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环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

阅读：1030发布：2020-06-06

专利汇可以提供环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种折射率为1.55～1.63、阿贝数为42～52的环保光学玻璃，该玻璃中不含有价格昂贵的Nb2O5、以及污染环境的PbO、As2O3和氟化物。环保光学玻璃，按重量百分比组成含有：SiO2：48～65％、TiO2：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al2O3：0～5％、Li2O：0～3％、Sb2O3：0～0.3％、Na2O：1～8％、K2O：5～16％。本发明的光学玻璃的密度为3.0g/cm3以下，转变温度为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长 λ80小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ5小于350nm。，下面是环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器专利的具体信息内容。

权利要求

1.环保光学玻璃，其特征在于，按重量百分比组成含有：SiO2：48～65％、TiO2：5～
15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al2O3：0～5％、Li2O：0～3％、Sb2O3：
0～0.3％、Na2O：1～8％、K2O：5～16％。
2.如权利要求1所述的环保光学玻璃，其特征在于，按重量百分比组成为：SiO2：48～
65％、TiO2：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al2O3：0～5％、Li2O：
0～3％、Sb2O3：0～0.3％、Na2O：1～8％、K2O：5～16％。
3.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：NaO2与K2O的合计量为10～18％。
4.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：SiO2：
50～60％。
5.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：TiO2：
7～12％。
6.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Na2O：
2～6％。
7.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：K2O：
8～12％。
8.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：BaO：
11～19.5％。
9.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：CaO：
0～3％。
10.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Al2O3：
0～3％。
11.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Li2O：
0～2％。
12.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，其中：Sb2O3：
0～0.2％。
13.如权利要求1～2中任一权利要求所述的环保光学玻璃，其特征在于，所述环保光
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学玻璃密度为3.0g/cm 以下，折射率为1.55～1.63，阿贝数为42～52，转变温度为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ80小于380nm，透射比达到
5％时对应的波长λ5小于350nm。
14.采用权利要求1～13中任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的玻璃预制件。
15.采用权利要求1～13中任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的光学元件。
16.采用权利要求1～13中任一权利要求所述的环保光学玻璃制成的光学仪器。

说明书全文

环保光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光学玻璃，特别是涉及一种折射率(nd)为1.55～1.63、阿贝数(vd)为42～52的环保光学玻璃，以及由该光学玻璃构成的预制件、光学元件和光学仪器。

背景技术

[0002] 传统的钡火石光学玻璃组分里含有大量的PbO以及作为澄清剂的As2O3，但随着环境保护的呼声日益高涨，PbO和As2O3必将由其他组分所替代。开发出既能满足使用要求，又不含有对环境有害的物质，同时要求原料价格低廉，能够低成本地连续生产的光学玻璃成了科研人员的奋斗目标。

[0003] CN98105841.8公开了一种光学玻璃，其组分中含有大量昂贵的Nb2O5，这势必会增加玻璃的生产成本，不利于工业化批量生产；另外，该组分中还含有大量的B2O3，这会使得玻璃在融化时挥发性增大，同时玻璃的耐失透特性变差。JP8048538A公开了一种光学玻璃，其含有6～35％的Nb2O5，同时还含有0.1～10％的氟化物，这不仅增加了原料成本，同时在实际生产过程中，会排放氟化物气体和粉尘，增加环境负荷与处理成本。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种折射率为1.55～1.63、阿贝数为42～52的环保光学玻璃，该玻璃中不含有价格昂贵的Nb2O5、以及污染环境的PbO、As2O3和氟化物。

[0005] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：环保光学玻璃，按重量百分比组成含有：SiO2：48～65％、TiO2：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al2O3：0～5％、Li2O：0～3％、Sb2O3：0～0.3％、Na2O：1～8％、K2O：5～16％。

[0006] 进一步的，按重量百分比组成为：SiO2：48～65％、TiO2：5～15％、ZnO：2～8％、BaO：10～22％、CaO：0～5％、Al2O3：0～5％、Li2O：0～3％、Sb2O3：0～0.3％、Na2O：1～8％、K2O：5～16％。

