DE102009027109A1

DE102009027109A1 - Bleihaltiges Weltraumglas, seine Herstellung und Verwendung

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Publication number: DE102009027109A1
Application number: DE102009027109A
Authority: DE
Inventors: Burkhard Speit; Silke Dr. Wolff; Thorsten Dr. Döhring
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2029-06-24
Also published as: FR2946977B1; JP2018020959A; JP2011042558A; FR2946977A1; US20100323874A1; JP2015214479A; DE102009027109B4; CN101928103B; US8431500B2; JP6505508B2; CN101928103A

Abstract

Es werden optische Gläser mit erhöhten Brechungsindices zum Design von platzsparenden und leichten abbildenden Optiken mit Linsen aus unterschiedlichen Glastypen für den Einsatz in unterschiedlichen Flugobjekten im Weltraum vorgestellt. Die optischen Gläser eignen sich zur Herstellung von Optiken mit niedrigem Gesamtgewicht, was für Weltraumanwendungen entscheidend ist. Diese Gläser weisen hohe UV- und vis-Durchlässigkeit im Bereich zwischen 300 und 800 nm auf und zeigen hohe Stabilität der Transmission über Jahre, weil die Alterungserscheinungen der Materialien stark eingeschränkt werden konnten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bleihaltiges Glas zur Verwendung im Weltraum, hiernach Weltraumglas genannt. Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Glases sowie seine Verwendung vorgestellt.
Diese Erfindung betrifft speziell entwickelte optische Gläser mit erhöhten Brechungsindices zwischen nd = 1,52 bis 1,65 zum Design von platzsparenden und möglichst leichten abbildenden Optiken mit Linsen aus unterschiedlichen Glastypen für den Einsatz in unterschiedlichen Flugobjekten im Weltraum. Das niedrige Gesamtgewicht der Optik ist sehr entscheidend, was mit Linsenoptiken leichter realisiert werden kann als mit Spiegeloptiken. Spiegeloptiken finden dann Anwendung, wenn aus Transmissionsgründen Abbildungseigenschaften der Optiken unter 350 nm im UV angestrebt werden. Beim Einbau von Optiken in Metallgehäuse an unterschiedlichen Flugobjekten werden diese zwangsläufig der von der Umlaufbahn und der Dauer sowie dem Zeitpunkt der Flugmission abhängigen Weltraumstrahlung ausgesetzt und müssen deshalb zusätzlich zur Transmission weiteren Anforderungen genügen. Insbesondere müssen sie eine möglichst hohe UV-Durchlässigkeit im Bereich zwischen 300 und 800 nm haben, eine möglichst hohe Stabilität der Transmission über Jahre aufweisen und möglichst keine Alterungserscheinungen der Materialien zeigen, welche die Einsatzmöglichkeiten der Optiken durch Kompaktierung, Trübung oder Belag einschränken.
An Weltraumgläser werden besondere Anforderungen gestellt. Die Weltraumstrahlung im Low-Orbit-Bereich zwischen 500 und 1000 km um die Erde besteht im Wesentlichen aus Elektronen und Protonen und daraus resultierender Gammastrahlung bei Auftreffen auf Materie. Werden nun optische Systeme zur Beobachtung des Weltraums und zur Beobachtung und Vermessung der Erd oberfläche bei einer jahrelangen Exposition diesem Strahlenfeld ausgesetzt, so tritt gerade die Gammastrahlung mit Strahlendosen von einigen 1000 rd (1 Gy = 100 rd) als Sekundärstrahlung der Partikelstrahlung bei Auftreffen auf die metallischen Gehäuse der Optiken auch mit dem Glassystem in Wechselwirkung.
Die Werkstoffe, die in der Raumfahrttechnologie verwendet werden, müssen den Ansprüchen dieser speziellen Umgebung genügen. In den Umlaufbahnen im Weltraum um die Erde erwartet die Materialien Schwerelosigkeit, extreme Temperaturen, Temperaturschwankungen, Vakuum, Mikrometeorite, Partikelstrahlung aus der oberen Atmosphäre und hochenergetische elektromagnetische Strahlung.
