特殊色散光学玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种折射率nd为1. 52~1. 58,阿贝数Vd为50~58且具有特殊色 散A Pg F< -0. 009的光学玻璃，以及使用该玻璃制作的光学元件或预制件，以及使用该玻 璃制造的光学部件或组件。
【背景技术】
[0002] 传统上具有负向特殊色散的所谓"特"（或"短"）火石玻璃采用锑硼酸盐（如 B2O 3-Sb2O3-PbO系统）或铅硼酸盐玻璃（如B2O 3-PbCKB2O3-Al2O3-PbO系统），但由于众所周知 的Pb的环境影响问题，这些玻璃已逐步淘汰。对于不含PbO的冕牌类玻璃系统，US 6380112 披露了一种 SiO2-B2O3-Al2O3-CaO-Ta 2O5-R2CK 其中，R2O 代表 Li20、Na20、K2O 等碱金属氧化 物，RO代表CaO、Sr0、Ba0、MgO等碱土金属氧化物）系统玻璃，该类玻璃具有一定的特殊色 散，但玻璃析晶上限温度较高，同时玻璃析晶上限温度下的粘度不足，难以制造高均匀性的 没有条纹的大尺寸玻璃坯料。ZL 00803750. 7公开了一种含有高比例氧化锆的具有较大特 殊色散的玻璃，但该玻璃组成中Si02、Al2O 3以及ZrO 2含量高，熔制困难，难以获得光学成像 应用所需要的优异内在质量。US 5340778披露了一种折射率nd大于1.52、阿贝数vd大于 57的B2O3-Al 2O3-H2O-(RCHR2O)系统并具有特殊色散的玻璃，其中H 2O是获得特殊色散的关 键，但众所周知，H20是易挥发物质，文件中没有披露如何在高温熔制过程中稳定控制H 2O的 含量从而使玻璃的特殊色散A Pg F保持稳定，如果玻璃的特殊色散AP g F不稳定，就不具有 明显意义的实用性。
[0003] 光学设计中，通常使用两种具有不同折射率和阿贝数的光学玻璃制作的透镜组合 来消除双色光的色差，然而对于其他颜色的光，仍然存在剩余色差（也称为二级光谱）。为 了校正剩余色差，尤其是短波区（紫外光谱）的色差，可将两种具有极大偏差的正向和负 向特殊色散的玻璃制作的光学透镜结合在一起，通过这种具有特殊色散光学透镜的组合使 用，可实现宽光谱范围内的色差消除。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种负向特殊色散aPg，F< -〇. 009,并具有较 低析晶上限温度和良好成型粘度，适于制作大尺寸坯料的环保光学玻璃。
[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：特殊色散光学玻璃，其重量百分比组 成包括：Si0 2:25 ~55% ;B 203:15 ~35% ;Ta 205:4 ~20% ;Zr02:3 ~15%，R20 :5 ~20%， 其中，R2O代表Li20、Na2CKK 2O中的一种或一种以上组分。
[0006] 进一步的，还包括，Al2O3 = O~10%和/或Ge02:0~5%和/或Ca0:0~10%和/ 或ZnO :0~5%和/或BaO :0~6%和/或SrO :0~5%和/或MgO :0~5%和/或WO3: 0 ~5%和 / 或 Nb205:0 ~5%和 / 或 TiO 2:0 ~0? 5%和 / 或 CeO 2:0 ~0? 5%和 / 或 Sb 203: 0~0? 5%和/或Sn02:0~1 %和/或La 203、Y203、Gd2O 3的合计量为0~5%。
[0007] 进一步的，不引入F成分。
[0008]进一步的，其中，Si02:26 ~52%。
[0009]进一步的，其中，B2O3:16 ~30%。
[0010]进一步的，其中，Ta205:5 ~14%。
[0011]进一步的，其中，Zr02:5 ~13%。
[0012] 进一步的，其中，R2O :5~17%。
[0013] 进一步的，K2O:0 ~12%和 / 或Na2O:0 ~15%和 / 或Li2O:0 ~5%。
[0014] 进一步的，所述玻璃的折射率为1. 52~L 58,阿贝数为50~58。
[0015] 进一步的，所述玻璃具有特殊色散APg F< -0. 009,且玻璃在成型温度区间具有 20~1000 dPas的粘度。
[0016] 采用上述的特殊色散光学玻璃制作的光学元件或预制件。
