DE102014118562B4

DE102014118562B4 - Solarisationsstabiler UV-Bandpassfilter

Info

Publication number: DE102014118562B4
Application number: DE102014118562.5A
Authority: DE
Inventors: Lothar Niessner; Ralf Biertümpfel
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2034-12-13
Also published as: US9815734B2; DE102014118562A1; US20160168016A1

Abstract

Optischer Glasfilter umfassend ein Filterglas, welches die folgende Zusammensetzung umfasst (in Gew.-% auf Oxidbasis):SiO2 45–75 B2O3 0–5 Al2O3 0–5 Na2O 0,3–15 K2O 2–20 CaO 0–15 BaO 0–15 TiO2 0–5 CoO 0,01–3 NiO 0,1–8 PbO < 7 wobei das Masseverhältnis von NiO zu CoO wenigstens 3 beträgt.

Description

Diese Erfindung betrifft optische Glasfilter, die ein Filterglas umfassen, das ein optimiertes Transmissionsspektrum zeigt, das im Wellenlängenbereich von 300 bis 400 nm eine hohe Transmission und im sichtbaren Wellenlängenbereich eine sehr geringe Transmission besitzt. Das Glas hat eine besonders hohe optische Qualität und eignet sich hervorragend als optischer Filter, um UV-Licht ohne sichtbaren Anteil zu erzeugen.
Glasfilter sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreibt etwa die Druckschrift DE 3 643 421 A1 blei- und zinnhaltige Gläser, die bei der Filterung von UV-Lichtquellen im Emissionsbereich von 200–1100 nm zum Einsatz kommen. Dort wird auch die Solarisation – also der Einfluss länger andauernder UV-Bestrahlung auf die Absorptionseigenschaften – beschrieben. Blei- und Zinnoxid werden zur Minderung der Solarisationstendenz eingesetzt. Blei wird in Filtergläsern heutzutage aufgrund seiner umweltschädigenden Eigenschaften nicht mehr akzeptiert. Die Gläser der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich von den in dieser genannten Druckschrift beschriebenen durch die eingesetzten Farboxide und deren Verhältnis zueinander, was zu vorteilhaften Transmissionseigenschaften und Solarisationsbeständigkeit selbst ohne den Einsatz von Blei und Zinn führt.
EP 0 522 859 A2 beschreibt verschiedene Filtergläser, von denen sich das in der Zusammenfassung als zweites genannte bereits aufgrund seines Siliciumdioxid-Gehaltes deutlich von den Gläsern unterscheidet, die in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen. Auch das in dieser Druckschrift zuerst genannte Glas unterscheidet sich von denen, die in dem Filter der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Die in der Druckschrift genannten Gläser umfassen Kupferhalogenide in einem Anteil von wenigstens 0,05 Gew.-%. Auf die anderen Komponenten in dem Glas kommt es angeblich nicht an. Die beschriebenen Gläser dürfen Blei in erheblichen Mengen enthalten. Die Bedeutung des Einsatzes der Farbkomponenten Nickeloxid und Kobaltoxid wurde nicht erkannt. Die eingesetzten Mengen an Boroxid sind sehr hoch.
JP H06-279057 A beschreibt Gläser, die nicht die notwendigen Anteile an den Farbkomponenten Nickeloxid und Kobaltoxid aufweisen. Ferner ist der Gehalt an Lithiumoxid und Natriumoxid vergleichsweise sehr hoch, was die chemische Beständigkeit beeinträchtigt.
Ausgehend vom Stand der Technik war es die Aufgabe, optische Glasfilter bereitzustellen, die eine herausragende Filterwirkung bei guter Solarisationsbeständigkeit aufweisen. Die erfindungsgemäßen Glasfilter lösen diese Aufgabe durch ein besonderes Filterglas.
Erfindungsgemäß sind optische Glasfilter umfassend ein Filterglas, welches die folgende Zusammensetzung umfasst (in Gew.-% auf Oxidbasis):