Das wichtigste Gas in der interplanetaren Materie ist neutraler Wasserstoff, der zum Teil ionisiert als Protonen aus den inneren Bereichen des Planetensystems kommt. Dazu kommen noch freie Elektronen mit einer Häufigkeit von ca. 5 cm^–3 auf der Strecke Erde-Sonne (1,5 × 10¹¹ m). Diese geladenen Partikel machen zusammen mit den schweren hochenergetischen Teilchen und Photonen aus dem gesamten elektromagnetischen Spektrum die Strahlenumgebung der Erde aus.
Wird eine Optik außerhalb des Raumfahrzeuges eingesetzt, so können alle genannten Strahlenarten mit negativen Auswirkungen direkt auf das optische System einwirken. Treffen diese Primärstrahlen z. B. auf das Kameragehäuse der Optik, so werden Gammastrahlen mit hoher Reichweite in den Optikmaterialien erzeugt mit bekannter Farbzentrenbildung und zunehmendem Verlust der Transmission.
Wegen der auf die Optiken einwirkenden Schubkräfte in der Startphase der Flugobjekte bei Weltraummissionen ist die Geometrie der Einzellinsen der Optiken beschränkt auf Durchmesser von ca. 150 mm und Dicken von maximal ca. 50 mm.
Zum Design von Optiken für den Weltraum stehen grundsätzlich die beiden Materialklassen optisches Glas mit einer großen Varietät von optischen Lagen (Brechwert/Dispersion) zur Verfügung und eine sehr eingeschränkte Auswahl an Cer-stabilisierten Strahlenschutzgläsern. Bei den Cer-stabilisierten Strahlenschutzgläsern verhindert das im Glas als Ce³ ⁺/Ce⁴⁺ eingebaute Ion eine Verfärbung durch Strahleneinwirkung, da es sowohl als Elektronenfänger (Ce⁴ ⁺) als auch als Elektronendonator (Ce³ ⁺) fungieren kann. Die Cer-stabilisierten Strahlenschutzgläser sind aufgrund ihrer ungünstigen Transmissionseigenschaften nicht als optische Gläser verwendbar.
Beide Glasspezies eignen sich nicht für stabile und UV-durchlässige Optiken bei Weltraummissionen, da die nicht strahlenresistenten optischen Gläser gerade im UV-vis zwischen 300 und 800 nm im Strahlungsfeld des Weltraums altern und durch ständig zunehmende Verfärbung die Abbildungseigenschaften der Optik über die Zeit der Mission negativ verändern und damit die Ziele der Mission gefährden können.
Die zweite Gruppe von Materialien ist zwar strahlenresistent aber die Transparenz ist schon durch die starke Eigenabsorption des Stabilisierungsmittels CeO₂ stark eingeschränkt. Dies trifft schon bei geringen Dotierungen von 1 Gew.-% für Gläser mit leicht polarisierenden Kationen zu.
Ist nun eine hohe Transmission im UV-vis für die Anwendung notwendig, so kann nur das nicht strahlenresistente Material als Komponente verwendet wer den. In diesem Fall muss die Optik baulich durch gezielte Abschirmung gegen die Strahlung geschützt werden, was zusätzlichen Raum im Raumfahrzeug und zusätzliche Masse für die Mission bedeutet. Diese Maßnahmen bedeuten eine erhebliche Kostensteigerung des Weltraumvorhabens.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, optische Gläser bereitzustellen, die strahlenresistent sind und gleichzeitig eine hohe Transmission im Bereich zwischen 300 und 800 nm aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Bereitstellung hochbrechender Weltraumgläser mit hoher UV-Transmission und gleichzeitig hoher Strahlenfestigkeit über mindestens 5 bis 10 Jahre insbesondere für das typische Strahlenfeld des Weltraumes bestehend aus Röntgen-, Elektronen- und Protonenstrahlung bei Gesamtdosen von 1000 Gy sowie für UV- und vis-Strahlung.
Die Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften der Linsenmaterialien bei 10 mm Dicke sollte dabei einen maximalen Transmissionsverlust von 10% im UV-nahen Spektralbereich von 400 bis 450 nm nicht übersteigen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche gelöst.
Die Aufgabe wird insbesondere durch ein Weltraumglas gelöst, das die folgenden Komponenten in Gewichtsprozent umfasst:

SiO₂ 5–65

B₂O₃ 0–40

Al₂O₃ 0–12

PbO 25–50

Na₂O 0–8

K₂O 0–20.
Um die erfindungsgemäße Strahlenresistenz zu gewährleisten umfasst das wenigstens drei Dotanden aus der Gruppe bestehend aus CeO₂, MoO₃, Bi₂O₃, WO₃, AgO, SnO₂, Sb₂O₃ und As₂O₃. Diese Dotanden sind in Summe wenigstens zu 0,1 Gewichtsprozent im Weltraumglas enthalten. Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe der genannten Dotanden in einer Vielzahl denkbarer Kombinationen zum erfindungsgemäß gewünschten Effekt führt. Bei einem Gehalt von weniger als 0,1 Gewichtsprozent ist dies allerdings nicht zu beobachten.
Ist in dieser Beschreibung von „%” oder „Prozent” die Rede, so sind im Zweifel „Gewichtsprozente” gemeint.
Das Weltraumglas weist bevorzugt einen Gehalt an TiO₂ von größer 500 ppm auf. Dies deshalb, weil Titandioxid die UV-Resistenz des Glases wesentlich verbessert. In anderen bevorzugten Ausführungsformen liegt dessen Gehalt sogar bei größer oder gleich 1000 ppm. Es ist aber zu berücksichtigen, dass TiO₂ die Transmissionseigenschaften eines optischen Glases insbesondere an der UV-Kante durch Absorption verschlechtern kann. Aus diesem Grund weist das Weltraumglas bevorzugt einen Gehalt an TiO₂ von höchstens 1 Gewichtsprozent auf.
Im Herstellungsverfahren wird die Glasschmelze bevorzugt einem Läuterverfahren unterzogen, bei dem die Wahl des Läutermittels auf die Glaszusammensetzung abgestimmt ist. Die Läutermittel sind bevorzugt ausgewählt aus Sb₂O₃, As₂O₃, CeO₂, SnO₂, F, Cl und Sulfaten, die in einem Gewichtsanteil von bevorzugt bis zu 1 Prozent eingesetzt werden. Ist das Weltraumglas frei von CeO₂, so sind die Läutermittel bevorzugt ausgewählt aus Sb₂O₃, As₂O₃, F, Cl und Sulfaten, die dann in einem Gewichtsanteil von bevorzugt bis zu 0,5% eingesetzt werden. Umfasst das Weltraumglas CeO₂ so dienen bevorzugt CeO₂, SnO₂, F, Cl oder Sulfate als Läutermittel, die dann in einem Gewichtsanteil von bevorzugt bis zu 1% eingesetzt werden. Gleichwohl kann die Läuterung bevorzugt durch Zugabe kleiner Mengen Sb₂O₃ und/oder As₂O₃ in Gewichtsanteilen von kleiner 0,01 Gewichtsprozent unterstützt werden. Werden die obigen bevorzugten Regeln zum Läuterverfahren eingehalten, wird die Herstellung eines hochwertigen Weltraumglases unterstützt. In bevorzugten Ausführungsformen des Weltraumglases werden als zusätzliche Läutermittel Nitratverbindungen eingesetzt. Diese unterstützen das Läuterverfahren insbesondere, wenn nur kleine Mengen konventioneller Läutermittel eingesetzt werden können. Sie beeinträchtigen dabei vorteilhafterweise nicht die Transmissionseigenschaften der Gläser.
Das Weltraumglas umfasst bevorzugt wenigstens 40 Gewichtsprozent SiO₂ umfasst. SiO₂ ist ein hervorragender Glasbildner, wenn gute Stabilität ein wichtiges Kriterium ist. Daher umfassen bevorzugte Ausführungsformen sogar wenigstens 45 Gewichtsprozent SiO₂. Der Gehalt an SiO₂ darf allerdings nicht zu hoch gewählt werden, da anderenfalls kein geeigneter Brechungsindex für optische Anwendungen erhalten wird. Daher sollte das Weltraumglas SiO₂ in Mengen von bevorzugt höchstens 62 Gewichtsprozent umfassen.
Das Weltraumglas umfasst bevorzugt höchstens 4 Gewichtsprozent B₂O₃. Diese Komponente dient als Flussmittel und Netzwerkbildner im Glas. Im Gegensatz zum SiO₂ ist es aber bevorzugt nur in geringen Mengen enthalten, da es nicht geeignet ist, die gewünschten optischen Eigenschaften gepaart mit hoher Resistenz einzustellen. Daher sind bevorzugte Ausführungsformen auch frei von B₂O₃.
Gleiches gilt für Aluminiumoxid, das bevorzugt zu höchstens 2 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthalten ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind frei von Al₂O₃.
