专利名称：模压用高折射低色散光学玻璃的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高折射低色散光学玻璃，以及由该玻璃获得的模压玻璃预制件、光学元件。进一步地，本发明涉及一种具有折射率(nd)大于1.82小于等于1.90、色散系数(vd)为38-45范围的高折射低色散光学玻璃，以及由该玻璃获得的模压玻璃预制件、光学元件。
背景技术：
高折射低色散性光学玻璃在光学设计中被大量应用，特别是光学常数大于1.82小于等于1.90、色散系数(vd)为38-45范围的光学玻璃。但是，通常光学玻璃透光率受折射率影响较大，折射率越高往往透过率会变差，玻璃着色倾向加剧。
另外，精密模压成型玻璃元件时，由于必须在高温环境下进行模压，容易发生铸模的成形面的氧化、腐蚀、或脱模损伤，难以实现低成本批量生产。因此，精密模压成形中使用的玻璃应尽量具有低的转变温度(Tg)，而且模压成型对玻璃的耐酸、耐水等化学稳定性也提出了较高的要求。
对于光学玻璃而言，膨胀系数越高，在压制成型前后的骤热骤冷工程中，玻璃越容易破损，因而膨胀系数大的玻璃也不适合低成本的精密模压成型。
发明内容
本发明所要解决的是提供一种具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系数(vd)为38-45范围光学常数的玻璃，该玻璃透射率优异、玻璃转变温度低、化学稳定性良好，并适于精密模压成形。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是模压用高折射低色散光学玻璃，具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系数为38-45范围的光学常数，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作为必须组分，透射比达到70％时对应的波长在385nm以下。
进一步的，所述玻璃转变温度在620℃以下。
进一步的，所述玻璃转变温度在620℃以下，基于国家标准GB/T17129的测试方法进行的玻璃耐酸性测试结果为1级至2级。
进一步的，所述玻璃转变温度在620℃以下，基于国家标准GB/T17129的测试方法进行的玻璃耐酸性测试结果为1级至2级，所述玻璃的线膨胀系数在80×10-7/K以下。
进一步的，其重量百分比组成为SiO2大于0-8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于5-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
进一步的，其重量百分比组成为SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
进一步的，其重量百分比组成为SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
进一步的，其重量百分比组成为SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
模压用高折射低色散光学玻璃，其重量百分比组成为SiO2大于0小于8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于5-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％，所述光学玻璃的折射率大于1.82小于等于1.90，色散系数为38-45范围。
进一步的，其重量百分比组成为SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
进一步的，其重量百分比组成为SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
进一步的，其重量百分比组成为SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
进一步的，所述光学玻璃的透射比达到70％时对应的波长在385nm以下，玻璃转变温度620℃以下。
进一步的，所述光学玻璃基于国家标准GB/T17129的测试方法进行的耐酸性测试结果为1级至2级，玻璃线膨胀系数80×10-7/K以下。
模压成型用玻璃预制坯材，包含上述的模压用高折射低色散光学玻璃。
光学元件，包含上述的模压用高折射低色散光学玻璃。
光学元件，是通过将上述的模压成型用玻璃预制坯材模压成型而得到的。
本发明的有益效果是通过含有特定量的SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Ta2O3、ZnO，可以得到具有上述光学常数、透射率优异、玻璃转变温度低、化学稳定性良好，并适于精密模压成形的光学玻璃。
具体实施例方式 以下对本发明的玻璃组份进行说明，在没有特别说明的情况下，各组份的含量为以氧化物为基准的重量％。
SiO2成分是形成玻璃的网络生成体氧化物，加入一定量的SiO2可增大玻璃的高温粘度，提高玻璃的耐失透性和化学持久性。但是，如果其量过少，则其效果不充分；而如果其量过多，则玻璃熔融性会变差，气泡消除困难。因此，优选大于0、更优选2％作为下限含有，优选以8％作为上限含有。
B2O3成分对于本发明高折射低色散的镧系玻璃而言，是作为玻璃形成氧化物成分所不可缺少的成分。但是，如果其量过少，则耐失透性不充分；如果其量过多，则玻璃的折射率达不到设计目标。因此，可以优选以5％、更优选8％作为下限含有，优选以20％作为上限含有。
La2O3成分能有效提高玻璃的折射率，不明显降低玻璃的色散系数，也是具有高折射率低色散性的本发明玻璃不可缺少的成分。但是，如果其量过少，上述作用不明显；如果其量过多，则耐失透性变差。因此，优选以25％作为下限含有；优选以45％、更优选40％作为上限含有。
