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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410628374.8 (22)申请日 2014.11.10 C03C 3/12(2006.01) (71)申请人 湖北新华光信息材料有限公司 地址 441057 湖北省襄樊市襄阳市长虹北路 67 号 (72)发明人 赵仲勋 张小东 何蓉 沈义梅 胡向平 (74)专利代理机构 北京林达刘知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11277 代理人 刘新宇 李茂家 (54) 发明名称 光学玻璃 (57) 摘要 本发明涉及一种光学玻璃。本发明提供了一 种适宜批量生产及二次压型的高折射、 高色散透 红外锗镓酸盐光学玻璃。该玻璃含有作为必要成。
2、 分的 GeO2、 Ga2O3、 BaO、 ZrO2、 TiO2和 PbO， 不含钍、 镉、 砷， 折射率 (nd) 在 1.94 1.96 之间， 阿贝数 (d) 在 21 23 之间。本发明的光学玻璃具有 良好的物化性能及透红外光谱的性能， 红外截止 波长大于 5.5m， 紫外截止波长小于 400nm， 主要 用于透红外窗口及光路透镜。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104445930 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104445930 A 1/1 页 。
3、2 1.一种光学玻璃， 其中含有作为必要成分的GeO2、 Ga2O3、 BaO、 ZrO2、 TiO2和PbO， 不含钍、 镉、 砷， 折射率 (nd) 在 1.94 1.96 之间， 阿贝数 (d) 在 21 23 之间 ； 其中， 以质量表示， 包含作为必要成分的 38 43的 GeO2、 2 6的 Ga2O3、 4 8 的BaO、 13的ZrO2、 37的TiO2、 3545的PbO， 含作为任选成分的05Nb2O5、 0 5 (La2O3+Gd2O3+Y2O3)、 和 0 1的 Sb2O3， 上述成分的总含量为 100。 2. 根据权利要求 1 所述的光学玻璃， 其特征在于， 红外透过。
4、波段为 0.4 5.5m， 且在 5 微米处的透过率大于等于 69， 其中采用的测试样片的样片厚度为 2mm。 3. 一种光学元件， 其由权利要求 1 2 任何一项所述的光学玻璃制成。 权 利 要 求 书 CN 104445930 A 2 1/5 页 3 光学玻璃 技术领域 0001 本发明涉及一种高折射、 高色散透红外锗镓酸盐光学玻璃。具体是涉及一种折射 率 (nd) 在 1.94 1.96 之间， 阿贝数 (d) 在 21 23 之间， 在可见及中红外光谱范围内 具有较好的透过性能的锗镓酸盐光学玻璃。 背景技术 0002 常用透可见及中红外波段材料主要包括晶体、 玻璃等， 晶体材料主要包括。
5、 MgF2、 ZnS、 尖晶石、 蓝宝石等晶体， 这些晶体材料虽然红外透过率高， 但加工困难， 尤其是尖晶石、 蓝宝石， 由于其硬度高， 研磨抛光更是困难， 由此造成加工成本高昂， 且不易获得大尺寸元 件制品。此外， 由于其组成单一， 光学指标 ( 如折射率、 色散等 ) 往往是固定的， 不能按照光 学设计要求对光学指标进行调整， 从而限制了这些材料在光路透镜上的应用。玻璃材料主 要包括二类 ： 一是重金属氧化物玻璃， 如锗酸盐、 铝酸盐玻璃等， 二是氟化物玻璃。 这些材料 在航天、 军事及民用领域具有广泛的应用需求。 重金属氧化物玻璃和氟化物玻璃在紫外、 近 红外、 中红外波段都具有较好的透。
6、过性能， 但氟化物玻璃低折射、 低色散， 在析晶性能、 机械 强度、 化学稳定性、 工艺性能等方面较重金属氧化物玻璃差。 重金属氧化物玻璃中成玻璃性 能最好的是锗酸盐玻璃， 锗酸盐玻璃不仅红外区域的透过率高， 具有良好的光学性能、 电绝 缘性能及化学稳定性， 而且折射率可调， 容易与其它透镜进行组合， 成本相对较低、 加工性 能优良， 适合批量生产， 非常适合做中红外光路透镜材料。 0003 专利申请 CN1884166A 中所公开的与本发明属于同类玻璃， 但其组分中含有 10 摩尔以上的 Gd2O3、 10 35摩尔的 GeO2、 30 50摩尔的 MO(M 为 Ba、 Sr、 Ca) 作为。
7、必 要成分， 与本发明所保护的范围不同。 0004 专利申请 CN101164940A 中所公开的与本发明属于同类玻璃， 但其组分中不含 GeO2， 且含有 30 70摩尔 MO(M 为 Ba、 Sr、 Ca) 为必要成分， 与本发明所保护的范围不同。 发明内容 0005 发明要解决的问题 0006 本发明所要解决的技术问题是提供一种高折射、 高色散透红外锗镓酸盐光学玻 璃， 具体是提供一种折射率 (nd) 在 1.94 1.96 之间， 阿贝数 (d) 在 21 23 之间， 在可 见及中红外光谱范围内具有较好的透过性能的锗镓酸盐光学玻璃。 该玻璃的红外透过波段 为 0.4 5.5m， 且在。
8、 5 微米处的透过率大于等于 69 ( 测试样片样片厚度 2mm)， 相对于 晶体材料， 具有高光学质量、 加工性能优良、 成本低廉的特点。 0007 用于解决问题的方案 0008 本发明的技术解决方案是 ： 以 GeO2、 Ga2O3、 BaO、 ZrO2、 TiO2和 PbO 为主要成分的， 不 含钍、 镉、 砷的透红外的锗镓酸盐光学玻璃。 折射率(nd)在1.941.96之间， 阿贝数(d) 在 21 23 之间。以氧化物的质量百分比含量计， 所述光学玻璃包含 ： 38 43的 GeO2、 2 6的 Ga2O3、 4 8的 BaO、 1 3的 ZrO2、 3 7的 TiO2、 35 45。
9、的 PbO， 含作为 说 明 书 CN 104445930 A 3 2/5 页 4 任选成分的 0 5 Nb2O5、 0 5 (La2O3+Gd2O3+Y2O3) 和 0 1的 Sb2O3， 上述成分的总 含量为 100。 0009 本发明所述的光学玻璃， 红外透过波段为0.45.5m， 且在5微米处的透过率大 于等于 69 ( 测试样片的样片厚度 2mm)。 0010 本发明还涉及一种光学元件， 其由上述的光学玻璃制成。 0011 发明的效果 0012 本发明的玻璃红外截止波长大于 5.5m， 在可见到中红外波段透过率高， 成玻璃 性能好， 化学稳定性、 析晶性能足够好， 玻璃价格较低， 容。
10、易实现批量生产， 适合制备红外窗 口及红外光路透镜。 附图说明 0013 图 1 是本发明高折射、 高色散透红外锗镓酸盐玻璃的可见及中红外范围内的透过 光谱， 测试样片厚度为 2mm。 具体实施方式 0014 在本发明制得的高折射、 高色散透红外锗镓酸盐光学玻璃中， 由下面所述的原因 选择上述含量的每种组分。如下所述中， 各组分的含量是以质量百分比 ( 质量 ) 来表示 的。 0015 GeO2在锗镓酸盐玻璃中是玻璃网络生成体， 同时 GeO2还可以提高玻璃的红外透过 性能。 当GeO2含量少于38时， 玻璃的熔化性能和稳定性会变差， 而当其含量大于43时， 玻璃熔炼温度升高， 粘度变大， 红。
11、外截止波长向短波靠近， 折射率降低。 所以， GeO2的含量控 制在 38 43之间， 优选控制在 40 43之间。 0016 Ga2O3在锗镓酸盐玻璃中是玻璃网络中间体， 同时可以使玻璃红外透过向长波移 动， 在本发明中添加可以提高玻璃耐失透、 以及玻璃的红外透过性能。 其含量低于2时， 效 果不明显， 但其量高于 6时， 玻璃的化学稳定性会变差。所以， Ga2O3的含量控制在 2 6之间， 优选控制在 2 4之间。 0017 BaO 在锗镓酸盐玻璃中是玻璃网络外体， 能提高玻璃的熔化性能， 使玻璃化学稳定 性更好， 具有较大的阳离子质量， 有利于提高玻璃的红外透过性能。BaO 的量小于 4。
12、时则 难以较好地实现以上优点， 而其含量大于 8时则会使玻璃的光学性能难以达到设计要求。 所以， BaO 的含量控制在 4 8之间， 优选控制在 5 7之间。 0018 ZrO2具有改善光学常数、 提高耐失透性和化学稳定性的作用， 在锗镓酸盐玻璃中 还可以起到提高折射率和色散的作用。在本发明中为必要组分， 但其含量不足 1时， 效果 不明显， 而当其含量大于 3时， 玻璃的熔炼温度升高， 析晶性能会变差。所以， ZrO2的含量 控制在 1 3之间， 优选控制在 2 3之间。 0019 TiO2可以有效提高玻璃的折射率和色散， 少量引入可以更为灵活的调整折射率和 色散的匹配性， 其含量不足 3时。
13、， 效果不明显， 但若含量大于 7时则会使玻璃着色加深， 影响玻璃可见及红外透过率。所以 TiO2的含量控制在 3 7之间， 优选控制在 4 6之间。 0020 PbO 可以降低玻璃的粘度、 析晶倾向， 具有助熔的性能， 且能显著提高玻璃的折射 说 明 书 CN 104445930 A 4 3/5 页 5 率和色散， 并提高玻璃的红外透过率。 在本发明中， 当其量小于35时， 这种效果不明显， 而 其含量超过 45后， 不利于调节玻璃的光学性能。所以 PbO 的含量控制在 35 45之 间， 优选控制在 38 42之间。 0021 Gd2O3与Y2O3、 La2O3性能一致， 具有较高的折射率。
14、和较低的色散， 并有利于提高红外 透过率， 但在本发明中引入过多时会使玻璃的析晶性能变差， 所以 (La2O3+Gd2O3+Y2O3) 的 含量应控制在 5以下， 优选控制在 0 3之间。 0022 Nb2O5具有提高折射率、 改善化学稳定性和析晶性能的作用。与 TiO2和 PbO 配合使 用， 有利于调节玻璃的折射率和色散的匹配， 但在本发明中引入过多时会使玻璃的析晶性 能变差。所以 Nb2O5的含量控制在 5以下， 优选控制在 0 3之间。 0023 Sb2O3可作为除泡剂任意添加， 但其含量在 1以内就足够了， 而且 Sb2O3若超过 1玻璃着色度将变大， 影响玻璃可见光透过性能。因此 。
15、Sb2O3组分含量限定在 0 1之 间。 0024 为保证本发明的光学玻璃所压制的光学型件具有高的光谱透过率， 本发明提供的 光学玻璃不人为引入除以上组分以外的其它可以着色的元素 ： V、 Mo、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu 和 Ag。同时， 也不人为引入含有以下有害元素的化合物 ： Th、 Cd、 Tl、 Os、 Be、 Se 及氟化物。 0025 实施例 0026 表 1 中实施例 1 12 是本发明用于说明获得折射率 (nd) 在 1.94 1.96 之间， 阿贝数 (d) 在 21 23 之间的高折射、 高色散透红外锗镓酸盐光学玻璃的典型实验。这 些实施例仅为说明性的。
16、， 本发明并不限于这些实施例。 0027 根据下列表 1 中提供的比例计算、 称量、 混合这些原料， 并将制作的配合料投入熔 炼装置中 ( 鉴于本发明的应用要求， 熔炼装置需要采用铂金坩埚、 铂金搅拌器、 除水装置 )， 然后在 1300 1350采取适当的搅拌、 澄清、 除水、 降温工艺进行熔炼后， 浇注或漏注在 成型模具中。最后经退火、 加工等后期处理， 或者通过二次压型技术压制成型， 即可制得这 种高折射、 高色散透红外锗镓酸盐光学玻璃或光学型件。 0028 比较例 0029 根据表2中提供的比例计算、 称量、 混合这些原料， 进行与上述实施例1-12相同的 制备光学玻璃的方法， 得到高。
17、折射、 高色散透红外锗镓酸盐光学玻璃。 0030 性能测试 0031 1、 可见及中红外光谱透过率测试 0032 制作规格为 40152mm( 长 宽 厚 ) 的测试样片， 具有经光学研磨抛光的相 互平行的平面玻璃试样， 采用紫外分光光度计 (UV-3600， 日本岛津仪器有限公司 ) 和傅立 叶红外分光光度计 (NICOLET380， 美国热电公司 ) 测定样片的可见及中红外的光谱透过率。 0033 2、 折射率 nd 和阿贝数 d 的测试 0034 按照 GB/T7962.11-87 标准的测试方法进行测定。 0035 将实施例1-12和比较例A-E所制备得到的光学玻璃按照上述测试方法进行测试， 所得结果示于表 1 和表 2 中。 0036 说 明 书 CN 104445930 A 5 4/5 页 6 0037 表 2 0038 说 明 书 CN 104445930 A 6 5/5 页 7 0039 从表 1、 表 2 的测试结果可以看出， 本发明实施例 1-12 与比较例 A-E 相比， 同时具 备玻璃不易析晶、 中红外光谱波段透过率好的优点。 说 明 书 CN 104445930 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 104445930 A 8 。