DD153202A1 - OPTICAL FILTER GLASS - Google Patents
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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.The invention relates to a novel composition of matter for the production of optical filter glasses with a steep absorption edge towards the boring spectral range. These filters are represented by the BG 18 glass type. The object of the present invention is to produce an optical filter glass having similar optical properties to those of BG18. The use value, with respect to weathering and crystallization resistance, should be increased significantly. According to the invention, the object is achieved in that a phosphate glass based on metaphosphates with a defined composition and copper oxide addition can be prepared. Thus, in addition to the glass properties above all melting technical improvements are achieved. Such filter discs find e.g. in the laser technology and in the scientific Geraetebau an application.
Description
Die Erfindung, beinhaltet optische Filtergläser auf Phosphatglasbasis mit steiler Absorptionskante zum langwelligen Spektralbereich hin, wobei die Färbung durch Kupferionen hervorgerufen wird.The invention includes phosphate glass optical filter glasses with steep absorption edge towards the long wavelength spectral region, the color being caused by copper ions.
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«For the use of optical filter glasses, for example in Pilterkombinationen ject glasses with a steep Äbsorptionskante to short-wave spectral range towards j such glasses with a steep absorption edge as possible to the long-wave spectral range needed. Sin example of such -optical filter glasses' represents the optical filter 18 is glass BG $ which the part of the visible spectral range with wavelengths longer than 5 ^ 0 nni absorbed and the adjoining part of the infrared spectral selectively strong "
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.Optical filter glasses from the BG 18 "3" are used in laser technology as filters in scientific instrument construction and as infrared radiation absorbing windscreens in exposure apparatuses.
Phosphatgläser sind bis z\i kürzeren Wellenlängen durchlässig, als entsprechende netswerkänclereroxidhaltige Silikat- und Boratgläser. Die Anwendung von Phosphatgrundgläsern für bestimmte optische Filtergläser beruht unterPhosphate glasses are to z \ i shorter wavelengths permeable than corresponding netswerkänclereroxidhaltige silicate and borate glasses. The use of phosphate base glasses for certain optical filter glasses is based on
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anderem auf dieser hohen Transmission für den kurzwelligen sichtbaren und den anschließenden Teil des ultravioletten Spektralbereich. · -on this high transmission for the short-wave visible and the subsequent part of the ultraviolet spectral range. · -
Bisher bekannte optische Filtergläser mit steilen Absorp-Previously known optical filter glasses with steep absorptive
• 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. . ·• tion edges to the long-wave spectral range, 'for example optical filter glasses of BG 18 type, contain about 75 mass% Pp ^ B un ( ^ · ^ iS ^ mass% AIpO .. mainly alkali and alkaline earth oxides and CuO. Such glasses are described in Japanese Patent 92 179 73 (and corresponding U.S. Patent 3,923,527 and BED-OS 2,408,380), as well as in United States Patent Nos. 48-92,178 and 48-92,179. and alkaline earth metal content, hitherto known optical filter glasses of the BG 18 type have a high tendency to crystallize and a low weathering resistance The high crystallization tendency of known glasses of the BG 18 type only permits small-volume production of these glasses that result from increased material and energy consumption as well as increased workload.
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.The low weathering resistance of known glasses of the BG 18 type make these glasses very susceptible to weathering in their practical application. "To protect against weathering of the glasses, they must be tempered by a suitable protective layer or protected against direct moisture attack by means of appropriate windscreens Increase of Effort and Associated Costs If the glass components as oxides or their suitable precursors are suspended in liquid phosphoric acid for known glasses of BG 18 type for batch preparation, the water present in large quantities in the batch results in a strong and uncontrollable evaporation of mainly Phosphoric acid and / or phosphorus (V) oxide in addition to boric acid, which causes considerable difficulties in terms of Arbeitsschutz and environmental protection In addition, resulting from the strong evaporation of one of its components from the molten glass Komogenitätsp roblems.
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. .The object of the invention is an optical filter glass with optical absorption properties similar to BG'18-TYP filter glasses but with a higher utility in terms of less streaking, improved homogeneity and good weathering resistance and environmental pollution ver * repaired. ,
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.The reduction of crystallization tendency of the glass according to the invention over previously known optical -. Filter glasses of BG 18 ~ type allows a more economical production "This is achieved" that the volume of the glass melt can be significantly increased due to the reduced crystallization tendency of the glass according to the invention.
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.The use value is increased by a higher weathering resistance of the glass according to the invention compared to previously known glasses of BG 18- (DyP.) This results from the omission of the surface compensation required by BG 18-3-3rp in previously known glasses or protection by windscreens At the same time costs are saved, "the application γ / ird more economical., As compared to procedures that go out of suspension Gegegeigen some efficiency enhancing technological simplifications in the preparation of mixtures and glass melt are sought" The use of metaphosphates and other phosphates reduces the evaporation of batch components in the glass melt This results in much more homogeneous glasses, and handling of solid matter is easier with respect to occupational safety than with suspension mixtures, and at the same time reduces environmental impact.
Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention
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(VThe technical effect of the invention is that by incorporating Eupfe; e (U) -oxide as coloring. Means in a phosphate glass of the system -P 0 (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.Properties succeeded. The glasses according to the invention have steep absorption edges towards the long-wave spectral range. At the same time, however, they are distinguished by increased crystallization stability and great weathering resistance compared to previously known glasses of the BG-IS type. "Copper (II) ions can undergo different coordination in phosphate glasses. The position and the shape of the absorption band of the copper (II) ions are determined by these different coordinations. * With the incorporation of copper (II) oxide into the glass according to the invention, it was possible to adjust the coordination ratios Porm the absorption band of copper (II) ions in the base glass was obtained according to the desired optical absorption behavior of the glasses according to the invention.
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 erreichts als im vorliegenden Fall.Similar glasses from the basic glass system P 2 Oe-AIpO 0 -ZnO-MgO-B 2 O-are used for a heat protection glass (DDR-W? 43 207), but with these glasses go through the incorporation of iron oxide goose other objectives in terms of optical absorption properties achieved s as in the present case.
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 Verwitterungsbeständigkeits ohne die optischen Absorptionseigenschaften signifikant zu verändern . ' ·By incorporating up to 5% by mass of SiO 2 in the glasses according to the invention, the glass structure is further solidified. This becomes visible, inter alia, by an increase in the transformation temperature of corresponding glasses. The solidification of the glass structure leads to a further increase in the weathering resistance s without significantly changing the optical absorption properties. '·
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 derThe crystallization tendency of the glass according to the invention from the base glass system Al 2 O 0 -MgO-ZnO-P 2 OJr-BpCU is lowest at BgO-y contents at the upper limit of the stated composition range. However, this results in a significant reduction of the transmission in the spectral range below 400 nm. The lowering of the P ^^ content likewise leads to a significant reduction in the transmission of the
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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 ueae eine verringerte Umweltbelastung resultiert. Diese verringerte Verdampfung von Gemengekomponesten führt gleichseitig auch zu homogeneren Gläsern.Glasses according to the invention in the spectral range below 400 mmol. The complete or partial incorporation of the coloring agent copper (II) oxide as nitrate into the glass according to the invention results in an increase in the transmission in the glass. Spectral range below 4Ό0 nm. This increased transmission absorption is caused by the Mtrat induced oxidation potential of the glass melt. The use of preferably metaphosphates and phosphates other than mixed raw materials for the glass according to the invention avoids the use of phosphoric acid in the preparation of suspension granules. This entails a sharp decrease in the evaporation rate of mainly phosphoric acids (and / or phosphorus (Y) oxide). sovrLe Borsäures resulting u e a e results in a reduced environmental impact. This reduced evaporation of mixed components leads on the same side to more homogeneous glasses.
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 0s3 und Ό κ Ό#Ί für die Absorption im kurzwelligen Spektralbereich angegeben* Zuni Vergleich sind die Werte für einTable 1 shows some embodiments of the composition of the inventive glass. The transmission curves belonging to the glass according to the invention, corresponding to the composition for glass 1, glass 3 and glass 5, are shown in FIG. The Trans mission curve of the glasses not shown in Figure 1 is substantially identical to the three curves shown, More detailed information can be found in Table 2, where in addition to the transmission for 5 wavelengths di © fililenlänge with the Heintransmissionsgrad ^ 5 κ O 5 5 of the steep absorption edge to the long-wave spectral range and the "steepness" of this edge - pressed out of ~ as the wavelength difference between the wavelengths with -ö ~ Qj3 and Ό = O ? 7). If these values are used to characterize the position of the absorption edge towards the long-wave spectral range, the wavelengths with their energy transmittances / J? s 0 s 3 and Ό κ Ό # Ί are given for absorption in the short-wave spectral range * For comparison, the values for a
20 9 A 6020 9 A 60
bekanntes Glas vom BG 18-Typ angegeben. Die Werte gelten ι für Schichtdicken von 1 mm* *known glass of BG 18 type indicated. The values are valid for layer thicknesses of 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, dieThe weathering resistance (according to CDGL 22 149) is determined for the glasses 1 to 6 with class 1. On the other hand, the weathering resistance for a known glass of BG Ί8-Φ ^ ρ can only be assigned to class 3. "As a measure of the crystallization stability, the mean linear crystallization rate V is given. It amounts to 2.50 mm * h for known glasses of the BG "IS type V s. For the glass according to the invention, corresponding to the compositions for the glasses 1 to 6 $ , a mean linear crystal growth rate results
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gleich oder kleiner als V s Os25 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.is equal to or less than V s O s 25 mm "h. This value is of the same order of magnitude as in the case of glasses which can be produced without conventional production. The glasses according to the invention also have a larger (temperature difference between maximum crystallization and transformation temperature Tg and a lower partial dependence of toughness than previously known glasses of BG 18-0? Yp. This achieves fundamental improvements in terms of melting and processing technology.
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Tabelle 2% Optische ParameterTable 2% Optical Parameters
ReintransmissionsgradTransmissivity
für %ie Wellenlängen ?>, (mn)for% ie wavelengths?>, (mn)
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DD (1) | DD153202A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0481165A1 (en) * | 1990-10-05 | 1992-04-22 | Schott Glaswerke | Aluminophosphate glass containing cupric oxide |
-
1978
- 1978-12-01 DD DD20946078A patent/DD153202A1/en unknown
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0481165A1 (en) * | 1990-10-05 | 1992-04-22 | Schott Glaswerke | Aluminophosphate glass containing cupric oxide |
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