精密模压用光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种高折射、低色散的精密模压用光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。精密模压用光学玻璃，其重量百分比组成含有：SiO2?1～10%、B2O3?10～25%、La2O3?15～35%、Gd2O3?10～35%、ZnO1～20%，LaF3、GdF3和YF3中的至少一种，其折射率为1.75～1.82，阿贝数为45～52。本发明采取与稀土元素结合的方式引入F-，可以达到本发明所要求的低色散性能，同时提高玻璃的均匀性和一致性；通过合理设计Li2O、ZnO、F的组合比例，可以有效提升本发明玻璃的稳定性，提高玻璃的质量水平，降低本发明玻璃的转变温度，以利于模压成型。
【专利说明】精密模压用光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器
【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为1.75~1.82、阿贝数为45~52的精密模压用光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的预制件、光学兀件和光学仪器。
【背景技术】
[0002]近年来，各类光电产品日益追求小型化、高性能多功能化，这就要求光学系统中使用的透镜等光学元件也要求小型化、轻量化。由于使用非球面元件能很好的消除球差，减少光学元件的数量，因此在光学设计中，使用非球面元件已成为主流。
[0003]在非球面成型中，常用的方法是精密模压成型。所谓精密模压成型，就是在一定的温度、压力下，用具有预定产品形状的高精密模具模压玻璃预制件，从而获得具有最终产品形状并具有光学功能面的玻璃制品。采用精密模压技术制造的非球面透镜通常不用再进行研磨抛光，从而降低了成本，提高了产率。在进行精密模压成型时，为了将高精密的模面复制在玻璃成型品上，需要在高温下加压成型玻璃预制体，这时成型模暴露在高温中且被施以较高的压力，即使处于保护气氛中，压型模具表面`模层依然容易被氧化侵蚀。精密模压成型中，如果频繁的更换价格不菲的高精度模具，就不能实现低成本高产率的目的。为了延长模具的使用寿命，减少高温环境对成型模具的损伤，则需要尽可能的降低压型温度。因此，开发具有尽可能低的转变温度(Tg)的光学玻璃就成了光学材料开发人员的目标。
[0004]综上所述，在光学玻璃行业中，从光学设计的有用性的观点看，非常需要具有高折射率和具有低色散、低转变温度的适于精密模压成型的光学玻璃。
[0005]日本专利申请特许公开2002-128539公开了一种高折射、低色散的光学玻璃，由于玻璃中不含或者只含少量的ZnO或者F等能有效降低玻璃化转变温度的组分，因此这种玻璃的玻璃化转变温度(Tg)高，不适合用作模压成型。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种高折射、低色散的精密模压用光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。
[0007]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:精密模压用光学玻璃，其重量百分比组成含有:Si02 I ~10%、B2O3 10 ~25%、La2O3 15 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、ZnO I ~20%，LaF3> GdF3和YF3中的至少一种，其折射率为1.75~1.82，阿贝数为45~52。
[0008]进一步的，其重量百分比组成为:SiO2 I~10%、B2O3 10~25%、La2O3 15~35%、Gd2O3 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
[0009]进一步的，其中=SiO2 4~10%。
[0010]进一步的，其中=La2O320 ~30%、Gd2O3 15 ~30%。
[0011]进一步的，其中=B2O312 ~22%。
[0012]进一步的，其中:Ta205I ~5%、ZrO2 I ~5%。[0013]进一步的，其中=LaF3 5~13%。
[0014]进一步的，其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
[0015]进一步的，其中:YF3 3~8%。
[0016]进一步的，其中:ZnO 3~12%。
[0017]进一步的，其中=Li2O0.5 ~3%。
[0018]进一步的，其中:(Li2CHZnO)/F-为0.5 ~4。
[0019]精密模压用光学玻璃，其重量百分比组成为=SiO2 I~10%、B2O3 10~25%、La2O315 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnOI ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
[0020]进一步的，其中=SiO2 4~10%。
[0021]进一步的，其中=La2O320 ~30%、Gd2O3 15 ~30%。
[0022]进一步的，其中:B20312 ~22%。
[0023]进一步的，其中:Ta2O5I ~5%、ZrO2 I ~5%。
[0024]进一步的，其中=LaF3 5~13%。
[0025]进一步的，其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
[0026]进一步的，其中:YF3 3~8%。
[0027]进一步的，其中:ZnO 3~12%。
[0028]进一步的，其中=Li2O0.5 ~3%。
[0029]进一步的，其中:(Li2CHZnO)/F-为0.5 ~4。
[0030]进一步的，所述玻璃的转变温度为590°C以下。
[0031]采用上述的精密模压用光学玻璃制成的玻璃预制件。
