DD141973A3

DD141973A3 - Optisches glas

Info

Publication number: DD141973A3
Application number: DD20015377A
Authority: DD
Inventors: Eckhart Watzke
Original assignee: Eckhart Watzke
Priority date: 1977-07-19
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1980-06-04
Also published as: GB1553650A; FR2400491A1; DE2819116A1

Abstract

Optisches Glas mit Brechzahlen n, > 1 , 675 und Abbezahlen V, > 54. Es sind .optische Gläser hoher Brech- und Abbezahlen mit minimalen La,O,- Gehalten herzustellen, um die Rohstoffkosten zu senken und gleichzeitig die Kristallisationseigenschaften der Gläser so zu gestalten, daß eine Herstellung und Verarbeitung auch nach kontinuierlichen Verfahren als Massenglas möglich ist. Die neuartigen Gläser bestehen aus

Description

Die Erfindung betrifft optisches Glas mit Brechzahlen n_e> 1,675 und Abbezahlen v_e> 54, das zur Herstellung als kostengünstiges Massenglas geeignet ist und zu einer Vielzahl optischer Bauteile weiterverarbeitet werden kann, die im wissenschaftlichen Gerätebau verwendet werden_e

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen; Es ist bekannt, daß viele optische Gläser aus der Gruppe Lanthankrone aus dem quarternären System La_P0o- BaO-BpO^nSiOp abgeleitet werden können. In Abhängigkeit von der Kombination dieser Oxide und dem Zusatz weiterer verträglicher Komponenten können optische Gläser mit stark voneinander abweichenden physikalischen und chemischen Eigenschaften erschmolzen werden, die unterschiedliche Herstellungs- und·Verarbeitungstechnologien erfordern bzw, differierenden Kosten bedingen* Diese Gläser besitzen jedoch übereinstimmend eine relativ extreme optische Lage, d»hc hohe Brech- und Abbezahlen, die vor allem wie aus den Patentschriften der BED JTr, 2521212 und 2500378 bekannt ist, durch einen hohen Anteil an Lanthanoxid im Glas erreicht wird· Die DT-03 2521212 beansprucht optische Gläser mit Brechzahlen größer 1,64 und Abbezahlen von

wenigstens 53j die i^m wesentlichen aus den vier Komponenten La₂Oo, BaO, B^CU und SiO₂ bestehen und Zusätze von weiteren zweiwertigen Oxiden oder ZrOp und SnO₂ enthalten können. Es wird ausgeführt, daß zum Erreichen von Brechzahlen größer 1,67 ein La^v-Gehalt von *= 15 Masse % und von Brechzahlen größer 1,68 ein La₂0o-GehaLt von ^= 20 Masse % erforderlich ist·

Das Beispiel Nr₀ 1 der Tabelle 1 belegt zum Stand der (Technik, daß 26,2 Masse % La₂O₃ in das Glas

eingeführt werden müssen, um η = 1_?682 und ν = 54-,6

4-0 d.h_# eine optische Lage, die der erfindungsge- \ mäßen entspricht, zu realisieren₀ Da die La₂Oo-Rohstoffe im Verhältnis zu den übrigen Glasrohstoffen sehr teuer sind, bedingt ihr Einsatz sehr hohe Gemengekosten. In der DT-OS 2521212 wird weiter-

4-5 hin gesagt, daß zum Erreichen einer hohen chemischen Beständigkeit 18-36 Masse % SiO₂ und höchstens 4-5 Masse % BaO im Glas enthalten sein müssen bzw, dürfen₀ Diese Angaben von Grenzkonzentrationen .können jedoch nicht als absolut angesehen werden und gelten nur bei bestimmten Konzentrationen der übrigen im Glas vorhandenen Komponenten, d.h. sind vom Gehalt an B₂Oo, La₂Oo usw. abhängig. In der DT-OS 2500378 werden optische Gläser mit ' η =: 1,66 - 1,69 und v^ 53» die aus La₂Oo, BaO,

B₂Oo, SiO₂, BnO₂ und ZrO₂ bestehen, beansprucht. Die Beispiele Nr. 2 und Nr. 3 der Tabelle 1 belegen wiederum, daß zur Realisierung n» 1,68 und v_e = 54^6 hohe Lanthanoxidgehalte von 16,6 bzw. 21,2 Masse % notwendig sind. Die DT-OS

60 25ΟΟ378 beansprucht hohe BaO-Gehalte bis zu 50 Masse %, ohne diese jedoch durch Beispiele zu belegenο

Als weiteres Beispiel zum Stand der Technik wird in Tabelle 1 unter Nr, 4 ein im Handel erhältliches optisches Glas aufgeführt, daß aus ZrO₂, ·

ft*

Ooi BaO, BpO.~ und SiO^ besteht und zum Erreichen von η = 1,681 und ν_Ω = 54,7 einen La₀Cu-GeImIt von 14,0 Masse ^ enthalte

