光學玻璃、光學預制件及光學元件的制作方法
【專利摘要】光學玻璃、光學預制件及光學元件。本發明提供一種不含有污染環境的PbO、As2O3和氟化物的光學玻璃，其折射率為1.48～1.56，阿貝數為55～65。光學玻璃，其組成按重量百分比包括：SiO2：60～80％、TiO2：0～3％、BaO：0～5％、CaO：5.5～15％、B2O3：0～3％、Sb2O3：0～1％、Na2O：5～15％、K2O：5～15％、ZnO：0～10％，但不含有Li2O。本發明通過合理調整玻璃組分的含量，使光學玻璃化學穩定性優異，得到的環保光學玻璃的密度為2.8g/cm3以下，抗潮濕大氣作用穩定性RC(S)為1級，抗酸作用穩定性RA(S)為3級以上，平均熱膨脹系數α為100×10-7/℃以下。
【專利說明】光學玻璃、光學預制件及光學元件
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種光學玻璃，特別是涉及一種折射率（nd)為1.48?1.56、阿貝數 (vd)為55?65的光學玻璃，以及由該光學玻璃構成的預制件、光學兀件和光學儀器。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著數碼照相機、攝像機和可拍照手機的快速普及和使用，使得光學材料 也朝著高精度化、小型化的方向迅速發展。為滿足以上要求，這就使得具有低折射、低密度 的光學玻璃的需求量越來越大。對環境保護的呼聲日益高漲的今天，對光學玻璃的環保化 也成了產品開發的方向。過去使用并制造光學玻璃常用的污染成分氧化鉛和氧化砷等雖已 被其他組分所取代，但簡單地用一種或幾種組分來代替氧化鉛和氧化砷，產品不一定能成 功地再現由氧化鉛和氧化砷所帶來的光學性能和物化性能。因此，對玻璃組成的新的研究 和實質性研發是必須的。
[0003] CN99110919. 8公開了一種無鉛光學玻璃，其含有一定量的氟化物，在實際生產過 程中，會排放氟化物氣體和粉塵，污染環境，另外該玻璃還含有大量的B 203，這會使得玻璃在 融化時揮發性增大，同時玻璃的耐失透性變差。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種不含有污染環境的PbO、As203和氟化物的 光學玻璃，其折射率為1. 48?1. 56,阿貝數為55?65。
[0005] 本發明解決技術問題所采用的技術方案是：光學玻璃，其組成按重量百分比包括： Si02 : 60 ?80%、Ti02 :0 ?3%、Ba0 :0 ?5%、Ca0 :5· 5 ?15%、B203 :0 ?3%、Sb203 :0 ? l%、Na20 :5 ?15%、K20 :5 ?15%、Zn0 :0 ?10%，但不含有 Li20。
[0006] 光學玻璃，其組成按重量百分比為：Si02 : 60?80%、Ti02 :0?3%、Ba0 :0?5%、 CaO :5· 5 ?15%、B203 :0 ?3%、Sb203 :0 ?1%、Na20 :5 ?15%、K20 :5 ?15%、ZnO :0 ? 10%。
[0007] 進一步的，其中：似20和K20的合計量：10?19%。
[0008] 進一步的，其中：Si02 : 65 ?75%。
[0009] 進一步的，其中：Ti02 :0?2%。
[0010] 進一步的，其中：BaO :0· 5 ?3%。
[0011] 進一步的，其中：CaO :5· 5 ?12%。
[0012] 進一步的，其中：B203 :0?2%。
[0013] 進一步的，其中：Na20 :8 ?15%。
[0014] 進一步的，其中：K20 :5?10%。
[0015] 進一步的，其中：ΖηΟ :3· 5 ?8%。
[0016] 進一步的，所述光學玻璃抗潮濕大氣作用穩定性RC為1級，抗酸作用穩定性RA為 3級以上。
[0017] 進一步的，所述光學玻璃密度為2. 8g/cm3以下，平均熱膨脹系數α (20?300°C ) 為 100X10_7/°C 以下。
[0018] 進一步的，所述光學玻璃折射率為1. 48?1. 56,阿貝數為55?65。
[0019] 采用上述的光學玻璃制成的玻璃預制件。
[0020] 米用上述的光學玻璃制成的光學兀件。
[0021] 采用上述的光學玻璃制成的光學儀器。
[0022] 本發明的有益效果是：本發明的組分中不加入Pb0、As203和氟化物，并通過合理調 整其他玻璃組分的含量，使光學玻璃化學穩定性優異，得到的環保光學玻璃的密度為2. 8g/ cm3以下，折射率為1. 48?1. 56,阿貝數為55?65,抗潮濕大氣作用穩定性RC (S)為1級， 抗酸作用穩定性RA(S)為3級以上，平均熱膨脹系數α (20?300°C)為100X10_7/°C以 下。
