DD153202B1

DD153202B1 - Optisches filterglas

Info

Publication number: DD153202B1
Authority: DD
Publication date: 1983-04-27

Description

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Titel der Erfindüng Optisches Filterglas

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet optische Filtergläser auf Phosphatglasbasis mit steiler Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin, wobei die Färbung durch Kupferionen hervorgerufen wird.

Für den Einsatz von optischen Filtergläsern zum Beispiel in Filterkombinationen werden neben Filtergläsern mit einer steilen Absorptionskante zum kurzwelligen Spektralbereich hin, solche Gläser mit einer möglichst steilen Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin benötigt. Ein Beispiel für derartige optische Filtergläser stellt das optische Filterglas BG 18 dar, das den Teil des sichtbaren Spektralbereiches mit Wellenlängen über 550 um und. den anschließenden Teil des infraroten Spektralbereiches selektiv stark absorbiert.

Optische Filtergläser vom BG 18-Typ finden z,3. in der Lasertechnik, als Filter im wissenschaftlichen Gerätebau und als infrarote Strahlung absorbierende Frontscheiben in Belichtungsmeßeinrichtungeü eine Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Phosphatgläser sind bis zu kürzeren Wellenlängen durchlässig, als entsprechende netzwerkändereroxidhaltige Silikat- und Boratgläser. Die Anwendung von Phosphat grund gläsern für bestimmte optische Filtergläser beruht unter

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anderem auf dieser hohen Transmission für den kurzwelligen sichtbaren und den anschließenden Teil des ultravioletten Spektralbereich.

Bisher bekannte optische Filtergläser mit steilen Absorptionskanten zum langwelligen Spektralbereich hin, zum Beispiel optische Filtergläser vom BG 18-Tvp, enthalten neben ca. 75 Masse-% ?p^5 ^un(i ^³ ^ Masse-%

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hauptsächlich Alkali- und Erdalkalioxide und CuO. Derartige Gläser sind in dem japanischen Patent 92 179 73 (und den diesem entsprechenden US-Patent 3 923 527 und BHD-OS 2 408 380) sowie in den SU Patenten 48-92 178 und 48-92 179 beschrieben. Auf Grund ihres Alkali- und Srdalkaligehaltes weisen bisher bekannte optische Filtergläser vom BG 18-TyD eine hohe Kristallisationsneigung und eine geringe Verwitterungsbeständigkeit auf. Die hohe Kristallisationsneigung bekannter Gläser vom BG 18-o:yp gestattet nur eine kleinvolumige Herstellung dieser Gläser. Durch diese Herstellung werden hohe Kosten verursacht, die sowohl aus einem erhöhten Material- und Energieverbrauch wie auch aus dem. erhöhten Arbeitsaufwand resultieren·

Die geringe Verwitterungsbeständigkeit bekannter Gläser vom BG 18-0?yp machen diese Gläser bei ihrer praktischen Anwendung sehr verwitterungsanfällig. Zum Schutz vor einer Verwitterung der Gläser müssen diese durch eine geeignete Schutzschicht vergütet oder mittels entsprechender Frontscheiben vor einem unmittelbaren Feuchtigkeitsangriff geschützt werden· Das führt zu einer Steigerung des Aufwandes und der damit verbundenen Kosten. Werden für bekannte Gläser vom BG 18-Typ zur Gemengebereitung die Glaskomponenten als Oxide oder deren geeignete Vorläufer in flüssiger Phosphorsäure suspendiert, führt das in großen Mengen im Gemenge anwesende Wasser zu einer starken und unkontrollierbaren Verdampfung von hauptsächlich Phosphorsäure und/oder Phosphor(V)-oxid neben Borsäure. Damit entstehen beträchtliche Schwierigkeiten hinsichtlich des Arbeits- und Umweltschutzes. Zusätzlich entstehen aus der starken Verdampfung einzelner Komponenten aus der Glasschmelze Homogenitätsprobleme.

