CN109970338B

CN109970338B - 光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

Info

Publication number: CN109970338B
Application number: CN201910348753.4A
Authority: CN
Inventors: 孙伟
Original assignee: CDGM Glass Co Ltd
Current assignee: CDGM Glass Co Ltd
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2019-04-28
Publication date: 2022-05-06
Anticipated expiration: 2039-04-28
Also published as: CN109970338A

Abstract

本发明提供一种光学玻璃，其组分以重量百分比表示，含有：B₂O₃：20～40％、La₂O₃：20～45％、Gd₂O₃：1～35％、Y₂O₃：0～15％，所述光学玻璃的折射率nd为1.70～1.80，阿贝数vd为48～58，努氏硬度H_K为700×10⁷Pa以上。通过合理的组分设计，本发明获得的光学玻璃在具有期望的折射率和阿贝数的同时，具有较高的硬度。

Description

光学玻璃、玻璃预制件、光学元件及光学仪器

技术领域

本发明涉及一种光学玻璃，尤其是涉及一种折射率为1.70～1.80，阿贝数为48～58的光学玻璃，以及由该光学玻璃制成的玻璃预制件、光学元件及光学仪器。

背景技术

随着光学与电子信息科学、新材料科学的不断融合，作为光电子基础材料的光学玻璃在光传输、光储存和光电显示等技术领域的应用突飞猛进。近年来，光学元件和光学仪器在数字化、集成化和高精细化方面发展迅速，对用于光学仪器和设备的光学元件的光学玻璃的性能提出了更高的要求。

折射率为1.70～1.80，阿贝数为48～58的光学玻璃在光学设计和光通信领域中对简化光学系统提高成像质量有着十分重要的意义。目前满足该光学性能的光学玻璃广泛应用于车载、监控安防等领域，这就要求光学玻璃具有较高的硬度，以抵御车辆行驶过程中沙石的磨损，延长光学玻璃的使用寿命。

发明内容

基于以上原因，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有折射率为1.70～1.80，阿贝数为48～58，且具有较高硬度的光学玻璃。

本发明解决技术问题的技术方案是：光学玻璃，其组分以重量百分比表示，含有：B₂O₃：20～40％、La₂O₃：20～45％、Gd₂O₃：1～35％、Y₂O₃：0～15％，所述光学玻璃的折射率nd为1.70～1.80，阿贝数vd为48～58，努氏硬度H_K为700×10⁷Pa以上。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，还含有：SiO₂：0～10％、ZrO₂：0～10％、ZnO：0～9.5％、Yb₂O₃：0～10％、WO₃：0～10％、TiO₂：0～10％、RO：0～10％、Rn₂O：0～10％、Al₂O₃：0～10％、Ta₂O₅：0～10％、Nb₂O₅：0～10％、澄清剂：0～2％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

光学玻璃，其组分以重量百分比表示，含有：B₂O₃：20～40％、La₂O₃：20～45％、Gd₂O₃：1～35％、Y₂O₃：0～15％、SiO₂：0～10％、ZrO₂：0～10％、ZnO：0～9.5％、Yb₂O₃：0～10％、WO₃：0～10％、TiO₂：0～10％、RO：0～10％、Rn₂O：0～10％、Al₂O₃：0～10％、Ta₂O₅：0～10％、Nb₂O₅：0～10％、澄清剂：0～2％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，其中：B₂O₃：23～36％、和/或La₂O₃：25～40％、和/或Y₂O₃：1～10％、和/或Nb₂O₅：0～5％、和/或ZrO₂：0.5～8％、和/或ZnO：0～6％、和/或SiO₂：0～8％、和/或Gd₂O₃：6～30％、和/或Yb₂O₃：0～5％、和/或WO₃：0～5％、和/或TiO₂：0～5％、和/或RO：0～5％、和/或Rn₂O：0～5％、和/或Al₂O₃：0～5％、和/或Ta₂O₅：0～5％、和/或澄清剂：0～1％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，其中：B₂O₃：25～35％、和/或La₂O₃：30～40％、和/或Y₂O₃：2～8％、和/或Nb₂O₅：0～2％、和/或ZrO₂：1～5％、和/或ZnO：0～4％、和/或SiO₂：1～6％、和/或Gd₂O₃：11～28％、和/或Yb₂O₃：0～3％、和/或WO₃：0～2％、和/或TiO₂：0～2％、和/或RO：小于1％、和/或Rn₂O：小于1％、和/或Al₂O₃：0～2％、和/或Ta₂O₅：0～2％、和/或澄清剂：0～0.5％，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，ZnO/Y₂O₃为1.0以下，优选ZnO/Y₂O₃为0.8以下，更优选ZnO/Y₂O₃为0.5以下，进一步优选ZnO/Y₂O₃为0.4以下。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.5～1.0，优选Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.6～0.95，更优选Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.7～0.9。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.02～0.6，优选(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.05～0.5，更优选(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.1～0.4，进一步优选(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.15～0.35。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，(SiO₂+ZnO)/La₂O₃为0.01～0.45，优选(SiO₂+ZnO)/La₂O₃为0.03～0.35，更优选(SiO₂+ZnO)/La₂O₃为0.05～0.25。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.5以下，优选(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.3以下，更优选(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.2以下，进一步优选(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.1以下。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，(Rn₂O+RO)/Y₂O₃为0.5以下，优选(Rn₂O+RO)/Y₂O₃为0.3以下，更优选(Rn₂O+RO)/Y₂O₃为0.2以下，进一步优选(Rn₂O+RO)/Y₂O₃为0.1以下。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)为0.35～1.0，优选B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)为0.45～0.9，更优选B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)为0.5～0.8。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，Gd₂O₃的含量16～25％。