【具體實施方式】
[0023] 下面將描述本發明光學玻璃的各個組分，除非另有說明，各個組分含量的比值是 用重量％表示。
[0024] Si02是重要的玻璃形成體氧化物，在玻璃結構中起骨架作用，是光學玻璃實現光 學常數的基礎，其含量的多少和玻璃的化學穩定性以及融化特性密切相關。在本發明中，當 Si〇2含量不足60 %時，玻璃的化學穩定性會降低；但當其含量超過80 %時，則難以維持玻 璃的光學常數，同時也會顯著提高玻璃的融化溫度。為了得到化學穩定性特別優異的玻璃， 同時兼顧其融化特性，本發明的Si0 2含量為60?80%，優選為65?75%。
[0025] B203也是形成玻璃的氧化物，當其含量超過5%時，玻璃的折射率過低，熔煉過程 中揮發性增大，引起玻璃的光學常數波動且玻璃的化學穩定性變差，為得到具有所期望的 光學常數范圍且具有優異的化學穩定性的光學玻璃，B 203的含量限定為0?3%，優選含量 為0?2%。
[0026] Ti02能提高玻璃的耐水性，降低玻璃比重，但其含量過高會造成玻璃著色。因此 Ti02的含量限定為0?3%，優選含量為0?2%。
[0027] BaO可以調整玻璃的折射率和阿貝數，提高玻璃化學穩定性和熱穩定性，當其含量 超過5 %時，玻璃的阿貝數增加，玻璃的失透傾向增大，因此，BaO的含量優選為0?5 %，優 選為0. 5?3%。
[0028] CaO可提高化學耐久性，降低并維持平均線膨脹系數，同時還可降低玻璃的轉變溫 度，但其含量過多時，液相溫度易上升。因此，CaO的含量限定為5.5?15%，優選含量為 5. 5 ?12%。
[0029] Na20可以有效提高玻璃的熔化性能和調整光學常數，如果此組分的含量小于5%， 則不能充分獲得這些效果，而如果此組分的含量超過15%，則玻璃的化學穩定性顯著變差。 因此，此組分的含量限定為5?15%，優選為8?15%。
[0030] κ20用于調節玻璃的光學常數以及降低玻璃的析晶性能。當其含量低于5%時，無 法達到上述效果；如果含量超過15%，會引起玻璃化學穩定性的惡化。因此，Κ 20含量為5? 15%，優選為5?10%。
[0031] 本發明不加入Li20,通過Na20和Κ20的混合堿效應提高玻璃的化學穩定性，Na 20和 κ20的合計含量限定為10?19%。
[0032] ΖηΟ可提高玻璃的熔融性和化學耐久性，特別是可提高玻璃的耐水性。當ΖηΟ的含 量為10%以下，可顯著改善玻璃的熔融性及透射比，因此，本發明的ΖηΟ含量為0?10%， 優選為3. 5?8%。
[0033] Sb203在本發明中作為澄清劑使用，其含量范圍為0?1%。
[0034] 本發明還可適量添加 Zr02，其能提高玻璃的化學穩定性，降低玻璃的熱膨脹系數。
[0035] 本發明還可適量添加 MgO和SrO這兩種堿土金屬氧化物，其作用與CaO類似，可以 提高玻璃的化學耐久性。
[0036] 下面將描述本發明的光學玻璃的性能。
[0037] 折射率與阿貝數按照《GB/T7962. 1-1987無色光學玻璃測試方法折射率和色散系 數》測試。
[0038] 密度按照《GB/T7962. 20-1987無色光學玻璃測試方法密度測試方法》測試。
[0039] 抗潮濕大氣作用穩定性RC(S)(表面法）：根據對潮濕大氣作用的穩定性分為三 級，其中：
[0040] 1級：在溫度50°C，相對濕度85%的條件下，玻璃拋光表面形成水解斑點的時間超 過 20h ;
[0041] 2級：在溫度50°C，相對濕度85%的條件下，玻璃拋光表面形成水解斑點的時間在 5 ?20h ;
[0042] 3級：在溫度50°C，相對濕度85%的條件下，玻璃拋光表面形成水解斑點的時間不 到5h。
[0043] 抗酸作用穩定性RA(S)(表面法）：根據對酸溶液作用的穩定性分為三級，其中：
[0044] 1級：在0. 1N(當量濃度）、溫度50°C的醋酸溶液作用下，玻璃拋光表面的破壞深 度達135nm的時間超過5h ;
[0045] 2級：在0. IN、溫度50°C的醋酸溶液作用下，玻璃拋光表面的破壞深度達135nm的 時間在1?5h ;
[0046] 3級：在0. IN、溫度50°C的醋酸溶液作用下，玻璃拋光表面的破壞深度達135nm的 時間不到lh。
[0047] 熱膨脹系數α按GB/T7962. 16-2010規定的方法測量溫度為20?300°C的平均 值。
[0048] 經過測試，本發明的光學玻璃具有以下性能：密度為2. 8g/cm3以下，折射率（nd)為 1. 48?1. 56 ;阿貝數（vd)為55?65 ;抗潮濕大氣作用穩定性RC⑶為1級；抗酸作用穩 定性RA⑶為3級以上，優選2級以上，更優選為1級；平均熱膨脹系數α (20?300°C)為 100X1(T7/°C 以下。