SiO₂ 45–75

B₂O₃ 0–5

Al₂O₃ 0–5

Na₂O 0,3–15

K₂O 2–20

CaO 0–15

BaO 0–15

TiO₂ 0–5

CoO 0,01–3

NiO 0,1–8

PbO < 7

wobei das Masseverhältnis von NiO zu CoO wenigstens 3 beträgt.
Das Verhältnis der Mengen von Nickeloxid zu Kobaltoxid ist erfindungsgemäß entscheidend, um die vorteilhaften Absorptionseigenschaften des Filterglases einzustellen. Gegenüber den Gläsern aus dem Stand der Technik weisen die Filtergläser in dem optischen Glasfilter vorteilhafte Transmissionseigenschaften auf. Diese vorteilhaften Transmissions- bzw. Absorptionseigenschaften treten in Form einer Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich von 450 nm bis 650 nm von vorzugsweise weniger als 10^–4, insbesondere weniger als 10^–5 und besonders bevorzugt weniger als 10^–6 bei einer Glasdicke von 3,25 mm zu Tage. Die maximale Transmission wird bei einer Wellenlänge von 340 bis 375 nm, insbesondere bei 363 ± 5 nm erreicht. Die sogenannten Kantenlagen sind diejenigen Wellenlängen, bei denen die Reintransmission 50% beträgt. Bei dem erfindungsgemäßen Filterglas liegen diese vorzugsweise bei 325 nm ± 15 nm (UVA) und 389 ± 15 nm (blau). Die Kantenlage ist für viele technische Anwendungen von besonderer Bedeutung. Daher ist eine enge Tolerierung der Kantenlage für den Kunden vorteilhaft. Die Kantenlage definiert die genaue Trennung der absorbierenden Bereiche vom Transmissionsbereich.
Bei Filterglas hat sich für die Beschreibung der optischen Eigenschaften die Berechnung der sogenannten Diabatie θ(λ) etabliert: θ(λ) = 1 – log(log (¹/τ_i(λ)))
Hierin ist τ_i(λ) der wellenlängenabhängige Reintransmissionsgrad. Bei der Betrachtung der Transmission von Filtern müssen nicht nur deren Durchlässigkeitswerte beachtet werden, sondern auch noch die an den Grenzflächen reflektierten Beträge. Der Reintransmissionsgrad ist definiert als das Verhältnis des an der Austrittsfläche ankommenden spektralen Strahlungsflusses zu dem in das Filter eingedrungenen.
Das erfindungsgemäße Glas hat im Transmissionsmaximum bei 363 nm vorzugsweise einen Diabatiewert θ(363 nm), der mindestens um den Wert 2 höher ist, als die Diabatiewerte zwischen 450 nm und 650 nm. D. h. es soll insbesondere gelten: θ(363 nm) – θ(450 nm) > 2 θ(363 nm) – θ(650 nm) > 2 (Diese beiden Ungleichungen sind unabhängig von der Dicke des Filterglases.)
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt das Masseverhältnis von Nickeloxid zu Kobaltoxid mehr als 4, weiter bevorzugt mehr als 4,3. Ist das Verhältnis allerdings zu hoch – wird also sehr viel Nickeloxid im Verhältnis zum Kobaltoxid eingesetzt – können negative Folgen im Hinblick auf die Transmission eintreten. Daher sollte dieses Verhältnis vorzugsweise einen Wert von 14, weiter bevorzugt 8, weiter bevorzugt 6, mehr bevorzugt 5,7 und besonders bevorzugt 5 nicht überschreiten.
Zur Einstellung des Transmissionsverhaltens enthalten die hierin beschriebenen Filtergläser die beiden spektral absorbierenden Komponenten Kobaltoxid und Nickeloxid. Mit „Kobaltoxid” ist erfindungsgemäß bevorzugt die Spezies CoO gemeint. Mit „Nickeloxid” ist bevorzugt die Spezies NiO gemeint.
Der Gehalt an Kobaltoxid beträgt mindestens 0,01 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 0,1 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 0,2 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 0,3 Gew.-%. Bei zu geringem Gehalt wird die erforderliche Absorption im grünen bis roten Spektralbereich nicht verwirklicht. Der Gehalt an Kobaltoxid sollte einen Wert von 3 Gew.-%, bevorzugt 2 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,6 Gew.-% nicht überschreiten. Wird zu viel Kobaltoxid eingesetzt, wird die Kantenlage im roten Spektralbereich zu längeren Wellenlängen verschoben.
Kobaltoxid absorbiert im grünen bis roten Spektralbereich von ca. 500 bis ca. 700 nm, während Nickeloxid im blauen bis grünen Spektralbereich von ca. 400 bis ca. 550 nm absorbiert.
Hinsichtlich der Komponente Nickeloxid gilt, dass erfindungsgemäß ein Gehalt von wenigstens 0,1 Gew.-% erforderlich ist, um die vorteilhaften Transmissionseigenschaften – also die Absorption im blauen Spektralbereich – zu erzielen. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Gehalt an Nickeloxid wenigstens 0,25 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 1 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 1,4 Gew.-%. Allerdings sollte der Gehalt an Nickeloxid auch nicht zu hoch sein, da andernfalls die Spektralkante im blauen Bereich weniger steil wäre. Insbesondere beträgt der Gehalt an Nickeloxid in dem Filterglas höchstens 8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 4 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-%.
Um die Transmissionseigenschaften des Filterglases nicht zu beeinträchtigen, sollte der Gehalt der beiden Komponenten Nickeloxid und Kobaltoxid in Summe einen Betrag von 8 Gew.-% nicht überschreiten, vorzugsweise sollte dieser Betrag 6 Gew.-%, weiter bevorzugt 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 4 Gew.-% und besonders bevorzugt 2,5 Gew.-% nicht überschreiten. Dennoch sollte ein Mindestanteil von 0,2 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 0,6 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 1 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 1,5 Gew.-% eingesetzt werden.
Die Wahl der spektral absorbierenden Oxide sowie die Glaszusammensetzung insgesamt führen zu vorteilhafter Solarisationsresistenz. Dies hängt damit zusammen, dass die UV-Strahlung, welche die Solarisation verursacht, nur in einem engen Wellenlängenbereich von ca. 325 bis 389 nm nennenswert in das Filterglas eindringt. Im Bereich kürzerer Wellenlängen, die ohnehin den höheren Solarisationsschaden verursachen, sorgt ein vorzugsweise ebenfalls im Glas enthaltener Anteil an TiO₂ für weitere UV-Absorption.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das Filterglas zwar die beiden spektral absorbierenden Oxide Nickeloxid und Kobaltoxid aufweist, aber frei ist von weiteren absorbierenden Oxiden ausgewählt aus Mangan, Eisen, Chrom, Kupfer und Cer. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Glas außerdem frei von Lanthan, