光學(xué)玻璃的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種精密壓型用光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為：SiO2：0.1～10%、B2O3：9～20%、La2O3：20～35%、ZrO2：1～8%、ZnO：5～20%、Ta2O5：1～10%、Gd2O3：5～15%、TiO2：0～2%、Y2O3：1～10%、WO3：1～12%、Li2O：0～3%、Sb2O3：0～1%。本發(fā)明的光學(xué)玻璃密度為5.0g/cm3以下，折射率為1.80～1.85，阿貝數(shù)為40～45，轉(zhuǎn)變溫度為600℃以下，透射比達(dá)到80%時(shí)對應(yīng)的波長λ80為415nm以下，析晶上限溫度在1110℃以下，適于精密壓型用。
【專利說明】光學(xué)玻璃
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃，尤其是涉及一種折射率(nd)為1.80~1.85，阿貝數(shù)(vd)為40~45的精密壓型用光學(xué)玻璃，以及由該光學(xué)玻璃構(gòu)成的預(yù)制件和光學(xué)元件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著光電行業(yè)的發(fā)展，對光學(xué)設(shè)備提出了小型化、輕量化、高性能化的要求，為了減少構(gòu)成光學(xué)設(shè)備中光學(xué)系統(tǒng)的透鏡數(shù)量，在光學(xué)設(shè)計(jì)中越來越多的使用非球面透鏡。非球面透鏡的制造現(xiàn)在廣泛采用精密模壓成型。所謂精密模壓成型，就是在一定的溫度、壓力下，用具有預(yù)定產(chǎn)品形狀的高精密模具模壓玻璃預(yù)制件，從而獲得具有終產(chǎn)品形狀并具有光學(xué)功能面的玻璃制品。采用精密模壓技術(shù)制造的非球面透鏡通常不用再進(jìn)行研磨拋光，從而降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。
[0003]在進(jìn)行精密模壓成型時(shí)，為了將高精密的模面復(fù)制在玻璃成型品上，需要在高溫下(通常在玻璃軟化點(diǎn)溫度以上15~40°C)加壓成型玻璃預(yù)制體，這時(shí)成型模暴露在高溫中且被施以較高的壓力，即使處于保護(hù)氣氛中，壓型模具表面模層依然容易被氧化侵蝕。精密模壓成型中，高精密模具是主要的成本來源，模具使用達(dá)不到一定的使用次數(shù)，就不能實(shí)現(xiàn)低成本高產(chǎn)率的目的。為了延長模具的使用壽命，減少高溫環(huán)境對成型模具的損傷，則需要盡可能的降低壓型溫度。因此，要求玻璃材料的轉(zhuǎn)變溫度(Tg)盡可能的低。
[0004]現(xiàn)代攝像光學(xué)系統(tǒng)中，色差校正是通過組合高色散透鏡和低色散透鏡的方式進(jìn)行的。近年來，不論是高色散透鏡還是低色散透鏡，在能夠進(jìn)行像差校正的范圍內(nèi)，均使用折射率更高的光學(xué)玻璃，這就使得高折射低色散光學(xué)玻璃在光學(xué)玻璃領(lǐng)域越來越重要。
[0005]US20030032542公開了一種光學(xué)玻璃，其折射率在1.80以上，阿貝數(shù)在40左右，但玻璃的轉(zhuǎn)變溫度在650°C以上，`不適合做精密模壓材料。US5288669公開了一種折射率大于
1.88、阿貝數(shù)大于29的光學(xué)玻璃，該玻璃的缺陷是玻璃的粘度小，玻璃易失透。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供了一種精密壓型用光學(xué)玻璃，該光學(xué)玻璃的密度(P )為5.0g/cm3以下，折射率(nd)為1.80~1.85，阿貝數(shù)(vd)為40~45，轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為600°C以下，透射比達(dá)到80%時(shí)對應(yīng)的波長λ 8。為415nm以下，析晶上限溫度在1110°C 以下。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:光學(xué)玻璃，含有:Si02、B2O3> La203、Zr02、Zn0、Ta205、Gd2O3、Y2O3 和 WO3 組分，密度為 5.0g/cm3 以下，折射率為 1.80 ~1.85，阿貝數(shù)為40~45，轉(zhuǎn)變溫度為600°C以下，透射比達(dá)到80%時(shí)對應(yīng)的波長λ 8(|為415nm以下，析晶上限溫度在1110°C以下。
[0008]進(jìn)一步的，其重量百分比組成為:Si02:0.1~10%、B203:9~20%,La2O3:20~35%、ZrO2:1 ~8%、ZnO:5 ~20%、Ta2O5:1 ~10%、Gd2O3:5 ~15%、TiO2:0 ~2%、Y2O3:1 ~10%、WO3:1 ~12%、Li2O:0 ~3%、Sb2O3:0 ~1%。[0009]進(jìn)一步的，其中=SiO2:3~7%。
[0010]進(jìn)一步的，其中=B2O3:14 ~18%、La2O3:27 ~32%。
[0011]進(jìn)一步的，其中=ZrO2:2~6%。
[0012]進(jìn)一步的，其中:ZnO:12 ~17%。
[0013]進(jìn)一步的，其中=Ta2O5:2 ~7%。
[0014]進(jìn)一步的，其中=La2O3:27~32%、Gd2O3大于10%但小于15%。
