CH495295A - Verfahren zum Herstellen von Blendschutzgläsern für Brillen durch Aufdampfen von Oberflächenschichten im Vakuum - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zum Herstellen von Blendschutzgläsern für Brillen durch Aufdampfen von Oberflächenschichten im Vakuum
Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Blendschutzgläsern durch Aufdampfen von Oberflächenschichten im Vakuum, insbesondere auf Brillengläser, bei dem Siliziumdioxid gemeinsam mit elementarem Bor in einem Aufdampfschiffchen auf etwa 13000C erhitzt, in Form des dabei entstehenden Reaktionsproduktes verdampft und der Dampf auf Brillengläser niedergeschlagen wird.



   Zur Herstellung von Blendschutzgläsern ist es neben der Verarbeitung von im Bad gefärbten Glasschmelzen bekannt, absorbierende Substanzen auf fertige Brillengläser in dünner Schicht aufzudampfen. Die aufgedampfte Schicht muss von grosser Härte und gegenüber chemischen Einflüssen resistent sein.



   Hierbei wird bei bekannten Verfahren als Aufdampfsubstanz ein Gemisch verwendet, dessen eine Komponente eine schwach absorbierende Substanz, beispielsweise Quarz ist, während als stark absorbierende und färbende Komponente beispielsweise Chromoxid verwendet wird.



  Die beiden Substanzen werden prozentual so aufeinander abgestimmt, dass sich die gewünschte Absorption des Blendschutzglases ergibt.



   Den so hergestellten Gläsern haften insofern Mängel an, als die aufgedampften dünnen Schichten infolge von Interferenzerscheinungen farbige Reflexe zeigen. Diese unerwünschten Reflexe sind von Aufdampfcharge zu Aufdampfcharge verschiedenfarbig; eine völlige Steuerung der Reflexfarbe und die gleichzeitige Konstanthaltung der Absorption ist in der Praxis nicht durchführbar.



  Dadurch wird die bei Blendschutzgläsern anzustrebende bzw. erforderliche Paarung und Austauschbarkeit von Gläsern aus verschiedenen Chargen ausserordentlich erschwert. Die störenden  Farben dünner   Plättchen     werden dadurch vermieden, dass grössere Schichtdicken, als sie bei den bekannten Methoden üblich sind, aufgedampft werden. Erst dickere Schichten ermöglichen die Austauschbarkeit.



   Feststellungen ergaben, dass eine geometrische Mindestschichtdicke von 1,5 Mikron erforderlich ist. Die sich durch Multiplikation mit dem Brechungsindex ergebende optische Dicke ist entsprechend grösser.



   Damit nun bei diesen Schichtdicken die Gläser nicht zu stark gefärbt werden, müssen die färbenden Substanzen mit einer genügend schwach absorbierenden Substanz verdünnt werden. Die schwach absorbierende Substanz ist im folgenden als Verdünnungssubstanz bezeichnet.



   Bisher gab es keine wirklich geeignete Verdünnungssubstanz mit geringer Eigenabsorption, wobei hier nur die Oxide wegen ihrer Härte in Frage kommen. Für die Anwendung der Erfindung kommt in erster Linie das Aufdampfen mittels Widerstandsheizung in Betracht, wie es in konventionellen Anlagen ohne kostspielige Zusatzeinrichtungen üblich ist.



   Der genannte Quarz als Verdünnungssubstanz ist zwar im Ausgangszustand nicht absorbierend, wird aber durch Reaktion mit dem heissen Schiffchenmaterial zersetzt und in einen absorbierenden Zustand übergeführt.



   Quarz verdampft in nennenswerter Menge erst bei Temperaturen von 20000C. Es ist schwer, Quarz im Aufdampfschiffchen auf diese Temperatur zu bringen, da die Wärme des Schiffchens sich mangelhaft auf die Quarzsubstanz überträgt.



   Es wurde nun gefunden, dass sich das Verfahren gemäss Hauptpatent besonders im Hinblick auf eine rationelle Serienfertigung wirtschaftlicher gestalten lässt.



  Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass man ein Sublimationsprodukt, das durch Niederschlagen des bei der gemeinsamen Erwärmung von Siliziumdioxid und elementarem Bor gebildeten Dampfes auf einem Substrat gewonnen wurde, auf Brillengläser aufdampft.



