本發明涉及一種光學玻璃，特別是涉及一種折射率為1.65-1.72、阿貝數為50-60的鑭冕光學玻璃。

背景技術：

隨著光電行業的發展，對光學元件提出了小型化、輕量化、高性能化的要求，這就使得具有高折射、低色散、低密度的光學玻璃的需求量越來越大。但目前大部分此類玻璃都采用硼酸鹽玻璃系統作基礎，再添加一定量的稀土氧化物、堿土金屬氧化物以及堿金屬氧化物所形成。當此類玻璃系統中B₂O₃含量較大時，化學穩定性會變差。

光學元件拋光后，在鍍膜前需要對光學零件進行清洗。目前主要采用超聲波清洗，清洗完畢后在干燥皿中將零件表面的水蒸發掉。而在此過程中，零件表面會有一定的時間接觸到水；另外，空氣中的CO₂氣體會和玻璃表面的水形成弱酸性的碳酸。因此，如果玻璃的耐水作用或者耐酸作用性能不好，就會破壞玻璃的拋光層，為后續的鍍膜工藝帶來困難。因此，光學玻璃需要具備較好的化學穩定性，才能在后期的加工和鍍膜流程中提高良品率。

CN20078006104公開了一種折射率為1.65-1.72、阿貝數為47-57的光學玻璃，其玻璃組分中含有30-40％的B₂O₃和0-5％的SiO₂，B₂O₃是主要網絡形成體，玻璃的化學穩定性受到較大的影響。另外，玻璃中含有15-25％的貴重氧化物Gd₂O₃，會使玻璃的成本大大增加。

CN201210396717公開了一種折射率為1.65-1.75、阿貝數為50-60的光學玻璃，其玻璃組分中含有25-35％的BaO，大量BaO的引入對減小玻璃密度是不利的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種折射率為1.65-1.72、阿貝數為50-60的光學玻璃。

本發明還要提供由上述光學玻璃制成的預制件和光學元件。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：光學玻璃，其組成按重量百分比表示，含有：B₂O₃：10-40％；SiO₂：5-35％；La₂O₃：21-40％；Y₂O₃：0-15％；CaO：大于或等于0但小于12％；ZnO：0-15％；ZrO₂：0-8％；其中，SiO₂/B₂O₃：0.2-3。

進一步的，還含有：Al₂O₃：0-5％；Gd₂O₃：0-10％；Yb₂O₃：0-10％；BaO：0-20％；SrO：0-10％；MgO：0-5％；TiO₂：0-10％；WO₃：0-10％；Ta₂O₅：0-10％；Nb₂O₅：0-10％；Li₂O：0-8％；Na₂O：0-5％；K₂O：0-5％；Sb₂O₃：0-1％。

光學玻璃，其組成按重量百分比表示為：B₂O₃：10-40％；SiO₂：5-35％；La₂O₃：21-40％；Y₂O₃：0-15％；CaO：大于或等于0但小于12％；ZnO：0-15％；ZrO₂：0-8％；Al₂O₃：0-5％；Gd₂O₃：0-10％；Yb₂O₃：0-10％；BaO：0-20％；SrO：0-10％；MgO：0-5％；TiO₂：0-10％；WO₃：0-10％；Ta₂O₅：0-10％；Nb₂O₅：0-10％；Li₂O：0-8％；Na₂O：0-5％；K₂O：0-5％；Sb₂O₃：0-1％；其中，SiO₂+B₂O₃：30-50％；SiO₂/B₂O₃：0.2-3。

進一步的，各組分的含量滿足以下5種條件中的一種或一種以上：

1)SiO₂+B₂O₃：30-50％；

2)SiO₂/B₂O₃：0.25-2.5；

3)Y₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)為0-0.4；

4)ZrO₂/B₂O₃為0-0.4；

5)(BaO+SrO+CaO+MgO)/(SiO₂+B₂O₃)為0.1-0.7。

進一步的，其中：B₂O₃：15-38％；和/或SiO₂：7-30％；和/或La₂O₃：23-37％；和/或Y₂O₃：2-12％；和/或CaO：2-10％；和/或ZnO：2-13％；和/或ZrO₂：1-7％。

進一步的，各組分的含量滿足以下5種條件中的一種或一種以上：

1)SiO₂+B₂O₃：32-48％；

2)SiO₂/B₂O₃：0.3-2；

3)Y₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)為0.08-0.35；

4)ZrO₂/B₂O₃為0-0.3；

5)(BaO+SrO+CaO+MgO)/(SiO₂+B₂O₃)為0.12-0.5。

進一步的，其中：B₂O₃：20-36％；和/或SiO₂：9-25％；和/或La₂O₃：25-33％；和/或Y₂O₃：4-10％；和/或CaO：4-8％；和/或ZnO：4-10％；和/或ZrO₂：2-6％。

進一步的，其中：Al₂O₃：0-2％；和/或Gd₂O₃：0-5％；和/或Yb₂O₃：0-5％；和/或BaO：0-10％；和/或SrO：0-5％；和/或MgO：0-3％；和/或TiO₂：0-5％；和/或WO₃：0-5％；和/或Ta₂O₅：0-5％；和/或Nb₂O₅：0-5％；和/或Li₂O：0-5％。

進一步的，玻璃折射率為1.65-1.72；阿貝數為50-60；密度為3.7g/cm³以下。

進一步的，玻璃折射率為1.66-1.71；阿貝數為51-58。

進一步的，玻璃的粉末法耐水作用穩定性D_W為2類及以上；粉末法耐酸作用穩定性D_A為3類及以上。

玻璃預制件，采用上述的光學玻璃制成。

光學元件，采用上述的光學玻璃制成。

本發明的有益效果是：通過優化SiO₂、B₂O₃含量及配比關系，并引入適量比例的La₂O₃、Y₂O₃等具有高折射率低色散作用的稀土類氧化物組分，得到具有優異的化學穩定性的光學玻璃；本發明的光學玻璃折射率為1.65-1.72，阿貝數為50-60，粉末法耐水作用穩定性DW為2類及以上，粉末法耐酸作用穩定性DA為3類及以上，密度低于3.7g/cm³。

具體實施方式

Ⅰ、光學玻璃

下面對本發明的光學玻璃的組成進行詳細說明，各玻璃組分的含量、總含量如沒有特別說明，都采用重量％表示，玻璃組分的含量與總含量之比以重量比表示。

B₂O₃是玻璃網絡生成體，尤其是在高折射低色散的鑭系玻璃中，B₂O₃是得到穩定玻璃的必要成分。當B₂O₃含量低于10％時，玻璃的析晶穩定性不夠理想；但當B₂O₃含量高于40％時，玻璃的化學穩定性會降低。因此，B₂O₃含量限定在10-40％，優選15-38％，更優選20-36％。

SiO₂同樣是玻璃網絡生成體，是光學玻璃的骨架，具有提升玻璃化學穩定性、維持玻璃抗析晶性能的作用。當SiO₂含量低于5％時，難以達到上述效果；但當SiO₂含量高于35％時，則玻璃變得很難熔，且無法獲得本發明所需要的折射率。因此，SiO₂的含量為5-35％，優選范圍為7-30％，更優選9-25％。

在本發明中，B₂O₃和SiO₂作為網絡形成體，具有降低玻璃折射率和色散、提高玻璃耐析晶穩定性的效果。如果B₂O₃和SiO₂的合計量(B₂O₃+SiO₂)過低，則玻璃的耐析晶穩定性達不到設計要求；而當B₂O₃和SiO₂的合計量(B₂O₃+SiO₂)高于50％時，玻璃的光學常數難以達到要求。因此，本發明優選B₂O₃和SiO₂的合計量(B₂O₃+SiO₂)控制在30-50％，更優選為32-48％。

SiO₂與B₂O₃雖然同為玻璃的網絡形成體，但其在玻璃中形成的結構和作用是不一致的。兩種網絡形成體的比例關系和玻璃的內部結構密切相關。也就是說，在本發明玻璃體系中，SiO₂與B₂O₃的比例關系和玻璃的化學穩定性以及生產性能有密切關系。若SiO₂與B₂O₃的比值SiO₂/B₂O₃過高，玻璃的熔解性能會變差，化料會變得困難。若SiO₂/B₂O₃過低，玻璃液粘度隨溫度變化不明顯，成型變得困難。尤其是在生產厚度超過40mm的產品時，玻璃內部冷卻變得困難，成型時容易產生條紋而報廢。另外，過低的SiO₂/B₂O₃會導致玻璃的化學穩定性達不到設計要求。當SiO₂/B₂O₃處于0.2-3之間時，玻璃具有適合的化學穩定性、熔解性能和生產性能，適宜生產厚規格產品。因此，本發明SiO₂/B₂O₃優選為0.25-2.5，進一步優選為0.3-2。

少量引入Al₂O₃能改善形成玻璃的化學穩定性，但其含量超過5％時，玻璃呈現熔融性變差、耐失透性降低的傾向。因此，本發明Al₂O₃的含量為0-5％，優選為0-2％，進一步優選不引入。

La₂O₃是獲得本發明所需高折射低色散特性的必須組分，如果其含量不足，則光學常數難以達到設計要求；而當其含量太大時，玻璃的耐失透性能會出現明顯惡化。因此，本發明的La₂O₃的含量為21-40％，優選含量為23-37％，進一步優選為25-33％。

Gd₂O₃對于增加折射率降低色散有幫助，部分替代La₂O₃時能夠提升玻璃耐失透性能及化學穩定性。但是昂貴的原料價格限制了Gd₂O₃在玻璃中的使用。因此，Gd₂O₃的含量為0-10％，優選0-5％，進一步優選為不含有。

本發明高折射低色散作用的組分還引入Y₂O₃，以改善玻璃的熔融性、耐失透性，同時還可以降低玻璃析晶上限溫度，提升玻璃化學穩定性，但若其含量超過15％，則玻璃的穩定性和耐失透性降低。因此，Y₂O₃含量范圍為0-15％，優選范圍為2-12％，進一步優選4-10％。

La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃都可以起到提高折射率降低色散的作用，而當僅僅使La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃在上述范圍內時，玻璃的耐失透性能并不穩定。因此，本發明的Y₂O₃與La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃總含量的比值Y₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)為0-0.4，以使玻璃的熱穩定性和耐失透性能優良。從進一步改善玻璃的耐失透性能、熱穩定性能的角度考慮，Y₂O₃/(La₂O₃+Gd₂O₃+Y₂O₃)優選范圍為0.08-0.35，進一步優選為0.12-0.3。

Yb₂O₃也是高折射率低色散組分，當其含量超過10％時，玻璃的穩定性、耐失透性降低。因此，Yb₂O₃含量范圍限定為0-10％，優選為0-5％，進一步優選不引入。

BaO在提升玻璃折射率的同時，能夠獲得較小的色散。但若BaO添加量過多，玻璃的抗析晶性能、耐候性會快速下降。另外，BaO的引入對減小玻璃密度是不利的。因此，BaO含量限定為0-20％,優選為0-10％。在實現玻璃低密度的前提下，優選不使用。

SrO添加到玻璃中可以調節玻璃的折射率和阿貝數，但若添加量過大，玻璃的耐候性以及抗析晶性能會下降，玻璃的折射率和阿貝數也達不到設計預期，同時玻璃的成本也會快速上升。因此，SrO含量限定為0-10％,優選為0-5％，進一步優選為1-3％。

