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Witterungsbeständiger Spiegel.
Silber, das von allen Metallen das höchste Reflexionsvermögen für sichtbares Licht aller Wellenlängen besitzt, hat bei seiner Verwendung zur Herstellung von Spiegeln den Nachteil, an der Luft anzulaufen. Man verwendet es deshalb als Unterlage für Glasspiegel, bei denen es vor der Berührung mit der Atmosphäre geschützt ist ; jedoch geht hiebei ein Teil des Lichtes in der Glasschieht verloren.
Feinsilberspiegel ohne Schutzüberzug sind kaum verwendbar.
Man hat schon vorgeschlagen, Rhodium als Spiegelfläche in der Weise zu verwenden, dass man es auf galvanischem Wege auf eine metallische Unterlage aufbringt. Solche Spiegel laufen nicht an, haben aber ein niedrigeres Reflexionsvermögen als Silberspiegel.
Es wurde nun gefunden, dass man witterungsbeständige Spiegel von wesentlich höherem Reflexionsvermögen als dem der bekannten Rhodiumspiegel erhält, wenn man Rhodium auf elektrisch schlecht leitenden Werkstoffen aufbringt. Dieses kann beispielsweise durch Verdampfen im Vakuum oder durch Kathodenzerstäubung geschehen. Man erhält beim Aufdampfen des Metallspiegel im hohen Vakuum eine Schicht, die besser spiegelt als die galvanischen Überzüge ; auch die durch Kathodenzerstäubung gewonnenen Rhodiumsehiehten reflektieren noch besser als die auf galvanischem Wege gewonnenen Überzüge. Da man bei der Verdampfung rascher eine grössere Schichtdicke erzielt, wird man die Kathodenzerstäubung vorzugsweise bei der Herstellung dünner Schichten verwenden.
An Stelle des Rhodiums lässt sich auch Ruthenium zur Herstellung von witterungsbeständigen Oberflächenspiegeln auf elektrisch schlecht leitenden Werkstoffen aufbringen. Spiegel mit einem Überzug von reinem Rhodium und Spiegel mit einem Überzug von reinem Ruthenium haben sich besonders bewährt. Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf diese wertvollen Spiegel.
Die Spiegel können auch so hergestellt werden, dass Rhodium in Form von Bändern oder andern Gebilden mit grosser Oberfläche in einem Vakuum von mindestens 10-3 mm Hg êrhitzt und das absublimierende Metall auf in der Nähe dieser Bänder od. dgl. angeordneten durchsichtigen Materialien kondensiert wird. Der so erzeugte Spiegel wird zweckmässig durch Nachbehandlung mit Poliermitteln u. dgl. noch weiter verfestigt.
Durch die Erfindung ist es erstmalig gelungen, chemisch und mechanisch widerstandsfähige Spiegel herzustellen, deren Reflexionsvermögen dem des Silbers nahekommt. Das Reflexionsvermögen dieser Rhodiumspiegel liegt ganz wesentlich über dem von Spiegeln aus andern Metallen, z. B. Chromund übersteigt das von Rhodiumspiegeln, die auf galvanischem Wege hergestellt sind, oder auch
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sehiffehen gewonnen werden. Chemisch sind die Spiegel beständig nicht nur gegen die Einwirkung einer schwefelhaltigen Atmosphäre, sondern auch gegen Seewasser. Die Spiegel sind mechanisch so widerstandsfähig, dass sie durch Abwischen gereinigt werden können. Besonders beständig sind naturgemäss die Spiegel mit relativ grossen Schichtdicken, beispielsweise Dicken von 500 Angströmeinheiten.
Bezüglich der Wahl der Spiegelform ist man praktisch unbeschränkt und kann sie dem Verwendungszweck anpassen, da man beispielsweise durch Verdampfen der Metalle im Vakuum beliebig geformte Flächen mit einem spiegelnden Überzug versehen kann. So lassen sich z. B. Hohlgefässe nicht nur aussen, sondern auch innen verspiegeln, sobald es möglich ist, das zu verdampfende Metall in ihrem Innern anzubringen, wozu bei gradliniger Einführung eine Öffnung von 5 e ; K Querschnitt genügt.
Spiegel der beschriebenen Art lassen sich mit hoher Wirtschaftlichkeit herstellen. Sie sind bei niedrigen Kosten ausgedehnter Verwendung fähig. Überall da, wo man an Stelle von auf der Rückseite versilberten Glasspiegeln an sich gern oberfläehenversilberte Spiegel wegen ihres höheren Reflexionsvermögens verwenden würde, es aber mit RÜcksicht auf das Anlaufen des Silbers in S02- oder H2S. haltiger Atmosphäre nicht tun kann, wie z. B. im Eisenbahnbetrieb, ergibt sich für die Spiegel ein ausgedehnte Anwendungsgebiet.
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durchlässigen Werkstoffen sind wertvoll für die Herstellung von optischen Instrumenten, beispielsweise Lichtmessgeräten.
