具有高折射率和低密度的硅硼酸盐和硼硅酸盐玻璃制造技术

提供了这样的玻璃，其含有二氧化硅(SiO2)和/或氧化硼(B2O3)作为玻璃成形剂且具有大于或等于1.7的折射率n

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高折射率和低密度的硅硼酸盐和硼硅酸盐玻璃
[0001]本申请根据35 USC
§
119(e)，要求2020年9月10日提交的美国临时专利申请序列号63/076,540的优先权，将其全文通过引用结合入本文。


[0002]本公开内容大体上涉及具有高折射率和低密度的硅硼酸盐(silicoborate)与硼硅酸盐(borosilicate)玻璃。

技术介绍

[0003]玻璃被用于各种光学装置，其例子包括：增强现实装置、虚拟现实装置、混合现实装置、眼镜等。这种类型的玻璃所需要的性质通常包括高折射率和低密度。其他需要的性质可能包括电磁光谱的可见光与近紫外(近UV)范围内的高透射率和/或低光学色散。需求具有所需的这些性质的组合并且可以从具有良好的玻璃成形能力的组合物形成的玻璃会是具有挑战性的。例如，通常来说，随着玻璃的折射率增加，密度也倾向于增加。通常添加诸如TiO2和Nb2O5之类的物质从而在没有增加玻璃的密度的情况下增加玻璃的折射率。然而，这些材料通常吸收蓝光和UV光，这会不合乎希望地降低玻璃在这个光谱区域中的光透射率。通常来说，尝试增加玻璃的折射率的同时维持低密度并且没有降低光谱的蓝色和UV区域中的透射率会导致材料的玻璃成形能力下降。例如，在以工业通常可接受的冷却速率使得玻璃熔体发生冷却过程中，会发生结晶和/或液
‑
液相分离。典型地来说，随着某些物质(例如，ZrO2、Y2O3、Sc2O3、BeO等)的量的增加，玻璃成形能力看上去下降。
[0004]基于所采用的玻璃成形剂，低密度高折射率玻璃通常属于以下两种类型的化学体系中的一种：(a)硅硼酸盐或硼硅酸盐玻璃，其中，SiO2和/或B2O3被用作主要的玻璃成形剂，以及(b)磷酸盐玻璃，其中，P2O5被用作主要的玻璃成形剂。由于成本、玻璃成形能力、光学性质和/或生产要求，依赖于其他氧化物作为主要玻璃成形剂的玻璃(GeO2、TeO2、Bi2O3和V2O5)的使用会是具有挑战性的。
[0005]磷酸盐玻璃可以表征为高折射率和低密度，然而，由于P2O5从熔体的挥发和/或与铂不兼容的风险，磷酸盐玻璃的生产会是具有挑战性的。此外，磷酸盐玻璃通常是高度有色的，并且可能需要额外的漂白步骤来提供具有所需透射特性的玻璃。除此之外，展现出高折射率的磷酸盐玻璃还倾向于具有增加的光学色散。
[0006]通常来说，硅硼酸盐和硼硅酸盐玻璃较容易生产并且可以在没有漂白步骤的情况下展现出高透射率。然而，相比于磷酸盐玻璃，硅硼酸盐和硼硅酸盐玻璃通常在折射率增加时展现出密度增加。
[0007]基于这些考虑，存在对于这样的硅硼酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃的需求，其具有高折射率和低密度，任选地结合了可见光和近UV范围内的高透射率、低光学色散和/或由提供了良好的玻璃成形能力的组合物制造。

