[发明专利]一种低碱低熔点光学玻璃及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低碱低熔点玻璃及其制备领域，特别涉及一种低碱低熔点光学玻璃及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的突飞猛进，手机、笔记本等电子产品中的光学元件的使用量呈几何级数增长，光学元件尺寸向小型化、微型化方向快速发展，这就使得光学元件加工问题变得越来越突出，同时给光学元件的加工也提出了更高的要求，因此在上世纪70年代出现了光学玻璃模压成型技术，所谓光学玻璃模压成型技术，就是利用玻璃从熔融态向固态转化的过程为连续可逆的热加工性质，在玻璃转变温度Tg附近，对玻璃和模具进行加温加压，一次性将光学玻璃模压成达到使用要求的光学元件，从而摒弃了传统的粗磨、精磨、抛光磨边以及定心等工序，直接一次成型，大大节省了小型微型光学元件加工时的人力、物力，缩短了光学元件的加工时间，降低了光学元件的成本。由于这种新技术彻底改变了传统的光学玻璃加工方法，对玻璃坯料和模具进行加温加压，一次性将玻璃模压成达到光学玻璃的使用要求，这就对玻璃和模具都提出了很高的要求。

玻璃光学元件模压成型技术是一项综合技术，玻璃成型的方法，玻璃的种类和坯体，模具材料与模具加工技术，都是玻璃模压成型中的关键技术。对于光学玻璃而言，玻璃组成、料性、膨胀系数、转变温度等参数是模压技术的关键，玻璃膨胀系数越低，玻璃在模压过程中产生的应力越小，模压成品率越高，玻璃膨胀系数越高，在压制成型前后的骤冷骤热过程中，玻璃内部应力越大，玻璃越容易破损，因而膨胀系数大的玻璃不适用于低成本的精密模压成型。玻璃的转变温度要低，这样可以大幅度延长模压模具的寿命和提高产品的合格率，保证玻璃光学元件表面光滑、平整或良好的曲率，因此，为适用这种新的光学玻璃模压技术，要求开发出新的光学玻璃组分，以满足这种新技术、新工艺，这种新的玻璃组成必须兼顾玻璃的转变温度和玻璃的膨胀系数，玻璃转变温度尽量低（小于500℃）和热膨胀系数尽量小（小于85×10^-7/℃），适宜于光学玻璃的一次模压成型。

美国专利7,767,605公开了一种铌酸盐磷酸盐低熔点光学玻璃的组分和制备方法。主要组分如下：P₂O₅15to35%，Nb₂O₅35to60%，Na₂O0.1to少于15%，BaO0to少于25%，Gd₂O₃0to5%，K₂O0to10%，Li₂O0to10%，Bi₂O₃0to15%，MgO0to10%，CaO0to10%，SrO0to10%，ZnO0to3%，SiO₂0to5%，B₂O₃0to5%，Al₂O₃0to4%，Ta₂O₅0to5%，ZrO₂0to3%，TiO₂0to10%，WO₃0to20%and Sb₂O₃0to0.1%。该专利选用铌酸盐磷酸盐系统制备低熔点光学玻璃，并且具有较高的折射率和色散，但该专利中玻璃的转变温度在600℃之上，不适合于光学元件的模压成型。

日本专利2012-211041公开的玻璃组成为20.0-40.0wt.%B₂O₃，1.0-10.0wt.%SiO₂，0.1-8.0wt.%Al₂O₃，3.0-15.0wt.%RO，10.0-40.0wt.%R₂O，10.0-40.0wt.%ZnO，1.0-15.0wt.%WO₃，12.0wt.%或更少Ln₂O₃，0-5.0%TiO₂。其中R₂代表Li、Na、K；R代表Mg、Ca、Sr、Ba；Ln代表Y、La、Gd，该专利用于中低折射率玻璃的制备。专利中R₂O含量在10.0-40.0wt.%范围内，碱金属含量高，可以降低玻璃的转变温度，但也使得玻璃的化学稳定性下降，热膨胀系数大幅提高，这不利光学元件的长期使用，专利中没有提到由于碱金属氧化物的加入，对玻璃膨胀系数的影响，专利中还含有TiO₂，也会降低玻璃系统的稳定性。

发明内容