CaO有助于提升玻璃的化學穩定性，增加玻璃的機械強度和硬度。另外，相比于BaO和SrO,CaO的引入對玻璃的密度降低更有利。但是CaO添加過多時，會導致玻璃抗析晶穩定性下降。因此，CaO含量限定為大于或等于0但小于12％,優選為2-10％，進一步優選為4-8％。

若MgO加入過多，雖然有助于提升玻璃的耐候性，但玻璃的折射率達不到設計要求，玻璃的抗析晶性能和玻璃的穩定性會下降，同時玻璃的成本會快速上升。因此，MgO含量限定為0-5％，優選為0-3％，進一步優選為不添加。

BaO、SrO、CaO、MgO屬于堿土金屬氧化物，在玻璃中屬于網絡外體，其加入玻璃中可以調整玻璃的折射率和色散，降低玻璃的高溫粘度，增強玻璃的化學穩定性。然而，網絡外體的加入量一旦超過網絡結構的承載能力，玻璃的化學穩定性和抗析晶性能就會出現明顯惡化。經發明人研究發現，當BaO、SrO、CaO和MgO的總含量與B₂O₃、SiO₂的總含量的比值(BaO+SrO+CaO+MgO)/(B₂O₃+SiO₂)在0.1-0.7之間時，可實現玻璃的機械強度、抗析晶性能以及化學穩定性處在最優范圍內，進一步優選(BaO+SrO+CaO+MgO)/(B₂O₃+SiO₂)為0.12-0.5，更進一步優選為0.15-0.3。

ZnO可以起到改善玻璃的化學穩定性、改善加壓成型性的作用，但當其含量過高時，玻璃的耐失透性降低，液相溫度上升。因此，本發明的玻璃中的ZnO含量為0-15％，優選為2-13％，進一步優選為4-10％。

ZrO₂可以起到改善玻璃熱穩定性、提升玻璃折射率的作用，但其含量過高時，會導致玻璃熔煉變得困難。因此，本發明的ZrO₂的含量為0-8％，優選為1-7％,進一步優選為2-6％。

本發明通過控制ZrO₂與B₂O₃含量的比值ZrO₂/B₂O₃為0-0.4，可以有效提高玻璃的化學穩定能，優選ZrO₂/B₂O₃比值為0-0.3，可進一步提高玻璃化學穩定性。

TiO₂也具有提高玻璃折射率的作用，并且能參與玻璃網絡形成，適量引入可使玻璃更穩定，但引入后玻璃色散會顯著增加，同時玻璃可見光區域的短波部分的透射率降低，玻璃著色的傾向增加。因此，本發明TiO₂的含量為0-10％，優選為0-5％，進一步優選不引入。

WO₃可以起到提高折射率的作用，但當其含量超過10％時，色散提高顯著，并且玻璃可見光區域的短波長側的透射率降低，著色的傾向增加。因此，本發明WO₃的含量為0-10％，優選為0-5％，進一步優選0-3％。

Ta₂O₅具有提高折射率、抗失透性能的作用，但與其他成分相比，Ta₂O₅的價格非常昂貴，從實用以及成本的角度考慮，應盡量減少其使用量。本發明的Ta₂O₅含量為0-10％，優選為0-5％，進一步優選為不含有。

Nb₂O₅具有提高玻璃折射率和色散的作用，同時還具有提高玻璃的抗析晶性與化學穩定性的作用。如果其含量超過10％，則玻璃色散升高，無法達到本發明玻璃的光學特性，同時玻璃耐失透性惡化。因此，Nb₂O₅的含量范圍為0-10％，優選含量為0-5％，進一步優選不引入。

Li₂O屬于堿金屬氧化物，可以降低玻璃的高溫粘度，使玻璃的生產更為容易。但若其含量超過8％，會造成玻璃的化學穩定性、抗析晶性能下降。因此，在本發明玻璃組分中，Li₂O的含量設置為0-8％，優選為0-5％，進一步優選為0-2％。同族的Na₂O與K₂O也可以降低玻璃的高溫粘度，但會造成化學穩定性能的急劇下降，因此，本發明玻璃中Na₂O的含量被限定在0-5％，優選為不含有。K₂O含量被限定在0-5％，優選為不含有。