Gd2O3成分也具有提高玻璃的折射率、使其低色散化的效果，适量比例的使用Gd2O3，有助于改善高折射低色散玻璃的耐失透性能。但是，如果其量过少，则上述效果不充分；如果其量过多，则耐失透性变差。因此，优选以3％、更优选5％作为下限含有；优选以18％作为上限含有。
Yb2O3、Y2O3成分同样是对提高玻璃的折射率、增大色散系数有效的可任意添加的成分。可是，当过于大量含有时，使耐失透率性恶化。因此，两者的合计含量上限可优选为10％，更优选为5％，最优选为不足3％。
Ta2O5成分具有提高折射率、改善化学持久性和耐失透性的效果，也是本发明不可缺少的组分。但是，如果其量过少，则效果不充分；如果其量过多，则难以维持上述范围的光学常数。因此，可以优选以大于5％、更优选大于8％、最优选10％作为下限含有，优选以20％、更优选18％作为上限含有。
Nb2O5组分也可以作为提高玻璃折射率、改善化学稳定性和耐失透性效果的任意成分。但是，如果含量过多反而耐失透性恶化，玻璃透过率变差，因此优选范围0-2％。
ZnO成分在本发明中可降低玻璃转变温度，而且可改善玻璃化学持久性。但是，如果其量过多，则玻璃的折射率会降低。因此可以优选以大于10％、更优选12％作为下限含有；上限优选20％，更优选19％。
ZrO2成分是具有调整光学常数、改善化学持久性和耐失透性效果的任意成分。但是，如果其量过多，则玻璃耐失透性会变差，为了容易地得到发明效果，优选含量0-8％。
TiO2组分可调整玻璃光学常数，但是如果含量过多，则玻璃耐失透性变差，因此，优选范围为0-0.5％。
GeO2成分是对提高折射率、提高耐失透性有效的可任意添加的成分，但由于是高价原料，优选不加入。
RO成分(选自MgO、CaO、SrO和BaO成分的1种或1种以上的成分)对于调整光学常数有效。但是，如果其量过多，则玻璃易于析晶，光学常数达不到目标要求。因此，可以优选以5％作为上限含有。
R2O成分(选自Li2O、Na2O和K2O成分的1种或1种以上的成分)可以降低玻璃的转变温度。但是，如果其量过多，则耐失透能力恶化，同时显著降低玻璃的折射率。因此，可以优选以5％作为上限含有。其中Li2O少量含有可有效降低玻璃转变温度且维持平均线膨胀系数不明显增大，玻璃化学稳定性不是显降低，其含量优选以不超过0.5％、更优选含量为0.05-0.4％作为上限含有。
WO3成分具有维持光学常数、改善玻璃析晶的作用，但含量过高会使玻璃透过率降低，可见光区域的短波长区域的光线透射率变差，且析晶性能变坏。因此，可以优选以10％作为上限含有。
另外，Al2O3也可以作为提高玻璃的化学耐久性的目的加入，优选以5％作为上限含有，在玻璃稳定性恶化的场合以不含有为好。
Sb2O3成分可以用于玻璃熔融时的脱泡而任意地添加，但如果其量过多，则可见光区域的短波长区域的透射率变差。因此，可以优选以小于0.2％、更优选0.1％、最优选0.05％作为上限含有。
SnO2也是作为澄清剂使用，但其对玻璃的澄清效果不如Sb2O3，同时当其使用量大时会引起玻璃着色，因此其使用量限定为0-1％，优选不使用。
Lu2O3成分可以通过微量添加至本发明的组成体系中而提高耐失透性，但由于原料昂贵，优选1％含量作为上限含有，更优选不含有。
下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明 折射率与色散系数按照《GB/T7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。
着色度(λ70/λ5)按以下方法确定样品厚度10mm±0.1mm，λ70是玻璃透射比达到70％时对应的波长，以10nm为单位表示。
转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。
按GB/T 17129方法测试玻璃的耐水作用稳定性能DW。
按GB/T17192方法测试的玻璃耐酸作用稳定性能DA。
热膨胀系数α是指一定温度范围内温度升高1℃时玻璃每单位长度的伸长量，按GB/T7962.16-1987规定的方法测量。表1、表2中给出了20-120℃和100-300℃的平均热膨胀系数 本发明的光学玻璃可用作压力成型用玻璃预型材料，或者也可直接将熔融玻璃压力成型。用作玻璃预型材时的制造方法及热成型方法无特别限制，可使用公知的制造方法及成型方法。
另外，还可对本发明光学玻璃制作的玻璃预型材进行压力加工，制造光学元件，或者也可采用直接对熔融、软化的光学玻璃进行压力加工，制造光学元件。
另外，光学元件可用作例如双凸、双凹、平凸、平凹、凹凸透镜等各种透镜、反射镜、棱镜、衍射光栅等。
实施例 以下，对于本发明的实施例进行说明，但本发明并不受这些实施例的限定。
表1-2所示的本发明14个实施例的光学玻璃可以如下制得，即称量氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等通常光学玻璃用原料，达到表1-2所示各实施例组成的比例，混合后投入到铂坩埚中，根据组成产生的熔融性，在1200-1400℃下熔融3-5小时，精炼、搅拌，均质化之后，注入到铸模中缓慢冷却即得。将本发明光学玻璃的14个实施例的组成与这些玻璃的折射率、色散系数、转变温度、耐酸与耐水性能以及热膨胀系数一起表示于表1和表2中，各组分的组成以重量％表示。
表1
表2
由于本发明的14个实施例的光学玻璃均具有上述范围内的光学常数(折射率和色散系数)；透射比达到70％时对应的波长在385nm以下，透过率优异；玻璃转化温度(Tg)均为620℃以下，因此适于粘密模压成形；而且由于粉末法耐水性、粉末法耐酸性达到1-2级，因此化学持久性也优异，能够稳定地生产；膨胀系数达到80×10-7以下，适于模压。
权利要求
1.模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系数为38-45范围的光学常数，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作为必须组分，透射比达到70％时对应的波长在385nm以下。
