一種特種火石玻璃及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及特種玻璃領(lǐng)域，具體涉及一種特種火石玻璃及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在光學(xué)系統(tǒng)中，通過(guò)將具有較大的正反常色散和較大的負(fù)反常色散的兩種光學(xué)玻 璃透鏡組合在一起，來(lái)消除絕大多數(shù)的二級(jí)光譜，改善光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)和成像質(zhì)量，擴(kuò)大了 光學(xué)儀器的使用范圍和提高了精度。具有較大的負(fù)反常色散的光學(xué)玻璃透鏡在光路設(shè)計(jì)中 必不可少，其可用作長(zhǎng)焦距大視場(chǎng)相機(jī)透鏡等，應(yīng)用前景廣闊。因此，研制具有較大負(fù)反常 色散的玻璃是光學(xué)玻璃研宄的焦點(diǎn)之一。
[0003] 目前報(bào)道的具有負(fù)反常色散的光學(xué)玻璃系統(tǒng)主要有兩類(lèi)：含鉛系統(tǒng)和無(wú)鉛系統(tǒng)。 其中，含鉛玻璃系統(tǒng)有B203-La203-Pb0、B203-Al203-Pb0、B203-Ga203-Pb0、Si02-B203_A1203-Pb0 和Si02-B203_A1203-Pb0-Sb203等，大量的PbO使得光學(xué)玻璃比重大、化學(xué)穩(wěn)定性差、制備過(guò)程 存在嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題；無(wú)鉛玻璃系統(tǒng)有Si02-B203-Zr02_Nb205、Si02-B203-R20-Zr02(R=Li， Na或K)和66〇2-5102等，為了調(diào)整玻璃的折射率和負(fù)反常色散，玻璃組成中引入了大量的 非常昂貴的Nb205和GeO2，導(dǎo)致玻璃制備成本高，而且這種玻璃熔化溫度高，組分易揮發(fā)，玻 璃批量生產(chǎn)穩(wěn)定性難以保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了 一種特種火石玻璃及其制備方法，該特種火石玻璃具有較小的阿貝 數(shù)、較大的負(fù)反常色散、較小的折射率溫度系數(shù)、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和良好可加工性，且其 制備成本低，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境友好，生產(chǎn)穩(wěn)定性易于控制。
[0005] 一方面，本發(fā)明提供了一種特種火石玻璃，包括以下重量百分含量的氧化物組 分：
[0006] Ta205：15% -40% ；
[0007] B2〇3：15% -35% ；
[0008] Si02：10% -30% ；
[0009] Zr02：8% -20% ；
[0010] R20 :8% -18%，R20 為L(zhǎng)i20、Na2(^PK20 中的一種或多種；
[0011] Hf02：3% -10% ；
[0012] R' 0:0-8%，R' 0 為CaO、BaO和ZnO中的一種或多種；
[0013] Sb203:0. 6%-3%。
[0014] 作為優(yōu)選，所述特種火石玻璃包括以下重量百分含量的氧化物組分：
[0015] Ta205：2〇% -35% ；
[0016] B2〇3：2〇% -35% ；
[0017] Si02：10% -20% ；
[0018] Zr02：10% -20% ；
[0019] R20 :12% -16%，R20 為L(zhǎng)i20、Na2(^PK20 中的一種或多種；
[0020] Hf02：5% -10% ；
[0021] R' 0:2%_6%，R' 0 為CaO、BaO和ZnO中的一種或多種；
[0022] Sb203:l%_2%。
[0023] 另一方面，本發(fā)明提供了上述特種火石玻璃的制備方法，包括以下步驟：
[0024] (1)按照所述特種火石玻璃的組分含量稱(chēng)取相應(yīng)的原料，混合均勻后熔化；
