具有高折射率和低密度的磷酸盐玻璃制造技术

玻璃组合物包含氧化铌(Nb2O5)、氧化磷(P2O5)和氧化钛(TiO2)作为必要成分，并且可以任选地包含氧化钙(CaO)、氧化钾(K2O)、氧化钡(BaO)、氧化钠(Na2O)、氧化锂(Li2O)、氧化镁(MgO)、氧化锌(ZnO)以及其他组分。玻璃可以表征为在具有相当的室温低密度的情况下具有587.56nm处的高折射率。587.56nm处的高折射率。587.56nm处的高折射率。

【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磷酸盐玻璃
[0001]本申请根据35 U.S.C.
§
119，要求2021年1月22日提交的美国临时申请系列第63/140,419号的优先权权益，本文以其内容作为基础并将其全文通过引用结合于此。


[0002]本公开内容大体上涉及具有高折射率和低密度的磷酸盐玻璃。

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，这对于一些应用是不可用的。
[0006]基于这些考虑，存在对于这样的磷酸盐玻璃的需求，其具有高折射率和低密度，任选地结合了可见光和近UV范围内的高透射率和/或其是由提供了良好的玻璃成形能力的组合物制造的。

技术实现思路

[0007]根据本公开内容实施方式，公开了包含多个组分的玻璃，玻璃具有如下组分的组成，包含：大于或等于10.0摩尔％且小于或等于40.0摩尔％P2O5，大于或等于1.0摩尔％且小于或等于40.0摩尔％TiO2，大于或等于0.5摩尔％且小于或等于35.0摩尔％K2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于50.0摩尔％Nb2O5，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于15.0摩尔％
MgO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于10.0摩尔％Al2O3，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于1.0摩尔％V2O5，大于或等于0.5摩尔％且小于或等于35.0摩尔％的CaO+SrO之和，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于20.0摩尔％的TeO2+SnO2+SnO之和，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于15.0摩尔％的SiO2+GeO2之和，以及可以任选地含有选自下组的一种或多种组分：大于或等于BaO、Na2O、Li2O、WO3、Bi2O3、B2O3、ZnO、ZrO2、PbO、Tl2O、Ag2O、CdO、Cs2O、Ga2O3、La2O3、MoO3和Ta2O5，玻璃满足如下条件:P
n
‑
(1.83+0.04*P
d
)>0.00，式中，P
n
是折射率参数，其根据如下方程式(I)由以摩尔％计组分的玻璃组成计算得到：
[0008]P
n
＝
‑
0.0043794*P2O5+0.0072428*Nb2O5+0.0037304*TiO2‑
0.00039553*BaO
‑
0.0032012*K2O
‑
0.00060689*CaO
‑
0.0024218*Na2O
‑
0.0014988*Li2O+0.0028587*WO3+0.0083295*Bi2O3‑
0.0031637*B2O3‑
0.0030702*SiO2‑
0.00030248*ZnO+0.0020025*ZrO2‑
0.0018173*MgO
‑
0.0032886*Al2O3+0.0024221*TeO2+0.0038137*PbO
‑
0.0016392*GeO2+0.0063024*Tl2O+0.0048765*Ag2O+1.81451，
ꢀꢀꢀꢀ
(I)
[0009]P
d
是密度参数，其根据如下方程式(II)由以摩尔％计组分的玻璃组成计算得到：
[0010]P
d
[g/cm3]＝3.98457
‑
0.015773*Al2O3‑
0.014501*B2O3+0.019328*BaO+0.060758*Bi2O3‑
0.0012685*CaO+0.023111*CdO+0.0053184*Cs2O+0.011488*Ga2O3‑
0.0015416*GeO2‑
0.013342*K2O+0.058319*La2O3‑
0.007918*Li2O
‑
0.0021423*MgO
‑
0.0024413*MoO3‑
0.0082226*Na2O+0.0084961*Nb2O5‑
0.020501*P2O5+0.038898*PbO
‑
0.012720*SiO2+0.013948*SrO+0.047924*Ta2O5+0.011248*TeO2‑
0.0092491*V2O5+0.028913*WO3+0.0074702*ZnO+0.0096721*ZrO2，
ꢀꢀꢀꢀ
(II)
[0011]式中，符号“*”表示乘号。
[0012]根据本公开内容另一个实施方式，公开了包含多个组分的玻璃，玻璃具有如下组分的组成，包含：大于或等于17.0摩尔％且小于或等于27.0摩尔％P2O5，大于或等于1.0摩尔％且小于或等于50.0摩尔％Nb2O5，大于或等于1.0摩尔％且小于或等于40.0摩尔％TiO2，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于35.0摩尔％K2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于35.0摩尔％CaO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于15.0摩尔％MgO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于1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】1.一种包含多个组分的玻璃，该玻璃具有如下组分的组成，其包含：大于或等于10.0摩尔％且小于或等于40.0摩尔％P2O5，大于或等于1.0摩尔％且小于或等于40.0摩尔％TiO2，大于或等于0.5摩尔％且小于或等于35.0摩尔％K2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于50.0摩尔％Nb2O5，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于15.0摩尔％MgO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于10.0摩尔％Al2O3，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于1.0摩尔％V2O5，大于或等于0.5摩尔％且小于或等于35.0摩尔％的CaO+SrO之和，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于20.0摩尔％的TeO2+SnO2+SnO之和，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于15.0摩尔％的SiO2+GeO2之和，以及任选地包含选自下组的一种或多种组分：BaO、Na2O、Li2O、WO3、Bi2O3、B2O3、ZnO、ZrO2、PbO、Tl2O、Ag2O、CdO、Cs2O、Ga2O3、La2O3、MoO3和Ta2O5，其中，玻璃满足如下条件：P