[0049] 本發明還提供一種光學預制件和光學元件，由上述光學玻璃按照本領域技術人員 熟知的方法形成，并且所述的光學預制件和光學元件可以應用于數碼照相機、數字攝像機、 照相手機等設備。
[0050] 實施例
[0051] 為了進一步了解本發明的技術方案，下面將描述本發明光學玻璃的實施例，應該 注意到，這些實施例沒有限制本發明的范圍。
[0052] 表1?表3中顯不的實施例1?30是通過按照表1?表3所不各個實施例的比 值稱重并混合光學玻璃用普通原料（如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、和硝酸鹽），將混合原料 放置在坩堝中，在一定的溫度內熔融，并且經熔化、澄清、攪拌和均化后，得到沒有氣泡及不 含未溶解物質的均質熔融玻璃，將此熔融玻璃在模具內鑄型并退火而成。
[0053] 本發明實施例1?30的組成與折射率（nd)、阿貝數（vd)、密度（P )、抗潮濕大氣 作用穩定性RC(S)、抗酸作用穩定性RA(S)、平均熱膨脹系數α的結果一起在表1?表3中 表示。在這些表中，各個組分的組成是用重量百分比表示的。
[0054] 表 1
[0055]
【權利要求】
1. 光學玻璃，其特征在于，其組成按重量百分比包括：Si02 : 60?80%、Ti02 :0?3%、 BaO :0 ?5%、CaO :5· 5 ?15%、B203 :0 ?3%、Sb203 :0 ?1%、Na20 :5 ?15%、K20 :5 ? 15%、ΖηΟ :0 ?10%，但不含有 Li20。
2. 如權利要求1所述的光學玻璃，其特征在于，其組成按重量百分比為：Si02 : 60? 80%、Ti02 :0 ?3%、BaO :0 ?5%、CaO :5· 5 ?15%、B203 :0 ?3%、Sb203 :0 ?l%、Na20 : 5 ?15%、K20 :5 ?15%、ZnO :0 ?10%。
3. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：Na20和K20的 合計量：10?19%。
4. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：Si02 :65? 75%。
5. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：Ti02 :0?2%。
6. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：BaO :0. 5? 3%。
7. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：CaO :5. 5? 12%。
8. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：B203:0?2%。
9. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：Na20 :8? 15%。
10. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：K20 :5? 10%。
11. 如權利要求1?2任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，其中：ZnO :3. 5? 8%。
12. 如權利要求1?11任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，所述光學玻璃的抗 潮濕大氣作用穩定性RC(S)為1級，抗酸作用穩定性RA(S)為3級以上。
13. 如權利要求1?11任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，所述光學玻璃密度 為2. 8g/cm3以下，平均熱膨脹系數α (20?300°C )為100X10_7/°C以下。
14. 如權利要求1?11任一權利要求所述的光學玻璃，其特征在于，所述光學玻璃折射 率為1. 48?1. 56,阿貝數為55?65。
15. 米用權利要求1?14中任一權利要求所述的光學玻璃制成的玻璃預制件。
16. 米用權利要求1?14中任一權利要求所述的光學玻璃制成的光學兀件。
17. 采用權利要求1?14中任一權利要求所述的光學玻璃制成的光學儀器。
【文檔編號】C03C3/078GK104140204SQ201310168237
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月9日 優先權日:2013年5月9日
【發明者】孫偉 申請人:成都光明光電股份有限公司