光学玻璃及光学元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种具有高折射率低色散特性的光学玻璃，以及由所述光学玻璃形成 的玻璃预制件和光学元件。
【背景技术】
[0002] 对于光学玻璃来说，折射率、阿贝数、透过率是其核心光性特征。折射率和阿贝数 决定了玻璃的基本功能，折射率为1.76-1.80、阿贝数为47-51的光学玻璃属于高折射率低 色散光学玻璃，这类高性能玻璃在光学系统中的应用可以缩短镜头的长度，提高成像质量。
[0003] 为满足光学玻璃精密模压成型的要求，对光学玻璃的转变温度Tg提出了要求。在 实现相同的光学性能的前提下，如何实现玻璃的低Tg温度并同时保证透过率优异，是目前 研发的目标。CN102050571A公开了一种折射率为1.77-1.83、阿贝数为44-51的高折射率光 学玻璃，但其Tg温度较高，不适合低成本精密模压。另外，该玻璃组分中含有大量的Ta 205，而 Ta205属于价格昂贵的金属氧化物，大量使用提高了高折射率低色散光学玻璃的原料成本， 降低了产品的经济性。再有，其还含有Sn0 2，Sn02不仅难以熔化，易在玻璃中形成杂质，影响 玻璃内在质量和加工性能，还会提高玻璃的着色度，降低透过率。摄像或投射类光学系统的 光学元件对光学玻璃透过率要求较高，如果高折射低色散光学玻璃形成的透镜透射光量不 足，会导致光学系统的透射光通量大幅度下降或骤减，影响成像质量。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.76-1.80、阿贝数为47-51的高 折射低色散光学玻璃，该玻璃在降低玻璃组分中Ta 205含量的同时，具有优异的透过率。
[0005] 本发明还要提供一种由上述光学玻璃形成的玻璃预制件和光学元件。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃，其重量百分比组成包括： B2〇3:25-40% ;La2〇3:2〇-40% ;Gd2〇3:12-25% ;Y2〇3:〇-l〇% ;La2〇3/(La2〇3+Gd2〇3+Y2〇3)为 0.38-〇.75;Zr〇2:6.5-10% ;Ζη0:10·2-20%。
[0007] 进一步的，还含有：51〇2:〇-3%412〇3:〇-1〇%汀&2〇5 :〇-5%;恥2〇5:〇-5%;1^2〇:〇-2% ;Na2〇:〇-10% ;K2〇:〇-10% ;Sb2〇3:〇-l% ;R〇:〇-l〇%，其中，R0为Mg0、Ca0、Sr0或BaO中的 一种或多种。
[0008] 进一步的，其中，ZnO/ (B2〇3+Si〇2)为0 · 25-0 · 65和/或（Zr〇2+Y2〇3) / (Nb2〇5+Gd2〇3)为 0 · 30-1 · 50 和/或（Ta2〇5+Nb2〇5) / (ZnO+Li2〇)小于0 · 45。
[0009] 进一步的，其中，Si〇2:0-2 % 和/或 Ta2〇5:0-1 % 和/或 Nb2〇5:0-1 % 和/或 AI2O3:0-5% 和/或Li2〇: 0-1 %和/或Na2〇: 0-5% 和/或K20:0-5% 和/或Sb2〇3:0-0 · 5% 和/或R0:0-5%。
[0010] 进一步的，其中，Ta2〇5:0-0 · 5 % 和/或Nb2〇5:0-0 · 5 % 和/或AI2O3:0-1 % 和/或 Na2〇: 0-1 %和/或K20:0-1 %，不含有F和Sn。
[0011] 进一步的，其中，B2O3:28 · 5-35 % 和/或La2〇3:25-35 %和/或Gd2〇3:14-22% 和/或 Y2〇3:0-7 % 和/或Zr〇2:6 · 5-8 · 5 % 和/或ZnO: 11 -16 %。
[0012] 进一步的，其中，B2〇3:29-32% 和/或 La2〇3:27-32% 和/或Gd2〇3:15-20% 和/或 Zr〇2:6 · 5-7 · 8 % 和/或ZnO: 11-14 · 5 % 和/或Y2〇3:0 · 1-5 %。
