不含铅与砷的光学镧燧石玻璃
专利汇可以提供不含铅与砷的光学镧燧石玻璃专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及并且不含铅与砷的光学玻璃，其用于成像、数字投影、照相平版印刷术、激光技术、 晶圆 /晶片技术的应用领域，以及电信、光学通信工程、光学器件、照明和机动车部分中。所述玻璃的折射能 力 为1.73≤nd≤1.82、Abbé值为43≤vd≤53，并且具有良好的化学一致性和极好的结晶 稳定性 ，其具有以下组合物(重量％)：SiO20.1－5.5、B2O327－35、La2O342－48、BaO 0－5、ZnO 0.5－5、Y2O36－12、TiO20－4、ZrO24－10、Nb2O50－5、WO30 －5。，下面是不含铅与砷的光学镧燧石玻璃专利的具体信息内容。
1.一种不含铅与砷的光学镧燧石玻璃，其具有1.73≤nd≤1.82的折 射指数和43≤vd≤53的Abbé值以及良好的耐化学性和良好的结 晶稳定性，其特征在于以下组合物(重量％[w/w])：
SiO2 0.1 - 5.5
B2O3 27 - 35
La2O3 42 - 48
BaO 0 - 5
ZnO 0.5 - 5
Y2O3 6 - 12
TiO2 0 - 4
ZrO2 4 - 10
Nb2O5 0 - 5
WO3 0 - 5 。
2.根据权利要求1所述的玻璃，其中SiO2的含量为0.1到4.9重量％，并 且Nb2O5的含量为0.5到5重量％。
3.根据权利要求1所述的玻璃，其中以重量％计的含量如下：
SiO2 0.5 - 4
B2O3 29 - 33
La2O3 43 - 47
BaO 0 - 3
ZnO 0.5 - 4
Y2O3 7 - 11
ZrO2 5 - 9
Nb2O5 0.5 - 4
WO3 0 - 3 。
4.根据权利要求1所述的玻璃，其中以重量％计的含量如下：
SiO2 0.5 - 4
B2O3 30 - 33
La2O3 43 - 47
BaO 0.1 - 3
ZnO 0.5 - 4
Y2O3 7 - 11
ZrO2 5 - 9
Nb2O5 1 - 4
WO3 0.1 - 3 。
5.如权利要求1所述的玻璃，其中以重量％计的含量如下：
SiO2 0.5 - 3
B2O3 30 - 33
La2O3 44 - 47
BaO 1 - 3
ZnO 1 - 4
Y2O3 7 - 11
ZrO2 5 - 9
Nb2O5 1 - 4
WO3 0.1 - 2 。
6.如权利要求1所述的玻璃，其中为对个别所要的热成型过程的粘度温度 分布进行微调，将总数多达最大量为8重量％的(BaO+ZnO)由碱土金属 氧化物含量(MgO、CaO、SrO)来替换。
7.根据权利要求1所述的玻璃，其中为改良可熔性和离子交换性能，由 Na2O、K2O与Cs2O的总量组成的碱金属氧化物总含量最大等于8重量％。
8.根据权利要求1所述的玻璃，其仍进一步含有一种具有以下组分(w/w) 的精炼剂：
Sb2O3 0 - 1 和/或
SnO 0 - 1
NaCl 0 - 1
SO4 2- 0 - 1
F- 0 - 1 。
9.一种根据权利要求1所述的玻璃的用途，所述玻璃用于制造透镜、棱镜、 光导杆、光学纤维、光学窗口、由其制成的光学组件，以及光学组件， 所述光学组件用于数字投影、照相平版印刷术、步进器、准分子激光器、 晶圆、计算机晶片以及集成电路和封装所述电路和晶片的电子装置，并 且用于电信、光学通信工程/信息传输及机动车部分中的光学/照明部 分。
技术领域
本发明涉及不含铅与砷的光学镧燧石玻璃，所述不含铅与砷的光学镧燧 石玻璃的特征在于其光学位置的折射能力为1.73≤nd≤1.82、Abbé值为 43≤vd≤53和其用途。