[0032]采用上述的精密模压用光学玻璃制成的光学元件。
[0033]采用上述的精密模压用光学玻璃制成的光学仪器。
[0034]本发明的有益效果是:采取与稀土元素结合的方式引入F_，可以达到本发明所要求的低色散性能，同时提高玻璃的均匀性和一致性；通过合理设计Li20、ZnO、F_的组合比例，可以有效提升本发明玻璃的稳定性，提高玻璃的质量水平，降低本发明玻璃的转变温度，以利于模压成型。本发明通过合理的组分设计，可以得到一种折射率为1.75~1.82、阿贝数为45~52、玻璃的转变温度为590°C以下、密度为5.2以下且化学稳定性Dw达到I级的精密模压用光学玻璃。
【具体实施方式】
[0035]下面将描述本发明光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分含量的比值是
用重量％表示。
[0036]SiO2是形成玻璃的网络生成体氧化物，加入一定量的SiO2可增大玻璃的高温粘度，提高玻璃的耐失透性能。当其含量低于1%时，效果不充分；当其含量高于10%时，玻璃的熔融性变差，气泡难以消除。因此，SiO2的含量限定为I~10%，更优选含量为4~10%，最优选含量是6~9%。
[0037]B2O3也是玻璃网络生成体氧化物，尤其是在高折射、低色散的镧系光学玻璃中，B2O3是得到稳定玻璃的主要组分。当B2O3含量低于10%时，难以获得性质稳定的玻璃，耐失透性能不理想；但当B2O3含量高于25%时，玻璃的折射率达不到设计目标，同时玻璃的化学稳定性会降低。由此，将B2O3的含量限定为10~25%，更优选含量是12~22%，最优选含量为15~20%ο
[0038]La2O3是高折射、低色散光学玻璃的主要成分，可以增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散，在本发明配方体系中，B2O3与La2O3的共同存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化学稳定性。但当La2O3的含量低于15%时，不能获得以上的效果，但当其含量超过35%时，玻璃的析晶性能恶化，故将其含量限定为15~35%，更优选的含量为20~30%，最优选的含量为20~28%。
[0039]Gd2O3可以增加玻璃的折射率且不明显提高玻璃的色散，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化学稳定性。用一定量的Gd2O3与La2O3混熔，可以提高玻璃的耐失透性能。但Gd2O3含量低于10%时效果不甚明显，含量高于35%时反而会使得玻璃的耐失透性能恶化，因此将Gd2O3的含量限定为10~35%，更优选的含量是15~30%，最优选的含量是
20~27%。
[0040]F以LaF3、GdF3、YF3等稀土氟化物的方式引入。LaF3、GdF3能有效地调节玻璃的光学常数，但其含量过高工艺难度增加，耐失透性能降低，所以LaF3的优选含量是O~15%，GdF3的优选含量是O~12% ；YF3在玻璃中可有效调节玻璃光学常数，相对于LaF3、GdF3，YF3具有成本低且相对最稳定地引入本发明所需的F的优点，但其含量太低达不到以上效果，含量过高会影响玻璃的耐失透性。因此YF3含量范围为I~10%，优选为3~8%。而且本发明人通过的大量实验还发现，当LaF3+GdF3+YF3合计总含量在5~27%时，有益效果更明显，更优选的合计含量范围为7~24%，最优选的合计含量为8~15%。
[0041]本发明中，优选F含量范围为2~7%。当F—含量不足2%时，低色散性能难以达到，但当其含量高于7%时，玻璃工艺难度增加，易在成型的玻璃块料中产生条纹，同时影响玻璃的均匀性和一致性。
[0042]ZrO2能提高玻璃的黏度、硬度、化学稳定性，降低玻璃的热膨胀系数。ZrO2的含量超过10%时玻璃难熔，易失透，而且玻璃化学稳定性恶化。因此ZrO2的含量优选为O~10%，更优选为I~5%。
[0043]Ta2O5是赋予光学玻璃高折射和低色散特性的组分，可以有效增强玻璃稳定性，Ta2O5含量高，玻璃成本升高。因此Ta2O5的含量优选为O~10%，更优选为I~5%。
[0044]ZnO可以降低玻璃的转变温度。本发明人还发现，在本发明配方体系中，适量引入ZnO可起到提高玻璃耐失透性能的作用，提高高折射低色散组分La203、Gd2O3的引入量，同时达到所需光学常数以及降低玻璃熔融温度的优异发明效果。但当其含量不足1%时，达不到发明效果；若其含量超过20%，玻璃耐失透性和化学稳定性变差，因此ZnO的含量优选为I~20%，更优选为3~12%。
[0045]RO组分能有效调整玻璃光学常数，其中，RO代表Ba0、Ca0和SrO中的一种或多种。因此，RO含量优选控制在8%以下，更优选5%以下，最优选不加入。
[0046]Li2O可以有效降低玻璃转变温度以及玻璃生产时的熔融温度，同时还起到降低玻璃密度的有益效果，但当其含量不足0.3%时效果不明显，含量过高时又会使玻璃的耐失透性恶化，光学常数难以达到目标，所以Li2O的优选含量为O~5%，更优选为0.5~3%。
[0047]发明人通过积极研究发现，通过Li20、Zn0和F的优化组合既可以达到高折射低色散的目标光学常数，有效降低玻璃的转变温度，还可以大大改善玻璃的化学稳定性，降低玻璃的熔融温度，有效减少F的挥发从而获得高质量的玻璃材料。(Li2CHZnO) /F值为0.5~4时可以获得上述发明效果，更优选比值为1.5~3，最优选比值为1.8~2.5。
[0048]可选地，在玻璃熔融过程中可以加入Sb2O3作为玻璃的澄清剂，含量一般为O~1%，含量过高则极大地损坏钼金器皿。
[0049]下面将描述本发明精密模压光学玻璃的性能。
[0050]其中折射率(nd)值为(_2°C /h)~(_6°C /h)的退火值，折射率与阿贝数按照《GB/T7962.1—1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。
[0051]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。
