一种光学玻璃、玻璃预制件及光学元件

技术领域

本发明涉及光学玻璃技术领域，更具体地说，本发明涉及一种光学玻璃、玻璃预制件及光学元件。

背景技术

非球面玻璃透镜广泛应用于车载镜头、安防镜头、手机镜头、投影仪等设备器件中，传统冷加工的方法不适应非球面透镜的大批量生产，而采用精密模压成型的方法能实现非球面透镜的高效量产，该方法需要使用表面光洁的预形体，将其在加热加压环境下压制成非球面透镜，故需要玻璃具有较低的玻璃化转变温度，一般需要Tg温度低于600℃，该类玻璃称之为模压玻璃。高折射光学玻璃制备的透镜，可以在较小的体积下获得较大的视角，用于制造小尺寸透镜，对便携式电子设备的发展非常重要。兼具高折射率、低玻璃化转变温度，是模压玻璃的重要发展方向。

中国专利文献CN1896022A公开了一种折射率不小于2.000，阿贝数不大于27的高折射高色散光学玻璃，但其转变温度较高，不利于模压成型。中国专利文献CN113024107A公开了一种n

基于此，有必要提供设计一种兼具高折射率、低玻璃化转变温度的光学玻璃组分，满足模压玻璃的性能，推进玻璃预制件的制备和光学元件的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学玻璃、玻璃预制件及光学元件，在不含有SiO

鉴于此，本发明的技术方案如下：

一种光学玻璃，其组分含有WO

进一步地，其组分中，当含有WO

优选地，其组分中，各成分摩尔比为：WO

本发明还提供另一种光学玻璃，其组分含有WO

进一步地，其组分还含有ZrO

优选地，各成分摩尔比为：WO

本发明另一个目的在于提出一种玻璃预制件，采用以上所述光学玻璃制成。

进一步地，其玻璃预制件玻璃化转变温度Tg低于600℃，优选低于550℃，更优选低于500℃；折射率范围为1.9～2.31，优选为2.0～2.31，更优选为2.2～2.31。

进一步地，阿贝数为15～25，具有350～6000nm的透光范围，2mm玻璃内部透过率大于98％。

本发明还提供以上所述玻璃预制件的制备方法，包含如下步骤：

S1.将各组分原料球磨成粉，将粉体压制成片；

S2.片材在800～1200℃下进行烧结温，保温6～12h；

S3.使用悬浮熔炼炉熔制玻璃，加热使片状原料熔融，并在气流作用下处于悬浮状态，熔体均化后降温得到玻璃预制件。

进一步地，步骤S3中，加热均化温度800～1500℃，保温均化时间0.2～2min。

进一步地，步骤S3中，所述气流为氧气或压缩空气，流量1000～6000sccm。

本发明还有一个目的在于提供一种光学元件，采用以上所述光学玻璃或以上所述玻璃预制件制成。

本发明还有一个目的在于提出一种光学元件的制造方法，对以上所述玻璃预制件进行加热，并使用模压成形模具进行精密模压成形。

相对于现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：

1.本发明提供的光学玻璃在不含有SiO

2.本发明提供的光学玻璃或玻璃预制件的玻璃化转变温度最低能够实现在500℃以下，折射率可达到2.2～2.31，应用于模压成形制备光学元件具有良好的前景。

3.本发明提供的玻璃预制件制备方法通过使用气悬浮熔制技术，使玻璃成型过程中不与容器接触，克服了组分中不含SiO

附图说明

图1为本发明实施例1组分为10La

图2为本发明实施例2组分为5La

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对本发明的光学玻璃中的成分及其含量进行说明，在以下内容中，本发明无色近球形模压玻璃有时候简称为玻璃。在本发明的方案中，如果没有特殊说明，各组分的含量、总含量全部采用摩尔百分比(mol％)表示，即，各组分的含量、总含量相对于换算成氧化物的组成的玻璃物质总量的摩尔百分比表示。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％。

在第一个实施例中，提出一种光学玻璃，其组分含有WO

作为第一个实施例的优选，当组分为WO

在第二个实施例中，提出一种光学玻璃，其组分含有WO

作为第二个实施例的优选，上述光学玻璃组分的各成分摩尔比为：WO

在第三个实施例中，提供另一种光学玻璃，其组分含有WO

在第四个实施例中，提供另一种光学玻璃，其组分为WO

在第五个实施例中，提供另一种光学玻璃，其组分为WO

作为第五个实施例的优选，该光学玻璃各组分摩尔比为：WO

SiO

La

ZrO

WO

Bi

Al

ZnO可以调整玻璃的折射率，降低玻璃的高温粘度和玻璃化转变温度，使得玻璃可以在较低温度下熔制。另一方面，若ZnO的含量过高，玻璃的折射率降低，抗析晶性能变差。因此，ZnO含量为0～40％，优选为10～30％，更优选为10～20％。

Nb

在上述两个光学玻璃实施例中，阿贝数为15～25，具有350～6000nm的透光范围，2mm玻璃内部透过率大于98％。

在第三个实施例中，提出光学玻璃预制件的制备方法，包括以下步骤：

1.玻璃体制备

按化学计量比称取粉末原料，加入纯水，加入或不加入粘结剂，在球磨机中研磨均匀，球磨机研磨时间6～12h，转速150～300r/min，粘结剂通常为PVA水溶液，PVA浓度2～5％，PVA水溶液加入量为与粉体重量之比为1～5％。

