一种耐候光学玻璃及生产工艺
阅读说明：本技术 一种耐候光学玻璃及生产工艺 (Weather-resistant optical glass and production process thereof ) 是由 杨清来 仇春荣 于 2021-07-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐候光学玻璃,其技术方案要点是：包括以下重量计组分原料：三氧化二硼3-15份、三氧化二镧5-18份、二氧化硅5-10份、二氧化钛4-9份、着色剂2-6份、氧化锂5-12份、氧化钡0.5-2.8份、助熔剂0.1-1.5份、三氧化二钇0.2-0.8份以及澄清剂0.01-0.2份；达到耐候性能强、生产成本低、适宜大规模生产、析晶性能好、着色度好、折射率高以及色散性低的效果。(The invention discloses weather-resistant optical glass, which has the technical scheme that: the composite material comprises the following raw materials in parts by weight: 3-15 parts of boron trioxide, 5-18 parts of lanthanum trioxide, 5-10 parts of silicon dioxide, 4-9 parts of titanium dioxide, 2-6 parts of a coloring agent, 5-12 parts of lithium oxide, 0.5-2.8 parts of barium oxide, 0.1-1.5 parts of a fluxing agent, 0.2-0.8 part of yttrium oxide and 0.01-0.2 part of a clarifying agent; the effects of strong weather resistance, low production cost, suitability for large-scale production, good crystallization property, good tinctorial strength, high refractive index and low dispersion are achieved.)
技术领域
本发明属于光学玻璃领域，具体涉及一种耐候光学玻璃及生产工艺。
背景技术
光学玻璃能改变光的传播方向，并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃；光学玻璃主要用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜以及窗口等；包括无色光学玻璃(通常简称光学玻璃)、有色光学玻璃、耐辐射光学玻璃、防辐射玻璃和光学石英玻璃等。光学玻璃具有高度的透明性、化学及物理学(结构和性能)上的高度均匀性，具有特定和精确的光学常数。它可分为硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、氟化物和硫系化合物系列。冕玻璃一般作凸透镜，火石玻璃作凹透镜。通常冕玻璃属于含碱硼硅酸盐体系，轻冕玻璃属于铝硅酸盐体系，重冕玻璃及钡火石玻璃属于无碱硼硅酸盐体系，绝大部分的火石玻璃属于铅钾硅酸盐体系。随着光学玻璃的应用领域不断拓宽，其品种在不断扩大，其组成中几乎包括周期表中的所有元素。
可参考公开号为CN108751730A的中国专利，其提出一种AG玻璃的生产工艺，利用熔炉对玻璃原料进行熔炼形成玻璃流体；然后通过熔化锡房对玻璃流体进行浮法成型成前期玻璃板；然后利用退火室对前期玻璃板进行退火形成成品玻璃板；然后对成品玻璃板进行切割和磨边制成玻璃模板；然后对玻璃模板进行抛光；然后对玻璃模板进行清洗；然后制作硬掩模膜；然后制作紫外固化聚合物层；然后制作模型；然后制作具有模型的固化层；然后进行脱模；然后以反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀中的一种或两种对玻璃模板进行刻蚀，且硬掩模膜的刻蚀速度低于玻璃模板的刻蚀速度。
