光学玻璃及其制备方法和应用与流程

本发明属于玻璃领域，具体涉及一种光学玻璃及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电子产品和电子元器件向轻薄化、便携化和高性能等方向发展，采用传统的光学玻璃制备的电子产品和电子元器件的光学系统视场角受其影响，导致电子产品和电子元器件的光学清晰度下降。由于光学玻璃的折射率是影响光学系统视场角(fov)的重要参数，光学玻璃的高折射率有利于提高电子产品和电子元器件的光学清晰度，因此高折射率的玻璃，尤其是折射率nd≥2.0的特高折射率光学玻璃的应用越来越广泛。

2、现有技术中，为了使光学玻璃的折射率nd≥2.0，通常在光学玻璃中加入tio2，然而制备含有tio2的玻璃在熔制过程中会发生反应且获得的产物玻璃着色加重，因此含有tio2的光学玻璃在波长420-460nm处往往透光性能差；为了解决上述问题，有文献报道：在光学玻璃中加入脱色剂氟化物rf3组分(r选自la或ga中的一种或两种)和碳(c)组分进行玻璃脱色，并在氮气保护条件下高温熔制，且熔制过程中使用pt(铂金)-20rh(铑)坩埚和pt(铂金)-30rh(铑)搅拌器，以提高玻璃的内透过率；但是，由该方法制备的光学玻璃透过率依然小于94％。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种光学玻璃及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是如何提供一种光学玻璃的制备方法，使获得的光学玻璃不仅具有高折射率(nd≥2.0)且在可见光区域具有高透光率(内透过率≥94.2％)，从而利于推广使用。

2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出一种光学玻璃的制备方法，其中，包括以下步骤：

3、(1)配合料制备：称取原料，混合均匀；以氧化物质量百分含量计，所述光学玻璃包括：40～50％la2o3，15～25％nb2o5，10～20％gd2o3，5～10％geo2，5～10％b2o3，1～6％tio2，0.1～1％k2o；其中，la2o3、nb2o5、gd2o3、geo2和tio2的质量百分含量之和为82～92％；

4、(2)熔制：将配合料熔化得到玻璃液，然后向玻璃液中通入气体进行气氛鼓泡；所述气体包括惰性气体和还原性气体；在相同温度和气体压强下所述惰性气体的比重大于空气的比重；所述还原性气体使玻璃液的氧化还原指数为-120～-5；停止鼓泡后，在搅拌条件下使玻璃液均化澄清；熔制过程中与所述玻璃液接触的容器和搅拌器采用含铂材质；

5、(3)玻璃成型、退火。

6、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

7、优选的，前述的制备方法，其中，所述惰性气体选自氩气、氪气和氙气中的至少一种；所述还原性气体选自氢气、一氧化氮、硫化氢、一氧化硫和一氧化碳中的至少一种。

8、优选的，前述的制备方法，其中，所述惰性气体为氩气，所述还原性气体为氢气。

9、优选的，前述的制备方法，其中，以体积计，所述气体中氢气的体积百分含量为1～3％，每升玻璃液通入混合气体的流量为1～4l/min，通气时间为0.5～1h。

10、优选的，前述的制备方法，其中，以质量百分含量计，光学玻璃中b2o3为5～8％；tio2为1～5％。

11、优选的，前述的制备方法，所述熔制的温度为1380～1420℃，时间为5～8h；采用框式搅拌器进行搅拌，搅拌器转速为50～80rpm，搅拌时间为2～4h。

12、优选的，前述的制备方法，其中，玻璃成型采用漏料成型方式，成型温度为1200～1250℃，玻璃退火温度为700～750℃，退火时间为8～10h。

13、优选的，前述的制备方法，其中，以氧化物计，所述光学玻璃还包括zro2和ta2o5，以质量百分含量计，zro2为1～6％；ta2o5为1～6％。

14、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光学玻璃，以氧化物质量百分含量计，其包括：40～50％la2o3，15～25％nb2o5，10～20％gd2o3，5～10％geo2，5～10％b2o3，1～6％tio2，0.1～1％k2o，5～8％b2o3，1～5％tio2；其中，la2o3、nb2o5、gd2o3、geo2和tio2的质量百分含量之和为82～92％；所述光学玻璃折射率nd≥2.02，且在可见光区域内透过率≥94.2％。

15、本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种光学玻璃在虚拟现实、数码相机或车载显示领域的应用。

16、借由上述技术方案，本发明提出的光学玻璃及其制备方法和应用至少具有下列优点：

17、1、本发明提供的一种光学玻璃制备方法，光学玻璃中含有大量的la2o3、nb2o5、gd2o3、geo2，并含少量的tio2，且la2o3、nb2o5、gd2o3、geo2和tio2质量百分含量之和为82～92％，从而使制备的光学玻璃能够实现特高折射率(波长为587.6nm处nd≥2.02)。