   Das einstufige Verfahren gemäss Hauptpatent. bei welchem die erfindungsgemässe Substanz direkt auf die Brillengläser aufgedampft wird, wird erfindungsgemäss in zwei Stufen durchgeführt. In der ersten Stufe wird mittels der Substanz gemäss Hauptpatent durch   Verdamp    fen zunächst eine Aufdampfsubstanz hergestellt, die dann in der zweiten Verfahrensstufe auf die Brillengläser aufgedampft wird.



   Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel erläutert:  
Fünf Gewichtsteilen Siliziumdioxid wird ein Gewichtsteil elementares Bor hinzugesetzt. Die feingepulverte Mischung wird in einem durch elektrischen Strom heizbaren Schiffchen, vorzugsweise in Tiegelform, auf etwa   13000C    im Vakuum erhitzt. Zur rationellen Durchführung im Grossen sind-hierfür Aufdampfanlagen mit einem besonders grossen Aufdampftiegel gut geeignet, in der Art der im Handel erhältlichen Hochtemperatur Hochvakuumöfen. Das Substanzgemisch geht leicht in Form eines Reaktionsproduktes in den dampfförmigen Zustand über. Der Dampf wird auf einem im Hochvakuumraum befindlichen Substrat niedergeschlagen. Ein besonders gutes Vakuum ist bei einem nur kleinen Abstand von Substrat zum Tiegel nicht erforderlich.

  Das hier in der ersten Verfahrensstufe niedergeschlagene Sublimationsprodukt stellt, abgekratzt oder abgelöst, die Aufdampfsubstanz für die zweite Verfahrens stufe dar.



   In der zweiten Verfahrensstufe wird die so hergestellte Aufdampfsubstanz im bekannten Vakuum-Aufdampfverfahren in an sich bekannten Aufdampfanlagen zum Bedampfen optischer Bauelemente, wie sie zum Aufbringen reflexmindernder Beläge auf Linsen im Handel erhältlich sind, bei einer Temperatur von etwa 13000C und bei etwa 3 X 10- Torr auf die zum Blendschutz bestimmten Brillengläser in einer geometrischen Dicke von etwa 1,5 Mikron aufgedampft. Die Beheizung der Schiffchen erfolgt praktischerweise mittels der einfachen Widerstandsheizung. Die Aufdampfzeit beträgt etwa 2 Minuten in der zweiten Verfahrensstufe. Anschliessend ist die Aufbringung einer reflexmindernden Schicht vorteilhaft, desgleichen eine Nachbehandlung durch Temperung bei etwa   400ob.   



   Allgemein ist es so, dass in der ersten Verfahrensstufe Siliziumdioxid und elementares Bor gemeinsam in einem Tiegel im Vakuum erhitzt werden. Am einfachsten geschieht dies in der Weise, dass dem Siliziumdioxid schon vor dem Einfüllen in den Tiegel elementares Bor beigemischt wird. In der Hitze von etwa 13000C wirken die Substanzpartner chemisch aufeinander ein und verdampfen schnell in Form eines Reaktionsproduktes, schneller als die Partner es für sich allein tun würden.



   Statt des elementaren Bors kann auch eine bei Erwärmung elementares Bor freigebende Borverbindung zugemischt werden. In erster Linie kommen hierfür die Metallboride in Frage, die wegen ihres grösseren Molekulargewichtes auch in der Hitze besonders ruhig im Tiegel liegen. In diesem Fall wird das elementare Bor dem Siliziumdioxid erst bei der gemeinsamen Erwärmung zugeführt. Dieses niedergeschlagene   Reaktionspro-    dukt stellt, abgelöst, die Aufdampfsubstanz für die zweite Verfahrensstufe dar. In der zweiten Stufe wird dann so verfahren, wie dies vorangehend im Beispiel beschrieben ist. Die so hergestellten Blendschutzgläser sind leicht getönt und dienen als Schutz für empfindliche Augen.



   Um Gläser mit stärkerer Absorption zu erhalten, also ausgesprochene Sonnenschutzgläser, müssen der aus Siliziumdioxid und elementarem Bor oder elementares Bor freigebenden Verbindung bestehenden Ausgangssubstanz färbende Substanzen, wie Chrom oder Chromoxid, zugemischt werden. Im übrigen wird so verfahren, wie im Beispiel angegeben. Es ist eine Dicke des Blendschutzbelages von etwa 1,5 Mikron anzustreben. Zu dicke Schichten neigen infolge Spannungen innerhalb der Schicht zum Abplatzen vom Grundglas, zu dünne Schichten zeigen störende Interferenz-Farbreflexe.