2.如权利要求1所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述玻璃转变温度在620℃以下。
3.如权利要求1所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述玻璃转变温度在620℃以下，基于国家标准GB/T17129的测试方法进行的玻璃耐酸性测试结果为1级至2级。
4.如权利要求1所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述玻璃转变温度在620℃以下，基于国家标准GB/T17129的测试方法进行的玻璃耐酸性测试结果为1级至2级，所述玻璃的线膨胀系数在80×10-7/K以下。
5.如权利要求1-4任一权利要求所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO2大于0-8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于5-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
6.如权利要求1-4任一权利要求所折述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
7.如权利要求1-4任一权利要求所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
8.如权利要求1-4任一权利要求所所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
9.模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO2大于0小于8％、B2O35-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO大于10-20％、ZrO20-8％、Ta2O5大于5-20％、Li2O+Na2D+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％，所述光学玻璃的折射率大于1.82小于等于1.90，色散系数为38-45范围。
10.如权利要求9所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO2大于0小于8％、B2O38-20％、La2O325-45％、Gd2O33-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-20％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.2％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
11.如权利要求9所述的模压高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O5大于8-18％、Li2O+Na2O+K2O0-5％、Li2O不超过0.5％、WO30-1 0％、Sb2O3不超过0.1％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
12.如权利要求9所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，其重量百分比组成为
SiO22-8％、B2O38-20％、La2O325-40％、Gd2O35-18％、ZnO12-19％、ZrO20-8％、Ta2O510-18％、Li2O0.05-0.4％、WO30-10％、Sb2O3不超过0.05％、Nb2O50-2％、TiO20-0.5％。
13.如权利要求9所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃的透射比达到70％时对应的波长在385nm以下，玻璃转变温度620℃以下。
14.如权利要求13所述的模压用高折射低色散光学玻璃，其特征在于，所述光学玻璃基于国家标准GB/T17129的测试方法进行的耐酸性测试结果为1级至2级，玻璃线膨胀系数80×10-7/K以下。
15.模压成型用玻璃预制坯材，其特征在于，包含权利要求1-4、9-12任一所述的模压用高折射低色散光学玻璃。
16.光学元件，其特征在于，包含权利要求1-4、9 12任一所述的模压用高折射低色散光学玻璃。
17.光学元件，其特征在于，是通过将权利要求15所述的模压成型用玻璃预制坯材模压成型而得到的。
全文摘要
本发明一种具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系数(vd)为38-45范围光学常数的玻璃，该玻璃透射率优异、玻璃转变温度低、化学稳定性良好，并适于精密模压成形。模压用高折射低色散光学玻璃，具有折射率大于1.82小于等于1.90、色散系数为38-45范围的光学常数，含有SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、ZnO、Ta2O5作为必须组分，透射比达到70％时对应的波长在385nm以下。本发明通过含有特定量的SiO2、B2O3、La2O3、Gd2O3、Ta2O3、ZnO，可以得到具有上述光学常数、透射率优异、玻璃转变温度低、化学稳定性良好，并适于精密模压成形的光学玻璃。
文档编号G02B1/00GK101759359SQ20091031223
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者匡波 申请人:成都光明光电股份有限公司