一種特種火石玻璃及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及特種玻璃領域，具體涉及一種特種火石玻璃及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 在光學系統(tǒng)中，通過將具有較大的正反常色散和較大的負反常色散的兩種光學玻 璃透鏡組合在一起，來消除絕大多數的二級光譜，改善光學系統(tǒng)的視場和成像質量，擴大了 光學儀器的使用范圍和提高了精度。具有較大的負反常色散的光學玻璃透鏡在光路設計中 必不可少，其可用作長焦距大視場相機透鏡等，應用前景廣闊。因此，研制具有較大負反常 色散的玻璃是光學玻璃研宄的焦點之一。
[0003] 目前報道的具有負反常色散的光學玻璃系統(tǒng)主要有兩類：含鉛系統(tǒng)和無鉛系統(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使得光學玻璃比重大、化學穩(wěn)定性差、制備過程 存在嚴重環(huán)境污染問題；無鉛玻璃系統(tǒng)有Si02-B203-Zr02_Nb205、Si02-B203-R20-Zr02(R=Li， Na或K)和66〇2-5102等，為了調整玻璃的折射率和負反常色散，玻璃組成中引入了大量的 非常昂貴的Nb205和GeO2，導致玻璃制備成本高，而且這種玻璃熔化溫度高，組分易揮發(fā)，玻 璃批量生產穩(wěn)定性難以保障。

【發(fā)明內容】

[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、較大的負反常色散、較小的折射率溫度系數、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和良好可加工性，且其 制備成本低，生產過程對環(huán)境友好，生產穩(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Li20、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Li20、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取相應的原料，混合均勻后熔化；
[0025] (2)將熔化后的產物攪拌、均化和成形后，退火，得到無析晶、無結石和無氣泡的玻 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形成低熔點的R20?ZrOs*3Si02固溶 體，第二步熔化對玻璃熟料進行精細熔化，促進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行第一步熔化；再將生成的 玻璃熟料通過Pt漏管導入強化鉑坩堝中進行第二步的精細熔化。
[0028] 作為優(yōu)選，在所述精細熔化過程中，為了控制組分揮發(fā)，將強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，熔化時間為2_3h;第二步熔化溫度為 1450-1550°C，熔化時間為4-6h;所述退火的溫度為500-540°C，所述退火的時間為3-5h。 [0030] 作為優(yōu)選，所述特種火石玻璃的組分中，Ta205和Zr02所對應的原料均為各氧化物 本身，B203所對應的原料為硼酸，SiO2所對應的原料為石英砂，所述R20、Hf02、R' 0和Sb203 所對應的原料均可為各氧化物本身、相應的碳酸鹽或相應的硝酸鹽。
[0031] 作為優(yōu)選，先將Si02、ZrOjPR20所對應的原料進行預混合得預混料，再將該預混 料置入二氧化鋯球磨罐中，放入二氧化鋯球和去離子水進行球磨，球磨后的預混料經除水 干燥后，再與其它原料進行混合。
[0032] 作為優(yōu)選，所述預混料與去離子水的體積比為1:2,球磨罐的轉速為40-60rpm，球 磨的時間為6-10h。
[0033] 與現有技術相比，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熔點低，有利于控制光學玻 璃中B203組分的揮發(fā)，易于控制批量生產穩(wěn)定性；且相對于GeO2和Nb205而言，Ta205原料價 格低，降低了光學玻璃的制備成本。
[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常數， 且其制備過程對環(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反常色散，提 高了玻璃的化學穩(wěn)定性，并顯著降低了玻璃的折射率溫度系數。
[0036] 3、本發(fā)明通過玻璃組分設計優(yōu)化，提供的特種火石玻璃具有較小的阿貝數、較大 的負向反常色散、較小的折射率溫度系數、優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和良好可加工性，采用光學玻 璃制備的常規(guī)方法即可實現大尺寸制作。
[0037] 4、本發(fā)明提供的特種火石玻璃的制備方法，通過兩步熔化工藝，既將難熔氧化物 Zr02形成低熔點的R20 ?Zr02 ? 3SiO^溶體后再熔融，又防止易揮發(fā)物質如B203和Ta205的 高溫損失，實現了難熔組分充分熔融與易揮發(fā)組分控制的協同效果。
【具體實施方式】
[0038] Ta205、B203、以02和ZrO2為所述特種火石玻