上述专利具有可高效高质量生产AG玻璃，AG玻璃性能优越的优点，但是其也存在缺陷，如：其耐候性能较差，且生产成本较高，不适合大规模加工生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐候光学玻璃及生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种耐候光学玻璃，包括以下重量计组分原料：三氧化二硼3-15份、三氧化二镧5-18份、二氧化硅5-10份、二氧化钛4-9份、着色剂2-6份、氧化锂5-12份、氧化钡0.5-2.8份、助熔剂0.1-1.5份、三氧化二钇0.2-0.8份以及澄清剂0.01-0.2份。
本发明还提供了一种耐候光学玻璃的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一.准备原料：准备以下重量计组分原料备用：三氧化二硼3-15份、三氧化二镧5-18份、二氧化硅5-10份、二氧化钛4-9份、着色剂2-6份、氧化锂5-12份、氧化钡0.5-2.8份、助熔剂0.1-1.5份、三氧化二钇0.2-0.8份以及澄清剂0.01-0.2份；
步骤二.原料混合：将三氧化二硼、三氧化二镧、二氧化硅、着色剂、氧化锂、三氧化二钇、助熔剂以及澄清剂放入搅拌设备内进行充分混合，最后得到混合原料粉末；
步骤三.加热熔融：将步骤二得到的混合原料粉末放入玻璃熔窑中进行加热熔融，控制玻璃熔窑内温度为1250-1450℃，保温加热0.5-1h得到无定型玻璃态物质，然后持续进行保温加热2-3h，在持续加热中对无定型玻璃态物质进行搅拌混合，搅拌时间为3min，搅拌间隔为20-40min，最后向无定型玻璃态物质中加入二氧化钛；
步骤四.二次加热：控制玻璃熔窑中升温至1550-1650℃，然后对加入二氧化钛后的无定型玻璃态物质进行再次搅拌，控制搅拌速度为100-150r/min，保温混合0.5-2h后得到玻璃溶液；
步骤五.切断打磨：将步骤四二次加热中得到的玻璃溶液注入预热后的模具中得到块状玻璃，然后对块状玻璃进行切断并对边角进行打磨，打磨后再进行水洗、干燥后得到粗胚；
步骤六.押胚成型：将步骤五中得到的粗胚放置在加热设备内并加热至500-600℃进行软化，然后根据设计尺寸将软化后的粗胚加工成型，最后再经过退火烧顿、冷却以及均质处理后即得到本光学玻璃。
优选的，所述澄清剂包括二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末，所述二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末的质量分数比为5-12:8-15。
优选的，所述着色剂包括三氧化二铋，所述三氧化二铋为掺杂有锌离子的三氧化二铋粉末，所述三氧化二铋的制备方法如下：
S1、将乙二醇放入反应容器内，然后加入硝酸铋与乙二醇发生反应，反应结束后加入锌盐进行搅拌得到混合溶液；
S2、将S1中得到的混合溶液放入加热设备中进行加热，加热完成后进行冷却，然后再使用过滤设备进行过滤得到过滤物，最后对过滤物使用水和无水乙醇分别进行洗涤，洗涤后进行干燥，干燥完成后放入焙烧炉内进行焙烧，得到掺杂有锌离子的三氧化二铋，控制焙烧炉的温度在500-600℃，持续焙烧1-2h。
优选的，所述S1中的锌盐包括硫酸锌、氯化锌以及碳酸锌的一种或多种，所述三氧化二铋中锌离子的掺杂含量为4-8wt％。
优选的，所述助熔剂包括氢氧化钠与氧化镁，所述氢氧化钠与所述氧化镁的质量分数之比为2:1。
优选的，所述步骤六压胚成型后将得到的光学玻璃置入保护油内进行浸泡，浸泡时间为2-5h，浸泡完成后进行进行干燥，干燥处理对光学玻璃表面喷涂指纹油进行防护。
优选的，所述步骤五切断打磨过程中对存在划痕的粗胚使用恢复膏进行修复，所述恢复膏的制备工艺如下：
S21、准备以下重量计组分：氟化氢铵2-5份、氢氟酸1-3份、硝酸0.2-1份、磷酸0.5-5份、草酸3-5份、磷酸二氢钙5-8份以及树胶2-8份；
S22、将氟化氢铵、氢氟酸、硝酸、磷酸、草酸、磷酸二氢钙以及树胶放入搅拌机内进行充分混合，控制搅拌速度为300r/min，搅拌时间为20min，即得到本恢复膏。
优选的，所述步骤六对光学玻璃的光学性能以及外观进行检测，若光学性能检测存在不合格项，则进行工艺参数调整，直至光学性能检测完全合格。