[0015]進(jìn)一步的，其中:Ti02:0.2 ~0.5%。
[0016]進(jìn)一步的，其中=Y2O3:4~8%。
[0017]進(jìn)一步的，其中:W03:4~7%。
[0018]進(jìn)一步的，其中=Li2O:0.1 ~1%。
[0019]光學(xué)玻璃，其重量百分比組成為:Si02:0.1~10%、B203:9~20%,La2O3:20~35%、ZrO2:1 ~8%、ZnO:5 ~20%、Ta2O5:1 ~10%、Gd2O3:5 ~15%、TiO2:0 ~2%、Y2O3:1 ~10%、WO3:1 ~12%、Li2O:0 ~3%、Sb2O3:0 ~1%。
[0020]進(jìn)一步的，其中=SiO2:3~7%。
[0021]進(jìn)一步的，其中=B2O3:14 ~18%、La2O3:27 ~32%。
[0022]進(jìn)一步的，其中=ZrO2:2~6%。
[0023]進(jìn)一步的，其中:ZnO:12 ~17%。
[0024]進(jìn)一步的，其中=Ta2O5:2 ~7%。
[0025]進(jìn)一步的，其中:La203:27~32%、Gd2O3大于10%但小于15%。
[0026]進(jìn)一步的，其中=TiO2:0.2 ~0.5%。
[0027]進(jìn)一步的，其中:Y203:4~8%。
[0028]進(jìn)一步的，其中:W03:4~7%。
[0029]進(jìn)一步的，其中=Li2O:0.1 ~1%。
[0030]采用上述的光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
[0031]米用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)兀件。
[0032]采用上述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:采用少量的Gd203、Y2O3以及適量的WO3，使得本發(fā)明的光學(xué)玻璃具有較低的密度和優(yōu)異的耐失透性能。本發(fā)明的光學(xué)玻璃密度(P )為5.0g/cm3以下，折射率(nd)為1.80~1.85，阿貝數(shù)(vd)為40~45，轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為600°C以下，透射比達(dá)到80%時(shí)對應(yīng)的波長λ 8Q為415nm以下，析晶上限溫度在1110°C以下，適于精密壓型用。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的各個(gè)組分，除非另有說明，各個(gè)組分含量的比值是
用重量％表示。
[0035]SiO2是重要的玻璃形成體氧化物，以硅氧四面體的結(jié)構(gòu)單元形成不規(guī)則的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，是形成光學(xué)玻璃的骨架。SiO2具有維持玻璃抗失透性的作用。當(dāng)SiO2的含量超過10%時(shí)，光學(xué)玻璃的可熔性降低， 軟化溫度升高。因此，SiO2的含量限定為0.1~10%，優(yōu)選為
3 ~7%。
[0036]B2O3也是玻璃網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物，尤其是在高折射、低色散的鑭系光學(xué)玻璃中，B2O3是得到穩(wěn)定玻璃的主要組分。當(dāng)B2O3含量低于9%時(shí)，難以獲得性質(zhì)穩(wěn)定的玻璃，耐失透性能不理想；但當(dāng)B2O3含量高于20%時(shí)，玻璃的折射率達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性會(huì)降低。因此，將B2O3的含量限定為9~20%，更優(yōu)選含量是14~18%。
[0037]La2O3是高折射、低色散光學(xué)玻璃的主要成分，可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散，在本發(fā)明配方體系中，B2O3與La2O3的組合存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，并提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)La2O3的含量低于20%時(shí)，不能獲得以上的效果；但當(dāng)其含量超過35%時(shí)，玻璃的析晶性能惡化，故將其含量限定為20~35%，更優(yōu)選的含量為27 ~32%。
[0038]ZrO2能提高光學(xué)玻璃的粘度、硬度、彈性、折射率和化學(xué)穩(wěn)定性，并可以降低玻璃的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)ZrO2的含量超過8%時(shí)，將出現(xiàn)析晶現(xiàn)象，并且降低玻璃的抗失透性。ZrO2的含量為I~8%,優(yōu)選含量為2~6%。
[0039]ZnO是形成低熔點(diǎn)光學(xué)玻璃的重要組分，可以降低玻璃的熱膨脹系數(shù)，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和折射率。當(dāng)ZnO的含量大于20%時(shí)，光學(xué)玻璃的失透性增加，色散明顯增大；當(dāng)ZnO的含量小于5%時(shí)，光學(xué)玻璃的轉(zhuǎn)變溫度升高。因此，ZnO的含量優(yōu)選為5~20%，更優(yōu)選為12~17%。