   Im Gegensatz zu der bekannten Methode zur Herstellung farbreflexfreier Absorptionsbeläge mit Hilfe von bezüglich des Brechungsindexes inhomogenen Schichten wird bei den vorliegenden neuen Schichten zur Erzielung der Farbreflexfreiheit von der bekannten physikalischen Erkenntnis Gebrauch gemacht, dass das an zwei Grenzflächen reflektierte, sich überlagernde weisse Licht bei hohem Gangunterschied keine sichtbaren Interferenzfarben zeigt. Die beiden Grenzflächen sind hier die Grenzflächen des aufgebrachten Absorptionsbelages. Eine Inhomogenität ist nicht erforderlich und bei den vorliegenden Schichten auch nicht vorhanden. Die erfindungsgemäss herstellbaren Schichten werden den inhomogenen Schichten gegenüber in einem einfacheren Verfahren hergestellt und sind von gesteigerter Härte, da harte Oxide zur Anwendung kommen.

  Feststellungen ergaben, ten Mindestdicke der Schichten von etwa 1,5 Mikron.



  vorhandene Gangunterschied für den vorliegenden Fall absorbierender Schichten ausreicht, um die Interferenz Farbreflexe unschädlich zu machen.



   Siliziumdioxid und elementares Bor allein, ohne färbenden Zusatz, als Ausgangssubstanz liefern Gläser mit nur geringer Eigenfärbung. Die Absorption hängt daher beim Zusatz färbender Substanzen in erster Linie nur von der Menge des Zusatzes ab. Es lassen sich Blendschutzgläser mit einer Absorption von 15% bis 90% und mehr herstellen, und zwar unter Einhaltung der geforderten Mindestdicke der Schichten von etwa 1,5 Mikron.



  Das ist für die Erfindung bedeutungsvoll, abgesehen von den sonstigen guten Eigenschaften der Schichten. Es besteht ferner die Möglichkeit, die färbenden Substanzen erst der Aufdampfsubstanz in der zweiten Verfahrensstufe zuzusetzen, anstatt der Ausgangssubstanz der ersten Stufe. Alle Schichten sind kratzfest und zeigen bei einem Farbzusatz von Chrom oder Chromoxid einen angenehmen braungrauen Durchsichtsfarbton. Sie sind frei von unangenehmen Interferenz-Farbreflexen.



   Gegenüber Schichten aus Siliziummonoxid, das in bekannter Weise zur Herstellung von Absorptionsschichten benutzt wird, haben die neuen Schichten, auch bei schnellem Aufdampfen, einen geringeren Gelb stich, auch dann noch, wenn, wie es üblich ist, Siliziummonoxid langsam aufgedampft wird. Die neue Substanz neigt, im Gegensatz zum Siliziummonoxid, nicht zum Herausspritzen aus dem Schiffchen.

 

   Gegenüber dem einstufigen Verfahren gemäss Hauptpatent erbringt das zweistufige Verfahren den Vorteil, dass in der ersten Stufe in besonders geeigneten Aufdampfanlagen in rationeller Weise und in grösserer Menge mit besten Herstellungskontrollen die Aufdampfsubstanz für die zweite Verfahrensstufe mit gleichbleibenden Eigenschaften hergestellt wird. Da die so hergestellte Aufdampfsubstanz sehr ergiebig ist, können in der zweiten Aufdampfstufe kleinere Schiffchen benutzt werden, mit den Vorteilen, die sich aus der geringeren Heizleistung für die Aufrechterhaltung eines guten Vakuums ergeben. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zum Herstellen von Blendschutzgläsern für Brillen durch Aufdampfen von Oberflächenschichten im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Sublimationsprodukt, das durch Niederschlagen des bei der gemeinsamen Erwärmung von Siliziumdioxid und elementarem Bor gebildeten Dampfes auf einem Substrat gewonnen wurde, auf Brillengläser aufdampft. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht in einer störende Interferenzfarbreflexe ausschliessenden Dicke aufgedampft wird.

   2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem aufzudamp- fenden Sublimationsprodukt färbende Zusätze, wie Chrom bzw. Chromoxid, zugesetzt werden.