技术实现思路

[0008]根据本公开内容的实施方式，玻璃包含：SiO
2 0.3重量％至30.0重量％，B2O
3 0.3重量％至30.0重量％，Nb2O
5 0.3重量％至50.0重量％，以及选自如下的至少一种氧化物：ZrO2、SrO、CaO、Li2O、MgO、ZnO、Y2O3、Ta2O5、BaO、PbO、TiO2、Gd2O3、GeO2、K2O、La2O3和Na2O，要求的前提条件是：ZrO
2 2.5重量％至15.0重量％，CaO 0.5重量％至25.0重量％，Gd2O
3 0.0重量％至20.0重量％，Y2O
3 0.0重量％至10.0重量％，TiO
2 0.0重量％至7.05重量％，ZnO 0.0重量％至2.0重量％，Li2O 0.0重量％至2.0重量％，GeO
2 0.0重量％至2.0重量％，以及Ta2O
5 0.0重量％至1.0重量％。以氧化物的重量％计，玻璃还限定为：(Nb2O5+TiO2)之和为18.0重量％至50.0重量％；(SiO2+B2O3)之和为1.0重量％至30.0重量％；(La2O3+Gd2O3)之和为0.0重量％至40.0重量％；(CaO+SrO+BaO)之和为0.2重量％或更大；(PbO+V2O5)之和为0.0重量％至1.0重量％；CaO/(Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)之比为0.50或更大；(SiO2/(SiO2+B2O3))之比为大于0.0至小于或等于0.50；以及(CaO+SrO+BaO)/(Nb2O5+TiO2)之比为0.45或更大。玻璃还基本不含氟。
[0009]根据本公开内容的另一个实施方式，玻璃包含：SiO
2 3.0摩尔％至50.0摩尔％，B2O
3 18.0摩尔％至33.0摩尔％，Nb2O
5 1.0摩尔％至30.0摩尔％，选自如下的至少一种氧化物：WO3、ZrO2、SrO、CaO、Li2O、MgO、ZnO、Y2O3、Ta2O5、BaO、CdO、Bi2O3、PbO、HfO2、TeO2、TiO2、Al2O3、Gd2O3、GeO2、K2O、La2O3、Na2O、MoO3、FeO、Fe2O3和Yb2O3，要求的前提条件是：TiO2为0.0摩尔％至22.0摩尔％；ZnO为0.0摩尔％至10.0摩尔％；(SiO2+B2O3)之和为3.0摩尔％至50.0摩尔％；(Y2O3+GeO2+Ta2O5+Al2O3+MoO3+PbO+TeO2+FeO+Fe2O3)之和为0.0摩尔％至0.5摩尔％；二价金属氧化物的总含量RO与碱金属氧化物的总含量Alk2O之和(RO+Alk2O)为0.0摩尔％至40.0摩尔％；(Bi2O3+PbO)之和为0.0摩尔％至20.0摩尔％，以及其中，玻璃基本不含氟。
[0010]此外，玻璃满足如下方程式(XVI)：
[0011]P
n
–
(1.11+0.18*P
d
)≥0.000(XVI)
[0012]式中，P
n
是折射率参数，其数值为1.7至1.95并且是根据如下方程式(XIV)计算得到的：
[0013][0014]式中，P
d
是根据如下方程式(XV)计算得到的密度参数：
[0015][0016]以及
[0017]其中，玻璃具有0.485至0.600的透射率指数T
i
，式中，T
i
根据如下方程式(XII)计算得到：
[0018][0019]并且方程式(XIV)、方程式(XV)和方程式(XII)中所列出的每种氧化物指的是玻璃中的氧化物的量，表述为摩尔％。
[0020]根据本公开内容的一个多个实施方式，玻璃包含：SiO
2 3.0摩尔％或更多，B2O
3 1.0摩尔％或更多，Nb2O
5 0.5摩尔％至25.0摩尔％，二价金属氧化物RO的总含量3.0摩尔％或更多，以及选自以下的至少一种氧化物：WO3、ZrO2、SrO、CaO、Li2O、MgO、ZnO、Y2O3、Ta2O5、BaO、CdO、B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种玻璃，其包含：SiO2为0.3重量％至30.0重量％；B2O3为0.3重量％至30.0重量％；Nb2O5为0.3重量％至50.0重量％；选自如下的至少一种氧化物：ZrO2、SrO、CaO、Li2O、MgO、ZnO、Y2O3、Ta2O5、BaO、PbO、TiO2、Gd2O3、GeO2、K2O、La2O3和Na2O，要求的前提条件是：ZrO2为2.5重量％至15.0重量％；CaO为0.5重量％至25.0重量％；Gd2O3为0.0重量％至20.0重量％；Y2O3为0.0重量％至10.0重量％；TiO2为0.0重量％至7.05重量％；ZnO为0.0重量％至2.0重量％；Li2O为0.0重量％至2.0重量％；GeO2为0.0重量％至2.0重量％；Ta2O5为0.0重量％至1.0重量％；以及其中，(以氧化物的重量％计)玻璃还定义为：(Nb2O5+TiO2)之和为18.0重量％至50.0重量％；(SiO2+B2O3)之和为1.0重量％至30.0重量％；(La2O3+Gd2O3)之和为0.0重量％至40.0重量％；(CaO+SrO+BaO)之和为0.2重量％或更高；(PbO+V2O5)之和为0.0重量％至1.0重量％；CaO/(Li2O+Na2O+K2O+MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)之比为0.50或更大；(SiO2/(SiO2+B2O3))之比为大于0.0至小于或等于0.50；和(CaO+SrO+BaO)/(Nb2O5+TiO2)之比为0.45或更大，以及其中，玻璃基本不含氟。2.如权利要求1所述的玻璃，其中，玻璃还具有1.70至1.95的折射率n