Sb₂O₃在本發明中作為澄清劑使用，其含量范圍為0-1％。

本發明的光學玻璃可以按照以下的方式制作：均勻混合上述原料，使各成分在規定的含量范圍內，將混合物投入到鉑坩堝中，根據玻璃組成的熔融難易度，在1250-1400℃的溫度范圍內熔融2-5小時，并攪拌均質化，然后降低至適當的溫度，最后澆鑄至模具中，緩慢冷卻而成。

本發明中所描述的玻璃性能，采用以下測試方法測量。

玻璃的折射率(nd)和阿貝數(vd)按照GB/T7962.1-2010測試標準測量。

玻璃耐水作用穩定性D_W采用GB/T17129測試標準測量。

玻璃耐酸作用穩定性D_A采用GB/T17129測試標準測量。

玻璃密度采用GB/T7962.20-2010測試標準測量。

經過測試，本發明的光學玻璃具有以下性能：折射率(nd)為1.65-1.72，優選為1.66-1.71；阿貝數(vd)為50-60，優選為51-58；密度(ρ)為3.7g/cm³以下；粉末法耐水作用穩定性D_W為2類及以上；粉末法耐酸作用穩定性D_A為3類及以上。

Ⅱ、玻璃預制件與光學元件

下面，描述本發明的玻璃預制件與光學元件。

本發明的玻璃預制件與光學元件均由上述本發明的光學玻璃形成。本發明的玻璃預制件具有高折射率低色散特性；本發明的光學元件具有高折射率低色散特性，能夠以低成本提供光學價值高的各種透鏡、棱鏡等光學元件。

作為透鏡的例子，可舉出透鏡面為球面或非球面的凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等各種透鏡。

這種透鏡通過與高折射率高色散玻璃制成的透鏡組合，可校正色差，適合作為色差校正用的透鏡。另外，對于光學體系的緊湊化也是有效的透鏡。

對于棱鏡來說，由于折射率高，因此通過組合在攝像光學體系中，通過彎曲光路，朝向所需的方向，即可實現緊湊、廣角的光學體系。

[光學玻璃實施例]

在以下內容中，表中所列的實施例將更詳細地描述本發明，為其他技術人員作參考之用。應該注意的是，實施例1-40中玻璃組分含量是按重量百分比表示的，本發明的保護范圍不限于所述實施例。

表1-表4中顯示的光學玻璃(實施例1-40)是通過按照表1-表4所示各個實施例的含量稱重并混合光學玻璃用普通原料(如氧化物、氫氧化物、碳酸鹽、硝酸鹽等)，將混合原料放置在鉑金坩堝中，在1250℃-1400℃中熔化2-5小時，并且經澄清、攪拌和均化后，得到沒有氣泡及不含未溶解物質的均質熔融玻璃，將此熔融玻璃在模具內鑄型并退火而成。

表1

表2

表3

表4

[玻璃預制件實施例]

將實施例1-40所得到的光學玻璃切割成預定大小，再在表面上均勻地涂布脫模劑，然后將其加熱、軟化，進行加壓成型，制作凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等各種透鏡、棱鏡的預制件。

[光學元件實施例]

將上述光學預制件實施例所得到的這些預制件退火，在降低玻璃內部的變形的同時進行微調，使得折射率等光學特性達到所需值。

接著，對各預制件進行磨削、研磨，制作凹彎月形透鏡、凸彎月形透鏡、雙凸透鏡、雙凹透鏡、平凸透鏡、平凹透鏡等各種透鏡、棱鏡。所得到的光學元件的表面上還可涂布防反射膜。

本發明為低密度且化學穩定性優異的高折射低色散性的光學玻璃，折射率為1.65-1.72，阿貝數為50-60，以及所述玻璃形成的光學元件，能夠滿足現代新型光電產品的需要。