n
‑
(1.83+0.04*P
d
)>0.00，式中，P
n
是折射率参数，其根据如下方程式(I)由以摩尔％计组分的玻璃组成计算得到：P
n
＝
‑
0.0043794*P2O5+0.0072428*Nb2O5+0.0037304*TiO2‑
0.00039553*BaO
‑
0.0032012*K2O
‑
0.00060689*CaO
‑
0.0024218*Na2O
‑
0.0014988*Li2O+0.0028587*WO3+0.0083295*Bi2O3‑
0.0031637*B2O3‑
0.0030702*SiO2‑
0.00030248*ZnO+0.0020025*ZrO2‑
0.0018173*MgO
‑
0.0032886*Al2O3+0.0024221*TeO2+0.0038137*PbO
‑
0.0016392*GeO2+0.0063024*Tl2O+0.0048765*Ag2O+1.81451，(I)P
d
是密度参数，其根据如下方程式(II)由以摩尔％计组分的玻璃组成计算得到：P
d
[g/cm3]＝3.98457
‑
0.015773*Al2O3‑
0.014501*B2O3+0.019328*BaO+0.060758*Bi2O3‑
0.0012685*CaO+0.023111*CdO+0.0053184*Cs2O+0.011488*Ga2O3‑
0.0015416*GeO2‑
0.013342*K2O+0.058319*La2O3‑
0.007918*Li2O
‑
0.0021423*MgO
‑
0.0024413*MoO3‑
0.0082226*Na2O+0.0084961*Nb2O5‑
0.020501*P2O5+0.038898*PbO
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0.012720*SiO2+0.013948*SrO+0.047924*Ta2O5+0.011248*TeO2‑
0.0092491*V2O5+0.028913*WO3+0.0074702*ZnO+0.0096721*ZrO2，(II)，其中，符号“*”表示乘号。2.如权利要求1所述的玻璃，其中：P
d
<5.0g/cm3。3.如权利要求1
‑
2中任一项所述的玻璃，其中，玻璃满足如下条件：P
n
‑
(1.85+0.04*P
d
)>0.00。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的玻璃，其中，玻璃满足如下条件：P
n
>1.9。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的方法，其中：587.56nm处的折射率n
d
大于或等于1.95。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述的玻璃，其中，玻璃满足如下条件：
P
d
<4.3g/cm3。7.如权利要求1
‑
6中任一项所述的玻璃，其中，组分的组成包含：大于或等于17.0摩尔％且小于或等于27.0摩尔％P2O5。8.如权利要求1
‑
7中任一项所述的玻璃，其中，当在空气中在2.5分钟内从1100℃冷却到500℃时，玻璃不发生结晶。9.如权利要求1
‑
8中任一项所述的玻璃，其中，组分的组成包含：大于或等于20.0摩尔％且小于或等于50.0摩尔％Nb2O5，大于或等于20.0摩尔％且小于或等于25.0摩尔％P2O5，大于或等于0.5摩尔％且小于或等于20.0摩尔％K2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于30.0摩尔％Bi2O3，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于20.0摩尔％BaO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于20.0摩尔％CaO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于15.0摩尔％Na2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于10.0摩尔％Li2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于10.0摩尔％MgO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于5.0摩尔％ZnO，以及大于或等于0.0摩尔％且小于或等于3.0摩尔％SrO。10.如权利要求1
‑
9中任一项所述的玻璃，其中，组分的组成包含：大于或等于25.0摩尔％且小于或等于44.0摩尔％Nb2O5，大于或等于20.4摩尔％且小于或等于24.8摩尔％P2O5，大于或等于7.0摩尔％且小于或等于35.0摩尔％TiO2，大于或等于1.0摩尔％且小于或等于18.0摩尔％K2O，大于或等于1.0摩尔％且小于或等于13.5摩尔％BaO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于23.0摩尔％Bi2O3，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于17.0摩尔％CaO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于13.0摩尔％Na2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于8.5摩尔％Li2O，大于或等于0摩尔％且小于或等于6.25摩尔％MgO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于4.6摩尔％ZnO，以及大于或等于0.0摩尔％且小于或等于2.7摩尔％SrO。11.如权利要求1
‑
10中任一项所述的玻璃，其中，组分的组成包含：大于或等于27.5摩尔％且小于或等于42.0摩尔％Nb2O5，大于或等于21.0摩尔％且小于或等于24.5摩尔％P2O5，大于或等于11.0摩尔％且小于或等于32.0摩尔％TiO2，大于或等于3.5摩尔％且小于或等于16.0摩尔％K2O，大于或等于2.5摩尔％且小于或等于12.0摩尔％BaO，大于或等于2.0摩尔％且小于或等于15.5摩尔％CaO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于20.0摩尔％Bi2O3，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于11.5摩尔％Na2O，
大于或等于0.0摩尔％且小于或等于7.5摩尔％Li2O，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于5.5摩尔％MgO，大于或等于0.0摩尔％且小于或等于4.0摩尔％ZnO，以及大于或等于0.0摩尔％且小于或等于2.4摩尔％SrO...

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