Alle diskutierten Gläser besitzen ähnliche, aber trotzdem unterschiedliche Sythesen zum Erreichen einer extremen optischen Lage und anderer spezieller Eigenschaften« Gemeinsam besitzen sie den Nachteil,.

daß sie relativ viel teures La₀Oo enthalten. Da zum Einstellen der gleichen optischen Lage unterschiedliehe La_o0o-Mengen verwendet v/erden, ist ersichtlich, daß der La^Oo-Gehalt nicht minimiert worden ist. Mit der grafischen Darstellung der Figur 1 wird nachgewiesen, daß die Kristallisations- bzw. Vis» kositätseingenschaften des handelsüblichen Glases Nr₀ 4 der Tabelle 1 hinsichtlich der Herstellung und Verarbeitung nicht als optimal angesehen werden können»

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile durch neue, optimierte chemische Zusammensetzungen optischer Gläser zu beseitigen, um die Herstellung von kostengünstigen, Qualitativ hochwertigen optischen Bauteilen zu ermöglichen»

Darlegung des Wesens der Erfindung;

SO Aufgabe der Erfindung ist es, neue optische Gläser im. Bereich der Lanthankrone mit extrem hohem Bariumoxidgehalt und minimalem Lanthanoxidgehalt herzustellen, die auf Grund der Optimierung aller Glasbestandteile folgende Eigenschaften besitzen: · - Extreme optische Lage, d.h_e hohe Brech- und Abbezahlen, bei geringen Gemengekosteru

- Geringe Kristallisationsneigung,. d.h„ kleinen Kristallisationsbereich, niedrige Liquidustemperatur und geringe Eristallisationswachs-

100 tumsgeschwindigkeiten*

- Eignung 2,-ur Herstellung nach diskontinuierlichen und kontinuierlichen Schmelaverfahrea und an—

200 153

schließender maschineller Verarbeitung, d.h» Eignung zur Produktion als Massenglas.

- Gutes Schmelzverhalten.

- Hohe Lichttransmission im sichtbaren Spektralbereich.

- Verringerte Korrosion des Feuerfestmaterials Platin durch die Schmelze.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Glaszusammensetzungen aus

BaO	52,0	- 54	extreme	\|0	Masse %	Lage von n_e>1,675 und
B₂O₃	17,0	- 18	A- schon	,0	Masse %	,-Gehalten von<13,5
SiO₂	17,0	- 17	,5	Masse %
La₂O₃	12,0	- 13	,0	Masse %
Al₂O₃	0,1	0	,5	Masse %
As₂O₃	0	0	,5	Masse %
Sb₂O₃	0	- 0	,5	Masse % bestehen.
Ss wurde' überraschend	gefunden, daß
- eine	optische
v_e>5	mit La.
a°:

Masse % zu erreichen ist

- der BaO-Gehalt bei gleichzeitiger Erniedrigung des La₂Ov-Anteiis wesentlich erhöht werden kann and bei Einhaltung des Verhältnisses B₂O₃ : SiO₂ von 0,9 - 1,1 und Zusatz geringer Mengen Al₃O₃ neue optische Gläser herzustellen sind, die minimierte Rohstoffkosten besitzen und so stabil gegen Entglasung sind, daß sie zur Produktion als Massenglas geeignet sind.

- das für die Reduzierung der Eristallisationsneigung günstige.Verhältnis B₀O₃ : SiO₂ von 0,9 -1*1 ^nur ein Optimum für vorgegebene Werte von-BaO, La₂O₃ und Al₂O₀ darstellt.

- der Austausch des Läutermittels Sb₂O₃ gegen As₀O₃ eine wesentliche Erhöhung der Lichttransmission des Glases im sichtbaren Spektralbereich bewirkt und gleichzeitig die Platinauflösung des Schmelz-

.•gefa3.es durch die-Schmelze reduziert.

~ ' ^ ζυν ι 3 j

140 Ausfuhrungsbeispiel;

Die Wirkungsweise der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Ss zeigen I?ig_e 1 ein Diagramm der Abhängigice it der Kristallwachstumsgesrchwindigkeit und der Viskosität von der Temperatur und tfig· 2 ein weiteres Diagramm der Abhängigkeit des spektralen Transmissionsgrades von der Wellenlänge,