[0040]Ta2O5可以有效提高玻璃折射率、化學(xué)穩(wěn)定性和抗失透性。但當(dāng)其含量過少，則效果不充分；含量過多，則難以維持本發(fā)明的光學(xué)常數(shù)。因此Ta2O5的優(yōu)選范圍是I~10%，從成本考慮，更優(yōu)選含量為2~7%。
[0041]Gd2O3可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。用一定量的Gd2O3與La2O3混熔，可以提高玻璃的耐失透性能。但當(dāng)Gd2O3含量低 于5%時(shí)，效果不明顯；當(dāng)含量高于15%時(shí)，反而會(huì)使得玻璃的耐失透性能惡化，因此，將Gd2O3的含量限定為5~15%，更優(yōu)選的含量為大于10%但小于15%。
[0042]Y2O3是高折射率低色散組分，但其在玻璃中要明顯提高玻璃的轉(zhuǎn)變溫度，并且易使玻璃的析晶上限溫度升高。作為稀土氧化物原料，Y2O3> La203、Gd2O3的價(jià)格比大致為1:1:
3.5，為降低本發(fā)明玻璃的原料成本，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，通過使用一定量的Y2O3替代Gd2O3,并且當(dāng)Y203、Gd203、La2O3的重量百分比比例為1: (1.5~2.5): (5~6)時(shí)，特別是當(dāng)Y203、Gd2O3、La2O3的重量百分比比例為1:2:6左右時(shí)，可以更好地達(dá)到在滿足低成本的同時(shí)，不明顯提高玻璃轉(zhuǎn)變溫度和析晶上限溫度并滿足精密模壓需求的效果。因此Y2O3的優(yōu)選含量為I~10%，更優(yōu)選含量為4~8%。
[0043]TiO2對于提高玻璃的折射率很有效，本發(fā)明使用一定量的TiO2，兼有防止玻璃曝曬變色的效果，但是其含量高會(huì)造成玻璃著色，使玻璃的失透傾向顯著增加，因此，TiO2含量限定為O~2%，優(yōu)選為0.2~0.5%。
[0044]WO3在玻璃中的主要作用是維持光學(xué)常數(shù)，改善玻璃析晶，但其含量過高，會(huì)使玻璃透過率降低，著色度增大，且析晶性能變壞。所以，WO3的優(yōu)選含量是I~12%，更優(yōu)選含
量是4~7%。
[0045]Li2O可以有效降低玻璃轉(zhuǎn)變溫度以及玻璃生產(chǎn)時(shí)的熔融溫度，但含量過高時(shí)，又會(huì)使玻璃的耐失透性惡化，光學(xué)常數(shù)難以達(dá)到目標(biāo)，所以Li 20的優(yōu)選含量是O~3%，更優(yōu)選含量為0.1~1%。
[0046]可選地，在玻璃熔融過程中可以加入Sb2O3作為玻璃的澄清劑，含量一般為O~1%，含量過高則會(huì)極大地?fù)p壞鉬金器皿。
[0047]下面描述本發(fā)明光學(xué)玻璃的性能。
[0048]其中折射率(nd)值為(_2°C /h)- (-6°C /h)的退火值，折射率與阿貝數(shù)按照《GB/T 7962.1一 1987無色光學(xué)玻璃測試方法折射率和色散系數(shù)》測試。
[0049]轉(zhuǎn)變溫度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987無色光學(xué)玻璃測試方法線膨脹系數(shù)、轉(zhuǎn)變溫度和弛垂溫度》測試，即:被測樣品在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度每升高1°C，在被測樣品的膨脹曲線上，將低溫區(qū)域和高溫區(qū)域直線部分延伸相交，其交點(diǎn)所對應(yīng)的溫度。
[0050]密度按照按《GB/T 7962.20-1987無色光學(xué)玻璃測試方法密度測試方法》測試。
[0051]將玻璃制作成10mm±0.1mm厚度的樣品，測試玻璃在透射比達(dá)到80%對應(yīng)的波長
入80。
[0052]采用梯溫爐法測定玻璃的析晶性能，將玻璃制成180*10*10mm的樣品，側(cè)面拋光，放入帶有溫度梯度的爐內(nèi)保溫4小時(shí)后取出，在顯微鏡下觀察玻璃析晶情況，玻璃出現(xiàn)晶體對應(yīng)的最高溫度即為玻璃的析晶上限溫度。玻璃的析晶上限溫度越低，則玻璃在高溫時(shí)穩(wěn)定性越強(qiáng)，生產(chǎn)的工藝性能越好。
[0053]經(jīng)過測試，本發(fā)明提供的光學(xué)玻璃具有以下性能:密度(P )為5.0g/cm3以下，折射率(nd)為1.80~1.85，阿貝數(shù)(vd)為40~45，轉(zhuǎn)變溫度(Tg)為600°C以下，透射比達(dá)到80%時(shí)對應(yīng)的波長λ 8。為415nm以下，析晶上限溫度在1110°C以下。
[0054]實(shí)施例
[0055]下面將描述本發(fā)明精密模壓光學(xué)玻璃的實(shí)施例。應(yīng)該注意到，這些實(shí)施例沒有限制本發(fā)明的范圍。
[0056]表1~3中顯不的光學(xué)玻璃(實(shí)施例1~30)是通過按照表1~3所不各個(gè)實(shí)施例的比值稱重并混合光學(xué)玻璃用普通原料(如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽和氟化物)，將混合原料放置在鉬金坩堝中，在1100~1300°C的溫度內(nèi)熔融，并且在經(jīng)熔化、澄清和均化后，得到?jīng)]有氣泡及不含未溶解物質(zhì)的均質(zhì)熔融玻璃，將此熔融玻璃在模具內(nèi)鑄型并退火而成。