优选的，所述步骤六得到的光学玻璃折射率在1.74-1.78，阿贝数在38-40。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本耐候光学玻璃及生产工艺，不仅确保了生产的光学玻璃具有强耐候性、高折射率以及低色散性的优点，同时还具有生产成本低、密度小、较低的失透倾向以及高透过率等优越的性能，而且本光学玻璃的高折射与低阿贝数可弥补和校正色差，使色差减小至更低的范围内，并且可在稳定的状态下实现低成本运作和量产，使本发明达到耐候性能强、生产成本低、适宜大规模生产、析晶性能好、着色度好、折射率高以及色散性低的效果。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1
实施例1
一种耐候光学玻璃，包括以下重量计组分原料：三氧化二硼3-15份、三氧化二镧6份、二氧化硅10份、二氧化钛6份、着色剂2份、氧化锂8份、氧化钡2份、助熔剂0.8份、三氧化二钇0.6份以及澄清剂0.1份。
本发明还提供了一种耐候光学玻璃的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一.准备原料：准备以下重量计组分原料备用：三氧化二硼3-15份、三氧化二镧6份、二氧化硅10份、二氧化钛6份、着色剂2份、氧化锂8份、氧化钡2份、助熔剂0.8份、三氧化二钇0.6份以及澄清剂0.1份；
步骤二.原料混合：将三氧化二硼、三氧化二镧、二氧化硅、着色剂、氧化锂、三氧化二钇、助熔剂以及澄清剂放入搅拌设备内进行充分混合，最后得到混合原料粉末；
步骤三.加热熔融：将步骤二得到的混合原料粉末放入玻璃熔窑中进行加热熔融，控制玻璃熔窑内温度为1300℃，保温加热1h得到无定型玻璃态物质，然后持续进行保温加热2h，在持续加热中对无定型玻璃态物质进行搅拌混合，搅拌时间为3min，搅拌间隔为30min，最后向无定型玻璃态物质中加入二氧化钛；
步骤四.二次加热：控制玻璃熔窑中升温至1600℃，然后对加入二氧化钛后的无定型玻璃态物质进行再次搅拌，控制搅拌速度为120r/min，保温混合0.5h后得到玻璃溶液；
步骤五.切断打磨：将步骤四二次加热中得到的玻璃溶液注入预热后的模具中得到块状玻璃，然后对块状玻璃进行切断并对边角进行打磨，打磨后再进行水洗、干燥后得到粗胚；
步骤六.押胚成型：将步骤五中得到的粗胚放置在加热设备内并加热至550℃进行软化，然后根据设计尺寸将软化后的粗胚加工成型，最后再经过退火烧顿、冷却以及均质处理后即得到本光学玻璃。
本实施例中，优选的，澄清剂包括二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末，二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末的质量分数比为10:13。
本实施例中，优选的，着色剂包括三氧化二铋，三氧化二铋为掺杂有锌离子的三氧化二铋粉末，三氧化二铋的制备方法如下：
S1、将乙二醇放入反应容器内，然后加入硝酸铋与乙二醇发生反应，反应结束后加入锌盐进行搅拌得到混合溶液；
S2、将S1中得到的混合溶液放入加热设备中进行加热，加热完成后进行冷却，然后再使用过滤设备进行过滤得到过滤物，最后对过滤物使用水和无水乙醇分别进行洗涤，洗涤后进行干燥，干燥完成后放入焙烧炉内进行焙烧，得到掺杂有锌离子的三氧化二铋，控制焙烧炉的温度在550℃，持续焙烧1.5h。
本实施例中，优选的，S1中的锌盐包括硫酸锌，三氧化二铋中锌离子的掺杂含量为6wt％。
本实施例中，优选的，助熔剂包括氢氧化钠与氧化镁，氢氧化钠与氧化镁的质量分数之比为2:1。
本实施例中，优选的，步骤六压胚成型后将得到的光学玻璃置入保护油内进行浸泡，浸泡时间为3h，浸泡完成后进行进行干燥，干燥处理对光学玻璃表面喷涂指纹油进行防护。
本实施例中，优选的，步骤五切断打磨过程中对存在划痕的粗胚使用恢复膏进行修复，恢复膏的制备工艺如下：
S21、准备以下重量计组分：氟化氢铵3份、氢氟酸2份、硝酸0.8份、磷酸2份、草酸4份、磷酸二氢钙6份以及树胶6份；
S22、将氟化氢铵、氢氟酸、硝酸、磷酸、草酸、磷酸二氢钙以及树胶放入搅拌机内进行充分混合，控制搅拌速度为300r/min，搅拌时间为20min，即得到本恢复膏。
本实施例中，优选的，步骤六对光学玻璃的光学性能以及外观进行检测，若光学性能检测存在不合格项，则进行工艺参数调整，直至光学性能检测完全合格。
本实施例中，优选的，步骤六得到的光学玻璃折射率为1.76，阿贝数为39。
实施例2
