[发明专利]用于精密模压的光学玻璃

说明书

技术领域

本发明一般地涉及光学玻璃，特别地，本发明涉及适于精密模压的光学玻璃，更特别地，本发明涉及具有高折射率、低色散度以及低玻璃化转变温度的精密模压光学玻璃。同时，该玻璃在模压过程中元素挥发低且不与模具材料粘连。

背景技术

近年来，光学和光电技术领域市场上的产品趋于越来越微型化。对于越来越小的终端产品的需求，以及这种终端产品的独立组件和元件小型化需求的不断增长，已经证明了这一点。对于光学玻璃的生产商而言，这种发展意味着，除了制成品的质量提高之外，无疑要求原料玻璃体积的减小。同时，来自后处理工艺对于玻璃生产商的成本压力增大，因为生产这种由玻璃块和/或锭制成的较小的元件会产生显然更多的废料。

取而代之目前常见的从玻璃块或玻璃锭除去用于光学元件的玻璃部分的工艺方法，近来在玻璃熔融之后可以立即得到尽可能接近最终轮廓或最终几何形状的预成型件的生产工艺变得十分重要。例如，提高了再加工工厂对于预成型件的要求，所述预成型件接近用于再压制的最终几何形状，即，所谓的“精密块”。通常，术语“精密块”是指优选完全火焰抛光的，自由或半自由成形的玻璃部分，其已经被分成玻璃部分并且具有接近于光学元件最终形状的几何形状。

这种“精密块”还优选可以通过所谓的“精密压制”或通过“精密模压”或“精压制”转变为光学元件。所述光学元件是指透镜、非球面元件等，这些词是同义的。因此，不再需要例如通过表面抛光对所述表面的几何形状进行进一步加工。因为利用该工艺，熔融玻璃的体积更小，方式更加灵活，因此固化时间更短。通常，由于产品几何形状小，而且该类产品的使用量相对较少以及更换量也较小，因此，要进一步提高产品的附加值不能只基于原材料本身的价值，而是基于压制后的产品应处于即可安装的状态，即，不再必需费力的后处理，冷却和/或再冷处理。因为所要求的几何形状的高精度，这种压制步骤必须使用高等级的精密设备，从而必须使用昂贵的模具材料。这种模具的寿命大大影响了产品和/或所制备的材料的可获利性。对于模具的长寿命而言，非常重要的一个因素是使用尽可能低的工作温度，但是该温度仅能降低至某点，在该点下，待压制材料的粘度仍足以能用于所述压制步骤。这意味着在处理温度，也即，在待处理玻璃的转变温度T_g，和该压制处理的获利之间存在直接的因果关系：玻璃的转变温度越低，模具的寿命越长，从而盈利越大。因此，需要所谓的“低T_g玻璃”，即，具有低熔点和转变温度的玻璃，也即，具有足以在尽可能低的温度下进行处理的粘度的玻璃。

在精密模压处理中，玻璃对模具表面的非粘连性是用于精密模压的关键要求，因为玻璃模压模具和成形模具的表面经常与近于熔融的玻璃接触，它们之间的任何相互作用均会产生粘连，或者甚至产生玻璃和模具材料之间的粘附。这种粘连或粘附可能导致对玻璃制品或模具表面或二者的粘附磨损和破坏。在现代玻璃生产工艺中，改善玻璃质量的要求不断增加，希望更严格地控制尺寸的公差，同时要求模具的寿命更长，生产率更高，这是经济上的要求。从而，新的改进的具有非粘连性能的玻璃组合物是非常重要的。

另一个重要因素是玻璃应具有较小的元素挥发，并与精密模压的模具的反应性较小。B₂O₃和Li₂O在精密模压处理中容易挥发。一个关键的问题是抑制B₂O₃和Li₂O在精密压制工艺中的挥发，以保持精密压制后玻璃组成的准确性。

P2000-119036A描述了用于精密压制的光学玻璃，其中CaO的浓度为5-20wt.％，La₂O₃低于21wt.％，这不能有效地增大折射率并抑制B₂O₃和Li₂O的挥发。JP 2001-130924公开了一种用于精密压制工艺的具有高折射率的光学玻璃，所述玻璃含有至少2wt％的CaO。US6,806,217B2描述了模具用透镜玻璃，所述玻璃含有至少4wt％的CaO。在精密模压过程中，含CaO的玻璃具有更高的挥发和元素扩散，而且含CaO的玻璃容易与模具材料中常见的铂和碳化钨反应。CaO的存在会增加精密模压工艺中B₂O₃和Li₂O的挥发，这会破坏模具并降低光学玻璃的质量。

JP1286934公开了一种低熔点玻璃，这些玻璃的缺点是：容易与模具表面粘连，在精密模压处理中挥发程度高。