Um in optischen Instrumenten eine definierte Schwächung der Lichtintensität zu bewirken, hat man bereits Graukeile oder Rauchgläser benutzt, die aus lichtdurchlässigen Körpern mit einer dünnen Oberfläehensehicht aus Platin bestehen. Die bisher bekannten Geräte zeigen jedoch den Nachteil, dass sie gegen die verschiedensten Einflüsse und gegen mechanische Beanspruchung nicht widerstandsfähig sind. Man war deshalb gezwungen, die für Licht teilweise durchlässige dünne Metall-
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schicht durch eine Deckschicht aus einem durchsichtigen Material gegen Verletzungen zu schützen. Hiedurch wurden die Vorteile einer von der Wellenlänge unabhängigen Schwächung des Lichtes durch Reflexionen an der Deckschicht wieder in Frage gestellt.
Alle diese Nachteile lassen sich durch die Verwendung der beschriebenen Rhodiumschicht bei der Herstellung von Graukeilen oder Rauchgläsern beheben. Es werden auf diese Weise lichtdurchlässige Spiegel von einer Güte erhalten, die in der Praxis bisher noch nicht im entferntesten erreicht wurde. Die halbdurchlässigen Spiegel zeichnen sieh durch hohe chemische Widerstandsfähigkeit und
Korrosionsbeständigkeit aus. Ihre optischen Eigenschaften sind bei der Verwendung in Messgeräten besonders günstig, da sie das Licht aller Wellenlängen in gleicher Weise schwächen. Daneben weisen sie eine hohe mechanische Festigkeit auf. Infolgedessen erübrigt sich das Anbringen von Deckschichten.
Die damit verbundenen Störungen werden vermieden.
Der lichtdurchlässige Körper kann entsprechend den Anforderungen aus den verschiedensten Materialien, beispielsweise Glas, Quarz u. dgl. mehr, hergestellt sein. Je nach dem Verwendungszweck wird er in Form von dünnen oder dicken Platten, von Keilen usw. gewählt.
Oft ist es vorteilhaft, die Rhodium-oder Rutheniumschieht auf elektrisch schlecht leitenden Werkstoffen von besonders hohem Schmelzpunkt aufzubringen. Hier kommt vor allem Quarz in
Betracht. Gegenstände aus geschmolzenem Quarz, insbesondere solche, für die Quarzsand als Aus- gangsstoff verwendet worden ist, weisen nun aber in der Regel mehr oder minder grosse Narben, Poren und Grübchen selbst dann auf, wenn sie nachträglich glasiert worden sind. Man kann nun Gegenstände aus geschmolzenem Quarz ebenfalls mit einem Spiegel aus einer fehlerfreien Edelmetallschicht versehen, indem man auf die mit Fehlern behafteten Scherben zuerst eine fehlerfreie Glasur aus blasenfreiem
Quarzglas aufbringt und darauf die Schicht aus dem Edelmetall.
Um das Reflexionsvermögen der Edelmetallschicht auszunutzen, wird man die genaue Form ebener, parabolischer oder elliptischer
Spiegel durch Schliff und Politur der glasierten Körper vor dem Aufbringen der Edelmetallschicht herstellen. Die Edelmetallschicht wird vorteilhaft in der oben beschriebenen Weise durch Kathodenzerstäubung oder Vakuumverdampfung aufgebracht.
Die Verwendung der Platinmetalle zum Überziehen von Unterlagen beispielsweise aus Glas ist bereits vorgeschlagen worden. So hat man Lösungen von Verbindungen der Platinmetalle angewandt und durch Erhitzen Überzüge der Platinmetalle erhalten. Es wurden auf diese Weise Überzüge aus Platin, Palladium und Iridium gewonnen. Diese Überzüge zeigen nicht die technischen Fortschritte, die die Überzüge aus Rhodium, vorzugsweise aus reinem Rhodium, auf elektrischen Nichtleitern aufweisen ; vor allem vereinigten sie nicht ein grosses Haftvermögen auf der Unterlage mit einem hohen Reflexionsvermögen.
Gerade in der Vereinigung dieser beiden Eigenschaften liegt der besondere Wert der Spiegel, die Rhodium auf einer nichtmetallischen Grundlage enthalten, indem sie hohe mechanische und chemische Beständigkeit mit hervorragenden optischen Eigenschaften verbinden.
Das besondere Kraftvermögen des Rhodiums war bisher noch nicht bekannt ; infolgedessen hat man sogar vorgeschlagen, Rhodium dadurch haftfest aufzubringen, dass eine Zwischenschicht aus Metallen, wie Eisen, Kobalt, Nickel, Molybdän, Wolfram oder Chrom, angebracht wird. Auf die Überlegenheit von Spiegeln, die Rhodium auf nichtmetalliseher Grundlage enthalten, gegenüber Spiegeln bei denen das Rhodium auf Metallen niedergeschlagen ist, wurde bereits oben hingewiesen.
