精密模壓用光學玻璃、玻璃預制件、光學元件及光學儀器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種高折射、低色散的精密模壓用光學玻璃,以及由該光學玻璃構成的預制件、光學元件和光學儀器。精密模壓用光學玻璃,其重量百分比組成含有:SiO2?1~10%、B2O3?10~25%、La2O3?15~35%、Gd2O3?10~35%、ZnO1~20%,LaF3、GdF3和YF3中的至少一種,其折射率為1.75~1.82,阿貝數為45~52。本發明采取與稀土元素結合的方式引入F-,可以達到本發明所要求的低色散性能,同時提高玻璃的均勻性和一致性;通過合理設計Li2O、ZnO、F的組合比例,可以有效提升本發明玻璃的穩定性,提高玻璃的質量水平,降低本發明玻璃的轉變溫度,以利于模壓成型。
【專利說明】精密模壓用光學玻璃、玻璃預制件、光學元件及光學儀器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學玻璃,特別是涉及一種折射率為1.75~1.82、阿貝數為45~52的精密模壓用光學玻璃,以及由該光學玻璃構成的預制件、光學兀件和光學儀器。
【背景技術】
[0002]近年來,各類光電產品日益追求小型化、高性能多功能化,這就要求光學系統中使用的透鏡等光學元件也要求小型化、輕量化。由于使用非球面元件能很好的消除球差,減少光學元件的數量,因此在光學設計中,使用非球面元件已成為主流。
[0003]在非球面成型中,常用的方法是精密模壓成型。所謂精密模壓成型,就是在一定的溫度、壓力下,用具有預定產品形狀的高精密模具模壓玻璃預制件,從而獲得具有最終產品形狀并具有光學功能面的玻璃制品。采用精密模壓技術制造的非球面透鏡通常不用再進行研磨拋光,從而降低了成本,提高了產率。在進行精密模壓成型時,為了將高精密的模面復制在玻璃成型品上,需要在高溫下加壓成型玻璃預制體,這時成型模暴露在高溫中且被施以較高的壓力,即使處于保護氣氛中,壓型模具表面`模層依然容易被氧化侵蝕。精密模壓成型中,如果頻繁的更換價格不菲的高精度模具,就不能實現低成本高產率的目的。為了延長模具的使用壽命,減少高溫環境對成型模具的損傷,則需要盡可能的降低壓型溫度。因此,開發具有盡可能低的轉變溫度(Tg)的光學玻璃就成了光學材料開發人員的目標。
[0004]綜上所述,在光學玻璃行業中,從光學設計的有用性的觀點看,非常需要具有高折射率和具有低色散、低轉變溫度的適于精密模壓成型的光學玻璃。
[0005]日本專利申請特許公開2002-128539公開了一種高折射、低色散的光學玻璃,由于玻璃中不含或者只含少量的ZnO或者F等能有效降低玻璃化轉變溫度的組分,因此這種玻璃的玻璃化轉變溫度(Tg)高,不適合用作模壓成型。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種高折射、低色散的精密模壓用光學玻璃,以及由該光學玻璃構成的預制件、光學元件和光學儀器。
[0007]本發明解決技術問題所采用的技術方案是:精密模壓用光學玻璃,其重量百分比組成含有:Si02 I ~10%、B2O3 10 ~25%、La2O3 15 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、ZnO I ~20%,LaF3> GdF3和YF3中的至少一種,其折射率為1.75~1.82,阿貝數為45~52。
[0008]進一步的,其重量百分比組成為:SiO2 I~10%、B2O3 10~25%、La2O3 15~35%、Gd2O3 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
[0009]進一步的,其中=SiO2 4~10%。
[0010]進一步的,其中=La2O320 ~30%、Gd2O3 15 ~30%。
[0011]進一步的,其中=B2O312 ~22%。
[0012]進一步的,其中:Ta205I ~5%、ZrO2 I ~5%。[0013]進一步的,其中=LaF3 5~13%。
[0014]進一步的,其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
[0015]進一步的,其中:YF3 3~8%。
[0016]進一步的,其中:ZnO 3~12%。
[0017]進一步的,其中=Li2O0.5 ~3%。
[0018]進一步的,其中:(Li2CHZnO)/F-為0.5 ~4。
[0019]精密模壓用光學玻璃,其重量百分比組成為=SiO2 I~10%、B2O3 10~25%、La2O315 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnOI ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
[0020]進一步的,其中=SiO2 4~10%。
[0021]進一步的,其中=La2O320 ~30%、Gd2O3 15 ~30%。
[0022]進一步的,其中:B20312 ~22%。
[0023]進一步的,其中:Ta2O5I ~5%、ZrO2 I ~5%。
[0024]進一步的,其中=LaF3 5~13%。
[0025]進一步的,其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
[0026]進一步的,其中:YF3 3~8%。
[0027]進一步的,其中:ZnO 3~12%。
[0028]進一步的,其中=Li2O0.5 ~3%。
[0029]進一步的,其中:(Li2CHZnO)/F-為0.5 ~4。
[0030]進一步的,所述玻璃的轉變溫度為590°C以下。
[0031]采用上述的精密模壓用光學玻璃制成的玻璃預制件。
[0032]采用上述的精密模壓用光學玻璃制成的光學元件。
[0033]采用上述的精密模壓用光學玻璃制成的光學儀器。