进一步的，所述的光学玻璃的组分中不含F、和/或不含WO₃、和/或不含TiO₂、和/或不含RO、和/或不含Rn₂O、和/或不含Ta₂O₅、和/或不含Al₂O₃，所述RO为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

进一步的，所述的光学玻璃的组分以重量百分比表示，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃和ZrO₂的合计含量为92％以上；优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃和ZrO₂的合计含量为95％以上；更优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃和ZrO₂的合计含量为97％以上；进一步优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂、ZnO和Sb₂O₃的合计含量为99％以上。

进一步的，所述的光学玻璃的折射率nd为1.70～1.80，优选为1.72～1.79，更优选为1.73～1.78，进一步优选为1.74～1.77；阿贝数vd为48～58，优选为49～56，更优选为50～55，进一步优选为51～54。

进一步的，所述的光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为2类以上，优选为1类；和/或努氏硬度H_K为700×10⁷Pa以上，优选为710×10⁷Pa以上，更优选为720×10⁷Pa以上，进一步优选为725×10⁷Pa以上；和/或密度ρ为4.60g/cm³以下，优选为4.50g/cm³以下，更优选为4.45g/cm³以下；和/或热膨胀系数α_-30/70℃为80×10^-7/K以下，优选为70×10^-7/K以下，更优选为65×10^-7/K以下；和/或λ₈₀小于或等于400nm，优选λ₈₀小于或等于390nm，更优选λ₈₀小于或等于385nm；和/或λ₅小于或等于310nm，优选λ₅小于或等于300nm，更优选λ₅小于或等于295nm。

玻璃预制件，采用上述的光学玻璃制成。

光学元件，采用上述的光学玻璃或上述的玻璃预制件制成。

光学仪器，采用上述的光学玻璃或上述的光学元件制成。

本发明的有益效果是：通过合理的组分设计，本发明获得的光学玻璃在具有1.70～1.80的折射率和48～58的阿贝数同时，具有较高的硬度。

具体实施方式

下面，对本发明的光学玻璃的实施方式进行详细说明，但本发明不限于下述的实施方式，在本发明目的的范围内可进行适当的变更来加以实施。此外，关于重复说明部分，虽然有适当的省略说明的情况，但不会因此而限制发明的主旨，在以下内容中，本发明光学玻璃有时候简称为玻璃。

[光学玻璃]

下面对本发明光学玻璃的各组分范围进行说明。在本说明书中，如果没有特殊说明，各组分的含量、总含量全部采用相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的重量百分比表示。在这里，所述“换算成氧化物的组成”是指，作为本发明的光学玻璃组成成分的原料而使用的氧化物、复合盐及氢氧化物等熔融时分解并转变为氧化物的情况下，将该氧化物的物质总量作为100％。

除非在具体情况下另外指出，本文所列出的数值范围包括上限和下限值，“以上”和“以下”包括端点值，以及包括在该范围内的所有整数和分数，而不限于所限定范围时所列的具体值。本文所称“和/或”是包含性的，例如“A和/或B”，是指只有A，或者只有B，或者同时有A和B。