[0017] 采用上述的特殊色散光学玻璃制造的光学部件或组件。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明提供的光学玻璃无需添加非环保的铅元素，其折射 率nd为1. 52~1. 58,阿贝数Vd为50~58,特殊色散A Pg F彡-0. 009,具有较低析晶上限 温度和良好的高温成型粘度，适于制作大尺寸坯料，适于成像、传感器技术、显微镜、医学技 术、数字投影、光刻技术、激光技术、晶片/芯片技术以及电信、光通讯、监控和汽车等领域 的光学和照明用途。
【具体实施方式】
[0019] 本发明人通过艰苦研宄和不懈实验，发现在特定组成的 SiO 2-B2O3-ZrO2-Ta2O 5-R2O(R2C)代表Li20、Na20、K 2O等碱金属氧化物）系统中，可以获得特殊 色散AP&F< -0.009,且析晶上限温度低，成型粘度适于制作大尺寸坯料且满足环保要求 的光学玻璃，进而完成本发明。
[0020] 本发明组成作用及限定范围说明如下，各成分的范围均以重量百分含量表示。
[0021] 3102是本发明玻璃的生成体氧化物，是形成玻璃必须的组分。一定量的SiO2可以 使光学玻璃具有稳定的物理化学性质，如果SiO2的含量低于25%，得到的玻璃的高温粘度 不足，难以获得没有条纹的大尺寸玻璃坯料；但如果SiO 2的含量高于55%，则玻璃的折射 率难以达到要求，且玻璃的熔炼温度过高，难以获得高品质产品，所以，310 2的含量为25~ 55%，优选为26~52%。
[0022] B2O3是玻璃必须组分，是使玻璃的短波色散小并具有较好的负向特殊色散性能的 关键。如果B 2O3的含量低于15%，则难以获得所需的负向特殊色散；但如果B2O3的含量高 于35%，则玻璃的析晶性能恶化，高温粘度偏低，增大了制造获得没有条纹的玻璃坯料的难 度，同时玻璃的化学稳定性降低，所以，B 2O3的含量限定15~35%，优选为16~30%。
[0023] Ta2O5是一种能够显著提高玻璃负向特殊色散的氧化物，如果Ta 205的含量低于 4%，则达不到获得较优异的负向特殊色散性能的目的；但如果Ta2O5的含量高于20%，玻璃 的熔化性能变差，玻璃内的气泡消除困难，同时玻璃的阿贝数难以达到本发明的目标，经济 性降低。因此限定Ta 2O5的含量为4~20%，优选为5~14%。
[0024] 本发明玻璃中ZrO2起到提高光学玻璃的折射率和负向特殊色散性能的重要作用， 但如果ZrO 2的含量低于3%，则达不到目标效果；若ZrO2的含量高于15%，在本发明玻璃系 统中难以溶解，会大大提高玻璃的析晶上限温度，从而难以获得没有内部异物的高品质玻 璃，因此Zr〇J9含量为3~15%，优选为5~13%。
[0025] Al2O3可以增大玻璃的高温粘度，改善玻璃的化学稳定性，但该组分含量过高时将 降低玻璃的熔化性能，破坏玻璃的均匀性，因此限定其含量为不超过10%。
[0026] Li20、Na2CKK 2O等碱金属氧化物可以改善玻璃的熔化性能，但含量过高时将降低玻 璃的化学稳定性，并导致玻璃析晶性能恶化，因此限定Li 2O的含量为0~5%，Na2O的含量 为0~15%，K2O含量为0~12%，R 2O的含量为5~20%，优选5~17%，其中，R2O代表 Li20、Na 2CKK2O中的一种或一种以上组分。
[0027] Nb2O5和WO3能有效提高玻璃的折射率和色散，但因本发明是低色散玻璃，因此其 加入量非常有限，限定Nb2O5和WO3的含量各为0~5%，优选不加入。
[0028] CaO、BaO、SrO、MgO、ZnO等碱土金属氧化物可以有效地调节玻璃的折射率和阿贝 数，合理比例使用可以扩大玻璃的玻璃化范围，改善玻璃的化学稳定性，但作为冕牌类的本 发明玻璃，碱土金属的含量受到明显限制，本发明限定CaO的含量为0~10% ;ZnO的含量 为0~5 % ;BaO的含量为0~6 % ;SrO的含量为0~5 % ;MgO的含量为0~5 %。RO含 量不超过10 %，优选0~8 %，其中，RO代表CaO、BaO、SrO、MgO、ZnO中的一种或一种以上 组分。
[0029] GeO2是玻璃生成体氧化物，可用于调整玻璃的光学常数，但使用量过多会导致玻 璃析晶恶化，同时其是价格昂贵的原料，不利于玻璃的经济性，因此限定其含量为〇~5%。
[0030] La203、Y20 3、Gd2O3等高折射率低色散稀土氧化物可少量添加用于调整玻璃的光学 常数，使用过多将提高玻璃的析晶上限温度，因此La 203、Y203、Gd2O3的合计含量限定为0~ 5%。因为Gd2O3存在近红外本征吸收，优选不使用。
[0031] SnOjP Sb 203作为澄清剂可用于消除玻璃气泡，使用量过大将引起玻璃熔炼铂金 (或铂合金）器皿的损坏，降低玻