一种光学玻璃及光学元件 【技术领域】
本发明涉及玻璃技术领域， 特别涉及一种光学玻璃及光学元件。背景技术 光学玻璃是通过折射、 反射、 透过方式传递光线， 或者通过吸收改变光的强度或者 光谱分布的一中无机态玻璃， 用于制造光学仪器或机械系统中的透镜、 棱镜、 反射镜和窗口 等。光学玻璃透光性能好， 折光率高， 被广泛应用于制造眼镜片、 照相机、 望远镜、 显微镜和 透镜等光学仪器。
光学玻璃的光学性能， 如折射率， 阿贝数和透光率是决定其是否适合用作光学元 件的重要指标。 近年来， 随着数码相机、 数字摄像机、 照相手机等日益流行， 光学玻璃的需求 量日益增多， 尤其是具有折射率 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比达到 80％时， 对应 的波长小于 360nm 的光学玻璃， 市场有很旺盛的需求。
申请号为 03158690.2 的中国专利文献公开了一种无铅的光学玻璃， 此种光学玻 璃的组成如下 ： 43wt％～ 56wt％的 P2O5， 21wt％～ 36wt％的 ZnO， 0 ～ 6wt％的 Al2O3， 0.5 ～ 1.6Na2O， 0 ～ 8wt％的 K2O， 0 ～ 5wt％的 MgO， 0 ～ 5wt％ CaO， 3 ～ 14wt％的 BaO， 3 ～ 14wt％的 B2O3， 0 ～ 7wt％的 La2O3， 碱金属总含量不超过 16wt％。其光学性能如下 ： 折射率为 1.55 ～ 1.6， 阿贝数 54 ～ 63， 相对于期望的光学玻璃， 其阿贝数稍低， 且化学稳定性不佳。
申请号为 200680051694.5 的中国专利文献公开了一种光学玻璃， 其必须含有 P2O5、 ZnO、 BaO 和 Sb2O3， 其光学性能如下 ： 折射率为 1.5 ～ 1.65， 阿贝数为 50 ～ 65， 透光率 达到时 80％， 对应的波长小于 370nm。相对于期望的光学玻璃， 其阿贝数范围过宽， 且着色 度也不满足要求。
上述光学玻璃均无法满足折射率 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比达到 80％时， 对应的波长小于 360nm 的要求， 且化学稳定性均有待提高。
发明内容
本发明解决问题在于提供一种化学稳定性好， 且光学性能满足 ： 折射率 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比达到 80％时， 对应的波长小于 360nm 的光学玻璃。
为了解决上述技术问题， 本发明提供的光学玻璃包括以下成分 ：
25wt％～ 45wt％的 P2O5 ；
30wt％～ 45wt％的 BaO ；
1wt％～ 10wt％的 CaO ；
10wt％～ 20wt％的 B2O3 ；
0wt％～ 10wt％的 Na2O ；
0wt％～ 10wt％的 K2O ；
0wt％～ 15wt％的 SrO ；
0wt％～ 5wt％的 La2O30wt ～ 0.5wt％的 Sb2O3 ； 和 0wt ～ 8wt％的 Nb2O5。 优选的， 所述光学玻璃还包括 ： 0wt％～ 8wt％的 MgO， MgO 的含量大于 0。 优选的， 所述光学玻璃包括 ： 1wt％～ 6wt％的 MgO。 优选的， 所述光学玻璃还包括 ： 0 ～ 8wt％的 Al2O3， Al2O3 的含量大于 0。 优选的， 所述光学玻璃包括 ： 1wt％～ 5wt％的 Al2O3。 优选的， 所述光学玻璃包括 ： 35wt％～ 43wt％的 BaO。 优选的， 所述光学玻璃包括 ： 3wt％～ 9wt％的 CaO。 优选的， 所述光学玻璃包括 ： 28wt％～ 40wt％的 P2O5。 优选的， 所述光学玻璃折射率为 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透优选的， 所述光学玻璃折射率为 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比达到 80％ 时， 对应的波长小于 360nm。
相应的， 本发明还提供一种由所述的光学玻璃形成的光学元件。
本发明还提供一种由上述光学玻璃形成的光学元件。
本发明提供一种光学玻璃， 其是以 P2O5、 B2O3、 BaO 和 CaO 作为必需组分， 其中 P2O5 以磷氧四面体 [PO4] 形成磷酸盐玻璃的结构网络， 并赋予玻璃较高色散系数和透过率， B2O3 作为助熔剂， 同时配合加入 BaO 和 CaO 以提高玻璃的化学稳定性， 并且， BaO 的加入还可增 加玻璃的折射率， CaO 还可提高玻璃的机械强度。此外， 本发明提的光学玻璃不含 Li2O， 以 防止 Li2O 影响玻璃的化学稳定性， 并对玻璃的透过率有提高作用， 同时使用 BaO 替代 ZnO， 一方面降生产成本， 同时有效提升玻璃的化学稳定性 ； 本发明通过控制以上几种必须成分 到合适的比例， 使光学玻璃的光学性能满足折射率 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比 达到 80％时， 对应的波长小于 360nm 的要求。 具体实施方式