<必要组分和任选组分>

B₂O₃是一种形成玻璃网络结构的组分，是本发明中的必要组分，尤其是在含有大量La₂O₃和Gd₂O₃等高折射率组分的情况下，需要增加B₂O₃以维持形成玻璃的稳定性。为了达到上述效果，本发明引入20％以上或更多的B₂O₃，优选引入23％以上的B₂O₃，更优选引入25％以上的B₂O₃；但当其引入量超过40％时，则玻璃的化学稳定性下降，并且折射率下降，因此，本发明的B₂O₃的含量上限为40％，优选上限为36％，更优选上限为35％。

SiO₂同样是玻璃网络生成体，是光学玻璃的骨架，具有提升玻璃化学稳定性、维持玻璃抗析晶性能的作用；但当SiO₂含量高于10％时，则玻璃变得难熔，且无法获得本发明所需要的折射率。因此，SiO₂的含量为0～10％，优选范围为0～8％，更优选1～6％。

La₂O₃是获得本发明所需光学特性的必要组分，在本发明配方体系中，B₂O₃与La₂O₃的组合存在，可以有效地提高玻璃的耐失透性能，并提高玻璃的化学稳定性。当La₂O₃的含量小于20％时，难以实现所需要的光学特性；但当其含量超过45％时，玻璃耐失透性与熔融性能反而恶化。因此，本发明的La₂O₃的含量为20～45％，优选为25～40％，更优选为30～40％。

在本发明中通过引入1％以上的Gd₂O₃，以改善光学玻璃的化学稳定性，并调整玻璃的热膨胀系数和折射率；但当其含量超过35％时，玻璃的耐失透性变差，玻璃的转变温度升高。因此本发明中Gd₂O₃的含量为1～35％，优选为6～30％，更优选为11～28％，进一步优选为16～25％。

本发明高折射低色散作用的组分优选还引入15％以下的Y₂O₃，通过同时引入Y₂O₃与La₂O₃相配合，在维持高折射率和低色散的同时，改善玻璃的熔融性、耐失透性，若其含量超过15％，玻璃的稳定性、耐失透性降低。在一些实施方式中，通过引入1％以上的Y₂O₃，还可降低玻璃析晶上限温度和比重。因此，本发明中Y₂O₃的含量为0～15％，优选为1～10％，更优选为2～8％。

在本发明光学玻璃的一些实施方式中，通过使Gd₂O₃与Gd₂O₃和Y₂O₃的合计含量(Gd₂O₃+Y₂O₃)的比值Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)在0.5～1.0范围内，可使光学玻璃具有优异的化学稳定性和条纹度；在一些实施方式中，尤其是使Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)在0.6～0.95范围内，还可获得具有低热膨胀系数的光学玻璃。因此，Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.5～1.0，优选Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.6～0.95，更优选Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)为0.7～0.9。

在本发明光学玻璃的一些实施方式中，通过控制B₂O₃与SiO₂、La₂O₃、Y₂O₃的合计含量(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)的比例B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)在0.35～1.0范围内，可提高玻璃的成玻璃稳定性，尤其是控制B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)在0.45～0.9范围内，还可使玻璃具有低密度的同时，优化玻璃的条纹度。因此，B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)为0.35～1.0，优选为0.45～0.9，更优选为0.5～0.8。

Yb₂O₃也是一种赋予高折射、低色散性能的组分，在本发明中是一种任选组分，当其引入量超过10％时，玻璃的抗析晶性能和化学稳定性会下降，因此其含量限定为0～10％，优选为0～5％，更优选为0～3％。

ZrO₂可以起到改善玻璃光学常数和提高化学稳定性的作用，但其含量超过10％，玻璃的抗析晶性能变差。因此，本发明ZrO₂的含量为0～10％，优选为0.5～8％，更优选为1～5％。

在本发明光学玻璃的一些实施方式中，优选使(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃在0.02～0.6范围内，可使光学玻璃在具有较低热膨胀系数的情况下，优化玻璃的硬度和气泡度，更优选(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.05～0.5，进一步优选(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.1～0.4，更进一步优选(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃为0.15～0.35。

ZnO加入本体系玻璃中，可以调整玻璃的折射率和色散，降低玻璃的转变温度，但其含量超过9.5％，玻璃的抗析晶性能会下降，同时高温粘度较小，给成型带来困难，且增加玻璃的热膨胀系数和折射率温度系数。因此，本发明中ZnO含量为0～9.5％，优选为0～6％，更优选为0～4％。

