :3 ~5%〇9. 如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Na 20+Κ20 :10~35%。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：1彡Na 20/Κ20彡5,优 选为2~4。11. 如权利要求1或2所述的环保光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃折射率为 1. 45~1. 55,阿贝数为45~55。12. 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 AS 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°C。13. 采用权利要求1~12任一权利要求所述的光学玻璃制成的玻璃预制件。14. 采用权利要求1~12任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学元件。15. 采用权利要求1~12任一权利要求所述的光学玻璃制成的光学仪器。
【文档编号】C03C3/115GK106032308SQ201510110086
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月13日
【发明人】赖德光
【申请人】成都光明光电股份有限公司