在所谓的“光学数据传输”领域中，市场的发展日益倾向于仍然有效并 且因此能够达到越来越高的数据传输率的较小装置。此倾向也存在于成像、 数字投影、照相平版印刷术、激光技术、晶圆/晶片技术的应用领域，也用 于电信、光学通信工程技术及机动车部分中的光学/照明。
另外，在此应用领域的所有部分中，传统的“只读技术”已经越来越多 地被“读取&写入技术”所取代。因此，对光学系统的要求和由此对光学材 料的要求正在改变。
虽然以单色模式中两个时空严格分离的操作模式(写入和相应的读取) 的分离为基础可以操作“只读技术”并且因此可以使用具有相同波长的光来 进行写入过程以及读取过程(所述读取过程仅可以在以后的操作中进行)， 但这点对于“读取&写入技术”来说是不可能的。在此关键点，“写入射流” 的波长必须与“激光射流”的波长相差约至少2至5nm至更低的值。另外， 在一个光头中的两个模式并非都可在所述装置中操作。如果必须具有写入头 和读取头，那么此意思是必须将两个不同的头组合在一个装置中，并且技术 努力以及另外这些装置的尺寸和至少成本都将是不可接受的。
波长的区别是由在光学系统中分离读取和写入射流的必要性所产生，以 排除由干涉效应和低亮度级效应造成的重要像差。在维持必须的总分离的同 时所能保持的两个波长差越低，则越容易实现此光学系统。在此状况下，术 语“容易”涉及必须的光学组件的量和由此模组的最小总尺寸以及成本。
然而，对于完全区分来说可能必须的最小波长差取决于光学系统中玻璃 组件的色散。色散越高(并且因此Abbé系数越低)，则两个相应的单色射流 散开得越远并且分别加宽，直到其最终干涉为止，这点与所追求的区分矛盾。 相反，这点对于具有此应用强度的玻璃来说意思是：随着色散的减少，仅可 转换低的波长差，这点对应于所追求的廉价产品的强度。
除了此改进外，由低色散而产生了另外的改良：以原则上绝对项相同的 波长差为基础可以使用确实较低的波长来工作。通常，随着波长的衰减，色 散对于射线具有较高的影响。
与低色散的玻璃类型相比，除了色散越高常规玻璃的最小波长差越大的 缺点外，也存在绝对波长会不符要求地增加的缺点。考虑到完全系统的应用， 低绝对波长的操作区域也是有利的：操作波长越低，则所形成的可以达到的 信息存储密度就越高(与数据载体材料的面积的单位有关)。除了最大化的 信息密度之外，也通过更短的方式(即缩短的方式)来最优化存取时间。
并且，折射能力的位置对此完全系统的实际性能具有重要影响：实际的 “摄像透镜”根据其折射能力来定义所组合的写入读取射流的绝对波长操作 区域以及所述系统的焦距。就焦距来说，相互关系如下：此系统的焦距越小， 则几何尺寸越小，其直接导致了组件尺寸较小并且因此质量较大、成本较高。 因此，在重要的波长范围中需要较高的折射能力。
此外，此对于所有上述应用领域的光学组件来说是可进行比较的。高折 射能力的另外一个优点是将 “摄像透镜”涂覆成非球面的能力：在操作波长 下玻璃的透射性能越低，则系统中的光输出越差。光强度对于系统的写入读 取质量具有直接的影响。光输出越差，则光源的效率必须越高，并且归因于 此点，必须存在若干额外的制冷设备组，从而导致产生不可接受的范围的成 本和消费。
已知在所有光学系统的波长工作范围内具有高透射率尤为重要。在工作 波长下玻璃的透射率越低，则系统的光输出越差。然而，照明度直接进入系 统的写入读取质量。照明度越差，则光源的效率必须越高，借此再次需要额 外的冷却单元，从而随后导致产生不可接受的范围的成本和消费。
除光值外，也为用于上述应用中的玻璃指定物理和化学参数。这些参数 为低比重和良好被覆性能，而这两个条件使得将玻璃的组合物限定为所定义 的组分。
