高折射率眼镜光学玻璃 【技术领域】
本发明属于光学玻璃技术领域，具体涉及一种折射率(nd)在1.87～1.93之间，阿贝数(υd)在29～32.5以内，不含有有害组分PbO和As2O3的高折射率眼镜光学玻璃。
背景技术
早期的高折射率眼镜玻璃大都使用折射率为1.70～1.80的眼镜光学玻璃用于眼镜片的制作。在用这种折射率范围内的眼镜光学玻璃制作高屈光度的正(凸)面或负(凹)面镜片时，由于镜片边部或中部的厚度增大而使镜片变重。不仅如此，同时镜片边部的色差也将随之增大，给佩带者带来不便，而且镜片的美观上也存在缺陷。如要减薄高屈光度镜片的厚度，只有使用更高折射率(如折射率nd为1.90左右)的玻璃才能消除存在的缺陷。
在本领域中，迄今在现有技术中所公开的，只有类似折射率的玻璃和可比的玻璃组成也存在较严重的缺陷。例：特开昭53-4023中描述的玻璃使用氧化铪来稳定玻璃，这样不仅原料价格非常昂贵，而且氧化铪的熔点高达3000℃，使熔化过程变得更加困难，不适于生产，同时La2O3、Hf2O3含量高，使镜片重量增大，增加了佩带者的不舒服感。还有特开昭2000-169176中所描述的B2O3-La2O3-Nb2O5-TiO2-CaO这类玻璃，不仅引入了价格昂贵的GeO2，同时还含有害成分As2O3，这将增加了产品的生产成本和对环境造成危害。
【发明内容】
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供用于制作更高屈光度、更小比重的眼镜光学玻璃和/或用于数码产品中透镜技术领域的光学玻璃，具有折射率(nd)在1.87～1.93之间，阿贝数(υd)在29～32.5以内，且不含有害组分PbO和As2O3及重金属氧化物组分BaO、WO3，不含有价格昂贵的GeO2的高折射率眼镜光学玻璃。
为实现上述目的，消除已知类似折射率玻璃的缺陷，本发明经过反复研究，并在试验的结果中发现，在不含价格昂贵的GeO2组分和BaO、WO3等组分的基础上，可采用特定组成范围予以解决。
本发明的技术解决方案是：一种高折射率磷酸盐光学玻璃，其特征是：其组分范围按重量百分比以氧化物计含有：
SiO2 2～10％；
B2O3 10～24％；
Nb2O5 13～27％；
Ta2O5 0～5％；
TiO2 5～15％；
La2O3 15～30％；
Y2O3 0～10％；
Gd2O3 0～10％；
∑(La2O3、Y2O3、Gd2O3) 16％＜X＜40％；
ZrO2 2～9％；
CaO 5～15％；
MgO 0～5％；
SrO 0～7％；
ZnO 0～5％；
∑(MgO、SrO、ZnO) X≤10％；
Li2O 0～4％；
Na2O 0～3％；
K2O 0～3％；
∑(Li2O、Na2O、K2O) X≤6％。
本发明的优选的技术解决方案是：所述的组分范围按重量百分比以氧化物计是：
SiO2 2～8％；
B2O3 12～22％；
Nb2O5 15～25％；
Ta2O5 0～4％；
TiO2 6～13％；
La2O3 15～28％；
Y2O3 0～9％；
Gd2O3 0～9％；
∑(La2O3、Y2O3、Gd2O3) 16％＜X＜35％；
ZrO2 3～8％；
CaO 6～14％；
MgO 0～5％；
SrO 0～6％；
ZnO 0～4％；
∑(MgO、SrO、ZnO) X≤8％；
Li2O 0～4％；
Na2O 0～2％；
K2O 0～2％；
∑(Li2O、Na2O、K2O) X≤4％。
本发明技术解决方案中所述的∑(Li2O、Na2O、K2O)的下限值大于1％。
本发明技术解决方案中所述的∑(MgO、SrO、ZnO)的下限值大于2％。
本发明技术解决方案中所述的组分范围按重量百分比以氧化物计还包括澄清剂Sb2O3，其加入量的上限值为0.5％。
本发明必选组分含有：SiO2、B2O3、Nb2O5、La2O3、TiO2、CaO、ZrO2等，还进一步含有Ta2O5、Y2O3、MgO、ZnO、Li2O等5种及以上，不含有PbO、As2O3等有害氧化物和BaO、WO3等重金属氧化物，具有的光学特性虽与已知光学玻璃相同，但是它们的不同之处在于显示出有更好的耐水性、耐磨性及透过率，有更低比重的特点，同时由于原料和工艺成本的降低而更能显示出低的生产成本和良好的环境适应性。
本发明的光学玻璃可同时满足熔化和抗结晶倾向，具有折射率(nd)在1.87～1.93之间，阿贝数(υd)在29～32.5以内，优选方案具有折射率(nd)在1.88～1.92之间，阿贝数(υd)在29.5～32以内，这类光学玻璃更适于用于眼镜片的制作和数码产品的透镜使用领域。
本发明的光学玻璃源自于环保重镧火石玻璃类，且含有少量但对本发明是主要的而且是必须的Ta2O5、MgO和/或R2O等组分。该类基础玻璃属于硼酸盐玻璃体系。
为获得所需的折射率和阿贝数，本发明的玻璃中B2O3的含量优选至少12％，更优选至少17％。本发明地玻璃最高含量为22％。
本发明的玻璃包含SiO2的含量至少2％，优选至少3％，特别优选至少4％，最高优选为8％。少量SiO2的引入可获得良好的耐磨性和化稳性。然而必须限制SiO2的最高引入量，否则将降低La2O3在基体玻璃中的熔融性，进而也将减弱抗结晶倾向。
本发明的玻璃最重要的必选组分Nb2O5，是获得理想折射率和阿贝数的氧化物。此外，Nb2O5的另一作用是稳定硼酸盐玻璃的基体。该组分在玻璃中的含量至少13％，更优选15％，特别优选20％，最高优选24％。
本发明的玻璃中另一重要的必选组分TiO2含量至少为5％，更优选7％，特别优选10％，最高优选13％。当该成分引入量超过13％，玻璃结晶倾向将趋于强烈，玻璃着色也将加深，同时也降低了玻璃的阿贝数，即导致色散值的提高。相反，该组分低于5％，不能获得所需的折射率和低比重。
本发明玻璃中再一重要的必选组分La2O3(包含Gd2O3、Y2O3)是提高折射率、增大阿贝数的氧化物。已发现La2O3/B2O3比≤3能形成稳定的玻璃。因此La2O3、Y2O3、Gd2O3三种组分总含量最多优选40％，更优选35％或更低。当这些组分的总含量超过40％，难以获得所需的折射率，同时也将增大玻璃的结晶倾向和玻璃比重。
本发明玻璃中的必选组分ZrO2含量最多为9％，当含量超过10％，玻璃熔化变得困难，也难以获得更高折射率。因此为更易得到上述结果，该组分引入量优选8％，更优选7％或更低。相反，该组分优选最少至3％或以上。否则，将增大玻璃结晶倾向。
本发明玻璃中的另一种重要组分CaO是降低结晶倾向、减小比重及减轻玻璃着色的必选组分。该组分含量优选15％，更优选12％，特别优选10％，当含量超过15％，不仅降低折射率，同时玻璃产生分相和化稳性变差。
本发明的玻璃还包括优选MgO、SrO、ZnO三种组分。该组分对减轻结晶倾向和比重是有利的。三者的总含量优选最多为10％，更优选8％或更低。
本发明的玻璃还包括任选的Ta2O5组分。该组分对降低液相线温度有最明显的效果，并提高折射率。但过量引入，将增大玻璃比重，难得上述效果。因此，该组分优选最多为5％，更优选4％。
本发明的玻璃也可加入碱金属氧化物Li2O、Na2O、K2O组分。该组分少量引入有利于改善熔融性和粘性，然而增大引入量将导致折射率降低，同时也将使化稳性变差。因此，可选择性适量加入，引入总量优选最多为4％，更优选3％或更低。
本发明的玻璃优选Sb2O3作为澄清剂，其引入量不超过0.5％。
本发明具有折射率(nd)在1.87～1.93之间，阿贝数(υd)在29～32.5以内，在可见光谱区的透过率为85％，比重(ρ)低于4.1，不含有PbO和As2O3等有害氧化物及BaO、WO3等重金属氧化物的特性，并适于一次成型和二次压型之用的光学玻璃。本发明源自于环保重镧火石玻璃范畴，其特别适用于眼镜的光学玻璃，也可适用于制作数码产品的透镜。
【具体实施方式】
下面将以实施例示例性地描述本发明的光学玻璃。
表1包括在优选组成范围内的5个实施例，这些是对比性实施例，以此将所描述的本发明光学玻璃的不同物化特性进行比较，同时包括2个典型的比较例与之进行对比。
本发明的光学玻璃除不含有PbO和As2O3等有害成分外，还不含有BaO、WO3及价格昂贵的GeO2等成分。
本发明还涉及一种制备本发明光学玻璃的熔炼方法。该方法是将已知形成玻璃的组分以氧化物、硝酸盐和碳酸盐配制成混合料加热至形成熔融体。该熔融体的主要组分含有SiO2、B2O3、Nb2O5、TiO2、ZrO2、CaO等氧化物，其中含有Y2O3、Gd2O3。按本发明作为其它组分还加入Ta2O5、MgO、SrO、ZnO和碱金属氧化物Li2O、Na2O、K2O和微量的澄清剂。
本发明光学玻璃的制备方式：称取各种氧化物，优选硝酸盐、碳酸盐等原料加入微量澄清剂Sb2O3，将其充分混合均匀，该混合料在一种连熔工艺装置中于1300℃下熔化，搅拌、澄清与均化，在适于成型的温度下进行一次压型和/或二次热压，由此可得到本发明的光学玻璃。
表1：ZDW玻璃实施例与比较例(量以重量百分比表示)
从表1的实施例1至实施例5与典型的比较例a、比较例b相比，本发明的玻璃不仅具有所需范围内的折射率和阿贝数，还更具有良好的透过率和更低的比重。特别适于眼镜光学领域使用，也同样适于数码产品的透镜技术领域。ρ表示玻璃比重；LT表示液相温度。
良好的抗结晶倾向和工艺性能，更能适于一次成型和/或二次模压制成不同规格眼镜片和光学元件。
本发明技术解决方案中所述的玻璃比重小于4.1或更低。
本发明的玻璃必须具有低的热成型粘度和低的热压温度的特点，适于在低温状态下成型和热压，以保护模具不在高温状态下使用而被氧化，以达到降低生产成本的目的。
此外，通过熔炼工艺技术，低的结晶倾向可适于一次成型和/或二次热压过程中不产生晶核的形成。同时还必须达到具有更低的比重、高的透过率和良好的耐水性和耐磨性。