18、由于tio2不仅具有增加玻璃折射率的作用，且，还可以降低玻璃的密度，使玻璃轻薄化，本发明在光学玻璃中加入tio2；然而tio2可以显著增加玻璃的着色，本发明合理使用并限制光学玻璃中tio2含量，并与本发明其他氧化物协调使用，使本发明的光学玻璃具有特高折射率，且玻璃的着色降低，从而使本发明的特高折射光学玻璃在可见光区域透光率良好；此外，制备的光学玻璃密度低，使用该光学玻璃制备的产品易于轻薄化。

19、光学玻璃制备过程中不可避免的会随配合料引入杂质fe，杂质铁(fe)可以和氧气(o2)在玻璃高温熔制过程中发生氧化还原反应主要形成fe2+和fe3+。由于玻璃中的fe3+吸收紫外区附近的可见光区，使玻璃呈现棕黄色；而fe2+在紫外区附近的可见光区吸收不明显，且，光学玻璃中含有tio2，fe3+与tio2在高温熔制过程中可形成fe-o-ti络合基团，络合基团fe-o-ti可以增加玻璃着色。因此，为了使本发明的光学玻璃在可见光区域具有高透光率，一方面，减少甚至避免fe3+的产生；另一方面，抑制甚至避免玻璃中fe-o-ti络合基团的形成。具体方案如下：

20、首先，本发明的光学玻璃以geo2和b2o3提供玻璃网络形成体，避免含有sio2组分，使玻璃的熔制温度降低，熔制时间缩短，进而抑制杂质fe与氧气反应生成fe3+，同时缩短杂质fe与氧气的反应时间，减少玻璃液中fe3+的含量。

21、其次，本发明在高温熔制过程中，等待配合料熔化后，向玻璃液中通入气体进行气氛鼓泡，其中，气体包含惰性气体和还原性气体，在相同温度和大气压强下，惰性气体的比重大于空气比重。惰性气体从玻璃液溢出后可以在玻璃液周围聚集形成气体保护层，避免玻璃液外界与玻璃液内部的气体交换，阻断玻璃液外界的氧气进入玻璃液内部，抑制玻璃液中杂质fe与o2反应生成fe3+，且玻璃液中fe3+含量减少还有助于抑制fe3+与tio2的络合反应，进而降低甚至避免玻璃中形成fe-o-ti络合基团；进一步，通入玻璃液的还原性气体用以使玻璃液中的氧化还原指数范围为-120～-5，即玻璃液形成弱还原环境，这不仅有助于抑制杂质fe与o2氧化还原反应速度及程度，且使玻璃液中的fe2+不易被氧化而在玻璃液中稳定存在，进而降低甚至避免玻璃中杂质铁以fe3+形式存在；还有助于抑制fe3+与tio2的络合反应速度及程度，从而降低甚至避免玻璃中形成fe-o-ti络合基团。此外，玻璃液中通入惰性气体和还原性气体的混合气体，惰性气体使玻璃液周围形成气体保护层，避免玻璃液中通入的还原性气体可能有部分向玻璃液外界扩散导致玻璃液中的弱还原环境的形成缓慢。基于上述，玻璃液中同时通入惰性气体和还原性气体不仅有助于快速抑制或者避免玻璃液中的fe3+和fe-o-ti络合基团的产生，且，还有助于减少熔制过程中还原性气体的用量，节约成本。

22、采用本发明的玻璃制备方法，制得的光学玻璃实现了特高折射率(波长为587.6nm处nd≥2.02)，且在可见光区域具有高透光率(波长440nm处内透过率≥94.2％)，从而利于推广使用。

23、2、本发明还提供一种玻璃制备方法，光学玻璃的中除了含有提供特高折射率的la2o3、nb2o5、gd2o3、geo2和tio2，用于形成玻璃网络形成体的geo2和b2o3以及增加白度的k2o，还可以在光学玻璃中加入ta2o5和zro2使光学玻璃耐碱稳定性达a1级、耐酸稳定性达1级，具有良好的耐化学性能。

24、3、本发明提供的一种光学玻璃，以氧化物质量百分含量计，光学玻璃包括：40～50％la2o3，15～25％nb2o5，10～20％gd2o3，5～10％geo2，5～10％b2o3，1～6％tio2，0.1～1％k2o，5～8％b2o3，1～5％tio2；其中，la2o3、nb2o5、gd2o3、geo2和tio2的质量百分含量之和为82～92％；光学玻璃不仅具有特高折射率(波长为587.6nm处nd≥2.02)，且在可见光区域还具有高透光率(波长440nm处内透过率≥94.2％)，可用于虚拟现实、数码相机和车载显示领域。

25、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。