这些系统的光学材料的比重非常重要。作为所组合的写入读取头的一个 组件的“摄像透镜”为所述系统的可移动元件。所述写入读取头为在数据载 体上传输实际数据而移动。因此，存取时间和磁道密度取决于所述写入读取 头快速且精确定位的可能性。因此，玻璃增效组分的比重越大，则可移动单 元的质量就越大，而因此所述可移动单元就变得更迟钝并且因此定位变得更 缓慢。归因于此点，根据本发明的玻璃的比重应该较低。
对于许多应用领域来说，减少根据本发明的玻璃的可移动单元的质量非 常重要。透镜系统的“操作灵活性”对于(例如)摄影术、投影和将来的玻 璃纤维技术和玻璃增效组分技术(例如，用于如(举例来说)光学膝上型计 算机的可移动光学计算机的领域中)来说是一个重要的标准。
摄像透镜的非球面涂层为有机化学类，如光学透镜和棱镜的普通涂层。 为了获得光学层在基性玻璃上的充分结合，玻璃材料应含有能够允许牢固地 结合到有机材料的组分。
关于涉及熔体/热成型的材料队伍方面，对所谓的“短性”玻璃存在日 益增加的需求，借此这些为粘度取决于温度而变得不一样强的玻璃。此态度 展示了在用于热成型的时间的过程期间的优点；可缩短“形成合适状态的时 间(form fit time)”。因此，生产量增加并且同时小心地处理成型材料， 这点对于总生产成本具有非常积极的影响。并且，可以更好地处理具有更强 结晶梯度的玻璃，因为由于生产量较高可使得更快速的冷却成为可能。因此， 避免了“长性”玻璃所发生的问题，如在二次热成型中具有下列困难的预晶 核化。
背景技术
日本专利说明书JP 08-059282描述了硼酸镧玻璃系统，其具有降低的 处理温度以用于精确热成型(即一次热成型步骤中的目标几何精密热成型) 的目的。这些玻璃在结晶化过程中并非很稳定，并且具有非常依赖于温度的 粘度。为了此目的，这份文献的玻璃含有总数多达12.5w/w的碱金属氧化 物(普通助熔剂)，同时强制性地具有多达2.5w/w的LiO2。应用这些组分 实现了前面所述的在这些玻璃中使结晶稳定性降低。
DE 3102690涉及含有大量铌的硼酸镧玻璃，其具有高折射能力并且同 时Abbé系数非常低，即镧重燧石型玻璃。在文献JP 56-160340及JP 50-014712中描述了类似的玻璃。如果硼酸盐含量(用于玻璃基质的稳定化) 对于所要的折射能力位置来说太高，那么必须使用高含量的昂贵的组分，这 是不利的行为。
根据DE 3102690，由于折射能力增加，所以使用了多达8w/w的PbO， 此对于身体健康和环境来说是有害的。
JP 61-012856揭示了用于在UV范围内具有高透射率的摄影术的玻璃。 所述玻璃涉及具有氧化锡(多达4w/w)和氧化镱(多达35w/w)的强制性 部分的硼酸镧玻璃系统(La2O3，20-50w/w；B2O3，17-45w/w)。由于这些 组分，预期所述玻璃将较贵。
DE 1061976描述了含有大量镧(La2O3，22.5-85w/w)以达到高折射 指数的玻璃，但对能获得硼酸盐(B2O3，2.5-45w/w)的基质设定了另外的 值，所述基质除了包含镧外还含有大量硅石(SiO2，5-40w/w)。然而，硅 石会导致产生结晶问题，并且玻璃完全不能满足当前的适用性要求。
日本文献JP 52-063211涉及高色散的镧重燧石玻璃，其含有至少2重 量％的TiO2并且最大使用量为19重量％。与多达26.5的La2O3/B2O3的极 为不利的关系相结合，产生了非常强的且非所要的结晶潜力。
发明内容
通过权利要求中所描述的玻璃解决了此目的。根据本发明的玻璃展示了 对应于低色散的高Abbé值、仍很高的折射指数(确定为nd)和低比重。