[0052]密度按照《GB/T7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。
[0053]耐水作用稳定性Dw (粉末法)按GB/T17129的测试方法，根据下式计算:
[0054]Dff= (B-C) / (B-A) *100
[0055]式中:DW—玻璃浸出百分数(％)
[0056]B—过滤器和试样的质量(g)
[0057]C 一过滤器和侵蚀后试样的质量(g)
[0058]A—过滤器质量(g)
[0059]由计算得出的浸出百分数，将光学玻璃耐水作用稳定Dw分为6类见下表。
[0060]
【权利要求】
1.精密模压用光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成含有:SiO21~10%、B2O310 ~25%、La2O3 15 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、ZnO I ~20%, LaF3^GdF3 和 YF3 中的至少一种，其折射率为1.75~1.82，阿贝数为45~52。
2.如权利要求1所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为=SiO2I ~10%、B203 10 ~25%、La203 15 ~35%、Gd203 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2OO ~5%、Sb2O3 O ~1%。
3.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:Si024~10%。
4.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:La20320~30%、Gd2O3 15 ~30%。
5.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:B20312~22%。
6.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中=Ta2O5I~5%、ZrO2I ~5%。
7.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:LaF35~13%。
8.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
9.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:YF33~8%。
10.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:ZnO3~12%。
11.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:Li200.5~3%。
12.如权利要求1或2所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:(Li2CHZnO)/F-为0.5~4。
13.精密模压用光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为:SiO2I~10%、B203 10~25%, La2O3 15 ~35%、Gd203 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta205 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
14.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:Si024~10%。
15.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:La20320~30%、Gd2O3 15 ~30%。
16.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中=B2O312~22%。
17.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中=Ta2O5I~5%、ZrO2I ~5%。
18.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:LaF35~13%。
19.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:LaF3+GdF3+YF35~27%。
20.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中=YF33~8%。
21.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:ZnO3~12%。
22.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中=Li2O0.5~3%。
23.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，其中:(Li2CHZnO)/F—为0.5 ~4。
24.如权利要求13所述的精密模压用光学玻璃，其特征在于，所述玻璃的转变温度为590°C以下。
25.采用权利要求1~24中任一权利要求所述的精密模压用光学玻璃制成的玻璃预制件。
26.米用权利要求1~24任一权利要求所述的精密模压用光学玻璃制成的光学兀件。
27.采用权利要求1 ~24任一权利要求所述的精密模压用光学玻璃制成的光学仪器。
【文档编号】C03C3/068GK103626394SQ201210306577
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月27日 优先权日:2012年8月27日
【发明者】匡波 申请人:成都光明光电股份有限公司