[0013] 进一步的，其中，La2〇3/(La2〇3+Gd2〇3+Y2〇3)为0 · 45-0 · 70和/或ZnO/(B2〇3+Si〇2)为 0.3〇-〇.55和/或（2抑2+丫2〇3)/(恥2〇5+6(12〇3)为0.48-1.10和/或（丁&2〇5+恥2〇5)/(211〇+1^2〇)小 于0.10。
[0014] 进一步的，其中，La2〇3/(La2〇3+Gd2〇3+Y2〇3)为0.55-〇.65和/或211〇/(82〇3+31〇2)为 0 · 30-0 · 50和/或（Zr〇2+Y2〇3) / (Nb2〇5+Gd2〇3)为0 · 50-1 · 0和/或（Ta2〇5+Nb2〇5) / (ZnO+Li 2〇)小 于0.07。
[0015]进一步的，其中，玻璃折射率为1.76-1.80;玻璃的阿贝数为47-51。
[0016]玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。
[0017] 光学元件，采用上述的光学玻璃制成。
[0018] 本发明的有益效果是：不引入Sn02成分，使玻璃透过率优异;不引入F成分，减少了 生产中的环境负荷，降低了生产成本;降低Ta 205的含量，优化了产品成本;通过合理的组分 配比，使本玻璃在实现要求的光学常数的同时，易于实现利于精密模压且具有优异的透过 率的高折射率低色散光学玻璃，以及由所述光学玻璃形成的玻璃预制件和光学元件。
【具体实施方式】
[0019] I、光学玻璃
[0020] 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，则都采用重量％进行表示，玻璃组分的含量与总含量之比以重量比表示。另 外，在以下的说明中，提到规定值以下或规定值以上时，也包括该规定值。
[0021] B2〇3是玻璃网络形成组分，具有提高玻璃可熔性并降低玻璃态转变温度的作用。为 了达到上述效果，本发明引入25%以上或更多的B 2〇3,但当其引入量超过40%时，则玻璃稳 定性会下降，并且折射率下降，无法得到本发明的高折射率。因此，本发明的B 2〇3的含量为 25-40%，优选范围为28.5-35%，更优选范围为29-32%。
[0022] Si02也是玻璃形成体，与B2〇3所构成的疏松的链状层状网络不同，Si02在玻璃中形 成的是硅氧四面体三维网络，非常致密坚固。这样的网络加入到玻璃中，对疏松的硼氧三角 体[B03]网络进行加固，使其变得致密，从而提升玻璃的高温粘度。与此同时，硅氧四面体三 维网络的加入，玻璃网络隔离La 2〇3、Nb2〇5等析晶阳离子和阴离子的能力增强，增加了析晶 阈值，使得玻璃的抗析晶性能提升。但若Si0 2的含量无限制的加大，一方面会造成溶解困 难，另一方面为了维持较高的折射率和低色散，势必会增加 La2〇3、Gd2〇3等稀土氧化物的含 量，Si0 2对La2〇3的溶解度较低，会造成玻璃抗析晶性能急剧下降。因此，在本发明中，其含量 限定为0-3%，优选为0-2%。
[0023] La203是获得本发明所需光学特性的必须组分。当La203的含量小于20%时，难以实 现所需要的光学特性;但当其含量超过40%时，玻璃耐失透性与熔融性能均恶化。因此，本 发明的La2〇3的含量为20-40 %，优选范围为25-35 %，更优选范围为27-32 %。
[0024] Gd203成分是获得高折射率光学玻璃的有效成分，本发明中通过Gd20 3与La203共存， 可以提高形成玻璃的稳定性，但当Gd2〇3含量低于12%时，上述效果不明显；如果其含量超过 25 %时，则玻璃耐失透性降低，形成玻璃的稳定性变差。因此，本发明的Gd2〇3的含量为12- 25%，优选范围为14-22%，更优选范围为15-20%。
[0025] 本发明高折射低色散作用的组分优选还引入Y203 ,可改善玻璃的熔融性、耐失透 性，同时还可降低玻璃析晶上限温度，但若其含量超过10%，则玻璃的稳定性、耐失透性降 低。因此，Υ 2〇3含量范围为0-10%，优选范围为0-7%，更优选为0.1-5%。