根据优选实施例，所述玻璃包含小部分氧化钨，并且展示了在可见光范 围(尤其对于蓝光来说)非常好的透射性能和额外的也非常好的UV透射率。 另外，根据本发明的玻璃的特征在于良好的耐化学性和可使用性、在于令人 满意的结晶稳定性以及良好的环境相容性。达到后者目的从而使得所述玻璃 既不包含PbO也不包含As2O3。另外，根据本发明的玻璃可确保有机材料极 好地粘附于所述玻璃上，而这点可通过添加硅石来达到。
具体实施方式
可通过以下组合物来描述根据本发明的玻璃(基于氧化物的重量％(后 文简单地表示为“w/w”[重量/重量]))：
(表1)
SiO2 0.1 - 5.5
B2O3 27 - 35
La2O3 42 - 48
BaO 0 - 5
ZnO 0.5 - 5
Y2O3 6 - 12
TiO2 0 - 4
ZrO2 4 - 10
Nb2O5 0 - 5
WO3 0 - 5
此外，其可含有普通精炼剂以及另外最大部分的8w/w碱金属氧化物(没 有Li2O)和总数最大为8w/w的(MgO+CaO+SrO)。就此而论不需要砷精炼 剂。
上文所展示的根据本发明的玻璃满足以下要求：在折射能力为1.73≤ nd≤1.82并且Abbé值为43≤vd≤53的情况下具有良好的熔化性和 可处理性能，所述玻璃还展示了良好的耐化学性并且对于结晶来说较稳定， 同时不存在不利组分PbO和As2O3。
上述表格展示了可将玻璃系统分类为硼酸镧玻璃。硼酸盐提供镧的可溶 解性。对于优选La2O3∶B2O3≤1.8的个别比率来说，可预期稳定的玻璃， 特别优选的比率为≤1.6并且甚至更优选的比率为小于或等于1.5。在 La2O3∶B2O3为1.39的比率下，对于量为31重量％的B2O3来说，仅能使用 43重量％的La2O3。可通过添加ZrO2来提供所要求的折射能力。Y2O3可用 来减少结晶的趋势。另外，此玻璃系统含有仅较少部分的玻璃增效剂SiO2(0.1-5.5重量％，优选量为0.1-4.9重量％，特别优选量为0.5-4重 量％)。此可以通过增加材料机械强度来改良可使用性。因此，可达到与所使 用的量(例如AR＝1)相关的良好的耐磨性和耐化学性。应将SiO2的添加 量限定为上文所展示的最大值。
根据诸如(例如)离子交换性能或为了灵活的目标几何精密热成型的目 的而取决于温度的粘度特性的轻微变化的应用领域来视需要为特定调整指 定碱金属，此也可通过视需要使用碱土金属氧化物MgO、CaO和SrO来达到。
用于达到在小Abbé系数下具有高折射能力的特殊光学位置的重要组分 为Y2O3(6-12w/w，优选量为7-11w/w)。另外，Y2O3使含有硼酸镧 玻璃基质的硅石变得稳定。
被限制最大量为4重量％的TiO2可结合碱土金属氧化物和ZnO(ZnO＝ 0.5-5w/w，优选量为0.5-4w/w，特别优选量为1-4w/w；BaO：0- 5w/w，优选量为0.1-3w/w，特别优选量为1-3w/w；并且∑(MgO+CaO+SrO) ＝0-8w/w、∑(MgO+ZnO)＝0.5-10w/w)而产生玻璃的“脆性”。优选
实施例没有TiO2。
主要地，结合TiO2来使用碱土金属氧化物正用于修改粘度温度分布。
由于这些组分也影像可敏感光学位置的事实，所以作为深度折射组分的MgO和CaO尤其受到了限制(0-8w/w，优选的变体没有它们)。因此，较高折 射组分BaO(0-5w/w，优选量为0.1-3w/w，尤其优选的量为1-3w/w) 和ZnO(0.5-5w/w，优选量为0.5-4w/w，尤其优选的量为1-4w/w) 受到了青睐。由于ZnO具有结晶抑制剂的特征，所以ZnO尤其受到青睐。
