一种特种火石玻璃及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及特种玻璃领域，具体涉及一种特种火石玻璃及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在光学系统中，通过将具有较大的正反常色散和较大的负反常色散的两种光学玻 璃透镜组合在一起，来消除绝大多数的二级光谱，改善光学系统的视场和成像质量，扩大了 光学仪器的使用范围和提高了精度。具有较大的负反常色散的光学玻璃透镜在光路设计中 必不可少，其可用作长焦距大视场相机透镜等，应用前景广阔。因此，研制具有较大负反常 色散的玻璃是光学玻璃研宄的焦点之一。
[0003] 目前报道的具有负反常色散的光学玻璃系统主要有两类：含铅系统和无铅系统。 其中，含铅玻璃系统有B203-La203-Pb0、B203-Al203-Pb0、B203-Ga203-Pb0、Si02-B203_A1203-Pb0 和Si02-B203_A1203-Pb0-Sb203等，大量的PbO使得光学玻璃比重大、化学稳定性差、制备过程 存在严重环境污染问题；无铅玻璃系统有Si02-B203-Zr02_Nb205、Si02-B203-R20-Zr02(R=Li， Na或K)和66〇2-5102等，为了调整玻璃的折射率和负反常色散，玻璃组成中引入了大量的 非常昂贵的Nb205和GeO2，导致玻璃制备成本高，而且这种玻璃熔化温度高，组分易挥发，玻 璃批量生产稳定性难以保障。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了 一种特种火石玻璃及其制备方法，该特种火石玻璃具有较小的阿贝 数、较大的负反常色散、较小的折射率温度系数、优异的化学稳定性和良好可加工性，且其 制备成本低，生产过程对环境友好，生产稳定性易于控制。
[0005] 一方面，本发明提供了一种特种火石玻璃，包括以下重量百分含量的氧化物组 分：
[0006] Ta205：15% -40% ；
[0007] B2〇3：15% -35% ；
[0008] Si02：10% -30% ；
[0009] Zr02：8% -20% ；
[0010] R20 :8% -18%，R20 为Li20、Na2(^PK20 中的一种或多种；
[0011] Hf02：3% -10% ；
[0012] R' 0:0-8%，R' 0 为CaO、BaO和ZnO中的一种或多种；
[0013] Sb203:0. 6%-3%。
[0014] 作为优选，所述特种火石玻璃包括以下重量百分含量的氧化物组分：
[0015] Ta205：2〇% -35% ；
[0016] B2〇3：2〇% -35% ；
[0017] Si02：10% -20% ；
[0018] Zr02：10% -20% ；
[0019] R20 :12% -16%，R20 为Li20、Na2(^PK20 中的一种或多种；
[0020] Hf02：5% -10% ；
[0021] R' 0:2%_6%，R' 0 为CaO、BaO和ZnO中的一种或多种；
[0022] Sb203:l%_2%。
[0023] 另一方面，本发明提供了上述特种火石玻璃的制备方法，包括以下步骤：
[0024] (1)按照所述特种火石玻璃的组分含量称取相应的原料，混合均匀后熔化；
[0025] (2)将熔化后的产物搅拌、均化和成形后，退火，得到无析晶、无结石和无气泡的玻 璃，即所述特种火石玻璃。
[0026] 作为优选，混合均匀后的原料进行两步熔化，第一步熔化的温度比第二步熔化的 温度低，第一步熔化生成玻璃熟料，将难熔氧化物Zr02形成低熔点的R20?ZrOs*3Si02固溶 体，第二步熔化对玻璃熟料进行精细熔化，促进R2〇 ?Zr02 ? 3Si02固溶体充分熔融。
[0027] 作为优选，混合均匀后的原料先在二氧化锆坩埚中进行第一步熔化；再将生成的 玻璃熟料通过Pt漏管导入强化铂坩埚中进行第二步的精细熔化。
[0028] 作为优选，在所述精细熔化过程中，为了控制组分挥发，将强化铂坩埚处于密封环 境中。
[0029] 作为优选，第一步熔化温度为1300_1350°C，熔化时间为2_3h;第二步熔化温度为 1450-1550°C，熔化时间为4-6h;所述退火的温度为500-540°C，所述退火的时间为3-5h。 [0030] 作为优选，所述特种火石玻璃的组分中，Ta205和Zr02所对应的原料均为各氧化物 本身，B203所对应的原料为硼酸，SiO2所对应的原料为石英砂，所述R20、Hf02、R' 0和Sb203 所对应的原料均可为各氧化物本身、相应的碳酸盐或相应的硝酸盐。
[0031] 作为优选，先将Si02、ZrOjPR20所对应的原料进行预混合得预混料，再将该预混 料置入二氧化锆球磨罐中，放入二氧化锆球和去离子水进行球磨，球磨后的预混料经除水 干燥后，再与其它原料进行混合。
[0032] 作为优选，所述预混料与去离子水的体积比为1:2,球磨罐的转速为40-60rpm，球 磨的时间为6-10h。
[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0034] 1、本发明提供的特种火石玻璃采用Ta205为原料，Ta205熔点低，有利于控制光学玻 璃中B203组分的挥发，易于控制批量生产稳定性；且相对于GeO2和Nb205而言，Ta205原料价 格低，降低了光学玻璃的制备成本。
[0035] 2、本发明提供的特种火石玻璃用Zr02、Hf02以及f0(R' 0为CaO、BaO和ZnO中 的一种或多种）等组分替代含铅玻璃中的PbO组分，使得该玻璃不仅具有特殊的光学常数， 且其制备过程对环境友好；特种火石玻璃中含有的批〇 2组分增大了玻璃的负反常色散，提 高了玻璃的化学稳定性，并显著降低了玻璃的折射率温度系数。
[0036] 3、本发明通过玻璃组分设计优化，提供的特种火石玻璃具有较小的阿贝数、较大 的负向反常色散、较小的折射率温度系数、优异的化学稳定性和良好可加工性，采用光学玻 璃制备的常规方法即可实现大尺寸制作。
[0037] 4、本发明提供的特种火石玻璃的制备方法，通过两步熔化工艺，既将难熔氧化物 Zr02形成低熔点的R20 ?Zr02 ? 3SiO^溶体后再熔融，又防止易挥发物质如B203和Ta205的 高温损失，实现了难熔组分充分熔融与易挥发组分控制的协同效果。
【具体实施方式】
[0038] Ta205、B203、以02和ZrO2为所述特种火石玻