研磨后将球料分离，浆料在60～150℃干燥箱中干燥，时间5～12h，根据浆料含水率而定，为了达到较好的流动性，干燥后，粉体含水率30％以下为宜。

对粉体进行造粒，用压片机将造粒粉体压制成片状，直径3～10mm，压力过大压成的片易层裂，压力过小致密度不够易粉碎。根据光学元件需求，控制料片重量偏差2％以下，优选1％以下。

将压成的片在马弗炉中预烧，升温速度10℃/min，在800～1200℃下保温6～12h后随炉冷却。

将片状原料置于悬浮熔炼炉中，悬浮气体为氧气、压缩空气，优选为氧气，维持氧化气氛，防止金属离子变价产生着色。激光从顶部加热样品使其熔融成球形，单台激光功率20-100W，保温温度800～1500℃，保温温度略高于样品熔化温度即可，温度过低，熔体均化慢，熔体下方易形核凝固；温度过高，熔体表面张力弱，在气流下，熔体易炸裂，形成的玻璃球形度差。对样品进行升温和降温调控，利用熔体粘度的变化排出内部气泡，调节气流大小使样品稳定悬浮，气流流量控制在1000～6000sccm，根据玻璃重量进行调节，在稳定状态下保温0.2～2min使熔体均化，关闭激光器，样品迅速降温，快速凝固形成直径1～10mm的无色玻璃球体。

2.玻璃体抛光

将制备的玻璃球封装在环氧树脂中进行抛光，具体操作为：

(1)将大小适当的玻璃球置于橡胶模具中，将环氧树脂与固化剂配制好后倒入模具，以恰好盖住玻璃球为宜。待树脂硬化完成后，取出。

(2)测试面抛光：取出封装样品在抛光机上抛光，先后采用400、600、1000目砂纸进行粗磨，最后用0.1～0.5微米金刚石抛光液或氧化铈抛光液喷涂在绒布上进行抛光，在光学显微镜下观察，玻璃表面无明显划痕即可。

(3)背面处理：将背面粗磨至与测试面平行，不需抛光玻璃，也不要求树脂表面光滑。

3.表征测试

(1)折射率测试

采用椭圆偏光测试仪测量玻璃折射率，该仪器通过分析玻璃表面入射光与反射光偏振态的变化，由柯西公式拟合得到折射率。由于抛光后半球形样品的回归反射原理，玻璃内下弧面折射光对采集的反射光几乎无影响，提高了测试准确性。测试波长范围300-1600nm，测试角度55°。

(2)透光率测试

如前述抛光操作，将封装体背面抛光至光学镜面，维持两面平行，抛光后厚度2mm，完成后将样品取出，利用紫外-可见-近红外分光光度计测试可见-近红外透过率，再使用傅里叶红外光谱仪测试中远红外透光率，测试范围从紫外至红外截止。

(3)硬度测试

显微硬度计测试上述玻璃片硬度，载荷300g，不同区域多次测试取平均值。

上述抛光过程采用树脂封装抛光样品玻璃，克服了样品尺寸小，不易夹持的问题；多个不同组分样品一次封装，提高了样品处理效率；封装块体体型较大，提高了两面抛光时的平行度；抛光后的玻璃珠为半球形，由于玻璃弧面内壁的反射，降低了折射光对测试结果的干扰，提高了测试精度。

本发明的实施例中三元体系玻璃形成区域的摩尔配比为多次实验得出的，并不限制本发明中的方法在其他组分材料中的使用。在上述光学玻璃预制件制备步骤中虽然示出了表征测试这一步骤，但该步骤并不是所述无色近球形模压玻璃的制备方法所必需的，而只是为了对该方法的结果进行分析。

上述多个实施例提供的光学玻璃不含SiO

上述实施例所述的光学玻璃组分中，氧化镧能提高玻璃折射率，改善玻璃析晶能力，但会提高玻璃化转变温度，氧化钨、氧化铋、氧化锌具有较高折射率，且能降低玻璃化转变温度，氧化锆、氧化铝、氧化铌能提高折射率，但过量加入会提高玻璃化转变温度。玻璃熔体冷却形成玻璃，需要克服内部析晶，快速冷却、避免容器接触形核是主要途径，玻璃熔体冷却过程中的玻璃化或结晶也是复杂的物理过程，玻璃各组分之间的影响是复杂的，过量的组分往往会破坏内部的稳定，只要合适的组分才能使熔体越过结晶区形成玻璃，合适的组分需要大量的实验才能获得，并非由现有体系简单推导得到。

在第四个实施例中提供一种光学元件，采用以上所述光学玻璃预制件，或再采用热压成型、精密冲压成型等模压成型的手段，来制作各类透镜，特别是非球面透镜等，以及采用非球面透镜制成的车载镜头、安防镜头、手机镜头、投影仪等。

以上所述光学玻璃部分实施例组成如表1-4所示(表4包含表4-1、4-2和4-3)。

表1：组分含有WO

表2：组分含有WO

/>

表3：WO

表4-1：组分含有WO

表4-2：组分含有WO

/>

表4-3：组分含有WO

由于不同组分熔化温度有差别，需调节熔炼时的激光功率，使原料完全熔融，除激光功率不同之外，玻璃预制件制备方法基本相同，以下制备例以选取上述部分实施例做具体阐述。

制备例1：10La

光学玻璃预制件制备工艺如前所述，按化学计量比称取原料La

制备例2：5La

光学玻璃预制件制备工艺如前所述，按化学计量比称取原料La

制备例3：10La

光学玻璃预制件制备工艺如前所述，按化学计量比称取原料La

最后应说明的几点是，虽然上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。