[0007] 进一步的，其中：NaO2与K2O的合计量为10～18％。

[0008] 进一步的，其中：SiO2：50～60％。

[0009] 进一步的，其中：TiO2：7～12％。

[0010] 进一步的，其中：Na2O：2～6％。

[0011] 进一步的，其中：K2O：8～12％。

[0012] 进一步的，其中：BaO：11～19.5％。

[0013] 进一步的，其中：CaO：0～3％。

[0014] 进一步的，其中：Al2O3：0～3％。

[0015] 进一步的，其中：Li2O：0～2％。

[0016] 进一步的，其中：Sb2O3：0～0.2％。

[0017] 进一步的，所述环保光学玻璃密度为3.0g/cm3以下，折射率为1.55～1.63，阿贝数为42～52，转变温度为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ80小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ5小于350nm。

[0018] 采用上述的环保光学玻璃制成的玻璃预制件。

[0019] 采用上述的环保光学玻璃制成的光学元件。

[0020] 采用上述的环保光学玻璃制成的光学仪器。

[0021] 本发明的有益效果是：不加入价格昂贵的Nb2O5，降低了生产成本，节约了资源；不加入B2O3，玻璃的光透过率优异；不含有PbO、As2O3和氟化物等污染组分，得到了环保光学玻3
璃，本发明的光学玻璃的密度为3.0g/cm 以下，折射率(nd)为1.55～1.63，阿贝数(vd)为
42～52，转变温度(Tg)为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ80小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ5小于350nm。

具体实施方式

[0022] 下面将描述本发明光学玻璃的各个组分，除非另有说明，各个组分的含量用重量％表示。

[0023] SiO2是重要的玻璃形成体氧化物，在玻璃结构中起骨架作用，是光学玻璃实现光学常数的基础，其含量的多少与玻璃的化学稳定性、融化特性密切相关。在本发明中，当SiO2含量不足48％时，玻璃的化学稳定性会降低；但当其含量超过65％时，则难以维持玻璃的光学常数，同时也会显著提高玻璃的融化温度。为了得到化学稳定性特别优异的玻璃，同时兼顾其融化特性，本发明的SiO2含量为48～65％，优选为50～60％。

[0024] TiO2在本发明中用于提高玻璃的折射率与色散，以达到所需要的光学常数。同时，TiO2还可以显著地提高玻璃的机械性能和化学稳定性。但是，如果TiO2的含量低于5％，那么玻璃不能达到所期望的光学常数，若含量高于15％，会使玻璃着色，引起光透过率的显著恶化。因此，TiO2含量为5～15％，优选为7～12％。

[0025] Li2O组分能大幅度降低玻璃的转变温度并有效改善玻璃的熔化性能，在本发明中，当其含量大于3％时，玻璃的耐失透性和化学稳定性急剧恶化，因此该组分的含量限定为0～3％，优选为0～2％。

[0026] Na2O可以有效降低玻璃的转变温度，提高玻璃的熔化性能和调整光学常数，如果该组分的含量小于1％，则不能充分获得这些效果，而如果此组分的含量超过8％，则玻璃的化学稳定性显著变差。因此，该组分的含量限定为1～8％，优选为2～6％。

[0027] K2O是本发明必须添加的组分之一，用于调节光学常数以及降低玻璃的溶解温度。当其含量低于5％时，无法达到上述效果；如果含量超过16％，会引起玻璃化学稳定性的恶化。因此，K2O含量为5～16％，优选为8～12％。

[0028] 另外，本发明人通过研究发现，当NaO2与K2O的合计量达到10％以上时，能更显著地降低玻璃的溶解温度和高温粘度。但当NaO2与K2O的合计量超过18％时，则玻璃的化学稳定性也会随之恶化。因此，NaO2与K2O的合计量为10～18％。