在本发明的一些实施方式中，通过使ZnO/Y₂O₃在1.0以下，可使光学玻璃具有优异的化学稳定性和较低的热膨胀系数，尤其是使ZnO/Y₂O₃在0.8以下，还可优化玻璃的粘度，改善玻璃的成型性能。因此ZnO/Y₂O₃的范围在1.0以下，优选为0.8以下，更优选为0.5以下，进一步优选为0.4以下。

在本发明的一些实施方式中，当(SiO₂+ZnO)/La₂O₃低于0.01时，玻璃的光透过率变差，当(SiO₂+ZnO)/La₂O₃高于0.45时，玻璃的折射率达不到设计要求，硬度变差。因此，本发明的一些实施方式中，(SiO₂+ZnO)/La₂O₃的范围为0.01～0.45，优选为0.03～0.35，更优选为0.05～0.25。

WO₃是高折射高色散组分，加入本发明玻璃中可以调整光学常数，改善抗失透能力。但是，如果该组分含量过大，则可见光区短波区中的透过率降低。因此，本发明中WO₃含量为10％以下，优选为5％以下，更优选为2％以下，进一步优选不引入。

TiO₂是一种高折射高色散氧化物，加入玻璃中可以显著提升玻璃的折射率和色散，但若过多的TiO₂加入玻璃中，难以实现低色散的研制目标，同时玻璃的透过率会显著降低，玻璃的稳定性也会变差。因此，TiO₂的含量为10％以下，优选为5％以下，更优选为2％以下，进一步优选不引入。

Nb₂O₅可以提高玻璃的折射率，改善玻璃的化学稳定性和抗失透性，但若其含量过大，玻璃的色散会上升，难以获得目标光学常数的玻璃，同时会增加玻璃的成本和密度，且在可见光区中的短波透过率下降，因此本发明中引入10％以下的Nb₂O₅，优选引入量为5％以下，更优选引入量为2％以下，进一步优选为不引入。

Rn₂O是碱金属氧化物，Rn₂O为Li₂O、Na₂O或K₂O中的一种或多种，可以改善玻璃的熔融性，降低玻璃化转变温度，当Rn₂O的含量超过10％时，玻璃稳定性变差，因此本发明Rn₂O含量为0～10％，优选为0～5％，更优选为小于1％，进一步优选不引入。在本发明的一些实施方式中，即使少量的含有Li₂O，也会导致玻璃的化学稳定性变差，析晶性能变坏，因此在一些实施方式中，特别优选不含有Li₂O。

Ta₂O₅具有提高折射率、提升玻璃抗失透性能的作用，但其含量过高，玻璃的稳定性下降，且光学常数难以控制到期望的范围；另一方面，与其他成分相比，Ta₂O₅的价格非常昂贵，从实用以及成本的角度考虑，应尽量减少其使用量。因此，本发明的Ta₂O₅含量限定为0～10％，优选为0～5％，更优选为0～2％。在一些实施方式中，即使少量的含有Ta₂O₅，也会导致玻璃的稳定性变差，因此在一些实施方式中，特别优选不含有Ta₂O₅。

在本发明的一些实施方式中，Rn₂O和Ta₂O₅的合计含量(Rn₂O+Ta₂O₅)与SiO₂和ZrO₂的合计含量(SiO₂+ZrO₂)之间的比例(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)超过0.5，则光学玻璃的硬度变差，同时玻璃液对熔化池的腐蚀增加，光学玻璃的光透过率降低。因此(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.5以下，优选(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.3以下，更优选(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.2以下，进一步优选(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)为0.1以下。

RO是碱土金属氧化物，为BaO、SrO、CaO或MgO中的一种或多种。RO加入玻璃中可以改善玻璃的熔融性，降低玻璃化转变温度，但当RO的含量超过10％时，玻璃的耐失透性降低。因此，本发明RO含量为0～10％，优选为0～5％，更优选为小于1％，进一步优选不引入。在一些实施方式中，即使少量的含有BaO也会导致玻璃的析晶性能趋于恶化，因此在一些实施方式中，特别优选不含有BaO。

在本发明的一些实施方式中，Rn₂O和RO的合计含量与Y₂O₃之间的比例(Rn₂O+RO)/Y₂O₃超过0.5，光学玻璃的抗析晶性能和化学稳定性降低，气泡度下降，因此(Rn₂O+RO)/Y₂O₃为0.5以下，优选为0.3以下，更优选为0.2以下，进一步优选为0.1以下。

Al₂O₃能改善玻璃的化学稳定性，但其含量超过10％时，玻璃的色散增加，熔融性变差。因此，本发明Al₂O₃的含量为0～10％，优选为0～5％，更优选为0～2％，进一步优选不引入。

