环保光学玻璃和光学元件的制作方法

环保光学玻璃和光学元件
1.本技术是针对申请号为201810272913.7，申请日为2018年03月29日，名称为“环保光学玻璃和光学元件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种环保光学玻璃和光学元件，特别是涉及一种折射率(nd)为1.69
‑
1.75、阿贝数(νd)为35
‑
43的光学玻璃和光学元件。


背景技术：

3.面对光学玻璃市场极具萎缩、竞争异常激烈的市场格局，不仅需要大力开发无pbo、as2o
3、
氟化物等的绿色环保玻璃，而且要求玻璃价格低廉，质量优良，如具有化学稳定性好、着色度好、析晶温度低等的特性。
4.cn1105691c公开了一种光学玻璃，该玻璃中含有nb2o5、li2o和氟化物，这不仅会使玻璃成本高昂，而且会提高析晶温度，破坏玻璃化学稳定性。cn1044223c公开了一种光学玻璃，该玻璃中含有nb2o5、大量的tio2、zro2、li2o等昂贵成分，同样会使玻璃价格昂贵。cn1207230c公开了一种光学玻璃，该玻璃成分中含有较多的tio2，会使玻璃着色度较高。cn101215084b公开了一种光学玻璃，该玻璃成分中含有较多的tio2，还含有氟化物，tio2会使玻璃的着色度变差，氟化物易挥发，极大地增加了生产难度，破坏玻璃的化学稳定性，同时会造成环境污染。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种高折射率的环保光学玻璃和光学元件，该光学玻璃的折射率为1.69
‑
1.75、阿贝数为35
‑
43。
6.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保光学玻璃，其重量百分比组成含有：na2o：0.5
‑
5％；tio2/(na2o k2o)：3.89
‑
10；tio2/sio2：0.23
‑
0.8；tio2/b2o3：2.28
‑
8；sio2 b2o3：25
‑
43％；al2o3>sro；其折射率为1.69
‑
1.75，阿贝数为35
‑
43。
7.进一步的，其重量百分比组成含有：sio2：20
‑
39％；b2o3：0.5
‑
6.9％；tio2：3
‑
15％；bao：26
‑
43％；zno：3
‑
20％；al2o3：0.5
‑
8％；cao：0
‑
10％；la2o3：0
‑
10％；zro2：0
‑
10％；sro：0
‑
5％；k2o：0
‑
5％；sb2o3：0
‑
0.5％。
8.环保光学玻璃，其重量百分比组成含有：sio2：20
‑
39％；b2o3：0.5
‑
6.9％；tio2：3
‑
15％；bao：26
‑
43％；zno：3
‑
20％；na2o：0.5
‑
5％；al2o3：0.5
‑
8％；cao：0
‑
10％；la2o3：0
‑
10％；zro2：0
‑
10％；sro：0
‑
5％；k2o：0
‑
5％；sb2o3：0
‑
0.5％；其中al2o3>sro。
9.进一步的，不含有li2o、nb2o5、wo3、pbo、as2o3和氟化物。
10.环保光学玻璃，其重量百分比组成为：sio2：20
‑
39％；b2o3：0.5
‑
6.9％；tio2：3
‑
15％；bao：26
‑
43％；zno：3
‑
20％；na2o：0.5
‑
5％；al2o3：0.5
‑
8％；cao：0
‑
10％；la2o3：0
‑
10％；zro2：0
‑
10％；sro：0
‑
5％；k2o：0
‑
5％；sb2o3：0
‑
0.5％。
11.进一步的，其中：sio2：22
‑
38％；和/或b2o3：0.8
‑
6％；和/或tio2：4.5
‑
14.5％；和/
或bao：28
‑
41％；和/或zno：3.5
‑
18％；和/或na2o：0.5
‑
4.5％；和/或al2o3：1
‑
6％；和/或cao：0
‑
9％；和/或la2o3：0
‑
8％；和/或zro2：0
‑
8％；和/或sro：0
‑
2％；和/或k2o：0
‑
3.5％；和/或sb2o3：0
‑
0.3％。
12.进一步的，所述组分的含量满足以下4种条件中的一种或一种以上：
13.1)sio2 b2o3：25
‑
43％；
14.2)tio2/(na2o k2o)：3.89
‑
10；
15.3)tio2/sio2：0.23
‑
0.8；
16.4)tio2/b2o3：2.08
‑
8。
17.进一步的，所述组分的含量满足以下4种条件中的一种或一种以上：
18.1)sio2 b2o3：28
‑
40％；
19.2)tio2/(na2o k2o)：3.89
‑
8；
20.3)tio2/sio2：0.23
‑
0.6；
21.4)tio2/b2o3：2.18
‑
7。
22.进一步的，玻璃粉末法耐水稳定性为1类，粉末法耐酸稳定性为2类以上。
23.进一步的，所述光学玻璃折射率nd为1.69
‑
1.75，阿贝数vd为35
‑
43。
24.采用上述的环保光学玻璃形成的光学元件。
25.本发明的有益效果是：本发明的环保光学玻璃不含有pbo、as2o3、氟化物等对环境有害的组分，化学稳定性好，析晶温度低，价格低廉，熔化性能良好。本发明玻璃适用于投影仪镜头、数码照相机、数码摄像机以及可拍照手机等设备。
具体实施方式
26.下面对本发明的光学玻璃的组成进行详细说明，各玻璃组分的含量、总含量如没有特别说明，都采用重量％表示，玻璃组分的含量与总含量之比以重量比表示。
27.sio2是本发明玻璃的生成体，sio2可以使光学玻璃具有较好的化学稳定性，降低析晶温度，改善玻璃的着色度，增加玻璃的高温粘度。如果sio2的含量低于20％，不能形成稳定的玻璃，化学稳定性很差；但如果sio2的含量高于39％，则玻璃的折射率不能处在所要求的范围内。因此，sio2的含量为20
‑
39％，优选为22
‑
38％。
28.b2o3也是一种光学玻璃网络生成体氧化物，能增加玻璃稳定性，具有很好的助熔效果，可以很好地解决重钡火石玻璃的发缸问题。如果b2o3的含量低于0.5％，不能形成稳定的玻璃，玻璃的熔化性能差，容易发缸；但如果b2o3的含量高于6.9％，玻璃的化学稳定性会变差。因此，b2o3的含量为0.5
‑
6.9％，优选为0.8～6％。
29.发明人研究发现，将sio2和b2o3的合计量sio2 b2o3限定在25
‑
43％时，玻璃的成玻性能良好，熔融性能良好，玻璃的高温粘度合适，不会出现发缸的现象，sio2 b2o3的含量优选为28
‑
40％。
30.tio2是一种中间体氧化物，是实现玻璃高折射率和高色散的有效成分，能提高玻璃的化学稳定性，并增加玻璃稳定性。如果tio2的含量低于3％，玻璃的折射率和阿贝数不能处在所要求的范围内；但如果tio2的含量高于15％，玻璃的着色度会很差，达不到设计要求。因此，tio2的含量为3
‑
15％，优选为4.5
‑
14.5％。
31.发明人研究发现，当tio2与sio2的含量的比值tio2/sio2在0.23
‑
0.8时，玻璃具有
较好的化学稳定性和良好的透光性能，tio2/sio2的值优选为0.23
‑
0.6。同时，当tio2与b2o3的含量的比值tio2/b2o3在2.08
‑
8时，玻璃的成玻性能好，透过性能好，tio2/b2o3的值优选为2.18
‑
7。
32.bao是光学玻璃网络外体，能有效提高光学玻璃折射率，有效扩展玻璃的成玻范围。如果bao的含量低于26％，玻璃的折射率和阿贝数不能处在所要求的范围内，且玻璃的熔化性能较差；但如果bao的含量高于43％，玻璃的化学稳性很差，析晶性能也很差。因此，bao的含量为26
‑
43％，优选为28
‑
41％。
33.zno也能够有效提升玻璃的光学常数，降低光学玻璃高温粘度，还可以提高玻璃的化学稳定性，显著增加玻璃的抗析晶性能。如果zno的含量低于3％，玻璃的化学稳定性较差，光学常数达不到要求；但如果zno的含量高于20％，玻璃的化学稳定性反而会很差，玻璃成玻性能也很差。因此，zno的含量为3
‑
20％，优选为3.5
‑
18％。
34.na2o是本发明必须的成分，属于碱金属氧化物，是较好的玻璃助熔剂，能够获得均匀性较好的光学玻璃，还可以改善玻璃的着色度。如果玻璃中na2o的含量低于0.5％，玻璃的粘度很大，容易出现气泡和不良的内在问题；但如果na2o的含量高于5％，玻璃的化学稳定性会很差，析晶性能也较差。因此，na2o的含量为0.5
‑
5％，优选为0.5
‑
4.5％。
35.k2o也是碱金属氧化物，有较好的助熔作用。如果k2o的含量高于5％,玻璃的化学稳定性变差，抗析晶能力也降低。因此，k2o的含量为0
‑
5％，优选为0
‑
3.5％。
36.特别地，本发明玻璃中由于不含有li2o，具有以下优点：1)玻璃具有较好的化学稳定性；2)玻璃具有合适的高温粘度，具有适中的料性，非常利于玻璃的成型；3)玻璃的抗析晶性能较好。
37.发明人研究发现，当tio2/(na2o k2o)在3.89
‑
10时，玻璃具有较好的透过率，玻璃的网络结构较稳定，化学稳定性好，tio2/(na2o k2o)的值优选为3.89
‑
8。
38.al2o3能够提高玻璃网络结构的致密度，有效提高玻璃的化学稳定性。如果al2o3的含量低于0.5％，起不到提升化学稳定性的作用；但如果al2o3的含量高于8％，玻璃的高温粘度变大，熔融性能很差，有失透的风险。因此，al2o3的含量为0.5
‑
8％，优选为1
‑
6％。
39.cao可改善玻璃光泽度，还可以起到助熔的作用。如果cao的含量高于10％，玻璃的化学稳性会较差，且玻璃发缸的风险较大。因此，cao的含量为0
‑
10％，优选为0
‑
9％。
40.sro属于碱土金属的一种，少量加入可起到一定的熔融作用。但在高折射率的重钡火石玻璃中，sro与bao、cao相比，具有以下缺点：1)在本发明的高折射率重钡火石玻璃中，对于提高玻璃的折射率和色散贡献很小，甚至会起到降低的作用；2)对于高折射率的重钡火石来说，为了提高玻璃折射率，含有较多的bao，熔融的玻璃液中气体含量较大，如若再加入熔融性能比bao差的氧化物，极易引起玻璃的发缸，从而得不到成分稳定的玻璃；3)sro比bao、cao的价格高，会造成玻璃价格升高，这对于制作低成本的玻璃是极为不利的。因此，如果sro的含量高于5％，玻璃的化学稳性会变差，玻璃极易发缸。sro的含量为0
‑
5％，优选为0
‑
2％。
41.发明人研究发现，当本发明玻璃组分中al2o3含量大于sro含量时，即al2o3>sro，玻璃不仅具有良好的化学稳定性，而且可降低玻璃中的气体含量，消除玻璃发缸的风险，能够明显降低玻璃的成本，得到高折射率的玻璃。
42.zro2能够提高光学玻璃的折射率和色散，适量的zro2还能提高玻璃抗析晶能力和
化学稳定性。如果zro2的含量高，玻璃熔化难度加大，容易出现zro2结石，会大幅增加玻璃成本。因此，zro2的含量为0
‑
10％，优选为0
‑
8％。
43.la2o3是一种常见的稀土氧化物，能够有效提高玻璃的光学常数。如果la2o3的含量高于10％，玻璃极易析晶，还会增加玻璃成本。因此，la2o3的含量限定为0
‑
10％，优选为0
‑
8％。
44.sb2o3是一种常用的澄清剂，适量的sb2o3对于消除玻璃气泡非常有益。但其含量较高时会影响玻璃的透过率。因此，sb2o3的含量为0
‑
0.5％，优选为0
‑
0.3％。
45.本发明提供的光学玻璃按照本领域技术人员熟知的制备方法制成，即：将原料进行熔化、澄清、搅拌均化、降温至合适温度成型，即可得到本发明所提供的折射率(nd)为1.69
‑
1.75、阿贝数(νd)为35
‑
43的高折射率环保光学玻璃。
46.本发明提供的光学玻璃的各个性能参数的测试方法如下：
47.折射率、阿贝数按照《gb/t 7962.11—2010无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。
48.玻璃粉末法耐水稳定性d
w
采用gb/t17129测试标准测量。
49.玻璃粉末法耐酸稳定性d
a
采用gb/t17129测试标准测量。
50.经过上述测试，得到的本发明的光学玻璃具有以下性能：折射率(nd)为1.69
‑
1.75、阿贝数(νd)为35
‑
43，耐水稳定性(d
w
)为1类，耐酸稳定性(d
a
)为2类以上。无pbo、无as2o3、无氟化物，且不含li2o、nb2o5、wo3等昂贵成分,熔化性能良好，价格低廉，折射率高。
51.本发明还提供一种光学元件，该光学元件是由上述本发明光学玻璃所形成的，因此该光学元件具有上述本发明光学玻璃的所有特性。本发明提供的光学元件适合应用于投影仪镜头、数码照相机、数字摄像机等设备。
52.实施例
53.为了进一步了解本发明的技术方案，将结合下面具体的实施例，描述本发明优选的实施方案。但应该注意和理解的是，这些实施例只是为了更好地说明本发明的特点和优点，并没有限制本发明的权利要求。
54.本发明的实施例1～30提供的光学玻璃组分重量百分比及其所对应的性能如表1～表3所示。通过将表1～表3各个实施例中光学玻璃各种组分按照其比值称重，充分混合均匀后加入光学玻璃熔炉内，在适当的工艺温度下经过熔化、澄清、搅拌均化、降温至合适温度后，将此熔融的玻璃浇注入事先预热好的金属模具中成型并退火，即可得到所需光学玻璃。本发明的光学玻璃的组成和相应性能如：折射率(nd)、色散(nf
‑
nc)、阿贝数(vd)、化学稳定性的结果都在表1～表3的实施例1～30中表示。
55.表1
56.[0057][0058]
表2
[0059]
[0060][0061]
表3
[0062]
[0063][0064]
从上述实施例可以看出，本发明提供的环保光学玻璃无pbo、无as2o3、无氟化物，且不含li2o、nb2o5、wo3等昂贵成分,环保性能优良,熔化性能良好，折射率(nd)为1.69
‑
1.75、阿贝数(νd)为35
‑
43。该光学玻璃适用于投影仪镜头、数码照相机、数码摄像机等设备。