一种耐候光学玻璃，包括以下重量计组分原料：三氧化二硼15份、三氧化二镧18份、二氧化硅10份、二氧化钛9份、着色剂6份、氧化锂12份、氧化钡2.8份、助熔剂1.5份、三氧化二钇0.8份以及澄清剂0.2份。
本发明还提供了一种耐候光学玻璃的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一.准备原料：准备以下重量计组分原料备用：三氧化二硼15份、三氧化二镧18份、二氧化硅10份、二氧化钛9份、着色剂6份、氧化锂12份、氧化钡2.8份、助熔剂1.5份、三氧化二钇0.8份以及澄清剂0.2份；
步骤二.原料混合：将三氧化二硼、三氧化二镧、二氧化硅、着色剂、氧化锂、三氧化二钇、助熔剂以及澄清剂放入搅拌设备内进行充分混合，最后得到混合原料粉末；
步骤三.加热熔融：将步骤二得到的混合原料粉末放入玻璃熔窑中进行加热熔融，控制玻璃熔窑内温度为1450℃，保温加热1h得到无定型玻璃态物质，然后持续进行保温加热3h，在持续加热中对无定型玻璃态物质进行搅拌混合，搅拌时间为3min，搅拌间隔为40min，最后向无定型玻璃态物质中加入二氧化钛；
步骤四.二次加热：控制玻璃熔窑中升温至1650℃，然后对加入二氧化钛后的无定型玻璃态物质进行再次搅拌，控制搅拌速度为150r/min，保温混合2h后得到玻璃溶液；
步骤五.切断打磨：将步骤四二次加热中得到的玻璃溶液注入预热后的模具中得到块状玻璃，然后对块状玻璃进行切断并对边角进行打磨，打磨后再进行水洗、干燥后得到粗胚；
步骤六.押胚成型：将步骤五中得到的粗胚放置在加热设备内并加热至600℃进行软化，然后根据设计尺寸将软化后的粗胚加工成型，最后再经过退火烧顿、冷却以及均质处理后即得到本光学玻璃。
本实施例中，优选的，澄清剂包括二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末，二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末的质量分数比为4:5。
本实施例中，优选的，着色剂包括三氧化二铋，三氧化二铋为掺杂有锌离子的三氧化二铋粉末，三氧化二铋的制备方法如下：
S1、将乙二醇放入反应容器内，然后加入硝酸铋与乙二醇发生反应，反应结束后加入锌盐进行搅拌得到混合溶液；
S2、将S1中得到的混合溶液放入加热设备中进行加热，加热完成后进行冷却，然后再使用过滤设备进行过滤得到过滤物，最后对过滤物使用水和无水乙醇分别进行洗涤，洗涤后进行干燥，干燥完成后放入焙烧炉内进行焙烧，得到掺杂有锌离子的三氧化二铋，控制焙烧炉的温度在600℃，持续焙烧2h。
本实施例中，优选的，S1中的锌盐包括氯化锌，三氧化二铋中锌离子的掺杂含量为8wt％。
本实施例中，优选的，助熔剂包括氢氧化钠与氧化镁，氢氧化钠与氧化镁的质量分数之比为2:1。
本实施例中，优选的，步骤六压胚成型后将得到的光学玻璃置入保护油内进行浸泡，浸泡时间为5h，浸泡完成后进行进行干燥，干燥处理对光学玻璃表面喷涂指纹油进行防护。
本实施例中，优选的，步骤五切断打磨过程中对存在划痕的粗胚使用恢复膏进行修复，恢复膏的制备工艺如下：
S21、准备以下重量计组分：氟化氢铵5份、氢氟酸3份、硝酸1份、磷酸5份、草酸5份、磷酸二氢钙8份以及树胶8份；
S22、将氟化氢铵、氢氟酸、硝酸、磷酸、草酸、磷酸二氢钙以及树胶放入搅拌机内进行充分混合，控制搅拌速度为300r/min，搅拌时间为20min，即得到本恢复膏。
本实施例中，优选的，步骤六对光学玻璃的光学性能以及外观进行检测，若光学性能检测存在不合格项，则进行工艺参数调整，直至光学性能检测完全合格。
本实施例中，优选的，步骤六得到的光学玻璃折射率为1.78，阿贝数为40。
实施例3
一种耐候光学玻璃，包括以下重量计组分原料：三氧化二硼3份、三氧化二镧5份、二氧化硅5份、二氧化钛4份、着色剂2份、氧化锂5份、氧化钡0.5份、助熔剂0.1份、三氧化二钇0.2份以及澄清剂0.01份。
本发明还提供了一种耐候光学玻璃的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一.准备原料：准备以下重量计组分原料备用：三氧化二硼3份、三氧化二镧5份、二氧化硅5份、二氧化钛4份、着色剂2份、氧化锂5份、氧化钡0.5份、助熔剂0.1份、三氧化二钇0.2份以及澄清剂0.01份；
步骤二.原料混合：将三氧化二硼、三氧化二镧、二氧化硅、着色剂、氧化锂、三氧化二钇、助熔剂以及澄清剂放入搅拌设备内进行充分混合，最后得到混合原料粉末；