通过少量添加Sb₂O₃、SnO、SnO₂、CeO₂组分中的一种或多种作为澄清剂，可以提高玻璃的澄清效果，但当Sb₂O₃含量超过2％时，玻璃有澄清性能降低的倾向，同时由于其强氧化作用促进了熔制玻璃的铂金或铂合金器皿的腐蚀以及成型模具的恶化，因此本发明优选Sb₂O₃的添加量为0～2％，更优选为0～1％，进一步优选0～0.5％。SnO和SnO₂也可以作为澄清剂来添加，但当其含量超过2％时，则玻璃会着色，或者当加热、软化玻璃并进行模压成形等再次成形时，Sn会成为晶核生成的起点，产生失透的倾向。因此本发明的SnO₂的含量优选为0～2％，更优选为0～1％，进一步优选0～0.5％，更进一步优选不含有；SnO的含量优选为0～2％，更优选为0～1％，进一步优选0～0.5％，更进一步优选不含有。CeO₂的作用及添加量比例与SnO₂一致，其含量优选为0～2％，更优选为0～1％，进一步优选0～0.5％，更进一步优选不含有。

F能够降低玻璃色散，改善玻璃抗失透性能，但其在熔炼和成型过程的挥发会使玻璃的数据波动变大，同时在成型过程中F的挥发会导致条纹的产生；另外，F的挥发会对人体和环境产生潜在的安全威胁。本发明中F含量被限定在4％以下，优选为3％以下，更优选为1％以下，更进一步优选不引入。

为了较好的达到本发明的目的，并获得各项性能优异的光学玻璃，本发明玻璃中各组分按重量百分比表示，优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃和ZrO₂的合计含量为92％以上；更优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃和ZrO₂的合计含量为95％以上；进一步优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃和ZrO₂的合计含量为97％以上；更进一步优选SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂、ZnO和Sb₂O₃的合计含量为99％以上。

<不应含有的组分>

本发明玻璃中，V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag以及Mo等过渡金属的氧化物，即使单独或复合地少量含有的情况下，玻璃也会被着色，在可见光区域的特定的波长产生吸收，从而减弱本发明的提高可见光透过率效果的性质，因此，特别是对于可见光区域波长的透过率有要求的光学玻璃，优选实际上不含有。

Th、Cd、Tl、Os、Be以及Se的氧化物，近年来作为有害的化学物质而有控制使用的倾向，不仅在玻璃的制造工序，直至加工工序以及产品化后的处置上对环境保护的措施是必需的。因此，在重视对环境的影响的情况下，除了不可避免地混入以外，优选实际上不含有它们。由此，光学玻璃变得实际上不包含污染环境的物质。因此，即使不采取特殊的环境对策上的措施，本发明的光学玻璃也能够进行制造、加工以及废弃。

为了实现环境友好，本发明的光学玻璃不含有As₂O₃和PbO。虽然As₂O₃具有消除气泡和较好的防止玻璃着色的效果，但As₂O₃的加入会加大玻璃对熔炉特别是对铂金熔炉的铂金侵蚀，导致更多的铂金离子进入玻璃，对铂金熔炉的使用寿命造成不利影响。PbO可显著提高玻璃的高折射率和高色散性能，但PbO和As₂O₃都造成环境污染的物质。

本文所记载的“不引入”“不含有”“0％”是指没有故意将该化合物、分子或元素等作为原料添加到本发明光学玻璃中；但作为生产光学玻璃的原材料和/或设备，会存在某些不是故意添加的杂质或组分，会在最终的光学玻璃中少量或痕量含有，此种情形也在本发明专利的保护范围内。

下面，对本发明的光学玻璃的性能进行说明。

<折射率与阿贝数>

光学玻璃折射率(nd)与阿贝数(vd)按照GB/T 7962.1—2010规定的方法测试。

本发明光学玻璃的折射率(nd)为1.70～1.80，优选为1.72～1.79，更优选为1.73～1.78，进一步优选为1.74～1.77；阿贝数(vd)为48～58，优选为49～56，更优选为50～55，进一步优选为51～54。