[0025] (2)將熔化后的產(chǎn)物攪拌、均化和成形后，退火，得到無(wú)析晶、無(wú)結(jié)石和無(wú)氣泡的玻 璃，即所述特種火石玻璃。
[0026] 作為優(yōu)選，混合均勻后的原料進(jìn)行兩步熔化，第一步熔化的溫度比第二步熔化的 溫度低，第一步熔化生成玻璃熟料，將難熔氧化物Zr02形成低熔點(diǎn)的R20?ZrOs*3Si02固溶 體，第二步熔化對(duì)玻璃熟料進(jìn)行精細(xì)熔化，促進(jìn)R2〇 ?Zr02 ? 3Si02固溶體充分熔融。
[0027] 作為優(yōu)選，混合均勻后的原料先在二氧化鋯坩堝中進(jìn)行第一步熔化；再將生成的 玻璃熟料通過(guò)Pt漏管導(dǎo)入強(qiáng)化鉑坩堝中進(jìn)行第二步的精細(xì)熔化。
[0028] 作為優(yōu)選，在所述精細(xì)熔化過(guò)程中，為了控制組分揮發(fā)，將強(qiáng)化鉑坩堝處于密封環(huán) 境中。
[0029] 作為優(yōu)選，第一步熔化溫度為1300_1350°C，熔化時(shí)間為2_3h;第二步熔化溫度為 1450-1550°C，熔化時(shí)間為4-6h;所述退火的溫度為500-540°C，所述退火的時(shí)間為3-5h。 [0030] 作為優(yōu)選，所述特種火石玻璃的組分中，Ta205和Zr02所對(duì)應(yīng)的原料均為各氧化物 本身，B203所對(duì)應(yīng)的原料為硼酸，SiO2所對(duì)應(yīng)的原料為石英砂，所述R20、Hf02、R' 0和Sb203 所對(duì)應(yīng)的原料均可為各氧化物本身、相應(yīng)的碳酸鹽或相應(yīng)的硝酸鹽。
[0031] 作為優(yōu)選，先將Si02、ZrOjPR20所對(duì)應(yīng)的原料進(jìn)行預(yù)混合得預(yù)混料，再將該預(yù)混 料置入二氧化鋯球磨罐中，放入二氧化鋯球和去離子水進(jìn)行球磨，球磨后的預(yù)混料經(jīng)除水 干燥后，再與其它原料進(jìn)行混合。
[0032] 作為優(yōu)選，所述預(yù)混料與去離子水的體積比為1:2,球磨罐的轉(zhuǎn)速為40-60rpm，球 磨的時(shí)間為6-10h。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0034] 1、本發(fā)明提供的特種火石玻璃采用Ta205為原料，Ta205熔點(diǎn)低，有利于控制光學(xué)玻 璃中B203組分的揮發(fā)，易于控制批量生產(chǎn)穩(wěn)定性；且相對(duì)于GeO2和Nb205而言，Ta205原料價(jià) 格低，降低了光學(xué)玻璃的制備成本。
[0035] 2、本發(fā)明提供的特種火石玻璃用Zr02、Hf02以及f0(R' 0為CaO、BaO和ZnO中 的一種或多種）等組分替代含鉛玻璃中的PbO組分，使得該玻璃不僅具有特殊的光學(xué)常數(shù)， 且其制備過(guò)程對(duì)環(huán)境友好；特種火石玻璃中含有的批〇 2組分增大了玻璃的負(fù)反常色散，提 高了玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，并顯著降低了玻璃的折射率溫度系數(shù)。
[0036] 3、本發(fā)明通過(guò)玻璃組分設(shè)計(jì)優(yōu)化，提供的特種火石玻璃具有較小的阿貝數(shù)、較大 的負(fù)向反常色散、較小的折射率溫度系數(shù)、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和良好可加工性，采用光學(xué)玻 璃制備的常規(guī)方法即可實(shí)現(xiàn)大尺寸制作。
[0037] 4、本發(fā)明提供的特種火石玻璃的制備方法，通過(guò)兩步熔化工藝，既將難熔氧化物 Zr02形成低熔點(diǎn)的R20 ?Zr02 ? 3SiO^溶體后再熔融，又防止易揮發(fā)物質(zhì)如B203和Ta205的 高溫?fù)p失，實(shí)現(xiàn)了難熔組分充分熔融與易揮發(fā)組分控制的協(xié)同效果。
【具體實(shí)施方式】
[0038] Ta205、B203、以02和ZrO2為所述特種火石玻