高折射高色散光學玻璃的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高折射高色散的鑭火石玻璃，其折射率范圍為1. 73-1. 88,阿貝數 范圍為25-32。
【背景技術】
[0002] 折射率范圍為1. 73-1. 88、阿貝數范圍為25-32的玻璃屬于高折射高色散玻璃，這 種材料在現代光學設計中應用比較廣泛。與一般的低折射光學玻璃相比，高折射率光學玻 璃可以縮短鏡頭的成像距離，使得卡片相機、單反相機、監控鏡頭、車載攝像鏡頭等成像設 備在保證較大的數值孔徑的同時，可以減小成像設備的體積。另外，高色散光學玻璃和低色 散光學玻璃耦合使用，可以解決色差、相差等對成像不利因素，提升成像質量。同時，一種光 學玻璃是否優良還需要考慮A 80 (即玻璃透過率達到80%時對應的波長)、化學穩定性、耐 失透性能、工藝性能以及成本等因素。
[0003] 光學玻璃入80指標主要是考量光學玻璃在藍色光線波段，即380-450nm波長范圍 的透過率，對于一般的光學設計而言，A 80數值越低，代表藍色波段透過率越高，80的數 值越高，代表藍色波段的透過率越低。在光學設計中，如果材料在紫藍色波段的透過率不 足，那么成像元件，如(XD、COMS等接收的紫藍色光線較其他波長光線要少，這樣得到的照 片色彩就會發生失真。尤其是對于多鏡片光學系統，如單反相機，其光路由10余片鏡片構 成，如果每片鏡片的A 80過高，那么最后能達到成像元件的紫藍色波段光線相對于其他波 段要少很多，這樣會造成拍攝的照片色彩失真，所以多鏡片光學系統對于的要求就更高。
[0004] 一般來講，高折射光學玻璃為了達到較高的折射率，其組分中的Si0 2、B2O3等網絡 形成體比較少，并加入了較多的Ti02、W0 3、Nb2O5等高折射氧化物。這些高折射氧化物的加 入會吸收紫藍色波段的光線，使得玻璃A 80上升。所以，在光學玻璃領域，如何獲得較高折 射率的同時又能獲得較低的A 80是一個持續研究的課題。對于此類玻璃，A 80除了受玻璃 本身的組分影響以外，還受熔煉工藝的影響較大。一般來說，較低的熔煉溫度能夠獲取較好 的入80,尤其是對于含鈦的玻璃來說，其A 80受工藝的影響更大。這就要求玻璃設計者在 設計玻璃組分時要考慮到玻璃工藝的問題，即要降低玻璃的液相溫度，使之能夠在較低的 溫度下進行熔煉。
[0005] 從光學加工的角度來看，高折射率光學玻璃的耐失透性也是衡量一種光學玻璃的 重要指標。光學鏡片的加工分為冷加工和熱壓型兩種。冷加工是指用工具將玻璃加工成所 需要的毛坯，然后進行研磨、拋光等。熱壓型是指把玻璃切割成塊狀毛坯，然后放入模具中 加熱，待玻璃軟化后壓制成所需要的形狀。如果使用精密模具壓型，壓制出的玻璃甚至可以 不經過研磨、拋光等工序，直接可以裝機使用。所以，和冷加工相比，熱壓型工藝制造光學鏡 片具有原料浪費少、效率高、成本低、對環境污染少等優點。但對于高折射光學玻璃來說，由 于其網絡形成體含量較低，在熱壓型工藝中容易析晶，造成良品率下降。
[0006] 高折射高色散玻璃通常通過Nb205、W0 3、Ta205、TiO2等高折射高色散氧化物來提高 玻璃的折射率和色散。從原料成本上考慮，Ta 2O5價格最高，Nb2O5和WO3次之，TiO 2的價格 最低，TiO2的價格約為Ta2O5的1/100,約為Nb 2O5和WO3的1/10。經過測算，此類玻璃組分 中每增加重量為1%的Ta2O5，那么玻璃的原料成本將會提升90-100%左右。如果組分中每 增加1%的Nb 2O5或WO3，那么玻璃的原料成本將會上升12-15%左右。另外，從原材料的稀缺 性來講，Ta 205、Nb2O5以及WO3都屬于稀有氧化物，在化工行業、電子行業應用非常廣泛。同 時，這些資源需要耗費大量人力和能源進行開采和深加工，不可避免對環境產生較大的污 染。在現有技術中，此類玻璃當TiO 2加入量超過12%時，就會嚴重降低玻璃的藍光透過率。 所以，在保證A 80值滿足光學設計的同時，研究如何增加TiO2在高折射玻璃中的含量，減 少Ta20 5、Nb205、W03等稀有氧化物的消耗，對光學玻璃產業的健康發展、減少資源消耗有重要 的意義。
[0007] 中國專利申請201310010806. 4所公開的光學玻璃中TiO2含量較少，而含有較多 的Nb2O5和WO 3，并且其入70 (玻璃透過率達到70%時對應的波長)只能達到440nm左右，這 對于多鏡片成像系統的設計是不利的。
【發明內容】
[0008] 本發明所要解決的技術問題是提供一種藍光透過率優良的高折射高色散光學玻 璃，其折射率為1.73-1. 88,阿貝數為25-32。