<耐水作用稳定性>

光学玻璃耐水作用稳定性(D_W)(粉末法)按照GB/T 17129规定的方法测试。

本发明光学玻璃的耐水作用稳定性(D_W)为2类以上，优选为1类。

<密度>

光学玻璃的密度(ρ)按GB/T7962.20-2010规定的方法进行测试。

本发明光学玻璃的密度(ρ)为4.60g/cm³以下，优选为4.50g/cm³以下，更优选为4.45g/cm³以下。

<努氏硬度>

光学玻璃的努氏硬度(H_K)按GB/T7962.18-2010规定的测试方法测试。

本发明光学玻璃努氏硬度(H_K)为700×10⁷Pa以上，优选为710×10⁷Pa以上，更优选为720×10⁷Pa以上，更进一步优选为725×10⁷Pa以上。

<热膨胀系数>

本发明光学玻璃的热膨胀系数(α_-30/70℃)按照GB/T7962.16-2010规定的方法测试-30～70℃的数据。

本发明的光学玻璃的热膨胀系数(α_-30/70℃)为80×10^-7/K以下，优选为70×10^-7/K以下，更优选为65×10^-7/K以下。

<光学玻璃的着色度>

本发明光学玻璃的着色度用λ₈₀/λ₅表示。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。其中，λ₈₀的测定是使用具有彼此平行且光学抛光的两个相对平面的厚度为10±0.1mm的玻璃，测定从280nm到700nm的波长域内的分光透射率并表现出透射率80％的波长。所谓分光透射率或透射率是在向玻璃的上述表面垂直地入射强度I_in的光，透过玻璃并从一个平面射出强度I_out的光的情况下通过I_out/I_in表示的量，并且也包含了玻璃的上述表面上的表面反射损失的透射率。

本发明的光学玻璃λ₈₀小于或等于400nm，优选λ₈₀的范围为小于或等于390nm，更优选λ₈₀的范围为小于或等于385nm；λ₅小于或等于310nm，优选λ₅的范围为小于或等于300nm，更优选λ₅的范围为小于或等于295nm。

[光学玻璃的制造方法]

本发明光学玻璃的制造方法如下：本发明的玻璃采用常规原料和常规工艺生产，使用碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氢氧化物、氧化物等为原料，按常规方法配料后，将配好的炉料投入到1200～1300℃的熔炼炉中熔制，并且经澄清、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。本领域技术人员能够根据实际需要，适当地选择原料、工艺方法和工艺参数。

[玻璃预制件和光学元件]

可以使用例如研磨加工的手段、或再热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，由所制成的光学玻璃来制作玻璃预制件。即，可以通过对光学玻璃进行磨削和研磨等机械加工来制作玻璃预制件，或通过对由光学玻璃制作模压成型用的预成型坯，对该预成型坯进行再热压成型后再进行研磨加工来制作玻璃预制件，或通过对进行研磨加工而制成的预成型坯进行精密冲压成型来制作玻璃预制件。

需要说明的是，制备玻璃预制件的手段不限于上述手段。如上所述，本发明的光学玻璃对于各种光学元件和光学设计是有用的，其中特别优选由本发明的光学玻璃形成预成型坯，使用该预成型坯来进行再热压成型、精密冲压成型等，制作透镜、棱镜等光学元件。

本发明的玻璃预制件与光学元件均由上述本发明的光学玻璃形成。本发明的玻璃预制件具有光学玻璃所具有的优异特性；本发明的光学元件具有光学玻璃所具有的优异特性，能够提供光学价值高的各种透镜、棱镜等光学元件。

作为透镜的例子，可举出透镜面为球面或非球面的凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜。

[光学仪器]

本发明光学玻璃所形成的光学元件可制作如照相设备、摄像设备、显示设备和监控设备等光学仪器。

实施例

<光学玻璃实施例>

为了进一步清楚地阐释和说明本发明的技术方案，提供以下的非限制性实施例。

本实施例采用上述光学玻璃的制造方法得到具有表1～表3所示的组成的光学玻璃。另外，通过本发明所述的测试方法测定各玻璃的性能，并将测定结果表示在表1～表3中，表1～表3中用K1表示Gd₂O₃/(Gd₂O₃+Y₂O₃)，K2表示ZnO/Y₂O₃，K3表示(Y₂O₃+ZrO₂)/La₂O₃，K4表示(SiO₂+ZnO)/La₂O₃，K5表示(Rn₂O+Ta₂O₅)/(SiO₂+ZrO₂)，K6表示(Rn₂O+RO)/Y₂O₃，K7表示B₂O₃/(SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃)。

表1

表2

表3

<玻璃预制件实施例>

将表1中实施例1～10所得到的光学玻璃切割成预定大小，再在表面上均匀地涂布脱模剂，然后将其加热、软化，进行加压成型，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜的预制件。

