化学强化光学玻璃制造技术

本发明专利技术涉及一种化学强化光学部件，其包括层深(DoL)为1.0μm至50.0μm的光学玻璃。所述光学玻璃的折射率n

【技术实现步骤摘要】
化学强化光学玻璃


[0001]本专利技术涉及一种化学强化光学部件，其包括层深(DoL)为1.0μm至50.0μm的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的折射率n
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为至少1.65，优选为至少1.70，并且所述光学玻璃包含至少5mol％的Li2O、Na2O或K2O或其中至少两种的组合。本专利技术还涉及一种化学强化光学部件的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]化学钢化是一种提高钠钙玻璃、铝硅酸盐玻璃、铝硅酸锂或硼硅酸盐玻璃的机械强度的公知工艺，例如，用作显示应用的防护玻璃。
[0003]为了实现化学钢化，将玻璃制品放置在具有预定温度的至少一种特殊熔融盐浴中持续一限定时间。在钢化过程中，离子交换发生在玻璃制品的表面，其中更小的阳离子(尤其是单价阳离子)由具有更大半径的阳离子所代替。在钢化工艺之后，将玻璃制品从盐浴中取出，随后进行冷却、清洁。
[0004]对于具有较高硅酸盐成分和较低折射率(例如，不超过1.65)的玻璃来说，上述工艺是众所周知的。
[0005]US 2004/0220038 A1和US 2004/0229743 A1公开了适用于离子交换工艺的光学铝硅酸盐玻璃，其折射率n
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不超过1.65，阿贝系数至少为48。所述玻璃在光纤中可用作芯玻璃。
[0006]CN 102633434 A描述了提高化学稳定性的集成光学用硅酸盐玻璃衬底材料，其可以作为衬底材料，用于玻璃基离子交换光波导的制备。
[0007]US 8,889,254 B2描述了用于消费电子视频显示设备的抗冲击损伤玻璃片。为了提高所述玻璃片的机械强度，使碱金属铝硅酸盐玻璃片的表面接触离子交换强化介质，所述离子交换强化介质包含离子直径大于玻璃中至少一种碱金属组分的离子直径的碱金属离子源。
[0008]WO 2019/242673 A1描述了一种没有光学橙皮的化学强化碱金属铝硅酸盐基薄玻璃及其制备方法。
[0009]但是，仍然需要具备高折射率和高机械稳定性的光学部件。尤其适用于在充满机械挑战性的环境中使用的光学部件，例如智能手机摄像头、运动相机或汽车摄像头中的镜头或波导，例如，用作增强现实应用。此外，要求所述应用的光学部件具有明确的可重现光学性能，例如，具备适用于特定应用的特定折射率。
[0010]上述文献均未提供提高机械强度并具有可重现光学性能的高折射率玻璃，这种玻璃对于充满挑战性的环境中的光学部件是必不可少的。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的一个目的是提供一种化学强化光学部件，其提高了机械强度并具有可预测及可重现光学性能。
[0012]该目的通过一种化学强化光学部件来实现。所述光学部件包括层深(DoL)为1.0μm至50.0μm的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的折射率n
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为至少1.65，优选为至少1.70，并且所述光学玻璃包含至少5mol％的Li2O、Na2O或K2O或其中至少两种的组合。
[0013]令人惊讶的是，根据本专利技术的化学强化光学部件的机械强度有所提高，同时，其强化后的折射率重现性良好。此外，人们发现通过根据本专利技术的方法可以有效强化包含较少量SiO2且基本上不含Al2O3的玻璃。并进一步发现，通过较小的DoL已经可以实现机械强度的有效提高。
[0014]光学玻璃
[0015]化学强化光学部件包括光学玻璃，其折射率n
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为至少1.65，优选为至少1.70以上，更优选为1.75以上，特别优选为1.80以上。光学玻璃的折射率n
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优选为2.20以下，更优选为2.10以下，特别优选为2.05以下。折射率n
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优选在1.70至2.20的范围内，更优选在1.75至2.05的范围内，甚至更优选在1.80至2.00的范围内，特别优选在1.80至1.98的范围内。
[0016]为了实现本专利技术的目的，“光学部件”指可以具有任何尺寸的部件，例如但不限于透镜、棱镜、晶片、非球面透镜、棒状透镜和任意形式的玻璃制品。
[0017]层深(DoL)：用SEM-EDS扫描玻璃离子交换区域的横截面所测量的离子交换层的厚度。按照深度到表面的K/Na之比清楚地显示了离子交换层的厚度。在DoL之后，即玻璃的大部分，交换离子的浓度对应于未强化玻璃的特定浓度。
[0018]化学强化光学部件的层深(DoL)为1.0μm至50.0μm。在本专利技术优选实施例中，DoL为至少1.5μm，优选为至少2.0μm，特别优选为至少4μm，并且DoL优选为不超过40.0μm，特别优选为不超过30.0μm，更优选为不超过15.0μm。
[0019]光学玻璃的阿贝数v
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为15至35，优选为20至30，特别优选为21至27。