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Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist ein optisches Piltergläs mit optischen Absorptionseigenschaften ähnlich Filtergläsern des BG 18-Typ aber mit einem höheren Gebrauchswert hinsichtlich einer geringeren Schlierenhaltigkeit, einer verbesserten Homogenität und einer guten Verwitterungsbeständigkeit. Desweiteren wird die Herstellung hinsichtlich des Arbeitsschutzes und der Umweltbelastung verbessert ►

Die Verminderung der Kristallisationsneigung des erfindungsgemäßen Glases gegenüber bisher bekannter optischer Filtergläser vom BG Λ8-*Σγ$ ermöglicht eine ökonomischere Herstellung. Das wird dadurch erreicht, daß das Volumen der Glasschmelze auf Grund der verminderten Kristallisationsneigung des erfindungsgemäßen Glases deutlich vergrößert werden kann.

Durch eine höhere Verwitterungsbeständigkeit des erfindungsgemäßen Glases gegenüber bisher bekannten Gläsern vom BG 18-Typ wird der Gebrauchswert erhöht. Das resultiert aus dem Wegfall der bei bisher bekannten Gläsern vom BG 18-Typ notwendigen Oberflächenvergütung oder eines Schutzes durch Frontscheiben. Damit werden gleichzeitig Kosten gespart, die Anwendung wird ökonomischer. Gegenüber Verfahren, die von Suspensionsgemengen ausgehen, werden einige die Effektivität erhöhende technologische Vereinfachungen bei der Gemengebereitung und Glasschmelze angestrebt. Der Einsatz von Metaphosphatea und anderen Phosphaten senkt die Verdampfung von Geniengekomponenten bei der Glasschmelze, besonders in der Sinschmelzphase. Daraus resultieren deutlich homogenere Gläser. Außerdem ist der Umgang mit Feststoffgemengen hinsichtlich des Arbeitsschutzes einfacher als bei Suspensionsgemengen. Gleichzeitig wird die Umweltbelastung vermindert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der technische Effekt der Erfindung besteht darin, daß durch den Einbau von Kupfer(II) -oxid als färbendes Mittel in ein Phosphat grundglas des Systems PpOc BoO^ eine Kombination mehrerer günstiger

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Eigenschaften gelang. Die erfindungsgemäßen Gläser weisen steile Absorptionskanten zum langwelligen Spektralbereich hin auf. Sie zeichnen sich aber gleichzeitig durch eine erhöhte Kristallisationsstabilität und große Verwitterungsbeständigkeit gegenüber bisher bekannten Gläsern vom BG 18-Typ aus.

Kupfer(II)-ionen können in Phosphatgläsern unterschiedliche Koordinationen eingehen· Durch diese unterschiedlichen Koordinationen wird die Lage und die Form der Absorptionsbande der £upfer(II)-ionen bestimmt· Mit dem Einbau von Kupfer(II)-oxid in das erfindungsgemäße Glas gelang es die Koordinationsverhältnisse so einzustellen, daß die Lage und besonders die Form der Absorptionsbande der Kupfer(II)-ionen im Grundglas entsprechend dem angestrebten optischen Absorptionsverhalten der erfindungsgemäßen Gläser erhalten wurde.

Ähnliche Gläser aus dem Grundglassystem PpOc-AIpO-,-ZnO-MgO-BpCU werden genutzt für ein Warmeschut3glas (DDH-WP 4-3 20?), aber mit diesen Gläsern werden durch den Einbau von Eisenoxid ganz andere Zielsteilungen hinsichtlich der optischen Absorptionseigenschaften erreicht, als im vorliegenden Pail.

Durch den Einbau von bis zu 5 Masse-% SiO₂ in die erfindungsgeinäßen Gläser wird die Glasstruktur weiter verfestigt. Das wird unter anderem an einer Erhöhung der Transformationstemperatur entsprechender Gläser sichtbar. Die Verfestigung der Glasstruktur führt zu einer weiteren Erhöhung der Verwitterungsbeständigkeit, ohne die optischen Absorptionseigenschaften signifikant zu verändern .