Nb2O5适用于通过对晶种含量产生对抗效应来抑制结晶。Nb2O5可以以 0-5w/w、优选为0.5-4w/w、更优选为1-4w/w的量而存在于根据 本发明的配方中。或者，玻璃不含有Nb2O5。
视需要而使用的组分WO3适用于对光学位置进行微调。在优选实施例 中，WO3以多达5w/w、更优选为0到3w/w、仍更优选为0.1到3w/w并 且最优选为0.1到2w/w的量存在。
实例2
表2展示了具有优选量的所使用的组分的7种玻璃。
可如下制造根据本发明的玻璃：
对用于氧化物的起始材料(优选材料为碳酸盐、硝酸盐和/或氟化物进 行称重，添加一或多种精炼剂，如(举例而言)Sb2O3，并且然后充分混合。 在近似1300℃下以连续熔化聚合体成批熔化，然后精炼(1350℃)并且均 匀化。在近似1220℃的铸造温度下铸造玻璃，并且将其处理为所要尺寸。
100kg所计算的玻璃的熔化实例(表1a)
氧化物 重量％(w/w) 起始材料 称重样品(kg) SiO2 B2O3 La2O3 0.1 27.0 42.0 SiO2 H3BO3 B2O3 La2O3 0.09 23.91 13.65 41.86 BaO ZnO 5.0 5.0 Ba(NO3)2 BaCO3 ZnO 0.85 5.78 4.99 Y2O3 9.0 Y2O3 8.97 ZrO2 Nb2O5 WO3 Sb2O3 7.0 0.5 4.4 0.2 ZrO2 Nb2O5 WO3 Sb2O3 7.20 0.50 4.39 0.20 总计 100.2 112.39
表2熔化实例(w/w)
1 2 3 4 5 6 7 SiO2 B2O3 BaO ZnO La2O3 Y2O3 ZrO2 Nb2O5 WO3 Sb2O3 4.0 35.0 1.0 48.0 6.0 4.0 2.0 0.2 0.1 27.0 5.0 5.0 42.0 9.0 7.0 0.5 4.4 0.2 2.0 31.0 0.5 0.5 43.0 12.0 10.0 1.0 0.2 0.5 33.0 2.0 1.0 47.0 7.0 5.0 4.0 0.5 0.2 3.0 29.0 4.0 43.0 9.0 7.0 3.0 2.0 0.2 3.9 30.0 0.1 0.5 44.4 11.0 9.0 1.0 0.1 0.2 1.0 32.0 3.0 2.0 45.0 7.0 5.0 2.0 3.0 0.2 ∑ 100.2 100.2 100.2 100.2 100.2 100.2 100.2 1 2 3 4 5 6 7 nd 7 K/h vd 7 K/h Pg，F ΔPg，F 1.74249 51.03 0.5496 -0.0084 1.79529 46,41 0.5582 -0.0075 1.78002 48.77 0.5523 -0.0095 1.77286 47.87 0.5554 -0.0079 1.78389 46.70 0.5570 -0.0082 1.77527 49.06 0.5520 -0.0093 1.76956 48.07 0.5553 -0.0076 τ25mm，390nm τ25mm，400nm τ25mm，420nm 85.4 88.8 92.4 9.9 11.1 12.2 81.9 86.6 91.5 76.2 81.9 88.1 60.4 65.1 67.4 71.5 73.9 74.2 64.4 73.7 83.8 α20-300 Tg ρ 6.5 674 4.02 7.7 637 4.50 7.0 682 4.24 7.0 662 4.20 6.9 660 4.28 7.0 679 4.22 7.1 652 4.25
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