为了进一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述， 但是 应当理解， 这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点， 而不是对本发明权利要求的 限制。
本发明实施例公开了一种光学玻璃， 包括以下成分 ：
25wt％～ 45wt％的 P2O5 ；
30wt％～ 45wt％的 BaO ；
1wt％～ 10wt％的 CaO ；
10wt％～ 20wt％的 B2O3 ；
0wt％～ 10wt％的 Na2O ；
0wt％～ 10wt％的 K2O ；0wt％～ 15wt％的 SrO ；
0wt％～ 5wt％的 La2O3
0wt ～ 0.5wt％的 Sb2O3 ；
和 0wt ～ 8wt％的 Nb2O5。
上述组分中， P2O5 以磷氧四面体 [PO4] 形成磷酸盐玻璃的结构网络， 是形成本发 明玻璃的必需组分， P2O5 能提高玻璃的色散系数和透过紫外线的能力。P2O5 的含量控制为 25wt％～ 45wt％， P2O5 含量过高则会降低玻璃的透射性， 难以满足期望的光学性能 ； P2O5 含 量过低， 则会因玻璃化的倾向增强而降低玻璃的稳定性。优选控制 P2O5 的含量为 28wt％～ 40wt％。P2O5 可以以磷酸铝、 磷酸钠、 磷酸二氢铵和磷酸钙等本领域技术人员熟知的方式引 入， 本发明对比并无特别限制。
P2O5 的加入虽然有助于玻璃光学性能的提升， 但是会降低玻璃的化学稳定性， 由此 本发明配合加入 BaO 用于提高玻璃的化学稳定性， 此外， BaO 的加入还可增加玻璃的折射 率。BaO 的含量控制为 30wt％～ 45wt％， BaO 含量若过高则会显著损害玻璃的耐透失性， 并提高玻璃化转变温度 ； 含量过低则使玻璃折射率难以达到 1.57。优选控制 BaO 的含量为 35wt％～ 43wt％。BaO 可以以硫酸钡和碳酸钡等本领域技术人员熟知的方式引入， 本发明 对此并无特别限制。
本发明还同时配合加入 CaO， 用于增强玻璃的化学稳定性和机械强度， 本发明控制 CaO 的含量为 1wt％～ 10wt％， CaO 含量过低则难以赋予玻璃较高的机械强度， 含量过高则 会增加玻璃的结晶倾向， 易使玻璃发脆， 优选控制 CaO 的含量为 3wt％～ 9wt％。 CaO 可以通 过方解石、 石灰石、 白垩、 沉淀碳酸钙等本领域熟知的原料引入。
B2O3 是提高熔融性的必需组分， B2O3 的加入有助于加入玻璃的熔解和澄清， 此外， B2O3 还具有调节玻璃黏度的作用， 使玻璃具有较宽的成形温度范围。B2O3 的含量控制为 10wt ％～ 20wt ％， B2O3 的含量过高， 则会因硼氧三角体的的增多， 反而增加玻璃的膨胀系 数， 发生硼反常现象。优选控制 B2O3 的含量为 12wt％～ 20wt％。
上述组分中， Sb2O3 是用于促进排除玻璃溶解过程中气泡的可添加成分， Sb2O3 的含 量不超过 0.5wt％， 含量过多， 易降低可见光区域的可见光波长区域的透光率。
Nb2O5、 La2O3 和 SrO 是用于提高折射率的可添加成分， 此外， Nb2O5 还可提高玻璃的 化学稳定性， Nb2O5 的含量不超过 8wt％， Nb2O5 含量过多易使玻璃的熔融性显著恶化。La2O3 的加入量不超过 5wt％， La2O3 加入量过多则会使玻璃的液相温度上升， 耐失透性恶化。SrO 的含量过高则会使玻璃的稳定性发生恶化， 为此控制 SrO 的含量不超过 15wt％。
Na2O 是用于降低玻璃的粘度的非必需组分， Na2O 的加入有助使玻璃易于熔解， 但 Na2O 含量过高则会降低玻璃的热稳定性及化学稳定性， 为此， 控制 Na2O 的含量控制为 0wt％～ 10wt％。
在玻璃组分中增加 K2O 组分可降低玻璃的结晶倾向， 本发明中 K2O 作为增加玻璃的 透明度和光泽的非必需组分， 控制玻璃中 K2O 的含量不超过 10wt％， 含量过高则会使降低玻 璃的化学稳定性。
为了提高玻璃的化学稳定性和机械强度， 本发明还优选加入含量不超过 8wt％的 MgO， 同时还有助于提高玻璃的耐水性， MgO 含量超过 8wt％时玻璃的稳定性易遭到破坏， 且 其含量过高也会增加玻璃成本， 优选控制 MgO 的含量为 1wt％～ 6wt％。MgO 可以通过白云石、 菱镁矿等本领域技术人员熟知的原料引入。
本发明还优选加入 Al2O3， 其是用于提高玻璃耐久性的可添加成分， Al2O3 的添加可 提高玻璃黏度和化学稳定性、 机械强度、 硬度以及折射率。Al2O3 含量不超过 8wt％， Al2O3 含 量过高， 不能获得所期望的透光率， 且会提高玻璃的转变温度和屈服点， 玻璃的稳定性和高 温熔解性能发生恶化， Al2O3 的含量优选为 1wt％～ 5wt％。
此外， 本发明提供的光学玻璃中不含 Li2O， 以防止 Li2O 影响玻璃的化学稳定性， 对 玻璃的透过率也有提高作用， 同时使用 BaO 替代 ZnO， 一方面降生产成本， 同时有效提升玻 璃的化学稳定性。
对于本发明提供的光学玻璃的制备方法， 可以按照本领域技术人员熟知的方法制 备， 具体如 ： 将原料进行熔化、 澄清、 均化、 降温成型， 得到光学玻璃， 本发明对此并无特别限 制。
本发明还提供一种由上述技术方案所述的光学玻璃形成的光学元件。 本发明的光 学元件由上述本发明的光学玻璃形成， 因此， 该光学元件具有上述光学玻璃的各种特性。 本 发明的光学元件具有折射率为 1.57 ～ 1.63、 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比达到 80％时， 对应的 波长小于 360nm 的特性。本发明提供的光学元件适用于数码相机、 数码摄像机和照相手机 等。 为了进一步理解本发明， 下面结合实施例对本发明提供的光学玻璃进行描述。
实施例 1
制备如下成分的光学玻璃 ：
P2O5 ： 40wt％， BaO ： 42wt％， CaO ： 8wt％， B2O3 ： 10wt％。
其制备工艺如下 ：
将上述原料按配比混合后加入铂金坩埚内， 在 1000℃～ 1250℃下熔化、 澄清、 均 匀后降温 ；
将熔融玻璃注入预热后的金属铸模内， 然后将金属模放入退火炉内进行退火， 得 到光学玻璃。
对光学玻璃的光学性能参数进行测试， 测试标准如下 ：
折射率 (nd) 值为 (-2 ℃ /h)-(-6 ℃ /h) 的退火值， 折射率与阿贝数按照 《GB/T 7962.1-1987 无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》 测试。
将玻璃制作成 10mm±0.1mm 厚度的样品， 测试玻璃在透射比达到 80％对应的波长 λ80。
上述性能参数测试方法对于以下实施例同样适用。
经测试， 本实施的光学玻璃主要性能参数为 ：
折射率 ： nd ＝ 1.6058
阿贝数 ： vd ＝ 65.25
λ80 ： 354nm
对光学玻璃的化学稳定性进行如下测试 ：
抗潮湿大气作用稳定性 RC(S)( 表面法 )， 测试标准如下 ：
在温度 50℃， 相对湿度 85％的条件下， 测试玻璃抛光表面形成水解斑点的时间， 超过 20h 为达到 1 级。
耐水作用稳定性 Dw( 粉末法 )， 测试标准如下 ：
根据 GB/T17129 的测试方法， 根据下述公式计算浸出百分率 ：
DW ＝ (B-C)/(B-A)×100
式中 ： DW- 玻璃浸出百分数 (％ )
B- 过滤器和试样的质量 (g)
C- 过滤器和侵蚀后试样的质量 (g)
A- 过滤器质量 (g)
根据得出的浸出百分数， 将光学玻璃耐水作用稳定性 DW 分为 6 类， 其中 1 类指标 为： 浸出百分数 (DW) ＜ 0.04。
上述性能参数测试方法对于以下实施例同样适用。
经测试， 本实施的光学玻璃抗潮湿大气作用稳定性 RC(S)( 表面法 ) 达到 1 级， 耐 水作用稳定性 ( 粉末法 ) 达到 1 级。
实施例 2 ～ 13
实施例 2 ～ 13 提供的光学玻璃组分百分比及对应性能如表 1 所示， 制备方法均与 实施例 1 相同。
表 1 实施例 2 ～ 13 提供的光学玻璃组分百分比及对应性能
表 1 实施例 2 ～ 13 提供的光学玻璃组分百分比及对应性能
从上述实施例可以看出， 本发明实施例提供的光学玻璃满足折射率为 1.57 ～ 1.63， 阿贝数为 62 ～ 68， 透射比达到 80％时， 对应的波长小于 360nm， 且抗潮湿大气作用稳 定性及耐水作用稳定性均达到 1 级， 具有优异的化学稳定性。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出， 对 于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以对本发明进行 若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
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