[0029] ZnO有利于降低玻璃的熔化温度和软化温度，并有调整玻璃光学性能的作用。当其含量不足2％时，玻璃的软化温度上升；而当其含量高于8％时，玻璃的色散增大，析晶倾向增大，同时玻璃的高温粘度变小，给玻璃的成型带来很大的困难，因此ZnO的含量限定为2～8％。

[0030] BaO是本发明中必须含有的组分，可以提高玻璃的折射率和耐失透性能。在本发明中，当BaO的含量低于10％时，不能达到所需的光学常数，若含量超过22％时，则容易在连续熔炼中数据不稳定，还会加重腐蚀生产炉体。因此，BaO含量限定为10～22％，优选为11～19.5％。

[0031] CaO可以提高玻璃的化学稳定性，并有助熔作用，但其含量高于5％时，玻璃的析晶倾向增大。因此CaO的含量限定为0～5％，优选为0～3％，更优选为不加入。

[0032] Al2O3是用于提高化学耐久性而可添加的成分，其含量过多的话，则不能获得所期望的玻璃化转变温度。因此Al2O3的含量为0～5％，优选为0～3％。

[0033] Sb2O3在本发明中作为澄清剂使用，其含量为0～0.3％，优选为0～0.2％。

[0034] 下面将描述本发明的光学玻璃的性能。

[0035] 折射率与阿贝数按照《GB/T7962.1-1987无色光学玻璃测试方法折射率和色散系数》测试。

[0036] 转变温度(Tg)按照《GB/T7962.16-1987无色光学玻璃测试方法线膨胀系数、转变温度和弛垂温度》测试，即：被测样品在一定的温度范围内，温度每升高1℃，在被测样品的膨胀曲线上，将低温区域和高温区域直线部分延伸相交，其交点所对应的温度。

[0037] 密度按照《GB/T7962.20-1987无色光学玻璃测试方法密度测试方法》测试。

[0038] 光学玻璃短波透射光谱特性用着色度(λ80/λ5)表示。即：样品厚度为10mm±0.1mm，λ80是指玻璃透射比达到80％时对应的波长，λ5是指玻璃透射比达到5％时对应的波长。

[0039] 采用梯温炉法测定玻璃的析晶性能，将玻璃制成180*10*10mm的样品，侧面抛光，放入带有温度梯度的炉内保温4小时后取出，在显微镜下观察玻璃析晶情况，玻璃出现晶体对应的最高温度即为玻璃的析晶上限温度。玻璃的析晶上限温度越低，则玻璃在高温时稳定性越强，生产的工艺性能越好。

[0040] 经过测试，本发明的光学玻璃具有以下性能：密度为3.0g/cm3以下，折射率(nd)为1.55～1.63，阿贝数(vd)为42～52，转变温度(Tg)为565℃以下，析晶温度为1000℃以下，透射比达到80％时对应的波长λ80小于380nm，透射比达到5％时对应的波长λ5小于
350nm。

[0041] 本发明还提供一种光学元件，由上述光学玻璃按照本领域技术人员熟知的方法形成，并且所述的光学元件可以应用于数码照相机、数字摄像机、照相手机等设备。

[0042] 实施例

[0043] 为了进一步了解本发明的技术方案，下面将描述本发明光学玻璃的实施例，应该注意到，这些实施例没有限制本发明的范围。

[0044] 表1～表3中显示的实施例1～30是通过按照表1～表3所示各个实施例的比值称重并混合光学玻璃用普通原料(如氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐和氟化物)，将混合原料放置在铂金坩埚中，在一定的温度内熔融，并且经熔化、澄清、搅拌和均化后，得到没有气泡及不含未溶解物质的均质熔融玻璃，将此熔融玻璃在模具内铸型并退火而成。

[0045] 本发明实施例1～30的组成与折射率(nd)、阿贝数(vd)、密度(ρ)、玻璃转变温度(Tg)、着色度(λ80/λ5)的结果一起在表1～表3中表示。在这些表中，各个组分的组成是用重量％表示的。

[0046] 表1

[0047]

[0048] 表2

[0049]

[0050] 表3

[0051]

[0052]

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