Das Weltraumglas umfasst bevorzugt höchstens 5 Gewichtsprozent ZrO₂. Ein zu hoher Gehalt an ZrO₂ würde die Viskosität des Weltraumglases erhöhen und somit seine Verarbeitbarkeit beeinträchtigen. Daher sind bevorzugte Ausführungsformen auch frei von ZrO₂. Gleiche Überlegungen betreffen ZnO und CaO, das im Weltraumglas bevorzugt zu höchstens 5 Gewichtsprozent enthalten ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind frei von ZnO und/oder CaO.
Das Weltraumglas umfasst bevorzugt höchstens 45 Gewichtsprozent PbO. Diese Komponente ist der wesentliche Bestandteil des Weltraumglases, der es ermöglicht die erforderlichen Brechwertlagen und Dispersionen zu erzielen. Daher nimmt PbO einen großen Anteil des Glases ein, der jedoch nicht zu hoch sein darf, da andernfalls die Stabilität des Glases beeinträchtigt würde. In bevorzugten Ausführungsformen umfassen die Weltraumgläser dieser Erfindung höchstens 35 Gewichtsprozent PbO. PbO und SiO₂ bestimmen die wesentlichen Eigenschaften des Glases, nämlich die optische Lage und die Resistenz entscheidend mit, so dass die Summe dieser Komponenten bevorzugt in einem Bereich von höchstens 75 bis 95 Gewichtsprozent liegt. Andernfalls lassen sich die bevorzugten Eigenschaften unter Umständen – in Abhängigkeit der anderen Komponenten – nicht mehr erzielen. Vorzugsweise liegt diese Summe bei höchstens 85 und 95 Gewichtsprozent SiO₂ und PbO. Die Einstellung der richtigen Zusammensetzung des Glases ist in bevorzugten Ausführungsformen gut durchführbar, wenn ein Massenverhältnis der Anteile von SiO₂ zu PbO von 0 bis 2,5 eingehalten wird. Weiter bevorzugt sollte dieses Massenverhältnis der Anteile von SiO₂ zu PbO bei 0,9 bis 2,5 liegen und am meisten bevorzugt bei >1 bis 2,5. Wird dieses Masseverhältnis zu groß, kann die Brechwertlage oft nicht mehr erreicht werden, während ein zu kleines Verhältnis Weltraumgläser mit geeigneter Stabilität vielfach nicht ermöglicht.
Das Weltraumglas umfasst bevorzugt in Summe höchstens 0 bis 28 Gewichtsprozent Alkalimetalloxide umfasst. In weiter bevorzugten Ausführungsformen beträgt diese Summe höchstens 7 bis 28 Gewichtsprozent. Alkalimetalloxide senken die Schmelztemperatur des Glases, so dass sie bevorzugt im Weltraumglas enthalten sind. Wird ihr Anteil aber zu hoch gewählt, wird ein Glas mit zu geringer Beständigkeit und Viskosität erhalten. Bevorzugt umfasst das Welt raumglas dieser Erfindung sowohl Na₂O als auch K₂O. Dabei sollten folgende Werte bevorzugt berücksichtigt werden:
Das Weltraumglas sollte höchstens 6,5 Gewichtsprozent Na₂O umfassen, weiter bevorzugt sind höchstens 5 Gewichtsprozent Na₂O.
Das Weltraumglas sollte höchstens 10 Gewichtsprozent K₂O umfassen weiter bevorzugt sind höchstens 8,5 Gewichtsprozent K₂O.
Das Weltraumglas umfasst bevorzugt in Summe höchstens 0 bis 5 Gewichtsprozent Erdalkalimetalloxide. Diese dienen der Einstellung des Viskositäts-Temperatur-Profils des Glases. Werden sie aber in zu großen Anteilen verwendet, ist die Viskosität des Glases zu niedrig, deshalb umfassen bevorzugte Ausführungsformen nur höchstens 0 bis 1 Gewichtsprozent Erdalkalimetalloxide. Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind sogar frei von Erdalkalimetalloxiden.
Die gewünschte Langzeitstrahlenstabilität der Weltraumgläser der vorliegenden Erfindung kann nur erhalten werden, wenn geeignete Dotanden zugesetzt werden. Bevorzugte Ausführungsformen umfassen einen oder mehrere Dotanden aus der Gruppe CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃ und SnO₂. Bevorzugt liegen diese in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,15 Gewichtsprozent im Weltraumglas vor. Die individuellen Gehaltsobergrenzen in Gewichtsprozent für die genannten Dotanden liegen bevorzugt wie folgt:

CeO₂ 1

As₂O₃ 0,02

Sb₂O₃ 0,3

SnO₂ 0,5
Wetter bevorzugt liegen diese Obergrenzen bei:

CeO₂ 0,5

As₂O₃ 0

Sb₂O₃ 0,25

SnO₂ 0,3
Am meisten bevorzugt liegen diese Obergrenzen bei:

CeO₂ 0,35

As₂O₃ 0

Sb₂O₃ 0,2

SnO₂ 0,2
Die Erfinder vermuten, dass diese Dotanden strahlungsinduzierte Redoxprozesse im Glas vermindern und so die Langzeitstabilität im aggressiven Umfeld des Weltraums verbessern. Ein zu hoher Anteil würde aber die Transmissionseigenschaften des Glases beeinträchtigen.
Bevorzugte Weltraumgläser enthalten zusätzlich einen oder mehrere Dotanden aus der Gruppe CuO und Ag₂O in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,001 Gewichtsprozent. Die individuellen Gehaltsobergrenzen in Gewichtsprozent für die genannten Dotanden liegen bevorzugt wie folgt:

CuO 0,002

Ag₂O 0,2
Weiter bevorzugt liegen diese Obergrenzen bei:

Cu0 0,0015

Ag₂O 0,15
Am meisten bevorzugt liegen diese Obergrenzen bei:

CuO 0

Ag₂O 0,1
Die Anteile dieser Dotanden sollen nicht zu hoch sein, weil sie die Transmission negativ beeinflussen würden. Vorteile dieser Dotanden ist, dass diese zwar Licht absorbieren, entstehende Defektzentren aber spontan wieder verheilen, so dass keine nachhaltige Beeinträchtigung der Transmission zu verzeichnen ist.
Bevorzugte Weltraumgläser enthalten zusätzlich einen oder mehrere Dotanden aus der Gruppe MoO₃, Bi₂O₃ und WO₃ in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,1 Gewichtsprozent umfasst.
Die individuellen Gehaltsobergrenzen in Gewichtsprozent für die genannten Dotanden liegen bevorzugt wie folgt:

MoO₃ 0,5

Bi₂O₃ 0,5

WO₃ 2
Weiter bevorzugt liegen diese Obergrenzen bei:

MoO₃ 0,3

Bi₂O₃ 0,3

WO₃ 0,5
Am meisten bevorzugt liegen diese Obergrenzen bei:

MoO₃ 0,2

Bi₂O₃ 0,2

WO₃ 0,3
Diese drei Dotanden zeichnen sich durch ihre gute Polarisierbarkeit aus. Die Erfinder vermuten, dass diese Eigenschaft dazu führt, dass einfallende Strahlung von diesen Oxiden aufgefangen wird und als Schwingung ans Gitter abgegeben wird (strahlungsfreie Relaxation), ohne Defekte im Glas zu verursachen.
Zu hohe Mengen dieser Komponenten führen zu Transmissionsverlusten.
Weltraumgläser der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt frei von färbenden Ionen, da diese die Transmission beeinträchtigen. Dies trifft besonders auf Eisen-, Nickel- und Cobalt-Verbindungen zu.
Die Weltraumgläser der vorliegenden Erfindung sind zur Verwendung im Weltraum bestimmt. Sie können vorteilhaft in Linserioptiken eingesetzt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung betrifft ein Weltraumglas, das folgende Komponenten in Gewichtsprozent umfasst:

SiO₂ 40–65

B₂O₃ 0–4

Al₂O₃ 0–2

PbO 25–50

Na₂O 0–8

K₂O 0–20

CeO₂ 0–1

Sb₂O₃ 0–1

wobei die Summe der Anteile der Komponenten Sb₂O₃, As₂O₃, CuO, Ag₂O, Bi₂O₃, WO₃ und SnO₂ von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent beträgt, wobei die Summe der Anteile der Komponenten CeO₂, MoO₃, Bi₂O₃, WO₃, AgO, SnO₂, Sb₂O₃ und As₂O₃ von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent beträgt und der Gehalt an Bi₂O₃, WO₃ und MoO₃ in Summe größer als 1000 ppm ist.
Die hier beschriebenen Weltraumgläser eignen sich hervorragend zur Konstruktion von optischen Systemen zur Anwendung im Weltraum. Erfindungsgemäß ist daher die Verwendung der oben beschriebenen Weltraumgläser als Komponenten in optischen Systemen im Weltraum.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Weltraumglas der vorliegenden Erfindung zu mindestens 65,2 Gew.-% aus den Komponenten SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, PbO, Na₂O, K₂O, CeO₂, Sb₂O₃, As₂O₃, CuO, Ag₂O, Bi₂O₃, WO₃, SnO₂, MoO₃ und TiO₂ besteht. Bevorzugt besteht das Weltraumglas zu mindestens 75%, weiter bevorzugt 85%, mehr bevorzugt 95% und am meisten bevorzugt 99% aus den genannten Komponenten. Dadurch wird sichergestellt, dass das erfindungsgemäße Glas die erforderlichen Eigenschaften für den Einsatz im Weltraum aufweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gläser sind im Wesentlichen frei von hier nicht genannten Komponenten. „Im Wesentlichen frei von” meint dabei, dass die Komponenten, von denen die Gläser im Wesentlichen frei sind, in den Gläsern allenfalls als Verunreinigung, nicht jedoch als willentlich und/oder zielgerichtet hinzugefügter Bestandteil, vorkommen.
Diese Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren der oben beschriebenen Weltraumgläser. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

• Mischen der Glaskomponenten,
• Schmelzen des Gemenges bei Temperaturen von 1050 bis 1200°C und
• Läutern der Schmelze bei Temperaturen von 1230 bis 1350°C.

Die Herstellung der Gläser erfolgt bevorzugt in einem Quarztiegel, weil andere Tiegel zu Verunreinigungen im Glas führen würden. Beispiele

	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7	B8
SiO₂	61,19	52,3	46,1	7,1	45,55	49,05	42,9	44,25
B₂O₃	0	0	2,7	36,6	0	0	0	3,6
Al₂O₃	0	0	0	10,75	0	0	0	0
ZrO₂	0	0	0	2,9	0	0	0	0
ZnO	0	0	0	0,9	0	0	0	0
CaO	0	0	0	0,4	0	0	0	0
PbO	25,8	33,6	32,4	38,7	45	41,7	45,3	42,8
Na₂O	4,6	6,25	0	0	3,5	3,9	1,6	1,2
K₂O	8,1	6,8	18,3	0,25	5,1	4,75	9,7	7,5
SiO₂ + PbO	86,99	85,9	78,5	45,8	90,55	90,75	88,2	87,05
SiO₂/PbO	2,37	1,56	1,42	0,18	1,01	1,18	0,95	1,03
Sum (Alkali)	12,7	13,05	18,3	0,25	8,6	8,65	11,3	8,7
Sum (Erdalk)	0	0	0	0,4	0	0	0	0
CeO₂	0	0,3	0,15	0,25	0,2	0,05	0	0
As₂O₃	0,01	0	0	0	0	0	0	0
Sb₂O₃	0,2	0,1	0,05	0	0	0	0,1	0,25
SnO₂	0	0,15	0	0	0	0,2	0,3	0,1
Summe	0,21	0,55	0,2	0,25	0,2	0,25	0,4	0,35
CuO	0,001	0	0	0	0	0,0005	0,002	0,0015
Ag₂O	0	0,1	0	0,1	0,15	0,05	0	0
Summe	0,001	0,25	0	0,1	0,15	0,2505	0,302	0,1015
MoO₃	0	0	0	0,3	0,2	0,15	0	0
Bi₂O₃	0,1	0,2	0,3	0,05	0	0	0,1	0,3
WO₃	0	0,2	0	1,7	0,3	0,15	0	0
Summe	0,1	0,4	0,3	2,05	0,5	0,3	0,1	0,3
nd	1,548	1,581	1,579	1,654	1,620	1,603	1,625	1,620
nh (404 nm)	1,569	1,607	1,598	1,683	1,650	1,631	1,657	1,649
T*400 nm_v	89,2	89,4	88,9	85,0	87,2	87,5	88,6	86,3
T*450 nm_v	90,1	90,9	90,4	86,3	89,1	88,3	89,5	87,0
T*400 nm_n	81,3	81,9	83,4	75,2	79,0	77,9	79,2	75,8
T*450 nm_n	82,5	82,0	84,2	77,4	80,4	79,6	80,0	76,9

*Transmission bei 10 mm Probendicke; Index v: vor Bestrahlung; Index n: nach Bestrahlung

Zum Vergleich wurden zahlreiche Versuche durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, dass die Transmissionsabnahme nach Bestrahlung mit einer Dosis von 1,5 krd (Röntgenstrahlung 40 kV über 10 Stunden) in einer Größenordnung von etwa 10% abnahm, während bei undotierten Gläsern Transmissionsabnahmen von etwa 25% zu verzeichnen waren.

Claims

Weltraumglas umfassend folgende Komponenten in Gewichtsprozent: SiO₂ 5–65 B₂O₃ 0–40 Al₂O₃ 0–12 PbO 25–50 Na₂O 0–8 K₂O 0–20

wobei das Glas wenigstens drei Dotanden aus der Gruppe bestehend aus CeO₂, MoO₃, Bi₂O₃, WO₃, AgO, SnO₂, Sb₂O₃ und As₂O₃ umfasst und diese Dotanden in Summe wenigstens 0,1 Gewichtsprozent des Weltraumglases darstellen. Weltraumglas nach Anspruch 1, wobei das Weltraumglas ferner einen Gehalt an TiO₂ von größer 500 ppm aufweist.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an TiO₂ ein Gewichtsprozent nicht übersteigt.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses wenigstens 40 Gewichtsprozent SiO₂ umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 62 Gewichtsprozent SiO₂ umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 4 Gewichtsprozent B₂O₃ umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 2 Gewichtsprozent Al₂O₃ umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 5 Gewichtsprozent ZrO₂ umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 5 Gewichtsprozent ZnO umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 5 Gewichtsprozent CaO umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 45 Gewichtsprozent PbO umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 6,5 Gewichtsprozent Na₂O umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses höchstens 10 Gewichtsprozent K₂O umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses in Summe höchstens 75 bis 95 Gewichtsprozent SiO₂ und PbO umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses ein Massenverhältnis der Anteile von SiO₂ zu PbO von 0 bis 2,5 aufweist.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses in Summe höchstens 0 bis 28 Gewichtsprozent Alkalimetalloxide umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses in Summe höchstens 0 bis 5 Gewichtsprozent Erdalkalimetalloxide umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses einen oder mehrere Dotanden aus der Gruppe CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃ und SnO₂ in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,15 Gewichtsprozent umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die folgenden Dotanden in nicht größeren als den hier angegebenen Anteilen in Gewichtsprozent zugegeben werden: CeO₂ 1 As₂O₃ 0,02 Sb₂O₃ 0,3 SnO₂ 0,5
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses einen oder mehrere Dotanden aus der Gruppe CuO und Ag₂O in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,001 Gewichtsprozent umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die folgenden Dotanden in nicht größeren als den hier angegebenen Anteilen in Gewichtsprozent zugegeben werden: CuO 0,002 Ag₂O 0,2
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses einen oder mehrere Dotanden aus der Gruppe MoO₃, Bi₂O₃ und WO₃ in einer Gesamtmenge von wenigstens 0,1 Gewichtsprozent umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die folgenden Dotanden in nicht größeren als den hier angegebenen Anteilen in Gewichtsprozent zugegeben werden: MoO₃ 0,5 Bi₂O₃ 0,5 WO₃ 2
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses als zusätzliches Läutermittel Nitratverbindungen umfasst.
Weltraumglas nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses frei von Eisen-, Nickel- und Cobalt-Verbindungen ist.
Verwendung der Weltraumgläser nach einem der Ansprüche 1 bis 24 als Komponenten in optischen Systemen im Weltraum.
Verfahren zur Herstellung eines Glases nach einem der Ansprüche 1 bis 24, umfassend die Schritte: a. Mischen der genannten Komponenten und b. Schmelzen des so erhaltenen Gemenges.