功能性光学玻璃及其制备方法和应用与流程

本发明涉及玻璃制备领域，具体为一种功能性光学玻璃及其制备方法和应用。

背景技术：

光学玻璃用做光学系统中的透镜和棱镜，用于像的传递，是光学仪器的核心部分。 近年来在光学系统设计中，人们总会考虑到紫外光对呈像以及使用者的影响。紫外截止功能性光学玻璃在天文望远镜镜头以及紫外防护等领域的应用日趋普遍。

技术实现要素：

本发明的目的提供功能性光学玻璃及其制备方法和应用，该玻璃光学常数稳定，一致性好，色散低，且具有良好的紫外截止功能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种功能性光学玻璃，包含以重量份计的以下组分：B₂O₃ 0.5-1份；CaO 5-7份；SiO₂ 69-72份；ZnO 2-4份；K₂O 5-8份；BaO 1-5份；Al₂O₃ 0.5-1.5份；Na₂O 5-10份；CeO₂ 1-3份；Sb₂O₃ 0.1-0.4份。

优选的方案中，B₂O₃ 0.7份；CaO 6.54份；SiO₂ 70.96份；ZnO3份；K₂O 7.2份；BaO 2.1份；Al₂O₃ 0.8份；Na₂O 8.7份；CeO₂ 2.2份；Sb₂O₃ 0.3份。

进一步地，所述的B₂O₃以硼酸形式引入；CaO以碳酸钙的形式引入；Na₂O以碳酸钠的形式引入。

进一步地，所述的BaO以硝酸盐Ba（NO₃）₂形式引入。由于硝酸钡高温分解释放出氧气、一氧化氮和二氧化氮，起到高温澄清作用；同时能提高光学玻璃的折射率和光泽度。

进一步地，该玻璃的配方中Ba（NO₃）₂的加入量为Sb₂O₃的6～10倍。加入硝酸钡的目的是调整玻璃中的氧气含量，因硝酸钡高温分解时释放出氧气，配合澄清剂Sb₂O₃有帮助澄清的作用。

进一步地，CeO₂在该玻璃原料配方中的重量含量小于等于3%。

制备所述玻璃的方法，其特征在于：

按配比称取各原料，混合均匀，然后加入电气混合生产线熔化，澄清，均化，采用流料方式成型，退火后即得所述功能性光学玻璃。

本发明还涉及所述的功能性光学玻璃在紫外截止方面的应用。

SiO₂是玻璃形成氧化物，以硅-氧四面体的结构组元形成不规则的连续网络，成为玻璃的骨架。玻璃中的SiO₂能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、耐热性、硬度、机械强度。

B₂O₃也是玻璃的形成氧化物，以硼-氧四面体为结构组元，与硅-氧四面体共同组成结构网络。玻璃中引入B₂O₃能降低玻璃的热膨胀系数，提高玻璃的热稳定性、化学稳定性，提高玻璃的机械性能。

CaO作为网络外体在玻璃中的组要作用是稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度。

Al₂O₃能改善玻璃热稳定性和化学稳定性，增加玻璃弹性和硬度，提高机械强度，降低玻璃折射率和色散。

Na₂O既是玻璃成分，又是重要的助熔剂，当其与K₂O两者浓度达到某一值时将出现混合碱效应，有助于改善玻璃化学稳定性、热稳定性、粘度等。

CeO₂一方面作为澄清剂，另一方面使玻璃具有耐辐射性能，在辐射作用下Ce⁴⁺离子能吸收能量转变为Ce³⁺，而此过程的吸收位于紫外波段，故能使得玻璃具有紫外截止功能。

该功能性光学玻璃配方中由于SiO₂含量较高，需要引入B₂O₃、BaO、Na₂O、K₂O等作为助熔剂以降低熔炼温度，同时引入CeO₂来使玻璃具有紫外截止功能。而SiO₂的含量的提高使得制备出的光学玻璃具有较低的色散和膨胀系数。

按照GB/T7962.1-2010的方法测试，该光学玻璃的折射率为1.52237±50×10^-5，色散为0.00886±4×10^-5，阿贝数为58.96±0.29。按照GB/T7962.16-2010的方法测试，该光学玻璃的转变温度559-569℃；驰垂温度628-638℃；退火温度519-524℃；膨胀系数α_20℃/300℃（10^-7/K）为96。

采用上述配方制成的玻璃，按照GB/T7962.8-2010的方法检测，其气泡级别达到GB/T903-87标准规定的A00；按照GB/T7962.9-2010的方法测试，其光吸收系数达到GB/T903-87标准规定的0级；按照GB/T7962.2-2010的方法测试，其光学均匀性达到GB/T903-87标准规定的1级；按照GB/T7962.19-2010的方法测试，其相对研磨硬度FA为138。

本发明提供的光学玻璃，其光学常数均能符合GB/903-87的要求。

附图说明

图1是实施例3的透光率曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求书所限定的范围。

本发明列举了3个实施例，具体原料见表1，其中单位为g，制得的光学玻璃的各参数也见表1。

表1

其中，B₂O₃以硼酸（H₃BO₃）形式引入；CaO以碳酸钙（CaCO₃）的形式引入；Na₂O以碳酸钠的形式引入；BaO以硝酸盐Ba（NO₃）₂形式引入，且光学玻璃的配方中Ba（NO₃）₂的加入量为Sb₂O₃的6～10倍。

制备所述的光学玻璃的方法，用精度1g的电子秤称取H₃BO₃、Al(OH)₃、和Sb₂O₃ ；用精度20g的电子秤先称取SiO₂，再依次称取其他原料；用V形混料机将各组分原料混合均匀后，加入电气混合生产线熔化，澄清，均化，采用流料方式成型，退火后即得所述光学玻璃。

采用上述实施例中的配方制备的光学玻璃符合相关参数要求。如图1所示，实施例 3制得的功能性玻璃，其紫外截止波长为λ=320nm，在425nm以后透过率达到90%以上。