步骤三.加热熔融：将步骤二得到的混合原料粉末放入玻璃熔窑中进行加热熔融，控制玻璃熔窑内温度为1250℃，保温加热0.5h得到无定型玻璃态物质，然后持续进行保温加热2h，在持续加热中对无定型玻璃态物质进行搅拌混合，搅拌时间为3min，搅拌间隔为20min，最后向无定型玻璃态物质中加入二氧化钛；
步骤四.二次加热：控制玻璃熔窑中升温至1550℃，然后对加入二氧化钛后的无定型玻璃态物质进行再次搅拌，控制搅拌速度为100r/min，保温混合0.5h后得到玻璃溶液；
步骤五.切断打磨：将步骤四二次加热中得到的玻璃溶液注入预热后的模具中得到块状玻璃，然后对块状玻璃进行切断并对边角进行打磨，打磨后再进行水洗、干燥后得到粗胚；
步骤六.押胚成型：将步骤五中得到的粗胚放置在加热设备内并加热至500℃进行软化，然后根据设计尺寸将软化后的粗胚加工成型，最后再经过退火烧顿、冷却以及均质处理后即得到本光学玻璃。
本实施例中，优选的，澄清剂包括二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末，二氧化二锑粉末与三氧化二砷粉末的质量分数比为5:8。
本实施例中，优选的，着色剂包括三氧化二铋，三氧化二铋为掺杂有锌离子的三氧化二铋粉末，三氧化二铋的制备方法如下：
S1、将乙二醇放入反应容器内，然后加入硝酸铋与乙二醇发生反应，反应结束后加入锌盐进行搅拌得到混合溶液；
S2、将S1中得到的混合溶液放入加热设备中进行加热，加热完成后进行冷却，然后再使用过滤设备进行过滤得到过滤物，最后对过滤物使用水和无水乙醇分别进行洗涤，洗涤后进行干燥，干燥完成后放入焙烧炉内进行焙烧，得到掺杂有锌离子的三氧化二铋，控制焙烧炉的温度在500℃，持续焙烧1h。
本实施例中，优选的，S1中的锌盐包括碳酸锌，三氧化二铋中锌离子的掺杂含量为4wt％。
本实施例中，优选的，助熔剂包括氢氧化钠与氧化镁，氢氧化钠与氧化镁的质量分数之比为2:1。
本实施例中，优选的，步骤六压胚成型后将得到的光学玻璃置入保护油内进行浸泡，浸泡时间为2h，浸泡完成后进行进行干燥，干燥处理对光学玻璃表面喷涂指纹油进行防护。
本实施例中，优选的，步骤五切断打磨过程中对存在划痕的粗胚使用恢复膏进行修复，恢复膏的制备工艺如下：
S21、准备以下重量计组分：氟化氢铵2份、氢氟酸1份、硝酸0.2份、磷酸0.5份、草酸3份、磷酸二氢钙5份以及树胶2份；
S22、将氟化氢铵、氢氟酸、硝酸、磷酸、草酸、磷酸二氢钙以及树胶放入搅拌机内进行充分混合，控制搅拌速度为300r/min，搅拌时间为20min，即得到本恢复膏。
本实施例中，优选的，步骤六对光学玻璃的光学性能以及外观进行检测，若光学性能检测存在不合格项，则进行工艺参数调整，直至光学性能检测完全合格。
本实施例中，优选的，步骤六得到的光学玻璃折射率为1.74，阿贝数为38。
本发明的工作原理及使用流程：
本耐候光学玻璃及生产工艺，不仅确保了生产的光学玻璃具有强耐候性、高折射率以及低色散性的优点，同时还具有生产成本低、密度小、较低的失透倾向以及高透过率等优越的性能，而且本光学玻璃的高折射与低阿贝数可弥补和校正色差，使色差减小至更低的范围内，并且可在稳定的状态下实现低成本运作和量产，使本发明达到耐候性能强、生产成本低、适宜大规模生产、析晶性能好、着色度好、折射率高以及色散性低的效果。
实验：分别取实施例1、实施例2、实施例3以及普通工艺生产的光学玻璃进行检测，依次分别记为1组、2组、3组以及常规组，检测标准与内容如下：
根据GB/T15489.7-1995对1组、2组、3组以及常规组进行化学稳定性检测；
根据GB/T15726-1995对1组、2组、3组以及常规组进行内应力检测；
根据GB/T15728-1995对1组、2组、3组以及常规组进行耐腐蚀性能检测；
根据GB/T15489.2-1995对1组、2组、3组以及常规组进行光谱特性检测；
现将检测结果归于下表：表中各项检测数值皆以数字代替，数值越高性能越好，满分为100；
化学稳定性
内应力
耐腐蚀性能
光谱特性
1组
100
100
100
100
2组
100
96
97
98
3组
100
98
99
99
常规组
87
89
79
85
由上表可以得到：1组、2组以及3组的光学玻璃各项性能均比常规组优越，且1组最为优越。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。