Die Kristallisationsneigung des erfindungsgemäßen Glases ala dem Grundglassystem Al-O^IgO-ZnO-PpOc-BpOo ist bei BpO^-Gehalten an der oberen Grenze des angegebenen Zusammensetzungsbereiches am geringsten· Allerdings ist damit eine deutliche Verringerung der Transmission im Spektralbereich unter 400 nm verbunden. Die Erniedrigung des PpOc-Gehaltes führt gleichfalls zu einer deutlichen Verringerung der Transmission der

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erfindungsgemäßen Gläser in Spektralbereich unter 400 nm. Die völlige oder teilweise Einführung des färbenden Mittels Kopfer(II)-oxid als Nitrat in das erfindungsgemäße Glas bewirkt eine Erhöhung der Transmission im Spektralbereich, unter 400 nm. Diese erhöhte Transmission Absorption wird durch das vom Nitrat bewirkte Oxydationspotential der Glasschmelze hervorgerufen. Durch den Einsatz von vorzugsweise Metaphosphaten und anderen Phosphaten als Gemengerohstoffe für das erfindungsgemäße Glas wird das Arbeiten mit Phosphorsäure bei der Bereitung von Suspensionsgemengen vermieden. Damit verbunden ist ein starker Rückgang der Verdampfungsrate von hauptsächlich Phosphorsäure (und/oder Phosphor(V)-oxid) sowie Borsäure, woraus u.a. eine verringerte Umweltbelastung resultiert. Diese verringerte Verdampfung von Gemengekomponenten fuhrt gleichzeitig auch zu homogeneren Gläsern.

Ausfi'ihrungsbeispiele

Die Tabelle 1 zeigt einige Ausführungsbeispiele für die Zusammensetzung des erfindungsgemäSen Glases. Die zu dem erfindungsgemäßen Glas, entsprechend der Zusammensetzung für Glas 1, Glas 3 und Glas 5> gehörigen Transmissionskurven sind in Figur 1 dargestellt. Der Transmissionskurvenverlauf der nicht in Figur 1 dargestellten Gläser ist im wesentlichen identisch mit den drei dargestellten Kurven. Genauere Angaben können Tabelle 2 entnommen werden, wo neben der Transmission für 5 Wellenlängen die Wellenlänge mit dem Eeintransmissionsgrad 0 = 0,5 der steilen Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich und die "Steilheit¹¹ dieser Eante - ausgedrückt als die Wellenlängendifferenz zwischen den Wellenlängen mit ö - 0,3 und Ό = 0,7 angegeben sind. Neben diesen Werten zur Charakterisierung der Lage der Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin sind als weitere Durchlässigkeitskriterien die Wellenlängen mit den Heintransmissionsgraden ν =0,5 und -t) = 0,1 für die Absorption im kurzwelligen Spektralbereich angegeben. Zum Vergleich sind die Werte für ein

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bekanntes Glas vom BG Ίδ-Typ angegeben. Die Werte gelten für Schichtdicken von Л mm.

Die Verwitterungsbestäodigkeit (nach TGL 22 149) ist für die Gläser 1 bis 6 mit Klasse 1 ermittelt. Die Verwitterungsbeständigkeit für ein bekanntes Glas vom BG 18-Typ ist dagegen nur der Klasse 3 zuzuordnen. Als Maß für die Kristaliisationsstabilität -wird die mittlere lineare Kristallisationsgeschwindigkeit Y angegeben. Sie beträgt für bekannte Gläser vom BG 18-Tjp Y = 2,50 mm . h . Für das erfindungsgemäße Glas, entsprechend den Zusammensetzungen für die Gläser 1 bis 6, ergibt sich eine mittlere lineare Kristallwachstumsgeschwindigkeit, die gleich oder kleiner als 7 = 0,25 am · h ist. Dieser Wert ist von der gleichen Größenordnung wie bei Gläsern, die ohne weiteres im üblichen Maßstab hergestellt werden können, Die erfindungsgemäßen Gläser haben darüber hinaus eine größere Temperaturdifferenz zwischen Maximum der Kristallisation und Transformationstemperatur Tg und eine geringere Temperaturabhängigkeit der Zähigkeit als bisher bekannte Gläser vom BG 18-Ттр. Damit sind grundsätzliche schmelz- und verarbeitongstechnologische Verbesserungen erreicht.

Claims

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1· Optisches Filterglas, gekennzeichnet dadurch, daß es eine steile Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin besitzt, gute Yerwitterungsbeständigkeit und geringe Kristallisationsneigung aufweist und aus den als Oxide angegebenen Komponenten

2· Optisches Filterglas nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch., daß als Gemengebestandteile für das Grundglas die Metaphosphate und andere Phosphate der Komponenten eingesetzt werden·

Hierzu 2 Seiten Tabellen

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