In Tabelle 2 werden Synthesen, Brech- und Abbezahlen bzw* spektrale Transniissionsgrade von erfindungsgemäßen Gläsern wiedergegeben» Am. Beispiel Nr, 1 der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß. schon bei einem geringen I^Oo-Gehalt _VOn 12,7 Masse % die Brechzahl n. =1,680 und Abbezahl ν = 54,5 erreicht v/erden. Vergleicht man Beispiel Nr, 1 mit Nr, 4, so wird deutlich, daß bei Verwendung von ASpO-, an Stelle von Sb^O-, ^er spektrale Transmiss ions grad, gemessen an Glasproben mit 100 mm Schichtdicke, von 60,0 % auf 72,1 % steigt« Der spektralanalytisch ermittelte Gehalt an Platin das durch den Angriff der Schmelze auf das Peuerfestmaterial in das Glas eingeführt wird, ergibt für das Glas ITr, 1 einen Wert von ca 22 ppm und für das Glas Wr₀ 4 einen Wert von ca 40 ppm, Figur 1 belegt, daß z,B_e das erfindungsgeraäße Glas Nr, 1 der Tabelle 2 für eine Herstellung und Verarbeitung als Massenglas wesentlich besser geeignet ist als das im Handel erhältliche Vergleichsglas Nr_β der Tabelle 1« Zur Beurteilung der Eignung als Massenglas werden die Kristallisation- und Viskos it äts~. eigenschaften der Gläser herangezogen. Die Kristallwachstumsgeschwindigkeiten KG wurden nach der von U, Hoff und R. Katzschmann/Silikattechnik 17» 1966, S_e 285 - 290, beschriebenen Abschrecianethode bestimmt. Sie wird in^m/h. angegeben. Die Messung der Viskosität *i erfolgt mit einem Rotationsviskosimeter« Die Viskosität ^i, bzw_o. Ig-^ wird in der Maßeinheit ·Poise

( 1P=s1dyn sec/cm ) angegeben.

Kurve 1 entspricht KG = f (ι/) Glas Nr. 1 Tabelle 2

Kurve 2 entspricht KG = £ (J") Glas Nr. 4 Tabelle 1

• Kurve 3 entspricht Ig^= f '(# ) Glas Nr. 1 Tabelle 2

Kurve 4-entspricht Ig^s f (-t7) Glas Nr. 4 Tabelle 1

Wenn das Glas bei Viskositäten von etwa Ig = 3-4-verarbeitet wird, besitzt das erfindungsgemäße Glas ' Nr_e 1 der Tabelle 2 weitaus günstigere .Kristallisationseigenschaf ten als das handelsübliche Vergleichs-

185 glas.

In Figur 2 wird der spektrale Transmissionsgrad zweier Gläser in Abhängigkeit von den Wellenlängen des sichtbaren Spektralbereiches bei einer Schicht- - dicke von 100 mm gegenüber gestellt· Die Kurve 5 charakterisiert das Glas Nr. 1 der Tabelle 2, die Kurve 6 entspricht dem Glas Nr₀ 4 der Tabelle Es wird eindeutig sichtbar, daß der Ersatz von SbpO^ durch ASoOo eine Verbesserung der Lichttransmi3sion bewirkt«

BaO	52,0 -	54,0	Masse
B₂O₃	17,0 -	18,0	Masse
SiO₂	17,0 -	17,5	Masse
La₂O₃	12,0 -	13,0	Masse
AIpOo	0,1 -	0,5	Masse
Cm J ÜOaU q	0	0,5	Masse
Sb₂O₃	0	0,5	Masse

2« Optisches Glas nach Punkt Λ dadurch gekennzeichnet, daß es als Läutermittel ausschließlich As₂O₃ enthält.

Hierzii.JLS9!ien Zeichnungen Tabelle 1:

Zusammenstellung von Beispielen optischer Gläser, die den Stand der Technik charakterisieren

Lfd,Nr₀ Patentschrift und Glassynthesen in Masse % Nr¹, des Beispiels BaO B₂O SiO₂ La₂O₃ ZrO₂ SnO₂

Optische Lage Brechzahl Abbezahl

ⁿe V ·

DT-OS 2521212 Tab, I,Nr« 8

DT-OS 25ΟΟ378 Tab» I, Nr*1

Tab« I,Nr» 4

29,0 20,0 20,9 26,2 3,7 0,2 1,682 54,6

43,0 19,4 18,0 16,6 1,5 1,3 0,2 34,.9. 19,9 19,8 21,2 1,3 2,7 0,2

1,6798. 54,6' 1,6825 54,6

im Handel erhältliches optisches Gla3

46,1 19,0 18,3 14,0 2,2 0,4

1,681 54,7

Tabelle 2:

Beispiele erfindungsgemäßer Gläser

Glassynthesen in Masse %

Lfd.Hr', BaO B_?0~ SiO

Al₂O₃ Optische Lage Spektraler Trans-Brechzahl Abbezahl missionsgrad

T(TZ = 436 nm) [%]

52,3 17,5 16,9 12,7

53,4-16,7 17,6 11,7

52,0 17,4 16,9 12,7

52,3 17,5 16,6 12,7

0,1 O₉I

0,5

0,1

0,5 0,5

0,5

1,680 1,676

1,679 1,681

55,1

72,1 70,2 71,0 60,0

Claims

Patentanspruch

1. Optisches Glas mit Brechzahlen η >1,675 und

Abbezahlen v_ö>-54· geeignet zur Herstellung e

als kostengünstiges Massenglas, das zumindest Bariumoxid, Boroxid, Siliziumdioxid und Lanthanoxid enthält, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung