DD153202A1

DD153202A1 - Optisches filterglas

Info

Publication number: DD153202A1
Application number: DD20946078A
Authority: DD
Inventors: Michael Gitter; Matthias Mueller; Arnd Rehfeld; Werner Vogel
Original assignee: Michael Gitter; Matthias Mueller; Arnd Rehfeld; Werner Vogel
Priority date: 1978-12-01
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1981-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neue Stoffzusammensetzung zur Herstellung von optischen Filterglaesern mit einer steilen Absorptionskante zum langweiligen Spektralbereich hin. Diese Filter werden durch den BG 18- Glastyp repraesentiert. Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optisches Filterglas mit aehnlichen optischen Eigenschaften wie die des BG 18 herzustellen. Der Gebrauchswert, hinsichtlich Verwitterungs- und Kristallisationsbestaendigkeit, soll wesentlich erhoeht werden. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass ein Phosphatglas auf der Basis von Metaphosphaten mit definierter Zusammensetzung und Kupferoxidzusatz hergestellt werden kann. Damit werden neben den Glaseigenschaften vor allem schmelztechnische Verbesserungen erzielt. Derartige Filterscheiben finden z.B. in der Lasertechnik und im wissenschaftlichen Geraetebau eine Anwendung.

Description

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 Pilterkombinationen werden neben Filtergläsern mit einer steilen Äbsorptionskante zum kurzwelligen Spektral bereich hin j solche Gläser mit einer möglichst steilen Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin benötigt. Sin Beispiel für derartige -optische Filtergläser' stellt das optische Filterglas BG 18 dar_$ das den-Teil des sichtbaren Spektralbereiches mit Wellenlängen über 5^0 nni und den anschließenden Teil des infraroten Spektralbereiches selektiv stark absorbiert«

Optische Filtergläser vom BG 18"3?;yp finden 2*3« in der Lasertechnik, als Filter im wissenschaftlichen Gerätebau und als infrarote Strahlung absorbierende Frontscheiben in BelichtungsraeBeinrichtungen eine Anwendung.

Phosphatgläser sind bis z\i kürzeren Wellenlängen durchlässig, als entsprechende netswerkänclereroxidhaltige Silikat- und Boratgläser. Die Anwendung von Phosphatgrundgläsern 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 Absorp-

• tionskanten zum langwelligen Spektralbereich hin,'zum Beispiel optische Filtergläser vom BG 18-Typ, enthalten neben ca. 75 Masse-% Pp^B ^un(^· ^iS ^ Masse-% AIpO.. hauptsächlich Alkali- und Erdalkalioxide und CuO. Derartige Gläser sind in den japanischen Patent 92 179 73 (und den diesem entsprechenden US-Patent 3 923 527 und BED-OS 2 408 380) sowie in den SU Patenten 48-92 178 und 48-92 179 beschrieben. Auf Grund ihres Alkali- und Erdalkaligehaltes weisen bisher bekannte optische Filtergläser vom BG 18-Typ eine hohe Kristallisationsneigung und eine geringe Verwitterungsbeständigkeit auf. Die hohe Kristallisationsneigung bekannter Gläser vom BG 18-Typ gestattet nur eine kleinvolumige Herstellung dieser Gläser. Durch diese Hex'stellung v/erden 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-Typ 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 Ärbeits- und Umweltschutzes. Zusätzlich entstehen aus der starken Verdampfung einseiner Komponenten aus der Glasschmelze Komogenitätsprobleme.

Das Ziel der Erfindung ist ein optisches Filtergläs mit optischen Absorptionseigenschaften ähnlich Filtergläsern des BG'18-TyP aber mit einem höheren Gebrauchs- · wert hinsichtlich einer geringeren Schlierenhaltigkeit, einer verbesserten.Homogenität und einer guten Verwitte-* rungsbeständigkeite Desweiteren wird die Herstellung hinsichtlich des Arbeitsschutzes und der Umweltbelastung ver* bessert. .

Die Verminderung der Kristallisationsneigung des erfindungsgemäßen Glases gegenüber bisher-bekannter optischer -. Filtergläser vom BG 18~Typ 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 erfinaungsgemäßen Glases gegenüber bisher bekannten Gläsern vom BG 18-(DyP wird der Gebrauchswert erhöht. Das resultiert aus dem Wegfall der bei bisher bekannten Gläsern vom BG 18~3?3rp notwendigen Oberf lächenvergütung" oder eines Schutzes durch Frontscheiben. Damit werden gleichzeitig Kosten gespart, "die Anwendung γ/ird ökonomischer. Gegenüber Verfahren, die von Suspensionsgeinengen ausgehen, werden einige die Effektivität erhöhende technologische Vereinfachungen bei der Gemengebereitung und Glasschmelze angestrebt« Der Einsatz von Metaphosphaten und anderen Phosphaten senkt die Verdampfung von Gemengekomponenten bei der Glasschmelze, besonders in der Einschmelzphase. Daraus resultieren deutlich homogenere Gläser. Außerdem ist der Umgang mit Feststoffgeniengen 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 Eupfe;e(U)-oxid als färbendes . Mittel in ein Phosphat grundglas des Systems -P₀(V

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 IS-Typ aus« Kupfer(II)-ionen können in Phosphatgläsern unterschiedliche Koordinationen eingehen. Durch diese unterschiedlichen Koordinationen wird die Lage und die Form der Absorptionsbande der Kupfer(II)-ionen bestimmt* Mit dem Einbau von Kupfer(II)-oxid in das erfindungsgemäße Glas gelang es die Koordinationsverhältnisse so einzustellen, Ö.8B die Lage und besonders die Porm der Absorptionsbande der Kupfer(II)-ionen im Grundglas entsprechend dem angestrebten optischen Absorptionsverhalten der erfindungsgemäßen Gläser erhalten wurde.

Ihnliche Gläser aus dem Grundglassystem P₂Oe-AIpO₀-ZnO-MgO-B₂O-werden genutzt für ein Wärmeschutzglas (DDR-W? 43 207), aber mit diesen Gläsern werden-durch den Einbau von Eisenoxid gans andere Zielstellungen hinsichtlich der optischen Absorptionseigenschaften erreicht_s als im vorliegenden Fall.

Durch den Einbau von bis zu 5 Masse-% SiO₂ in die erfindungsgemäßen 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_s ohne die optischen Absorptionseigenschaften signifikant zu verändern . ' ·

Die Kristallisationsneigung des erfindungsgemäßen Glases aus dem Grundglassystem Al₂O₀-MgO-ZnO-P₂OJr-BpCU ist bei BgO-y-Gehalten an der oberen Grenze des angegebenen Zusammensetzungsbereiches am geringsten. Allerdings ist damit eine deutliche Verringerung der Transmission im Spektralbereich unter 400 mn verbunden. Die Erniedrigung des P^^-Gehaltes führt gleichfalls zu einer deutlichen Verringerung der Transmission der

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erfindungsgemäßen Gläser im Spektralbereich unter 400 mru Die völlige oder teilweise Einfülirung des färbenden ' "Mittels Kupfer(II)-oxid als Nitrat "in das erfindungsgemäße Glas bev/irkt eine Erhöhung der· Transmission im. Spektralbereich unter 4Ό0 nm. Diese erhöhte Transmission Absorption wird durch das vom Mtrat 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 Suspensionsgeinengen vermiedene Damit verbunden ist ein starker Rückgang der Verdampfungsrate von hauptsächlich Phosphorsäux'e (und/oder Phosphor(Y)-oxid) sovrLe Borsäures woraus u_ea_e eine verringerte Umweltbelastung resultiert. Diese verringerte Verdampfung von Gemengekomponesten führt gleichseitig auch zu homogeneren Gläsern.

Die Tabelle 1 zeigt einige Ausführungsbeispiele für die Zusammensetzung des erfinaungsgemäSen Glases. Die zn dem erfindungsgemäßen Glas, entsprechend der Zusammensetzung für Glas 1, Glas 3 und Glas 5, gehörigen Transm'issionskurven sind in Figur 1 dargestellt. Der Trans missionskurvenverlauf 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 di© feilenlänge mit dem Heintransmissionsgrad ^5 κ O₅5 der steilen Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich und die "»Steilheit" dieser Kante - aus~ gedrückt als die Wellenlängendifferens zwischen den Wellenlängen mit -ö ~ Qj3 und Ό = O_?7 angegeben sind,, Heben diesen Werten zur Charakterisierung der Lage der Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin sind als weitere DurchlässigkeitsJcriterien die Wellenlängen mit- den Eeintransmissionsgraden /J? s 0_s3 und Ό κ Ό_#Ί für die Absorption im kurzwelligen Spektralbereich angegeben* Zuni Vergleich sind die Werte für ein

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bekanntes Glas vom BG 18-Typ angegeben. Die Werte gelten ι für Schichtdicken von 1 mm* *

Die Verwitterungsbeständigkeit (nach CDGL 22 149) ist für die Gläser 1 bis 6 mit Klasse 1 ermittelt. Die Verwitterungsbeständigkeit für ein' bekanntes Glas vom BG Ί8-Φ^ρ ist dagegen nur der Klasse 3 zuzuordnen«, Als Maß für die Kristallisationsstabilität wird die mittlere lineare Kristallisationsgeschidndigkeit V angegeben. Sie beträgt für bekannte Gläser vom BG "IS-Typ V s 2,50 mm * h . Für das erfindungsgeraäße Glas, entsprechend den Zusammensetzungen für die Glaser 1 bis 6_$ ergibt sich eine mittlere lineare Kristallwachstumsgeschwindigkeit, die

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gleich oder kleiner als V s O_s25 mm « h ist. Dieser.Wert ist von der gleichen Größenordnung wie bei Gläsern, die ohn© weiteres im üblichen Maßstab hergestellt werden können, Die erfindungsgemäßen Gläser haben darüber hinaus eine größere (Demperaturdifferenz zwischen Maximum der Kristallisation und Transformationstemperatur Tgund eine geringere Teiaperaturabhängigkeit der Zähigkeit als bisher bekannte Gläser vom BG 18-0?yp. Damit sind grundsätzliche schmelz- und verarbeitungstechnologische Verbesserungen erreicht.

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Tabelle 2% Optische Parameter

Reintransmissionsgrad

für %ie Wellenlängen ?>, (mn)

	A S	334	436	509	578	700 Ϊ	. CV= 0,5)	42	360
BG 18	2	0,18	0,80	O₉9O ;	0_f66	^0_f02	596	41	360
Glas	3	0,16	0>7S	0*90	0,66	0,00	594	41	355
Glas	4.	O₅17	0,84	0₉92	0,64	0,01	590	41	355
Glas	5	0,18 '	0,85	0,93	0,66	0_?01	594	43	. 355
Glas	6	. 0_f20	0,78	0,90	0,66	0,03	595	40	340
Glas	0_?36	0,89	O_s95	0,66	0,01	594	43	340
Glas	0_s 40	0,87	0,93	0_s67	0.01	595

Claims

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

2« Optisches Filterglas nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch? daß als Gemengebestandteile für das G-rundglas die Metaphosphate und andere Phosphate der Komponentenj sowie gegebenenfalls zur 7/siteroß Verbesserung der Verwitterungsbeständigkeit SiOp eingesetzt werden* .