[0034]本發明的有益效果是:采取與稀土元素結合的方式引入F_,可以達到本發明所要求的低色散性能,同時提高玻璃的均勻性和一致性;通過合理設計Li20、ZnO、F_的組合比例,可以有效提升本發明玻璃的穩定性,提高玻璃的質量水平,降低本發明玻璃的轉變溫度,以利于模壓成型。本發明通過合理的組分設計,可以得到一種折射率為1.75~1.82、阿貝數為45~52、玻璃的轉變溫度為590°C以下、密度為5.2以下且化學穩定性Dw達到I級的精密模壓用光學玻璃。
【具體實施方式】
[0035]下面將描述本發明光學玻璃的各個組分,除非另有說明,各個組分含量的比值是
用重量%表示。
[0036]SiO2是形成玻璃的網絡生成體氧化物,加入一定量的SiO2可增大玻璃的高溫粘度,提高玻璃的耐失透性能。當其含量低于1%時,效果不充分;當其含量高于10%時,玻璃的熔融性變差,氣泡難以消除。因此,SiO2的含量限定為I~10%,更優選含量為4~10%,最優選含量是6~9%。
[0037]B2O3也是玻璃網絡生成體氧化物,尤其是在高折射、低色散的鑭系光學玻璃中,B2O3是得到穩定玻璃的主要組分。當B2O3含量低于10%時,難以獲得性質穩定的玻璃,耐失透性能不理想;但當B2O3含量高于25%時,玻璃的折射率達不到設計目標,同時玻璃的化學穩定性會降低。由此,將B2O3的含量限定為10~25%,更優選含量是12~22%,最優選含量為15~20%ο
[0038]La2O3是高折射、低色散光學玻璃的主要成分,可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散,在本發明配方體系中,B2O3與La2O3的共同存在,可以有效地提高玻璃的耐失透性能,提高玻璃的化學穩定性。但當La2O3的含量低于15%時,不能獲得以上的效果,但當其含量超過35%時,玻璃的析晶性能惡化,故將其含量限定為15~35%,更優選的含量為20~30%,最優選的含量為20~28%。
[0039]Gd2O3可以增加玻璃的折射率且不明顯提高玻璃的色散,可以有效地提高玻璃的耐失透性能,提高玻璃的化學穩定性。用一定量的Gd2O3與La2O3混熔,可以提高玻璃的耐失透性能。但Gd2O3含量低于10%時效果不甚明顯,含量高于35%時反而會使得玻璃的耐失透性能惡化,因此將Gd2O3的含量限定為10~35%,更優選的含量是15~30%,最優選的含量是
20~27%。
[0040]F以LaF3、GdF3、YF3等稀土氟化物的方式引入。LaF3、GdF3能有效地調節玻璃的光學常數,但其含量過高工藝難度增加,耐失透性能降低,所以LaF3的優選含量是O~15%,GdF3的優選含量是O~12% ;YF3在玻璃中可有效調節玻璃光學常數,相對于LaF3、GdF3,YF3具有成本低且相對最穩定地引入本發明所需的F的優點,但其含量太低達不到以上效果,含量過高會影響玻璃的耐失透性。因此YF3含量范圍為I~10%,優選為3~8%。而且本發明人通過的大量實驗還發現,當LaF3+GdF3+YF3合計總含量在5~27%時,有益效果更明顯,更優選的合計含量范圍為7~24%,最優選的合計含量為8~15%。
[0041]本發明中,優選F含量范圍為2~7%。當F—含量不足2%時,低色散性能難以達到,但當其含量高于7%時,玻璃工藝難度增加,易在成型的玻璃塊料中產生條紋,同時影響玻璃的均勻性和一致性。
[0042]ZrO2能提高玻璃的黏度、硬度、化學穩定性,降低玻璃的熱膨脹系數。ZrO2的含量超過10%時玻璃難熔,易失透,而且玻璃化學穩定性惡化。因此ZrO2的含量優選為O~10%,更優選為I~5%。
[0043]Ta2O5是賦予光學玻璃高折射和低色散特性的組分,可以有效增強玻璃穩定性,Ta2O5含量高,玻璃成本升高。因此Ta2O5的含量優選為O~10%,更優選為I~5%。
[0044]ZnO可以降低玻璃的轉變溫度。本發明人還發現,在本發明配方體系中,適量引入ZnO可起到提高玻璃耐失透性能的作用,提高高折射低色散組分La203、Gd2O3的引入量,同時達到所需光學常數以及降低玻璃熔融溫度的優異發明效果。但當其含量不足1%時,達不到發明效果;若其含量超過20%,玻璃耐失透性和化學穩定性變差,因此ZnO的含量優選為I~20%,更優選為3~12%。
[0045]RO組分能有效調整玻璃光學常數,其中,RO代表Ba0、Ca0和SrO中的一種或多種。因此,RO含量優選控制在8%以下,更優選5%以下,最優選不加入。
[0046]Li2O可以有效降低玻璃轉變溫度以及玻璃生產時的熔融溫度,同時還起到降低玻璃密度的有益效果,但當其含量不足0.3%時效果不明顯,含量過高時又會使玻璃的耐失透性惡化,光學常數難以達到目標,所以Li2O的優選含量為O~5%,更優選為0.5~3%。
[0047]發明人通過積極研究發現,通過Li20、Zn0和F的優化組合既可以達到高折射低色散的目標光學常數,有效降低玻璃的轉變溫度,還可以大大改善玻璃的化學穩定性,降低玻璃的熔融溫度,有效減少F的揮發從而獲得高質量的玻璃材料。(Li2CHZnO) /F值為0.5~4時可以獲得上述發明效果,更優選比值為1.5~3,最優選比值為1.8~2.5。
[0048]可選地,在玻璃熔融過程中可以加入Sb2O3作為玻璃的澄清劑,含量一般為O~1%,含量過高則極大地損壞鉬金器皿。
[0049]下面將描述本發明精密模壓光學玻璃的性能。
[0050]其中折射率(nd)值為(_2°C /h)~(_6°C /h)的退火值,折射率與阿貝數按照《GB/T7962.1—1987無色光學玻璃測試方法折射率和色散系數》測試。
[0051]轉變溫度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987無色光學玻璃測試方法線膨脹系數、轉變溫度和弛垂溫度》測試,即:被測樣品在一定的溫度范圍內,溫度每升高1°C,在被測樣品的膨脹曲線上,將低溫區域和高溫區域直線部分延伸相交,其交點所對應的溫度。
[0052]密度按照《GB/T7962.20-1987無色光學玻璃測試方法密度測試方法》測試。
[0053]耐水作用穩定性Dw (粉末法)按GB/T17129的測試方法,根據下式計算:
[0054]Dff= (B-C) / (B-A) *100
[0055]式中:DW—玻璃浸出百分數(%)
[0056]B—過濾器和試樣的質量(g)
[0057]C 一過濾器和侵蝕后試樣的質量(g)
[0058]A—過濾器質量(g)
[0059]由計算得出的浸出百分數,將光學玻璃耐水作用穩定Dw分為6類見下表。
[0060]
【權利要求】
1.精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其重量百分比組成含有:SiO21~10%、B2O310 ~25%、La2O3 15 ~35%、Gd2O3 10 ~35%、ZnO I ~20%, LaF3^GdF3 和 YF3 中的至少一種,其折射率為1.75~1.82,阿貝數為45~52。
2.如權利要求1所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其重量百分比組成為=SiO2I ~10%、B203 10 ~25%、La203 15 ~35%、Gd203 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3I ~10%、Ta2O5 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2OO ~5%、Sb2O3 O ~1%。
3.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:Si024~10%。
4.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:La20320~30%、Gd2O3 15 ~30%。
5.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:B20312~22%。
6.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中=Ta2O5I~5%、ZrO2I ~5%。
7.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:LaF35~13%。
8.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:LaF3+GdF3+YF35 ~27%。
9.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:YF33~8%。
10.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:ZnO3~12%。
11.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:Li200.5~3%。
12.如權利要求1或2所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:(Li2CHZnO)/F-為0.5~4。
13.精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其重量百分比組成為:SiO2I~10%、B203 10~25%, La2O3 15 ~35%、Gd203 10 ~35%、LaF3 O ~15%、GdF3 O ~12%、YF3 I ~10%、Ta205 O ~10%、ZnO I ~20%、ZrO2 O ~10%、Li2O O ~5%、Sb2O3 O ~1%。
14.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:Si024~10%。
15.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:La20320~30%、Gd2O3 15 ~30%。
16.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中=B2O312~22%。
17.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中=Ta2O5I~5%、ZrO2I ~5%。
18.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:LaF35~13%。
19.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:LaF3+GdF3+YF35~27%。
20.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中=YF33~8%。
21.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:ZnO3~12%。
22.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中=Li2O0.5~3%。
23.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,其中:(Li2CHZnO)/F—為0.5 ~4。
24.如權利要求13所述的精密模壓用光學玻璃,其特征在于,所述玻璃的轉變溫度為590°C以下。
25.采用權利要求1~24中任一權利要求所述的精密模壓用光學玻璃制成的玻璃預制件。
26.米用權利要求1~24任一權利要求所述的精密模壓用光學玻璃制成的光學兀件。
27.采用權利要求1 ~24任一權利要求所述的精密模壓用光學玻璃制成的光學儀器。
【文檔編號】C03C3/068GK103626394SQ201210306577
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月27日 優先權日:2012年8月27日
【發明者】匡波 申請人:成都光明光電股份有限公司