Die Spiegel, die Rhodium auf nichtmetallischer Grundlage-wie Glas oder Quarz-enthalten, zeigen also überraschende Fortschritte gegenüber allen bisher bekannten Spiegeln, z. B. gegenüber Spiegeln mit einer Oberflächenschicht aus Silber oder aus Platin, ferner gegenüber Spiegeln, die Rhodium als galvanischen Niederschlag auf Metallen enthalten, oder Spiegeln, die eine Überzugsschicht aus Rhodium-Wolfram-Legierungen enthalten.
Gegenüber all diesen bekannten Spiegeln zeichnen sich die Spiegel dadurch aus, dass sie zum erstenmal folgende Eigenschaften vereinigen : Sie besitzen eine aussergewöhnliche mechanische Haltbarkeit, vor allem Haftfestigkeit und grosse Härte, ferner eine aussergewöhnliche chemische Beständigkeit.
In den erfindungsgemässen Spiegeln liegen zum erstenmal tropenfeste Oberflächenspiegel vor. Sie zeigen in keiner Weise eine Alterung, die eine Veränderung des Reflexionsvermögens bedingen würde.
Das Reflexionsvermögen ist hoch und praktisch ebenso wie die Lichtdurchlässigkeit unabhängig von der Wellenlänge.
Die Vereinigung dieser Eigenschaften ergibt zahlreiche technisch vollkommen neue Anwendungsmöglichkeiten, von denen im folgenden einige beschrieben seien.
Mit Hilfe der Spiegel lässt sieh zum erstenmal ein astronomischer Teleskopspiegel schaffen, der Absolutmessungen auch über lange Zeiten hinweg gestattet. Bei den bisher benutzten Silberspiegeln musste vor jeder neuen Absolutmessung frisch versilbert werden.
In der Kinotechnik hat man für Reflektoren bisher nur auf der Rückseite belegte Spiegel verwandt. Man war deshalb gezwungen, gewöhnliches optisches Glas zu verwenden. Mit der Einführung der Oberflächenradiumspiegel kann nunmehr auch temperaturbeständiges, also meist mit Schlieren durchsetztes, farbstichiges Glas benutzt werden.
Es lassen sich nunmehr auf wirtschaftliche Weise Spiegel herstellen, die auch bei sehr hohen Temperaturen beständig sind, indem als Grundlage Quarzgut verwandt wird.
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Bei Epidiaskopen und ähnlichen Geräten lassen sich erstmalig wischfeste Oberflächenspiegel verwenden.
Die Erfindung sei nunmehr durch Beispiele erläutert :
1. Eine plane Glasplatte von 3 x 3 C1n trägt einen Spiegel aus Rhodium von 150 Angström- einheiten Dicke. Der Spiegel wird erhalten, indem man die Glasplatte durch Kathodenzerstäubung mit einer ziemlich gleichmässigen Schicht von Rhodium überzieht. Der Spiegel besitzt gutes Reflexions- vermögen, haftet auf der Unterlage und ist chemisch recht widerstandsfähig.
2. Ein Glaskörper in Form einer 5 mm starken Platte ist auf der einen Seite mit einer dünnen, für Licht teilweise durchlässigen Rhodiumschicht gleichmässig überzogen. Diese Rhodiumschicht wird auf den Glaskörper in der Weise aufgebracht, dass der Glaskörper in einem Vakuum von 10-4mm Hg in einem Abstand von 8 bis 10 cm über einem auf 1400-18500 C erhitzten Rhodiumband festgeklemmt wird ; durch Reiben mit einem Polierleder lässt sich die so gewonnene Oberflächenschicht noch besonders verfestigen. Der beschriebene Spiegel besitzt alle oben genannten Vorzüge. Er ist gegen chemische und mechanische Beanspruchungen vollkommen widerstandsfähig und bewirkt an allen Stellen des Überzuges eine gleichmässige, von der Wellenlänge unabhängige Schwächung des Lichtes.
Für die
Praxis ist es ein besonderer Vorteil, dass der Spiegel von jedem ungeschulten Arbeiter gereinigt werden kann.
An Stelle eines gleichmässigen Überzuges kann auch ein Rhodiumüberzug verwendet werden, der in gewünschter Weise längs der Platte verschiedene Dicke aufweist. Beispielsweise kann ein Überzug vorliegen, der in Form eines äusserst dünnen Keiles die gesamte Platte bedeckt und an dem einen Ende eine Stärke von O'vol mm aufweist und am andern Ende vollkommen verschwindet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Witterungsbeständiger Spiegel, bestehend aus einem elektrisch schlecht leitenden Werkstoff und einer Oberflächenschicht eines Platinmetalls, dadurch gekennzeichnet, dass die witterungsbestän- Oberflächenschicht aus Rhodium, vorzugsweise aus reinem Rhodium, besteht.