[0009] 本發明解決技術問題所采用的技術方案是：高折射高色散光學玻璃，以氧化物重 量百分比表示，含有：Si0 2 :20-35%、B2O3 :1-7%、TiO2 :20-35%、La2O3 :1-10%、ZrO2 :0? 5-6%、 Y2O3 :0? 5-8%、BaO:18-38%、K2O :0? 5-5. 5%、Na2O :3-10%，不含有 Nb205。
[0010] 進一步的，所述氧化物的合計含量在95%以上。
[0011]進一步的，還含有 Gd2O3 :0-8%、ZnO :0-6%、CaO :0-5%、SrO :0-5%、Li2O :0-2%、MgO: 0-5%〇
[0012] 進一步的，其中：Si02 : 22-31%。
[0013]進一步的，其中=B2O3 :2_6%。
[0014]進一步的，其中=TiO2 :21_31%。
[0015]進一步的，其中=La2O3 :2_8%。
[0016]進一步的，其中：Zr02 :0? 5-5%。
[0017]進一步的，其中：Y203 :1-3%。
[0018]進一步的，其中：BaO:25_33%。
[0019]進一步的，其中：K20:1_3%。
[0020] 進一步的，其中：Na20 :4_9%。
[0021] 進一步的，不含 W03、Ta205。
[0022] 進一步的，折射率范圍為I. 73-1. 88,阿貝數范圍為25-32。
[0023]進一步的，所述光學玻璃的液相溫度低于IKKTC，入80在450nm以下，表面抗析晶 性能在B級以上，內部抗析晶性能為A級，粉末法耐酸穩定性Da為1級，粉末法耐水穩定性 Dw為1級。
[0024] 采用上述的高折射高色散光學玻璃制成的玻璃預制件。
[0025] 采用上述的高折射高色散光學玻璃制成的光學元件。
[0026]采用上述的高折射高色散光學玻璃制成的光學儀器。
[0027] 本發明的有益效果是：本發明提供的高折射高色散光學玻璃的折射率范圍為 1. 73-1. 88,阿貝數范圍為25-32,不含有Nb2O5，液相溫度低于1100°C，X 80在450nm以下， 表面抗析晶性能在B級以上，內部抗析晶性能為A級，粉末法耐酸穩定性Da為1級，粉末法 耐水穩定性D w為1級。
【具體實施方式】
[0028] 下面將詳細描述本發明光學玻璃所含有的全部組分，這些組分都是按照重量百分 比來表示。
[0029] SiO2是玻璃的網絡形成體氧化物，在玻璃中起到構建骨架的作用。在本發明中，若 其含量低于20%，將不能形成玻璃；若其含量高于35%，玻璃的折射率和色散不能達到設計 要求。因此，在本發明中，SiO 2的含量限定在20-35%，進一步優選為22-31%。
[0030] B2O3是玻璃的網絡形成體氧化物，在玻璃中可以跟SiO 2互溶，共同構建玻璃骨架。 B2O3可以有效降低玻璃的液相溫度，使玻璃組分在低溫下進行熔煉，這樣就有助于提高玻璃 的藍光透過率。但是，如果B 2O3的含量過大，其配位結構會發生改變，并且要奪取玻璃中存 在的自由氧離子，會使Ti離子發生對藍光透過率不利的結構變化。經本發明人研究發現， 在本發明的玻璃系統中，如果B 2O3組分的含量維持在1-7%范圍內，不僅可以有效降低熔煉 溫度，同時也不容易搶奪玻璃組分中存在的自由氧，B 2O3的優選含量為2-6%。
[0031] TiO2在玻璃中屬于中間體氧化物，其作用在于提高玻璃的折射率與色散。在本發 明中，發明人通過研究發現了 TiO2對玻璃著色的機理，即TiO2在玻璃中的含量增加后，Ti離 子的配位數和價態會發生變化，而這種變化會造成玻璃藍光透過率下降。發明人通過進一 步研究發現，如果合理地配置B 2O3、堿土金屬氧化物、堿金屬氧化物以及稀土氧化物，可以 使TiO2在玻璃中含量加大的同時，使得Ti離子對于藍光透過率不利的影響得到抑制，從而 使玻璃的A 80得到了保證，同時其耐析晶性能也能滿足熱壓型工藝的需要。在本發明中， 如果TiO2的含量低于20%，玻璃的折射率與色散將無法達到設計目標；如果TiO 2的含量高 于35%，一方面玻璃的耐失透性能將會降低，另一方面，隨著Ti離子在玻璃組分中的含量增 大，入80會顯著上升。因此，TiO 2含量限定為20-35%，優選含量為21-31%。
[0032] La2O3作為稀土氧化物可以提升玻璃的折射率與色散。在本發明中，如果其含量低 于1%，折射率與色散將達不到設計要求；如果其含量高于10%，那么玻璃的耐失透性能將會 降低。因此，在本發明中，La 2O3的含量限定為1-10%，優選含量為2-8%。
[0033] Y2O3作為稀土氧化物可以調節玻璃的折射率和色散，同時和La 2O3共存時，可以提 高玻璃的耐失透性能。在本發明中，當其含量低于〇. 5%時，改善效果不明顯；如果含量高于 8%，耐失透性能將會下降。所以，Y2O3的含量限定為0. 5-8%，優選含量為1-3%。
[0034] ZrO2可以提