<光学元件实施例>

将上述玻璃预制件实施例所得到的这些预制件退火，在降低玻璃内部的变形的同时进行微调，使得折射率等光学特性达到所需值。

接着，对各预制件进行磨削、研磨，制作凹弯月形透镜、凸弯月形透镜、双凸透镜、双凹透镜、平凸透镜、平凹透镜等各种透镜、棱镜。所得光学元件的表面上还可涂布防反射膜。

<光学仪器实施例>

将上述光学元件实施例制得的光学元件通过光学设计，通过使用一个或多个光学元件形成光学部件或光学组件，可用于例如成像设备、传感器、显微镜、医药技术、数字投影、通信、光学通信技术/信息传输、汽车领域中的光学/照明、光刻技术、准分子激光器、晶片、计算机芯片以及包括这样的电路及芯片的集成电路和电子器件，或用于车载领域的摄像设备和装置。

Claims

1.光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，含有：B₂O₃：20～40%、La₂O₃：20～45%、Gd₂O₃：1～35%、SiO₂：0～10%、ZrO₂：0～10%、Y₂O₃：0～8%，（Y₂O₃+ZrO₂）/La₂O₃为0.215～0.6；Gd₂O₃/（Gd₂O₃+Y₂O₃）为0.726～1.0；（SiO₂+ZnO）/La₂O₃为0.065～0.45，所述光学玻璃的折射率nd为1.70～1.80，阿贝数vd为48～58，努氏硬度H_K为700×10⁷Pa以上，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃和ZrO₂的合计含量为92%以上。

2.如权利要求1所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，还含有：ZnO：0～9.5%、Yb₂O₃：0～10%、WO₃：0～10%、TiO₂：0～10%、RO：0～10%、Rn₂O：0～10%、Al₂O₃：0～10%、Ta₂O₅：0～10%、Nb₂O₅：0～10%、澄清剂：0～2%，所述RO 为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

3.光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，含有：B₂O₃：20～40%、La₂O₃：20～45%、Gd₂O₃：1～35%、Y₂O₃：0～15%、SiO₂：0～10%、ZrO₂：0～10%、ZnO：0～9.5%、Yb₂O₃：0～10%、WO₃：0～10%、TiO₂：0～10%、RO：0～10%、Rn₂O：0～10%、Al₂O₃：0～10%、Ta₂O₅：0～10%、Nb₂O₅：0～10%、澄清剂：0～2%，（Rn₂O+Ta₂O₅）/（SiO₂+ZrO₂）为0.5以下；（Y₂O₃+ZrO₂）/La₂O₃为0.215～0.6；Gd₂O₃/（Gd₂O₃+Y₂O₃）为0.726～1.0；（SiO₂+ZnO）/La₂O₃为0.065～0.45，所述RO 为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种，所述光学玻璃的阿贝数vd为48～58。

4.如权利要求1或2所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，其中：B₂O₃：23～36%、和/或La₂O₃：25～40%、和/或Y₂O₃：1～8%、和/或Nb₂O₅：0～5%、和/或ZrO₂：0.5～8%、和/或ZnO：0～6%、和/或SiO₂：0～8%、和/或Gd₂O₃：6～30%、和/或Yb₂O₃：0～5%、和/或WO₃：0～5%、和/或TiO₂：0～5%、和/或RO：0～5%、和/或Rn₂O：0～5%、和/或Al₂O₃：0～5%、和/或Ta₂O₅：0～5%、和/或澄清剂：0～1%，所述RO 为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

5.如权利要求3所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，其中：B₂O₃：23～36%、和/或La₂O₃：25～40%、和/或Y₂O₃：1～10%、和/或Nb₂O₅：0～5%、和/或ZrO₂：0.5～8%、和/或ZnO：0～6%、和/或SiO₂：0～8%、和/或Gd₂O₃：6～30%、和/或Yb₂O₃：0～5%、和/或WO₃：0～5%、和/或TiO₂：0～5%、和/或RO：0～5%、和/或Rn₂O：0～5%、和/或Al₂O₃：0～5%、和/或Ta₂O₅：0～5%、和/或澄清剂：0～1%，所述RO 为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

6.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，其中：B₂O₃：25～35%、和/或La₂O₃：30～40%、和/或Y₂O₃：2～8%、和/或Nb₂O₅：0～2%、和/或ZrO₂：1～5%、和/或ZnO：0～4%、和/或SiO₂：1～6%、和/或Gd₂O₃：11～28%、和/或Yb₂O₃：0～3%、和/或WO₃：0～2%、和/或TiO₂：0～2%、和/或RO：小于1%、和/或Rn₂O：小于1%、和/或Al₂O₃：0～2%、和/或Ta₂O₅：0～2%、和/或澄清剂：0～0.5%，所述RO 为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种，澄清剂为Sb₂O₃、SnO₂、SnO和CeO₂中的一种或多种。

