ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО Российский патент 1995 года по МПК C03C3/247 

Изобретение относится к производству стекла, конкретно к составам оптических стекол, используемых для изготовления линз фото-, кино-, астрообъективов и т.п.

Разработчикам оптических приборов требуются высокопреломляющие кроновые стекла с n_e > 1,6, δ_e e > 66 и пропусканием слоя стекла толщиной 10 мм на длине волны 365 нм (t 365) не менее 95% а также стекла с n_e > 1,62 и τ 365 ≥ 90% Наиболее подходящими являются стекла на фторфосфатной основе в связи с высоким значением коэффициента дисперсии и увеличенной относительной частной дисперсией.

Известно стекло на фторофосфатной основе [1] содержащее метафосфаты магния, кальция, бария, алюминия, иттрия, лантана, оксиды стронция, бария, свинца, элементов III-IV групп.

Повышенное значение показателя преломления обеспечивается за счет повышенной концентрации ВаО и добавок PbO, GeO₂ и Nb₂O₅, что не позволяет получить УФ-прозрачное стекло.

В качестве прототипа выбрано стекло [2] состав которого характеризуется следующим соотношением компонентов, мас. Mg(PO₃)₂ 12,3-19,3 Ba(PO₃)₂ 17-20 Al(PO₃)₃ 11,3-13,3 SrF₂ 2,5-3,6 AlF₃ 2,5 SrO+BaO 26,3-40,3, MgF₂,BaF₂ по 1,0 а также оксиды элементов III группы 2-19 мас. IV и V групп до 6 мас.

Это стекло может иметь оптические постоянные: n_e 1,60-1,66; δ_e 55-65 и по технической сущности и составу ингридиентов наиболее близко к заявляемому.

Оно обладает большим светопропусканием в УФ-области спектра, чем промышленные стекла ТФК11, ТК14, ТК21, варится при низких температурах 1100-1150^оС, химически устойчиво и пригодно для одностадийного синтеза в платиновом тигле (в отличие, например, от ФФС типа ОК1 и ОК2, которые синтезируются в графитовых тиглях).

Однако, оно имеет следующие недостатки: светопропускание слоя 1 см на длине волны 365 нм не превышает 89% для n_e 1,6 и 84% для n_e 1,66, кроме того, оно сильно кристаллизуется, что не позволяет получать из него крупногабаритные заготовки.

Техническим результатом изобретения является увеличение светопропускания в УФ-части спектра при сохранении величины показателя преломления на уровне 1,60-1,66 и уменьшение кристаллизационной способности.

Сущность изобретения заключается в том, что стекло имеет следующий состав, мас. Ba(PO₃)₂ 23,0-40,0 Al(PO₃)₃ 10,0-22,5 MgO 1,4-5,8 ZnO 0,8-5,0 CdO 1,0-17,0 BaO 5,0-22,0 SrO и/или SrF₂ 3,0-9,2 BaF₂ 1,0-20,0 AlF₃ 3,0-7,5.

С целью снижения кристаллизационной способности стекло может содержать по крайней мере 2 оксида из группы: K₂O 0,5-1,5 Cs₂O 0,5-1,5 Y₂O₃ 1,0-5,0 Ta₂O₅ 2,0-10,0 SiO₂ 0,5-1,5
Пониженное содержание ВаО, повышенное содержание фторидов, присутствие MgO, ZnO и CdO обусловили снижение до 950-1100^оС температуры варки, благодаря чему достигнута крайне малая коррозия платины варочного сосуда и, как следствие, высокое светопропускание в УФ-области спектра.

Пределы содержания основных компонентов таковы, что стекло кристаллизуется в сравнительно узком температурном интервале.

Уменьшить его кристаллизационную способность до минимума (1 степени) позволяет введение в определенных сочетаниях и концентрациях Y₂O₃, SiO₂, K₂O, Cs₂O, Ta₂O₅. Последний, кроме того, позволяет повысить n_e до 1,66 без существенного прироста поглощения ультрафиолета.

В таблице, приведены составы и свойства предлагаемого стекла и стекла-прототипа.

Синтез стекол проведен из шихты, составленной из особочистых реактивов Ba(PO₃)₂, Al(PO₃)₃, MgO, ZnO, CdCO₃, BaCO₃, Sr(NO₃)₂, SrF₂, BaF₂, AlF₃, KNO₃, CsNO_3, Y₂O₃, Ta₂O₅, аморфный SiO₂ (азотнокислые соли благоприятствуют
осветлению стекломассы) в электропечи с силитовыми нагревателями в платиновых тиглях емкостью 100 мл с размешиванием платиновой мешалкой в течение 1 ч при 950-1100^оС, отливом в графитовую форму и грубым отжигом в муфельной печи. Все отливки затем были подвергнуты тонкому отжигу при 500-650^оС с ответственным охлаждением по 2,5 град/ч.

Таким образом, стекло по изобретению выгодно отличается от всех известных стекол с n_e > 1,59 типа ТФК и ТК по комплексу свойств. Его разработка отвечает насущным потребностям оптотехники, так как позволяет решить задачи как уменьшения числа линз в объективах и их толщины, так и увеличения светосилы объектива и улучшения цветопередачи. Кроме того, расширяется номенклатура оптических материалов, прозрачных в УФ-области спектра.

Использование: для изготовления линз фото-кино-астрообъективов. Сущность изобретения: оптическое стекло имеет следующий состав, мас. фосфат бария 23 40 БФ Ba(PO₃)₂, фосфат алюминия 10 22,5 БФ Al(PO₃)₃, оксид магния 1,4 5,7 БФ MgO, оксид цинка 0,8 5 БФ ZnO, оксид кадмия 1 17 БФ CaO, оксид бария 5 22 БФ BaO, фторид бария 1 20 БФ BaF₂, фторид алюминия 3 7,5 БФ AlF₃, оксид стронция и/или фтористый стронций 3 9,2 БФ SrO, SrF₂. Стекло может содержать по крайней мере два оксида из группы, мас. оксид калия 0,5 1,5 БФ K₂O, оксид цезия 0,5 1,5 БФ Cs₂O, оксид иттрия 1 5 БФ Y₂O₃, оксид тантала 2 10 БФ Ta₂O₅, оксид кремния 0,5 1,5 БФ SiO₂. Светопропускание на длине волны 400 нм 98 99,2% 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. ОПТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО, включающее Ba (PO₃)₂, Al(PO₃)₃, BaO, BaF₂, AlF₃, по крайней мере один компонент из группы SrO и SrF₂, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит MgO, ZnO и CdO при следующем соотношении компонентов, мас.

Ba(PO₃)₂ 23 40
Al(PO₃)₃ 10,0 22,5
BaO 5 22
BaF₂ 1 20
AlF₃ 3,0 7,5
По крайней мере один компонент из группы
SrO и SrF₂ 3,0 9,2
MgO 1,4 5,8
ZnO 0,8 5,0
CdO 1 17
2. Стекло по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по крайней мере два оксида из группы, мас.

K₂O 0,5 1,5
Cs₂O 0,5 1,5
Y₂O₃ 1 5
Ta₂O₅ 2 10
SiO₂ 0,5 1,5