[0020]优选地，在从表面到DoL的深度范围内，光学玻璃和化学强化光学部件在特定波长处的折射率n
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之差不超过0.100，优选为不超过0.010，更优选为不超过0.005，特别优选为不超过0.002。
[0021]光学玻璃包含至少5mol％，优选为至少10mol％，更优选为至少13mol％，特别优选为至少15mol％的Li2O、Na2O或K2O或其中至少两种的组合。优选地，光学玻璃包含不超过45mol％，优选为不超过40mol％，更优选为不超过37mol％，特别优选为不超过25mol％的Li2O、Na2O或K2O或其中至少两种的组合。
[0022]碱性氧化物(如K2O、Na2O和Li2O)可作为玻璃网络改性剂。它们会破坏玻璃网络并在玻璃网络内部形成非桥接氧化物。添加碱会降低玻璃的工作温度。钠、锂和钾的含量对于可化学强化的光学玻璃很重要。由于Li
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/Na
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、Na
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/K
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、Li
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/K
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与Na
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/Rb
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、Na
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/Cs
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、K
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/Rb
+
、K
+
/Cs
+
离子交换是强化的必要步骤，因此如果玻璃本身不含碱，则其不会被强化。
[0023]本专利技术的光学玻璃可包含0-15mol％的LiO2。优选地，光学玻璃包含不超过10mol％，更优选为不超过5mol％，特别优选为不超过3mol％的LiO2。在一些优选实施例中甚至不含Li2O。
[0024]本专利技术的光学玻璃优选包含0-35mol％的Na2O。优选地，光学玻璃包含至少3mol％，更优选为至少5mol％，甚至更优选为至少10mol％的Na2O，并且Na2O优选为不超过35mol％，更优选为不超过30mol％，特别优选为不超过25mol％。由于化学强化优选包括玻璃中的钠与化学强化介质中的钾进行离子交换，因此钠对于化学强化性能非常重要。但是，
钠的含量也不应太高，反之，玻璃网络可能会严重变质，n...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学强化光学部件，其包括层深(DoL)为1.0μm至50.0μm的光学玻璃，其中，所述光学玻璃的折射率n
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为至少1.65，优选为至少1.70，并且所述光学玻璃包含至少5mol％的Li2O、Na2O或K2O或其中至少两种的组合。2.根据权利要求1所述的化学强化光学部件，其中，所述光学玻璃包含以下成分(mol％)：成分mol％SiO20-50Al2O30-2B2O30-15P2O50-35Li2O0-15Na2O0-35K2O0-15ΣR2O(R＝Li,Na,K)5-45MgO0-10CaO0-10SrO0-10BaO0-15R
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O(R
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＝Mg,Ca,Sr,Ba)0-20ZnO0-10TiO23-35Nb2O53-35Σ(TiO2+Nb2O5)20-55Ln2O3(Ln＝La,Y,Gd)0-10ZrO20-5Σ(Sb2O3,As2O3,SnO2,SO3,Cl,F)0-0.5。3.根据权利要求1或2所述的化学强化光学部件，其中，所述光学玻璃包含以下成分(mol％)：成分(mol％)SiO225-50Al2O30-2B2O30-10P2O50-5Li2O0-15Na2O0-30K2O0-10ΣR2O(R＝Li,Na,K)5-25MgO0-5CaO0-5
SrO0-3BaO0-15ΣR
’
O(R
’
＝Mg,Ca,Sr,Ba)5-15ZnO0-5TiO220-35Nb2O51-15Σ(TiO2+Nb2O5)22-45Ln2O3(Ln＝La,Y,Gd)0-5ZrO20-5ΣSb2O3,SnO2,As2O3,SO3,Cl,F)0-0.5。4.根据权利要求1或2所述的化学强化光学部件，其中，所述光学玻璃包含以下成分(mol％)：
5.根据权利要求1或2所述的化学强化光学部件，其中，所述光学玻璃包含至少8mol％，优...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅刚，卞海溢，S，
申请(专利权)人：肖特玻璃科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：