7.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，ZnO/Y₂O₃为1.0以下。

8.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，ZnO/Y₂O₃为0.8以下。

9.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，ZnO/Y₂O₃为0.5以下。

10.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，ZnO/Y₂O₃为0.4以下。

11.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，Gd₂O₃/（Gd₂O₃+Y₂O₃）为0.726～0.95。

12.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，Gd₂O₃/（Gd₂O₃+Y₂O₃）为0.726～0.9。

13.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Y₂O₃+ZrO₂）/La₂O₃为0.215～0.5。

14.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Y₂O₃+ZrO₂）/La₂O₃为0.215～0.4。

15.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Y₂O₃+ZrO₂）/La₂O₃为0.215～0.35。

16.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（SiO₂+ZnO）/La₂O₃为0.065～0.35。

17.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（SiO₂+ZnO）/La₂O₃为0.065～0.25。

18.如权利要求1～2任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+Ta₂O₅）/（SiO₂+ZrO₂）为0.5以下。

19.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+Ta₂O₅）/（SiO₂+ZrO₂）为0.3以下。

20.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+Ta₂O₅）/（SiO₂+ZrO₂）为0.2以下。

21.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+Ta₂O₅）/（SiO₂+ZrO₂）为0.1以下。

22.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+RO）/ Y₂O₃为0.5以下。

23.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+RO）/ Y₂O₃为0.3以下。

24.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+RO）/ Y₂O₃为0.2以下。

25.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，（Rn₂O+RO）/ Y₂O₃为0.1以下。

26.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，B₂O₃/（SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃）为0.35～1.0。

27.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，B₂O₃/（SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃）为0.45～0.9。

28.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，B₂O₃/（SiO₂+La₂O₃+Y₂O₃）为0.5～0.8。

29.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，Gd₂O₃的含量16～25%。

30.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分中不含F、和/或不含WO₃、和/或不含TiO₂、和/或不含RO、和/或不含Rn₂O、和/或不含Ta₂O₅、和/或不含Al₂O₃，所述RO 为MgO、CaO、SrO、BaO中的一种或多种，Rn₂O为Li₂O、Na₂O、K₂O中的一种或多种。

31.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃和ZrO₂的合计含量为95%以上。

32.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃和ZrO₂的合计含量为97%以上。

33.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，其组分以重量百分比表示，SiO₂、B₂O₃、La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、ZrO₂、ZnO和Sb₂O₃的合计含量为99%以上。

34.如权利要求3所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的折射率nd为1.70～1.80；阿贝数vd为48～58。

35.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的折射率nd为1.72～1.79；阿贝数vd为49～56。

36.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的折射率nd为1.73～1.78；阿贝数vd为50～55。

37.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的折射率nd为1.74～1.77；阿贝数vd为51～54。

38.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为2类以上；和/或努氏硬度H_K为700×10⁷Pa以上；和/或密度ρ为4.60g/cm³以下；和/或热膨胀系数α_-30/70℃为80×10^-7/K以下；和/或λ₈₀小于或等于400nm；和/或λ₅小于或等于310nm。

39.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的耐水作用稳定性D_W为1类；和/或努氏硬度H_K为710×10⁷Pa以上；和/或密度ρ为4.50 g/cm³以下；和/或热膨胀系数α_-30/70℃为70×10^-7/K以下；和/或λ₈₀小于或等于390nm；和/或λ₅小于或等于300nm。

40.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的努氏硬度H_K为720×10⁷Pa以上；和/或密度ρ为4.45g/cm³以下；和/或热膨胀系数α_-30/70℃为65×10^-7/K以下；和/或λ₈₀小于或等于385nm；和/或λ₅小于或等于295nm。

41.如权利要求1～3任一所述的光学玻璃，其特征在于，光学玻璃的努氏硬度H_K为725×10⁷Pa以上。

42.玻璃预制件，采用权利要求1～41任一所述的光学玻璃制成。

43.光学元件，采用权利要求1～41任一所述的光学玻璃或权利要求42所述的玻璃预制件制成。

44.光学仪器，采用权利要求1～41任一所述的光学玻璃或权利要求43所述的光学元件制成。