d
，式中，n
d
是在587.56nm波长处测得的折射率。3.如权利要求1或2所述的玻璃，其中，玻璃还具有4.5g/cm3或更低的密度d
RT
，这是在25℃测得的。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的玻璃，其中，玻璃表征为在空气中在2.5分钟内从1100℃冷却到500℃而不发生结晶的能力。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的玻璃，其中，玻璃还具有33或更小的阿贝数ν
d
并且满足如下方程式(VI)和如下方程式(VII)：P
g
‑
F
<0.6750
–
0.0028*ν
d
(VI)以及
‑
0.005≤P
g
‑
F
–
(0.6438
–
0.001682*ν
d
)≤0.005(VII)式中，P
g
‑
F
是玻璃的相对部分色散且根据如下方程式(II)计算得到：P
g
‑
F
＝(n
g
–
n
F
)/(n
F
–
n
C
)(II)式中，n
g
是435.8nm处测得的折射率，n
F
是486.1nm处测得的折射率，以及n
C
是656.3nm处
测得的折射率。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃，其中，根据如下方程式(X)，基于玻璃的相对部分色散P
g
‑
F
，玻璃还具有波长λ
70％
处(单位为纳米)的70％的总透射率：λ
70％
≤210+300*P
g
‑
F
(X)式中，根据如下方程式(II)定义P
g
‑
F
：P
g
‑
F
＝(n
g
–
n
F
)/(n
F
–
n
C
)(II)式中，n
g
是435.8nm处测得的折射率，n
F
是486.1nm处测得的折射率，以及n
C
是656.3nm处测得的折射率，并且采用厚度为10mm的玻璃样品测量总透射率。7.一种玻璃，其包含：SiO2为3.0摩尔％至50.0摩尔％；B2O3为18.0摩尔％至33.0摩尔％；Nb2O5为1.0摩尔％至30.0摩尔％；以及选自以下的至少一种氧化物：WO3、ZrO2、SrO、CaO、Li2O、MgO、ZnO、Y2O3、Ta2O5、BaO、CdO、Bi2O3、PbO、HfO2、TeO2、TiO2、Al2O3、Gd2O3、GeO2、K2O、La2O3、Na2O、MoO3、FeO、Fe2O3和Yb2O3，要求的前提条件是：TiO2为0.0摩尔％至22.0摩尔％；ZnO为0.0摩尔％至10.0摩尔％；(SiO2+B2O3)之和为3.0摩尔％至50.0摩尔％；(Y2O3+GeO2+Ta2O5+Al2O3+MoO3+PbO+TeO2+FeO+Fe2O3)之和为0.0摩尔％至0.5摩尔％；二价金属氧化物的总含量RO与碱金属氧化物的总含量Alk2O之和(RO+Alk2O)为0.0摩尔％至40.0摩尔％；以及(Bi2O3+PbO)之和为0.0摩尔％至20.0摩尔％；以及其中，玻璃基本不含氟，以及其中，玻璃满足如下方程式(XVI)：P
n
–
(1.11+0.18*P
d
)≥0.000
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(XVI)式中，P
n
是折射率参数，其数值为1.7至1.95并且是根据如下方程式(XIV)计算得到的：式中，P
d
是根据如下方程式(XV)计算得到的密度参数：
以及其中，玻璃具有0.485至0.600的透射率指数T
i
，式中，T
i
根据如下方程式(XII)计算得到：并且方程式(XIV)、方程式(XV)和方程式(XII)中所列出的每种氧化物指的是玻璃中的氧化物的量，表述为摩尔％。8.如权利要求7所述的玻璃，其中，玻璃具有：1.7至1.95的折射率n
d
，式中，n
d
是在587.56nm波长处测得的折射率；以及密度d
RT
(单位为g/cm3)，25℃测得，以及其中，玻璃满足如下方程式(IV)：n
d
–
(1.11+0.18*d
RT
)≥0(IV)。9.如权利要求7或8所述的玻璃，其中，玻璃表征为在空气中在2.5分钟内从1100℃冷却到500℃而不发生结晶的能力。10.如权利要求7
‑
9中任一项所述的玻璃，其中，玻璃还具有4.3g/cm3或更低的密度d
RT
，25℃测得，以及1.85至1.95的折射率n
d
，式中，n
d
是在587.56nm波长测得的折射率。11.如权利要求7
‑
10中任一项所述的玻璃，其中，玻璃还具有35或更小的阿贝数ν
d

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：