[0026] La203、Gd203和Υ20 3中，对提高玻璃折射率并维持玻璃稳定性作用最大的组分是 La203。但本发明的光学玻璃如果仅使用La203，则难以确保充分的玻璃稳定性。因此，在本发 明中La 2〇3组分的引入量相对较多，并且使La2〇3和Gd 2〇3共存;或者优选使La2〇3、Gd2〇 3和Y2〇3 共存；更优选La2〇3/(La2〇3+Gd2〇3+Y2〇3)范围为0 · 38-0 · 75，进一步优选La2〇3/(La2〇3+Gd2〇3+ Y2O3)范围为0 · 45-0 · 70，更进一步优选La2〇3/ (La2〇3+Gd2〇3+Y2〇3)范围为0 · 55-0 · 65，可以得 到具有优良的玻璃稳定性的高折射率低色散的玻璃，同时玻璃不易着色。
[0027] Nb205对提高玻璃折射率降低液相温度有极好的效果，也具有提高玻璃的抗析晶性 与化学耐久性的作用。如果其含量超过5%，则玻璃色散提高，无法达到本发明玻璃的光学 特性。因此，Nb2〇5的含量范围为0-5 %，优选范围为0-1 %，更优选范围为0-0.5 %。
[0028] Ta205具有提高折射率的作用，同时其对维持玻璃低色散的作用优于Nb20 5,不过与 其它组分相比，Ta205价格非常昂贵，因此本发明从实用以及成本的角度考虑，减少了其使用 量。本发明的Ta 2〇5含量为0-5%，优选范围为0-1%，更优选为0-0.5%，进一步优选为不引 入。
[0029] ZnO适量加入玻璃中可以提高玻璃的化学稳定性，同时还可以降低玻璃的高温粘 度和Tg温度。但是，如果ZnO加入量过多，玻璃的抗析晶性能会下降，同时高温粘度较小，给 成型带来困难。在本玻璃体系中，ZnO的含量若低于10.2%，则Tg温度达不到设计要求;若其 含量高于20%，玻璃的抗析晶性能会下降，高温粘度达不到设计要求。因此，ZnO的含量限定 为 10.2-20%，优选为 11-16%，更优选为 11-14.5%。
[0030] 本发明为了获得较低Tg温度且稳定性好、易于熔化的玻璃，发明人通过大量试验 研究，当 ZnO/(B2〇3+Si〇2)范围为 0.25-〇.65，优选211〇/(82〇3+3丨〇2)范围为0.3〇-〇.55，进一步 优选Zn0/(B20 3+Si02)范围为0.30-0.50时，玻璃的稳定性和Tg温度可达最佳平衡，获得品质 较佳的产品。
[0031] Zr〇2属于高折射氧化物，能显著提高玻璃的折射率，同时提高玻璃的化学稳定性； 本发明中，Zr02还有提高玻璃异常分散性的作用，玻璃的异常分散性有利于光学设计中消 除二级光谱，其含量过低，则前述效果不明显，但加入量过多会显著提高玻璃的析晶风险。 因此，其含量限定为6.5-10 %，优选为6.5-8.5 %，更优选为6.5-7.8 %。
[0032]作为光学玻璃，其光学透过率是相当重要的性能指标，当（Zr02+Y2〇3)ANb 2〇5+ Gd2〇3)的范围控制在0.30-1.50，优选控制在0.48-1.10，更优选控制在0.50-1.00，更进一步 优选控制在0.50-0.70时，可实现本发明优选的折射率和阿贝数范围的同时，也能有效抑制 玻璃着色，并提高玻璃的热稳定性和耐失透性能。
[0033]少量引入Al2〇3能改善形成玻璃的稳定性和化学稳定性，但其含量超过10%时，显 示玻璃熔融性变差、耐失透性降低的倾向，因此本发明Al2〇3的含量为0-10%，优选为0-5%， 更优选为0-1 %，进一步优选不引入。
[0034] Li20加入到玻璃组分中，可以有效降低玻璃的Tg温度。但是低软化点光学玻璃通 常使用铂或铂合金器皿熔炼，在高温熔炼过程中，玻璃组分中的Li+容易腐蚀铂或铂合金器 皿，造成成品玻璃中产生较多的含铂异物，导致玻璃的品质下降。另一方面，此类玻璃用于 精密压型过程中时，容易产生玻璃元件表面模糊的风险，原因在于模具中一般涂有含碳元 素的脱模剂，玻璃组分中的Li容易和脱模剂中的碳元素发生反应，在玻璃原件表面产生粗 糙的不透明膜层。因此，其含量限定为0-2 %，优选为0-1 %。
[0035] 本发明人通过大量实验研究发现，Ta205+Nb205的合计含量与Zn0+Li 20的合计含量 的对本玻璃的化学稳定性和Tg温度存在较大影响