[0057]本發(fā)明實(shí)施例1~30的組成、折射率(nd)、阿貝數(shù)(vd)、玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)的結(jié)果一起在表1~3中表示。在這些表中，各個(gè)組分的組成是用重量％表示的。
[0058]表1
[0059]
【權(quán)利要求】
1.光學(xué)玻璃，其特征在于，含有:Si02、B2O3>La203、ZrO2, ZnO, Ta2O5' Gd2O3> Y2O3 和 WO3 組分，密度為5.0g/cm3以下，折射率為1.80~1.85，阿貝數(shù)為40~45，轉(zhuǎn)變溫度為600°C以下，透射比達(dá)到80%時(shí)對應(yīng)的波長λ8。為415nm以下，析晶上限溫度在1110°C以下。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為=SiO2:0.1~10%、B2O3:9 ~20%>La2O3:20 ~35%>ZrO2:1 ~8%、ZnO:5 ~20%>Ta2O5:I ~10%^Gd2O3:5 ~15%、TiO2:0 ~2%、Y2O3:1 ~10%、WO3:1 ~12%、Li2O:0 ~3%、Sb2O3:0 ~1%。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=SiO2:3~7%。
4.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=B2O3:14~18%、La203:27~32%。
5.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=ZrO2:2~6%。
6.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:ZnO:12~17%。
7.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Ta2O5:2~7%。
8.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=La2O3:27~32%、Gd2O3大于10%但小于15%。
9.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=TiO2:0.2~0.5%。
10.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Y2O3:4~8%。
11.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=WO3:4~7%。
12.如權(quán)利要求2所述的`光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Li2O:0.1~1%。
13.光學(xué)玻璃，其特征在于，其重量百分比組成為:Si02:0.1~10%、B2O3:9~20%、La2O3:20 ~35%,ZrO2:1 ~8%,ZnO:5 ~20%,Ta2O5:1 ~10%,Gd2O3:5 ~15%,TiO2:0 ~2%、Y2O3:1 ~10%、WO3:1 ~12%、Li2O:0 ~3%、Sb2O3:0 ~1%。
14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=SiO2:3~7%。
15.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=B2O3:14~18%、La2O3:27~32%。
16.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=ZrO2:2~6%。
17.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中:ZnO:12~17%。
18.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Ta2O5:2~7%。
19.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=La2O3:27~32%、Gd203大于10%但小于15%。
20.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=TiO2:0.2~0.5%。
21.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Y2O3:4~8%。
22.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=WO3:4~7%。
23.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)玻璃，其特征在于，其中=Li2O:0.1~1%。
24.采用權(quán)利要求1~23中任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的玻璃預(yù)制件。
25.米用權(quán)利要求1~23任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)兀件。
26.米用權(quán)利要求1~23任一權(quán)利要求所述的光學(xué)玻璃制成的光學(xué)儀器。
【文檔編號】C03C3/068GK103771706SQ201210398883
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司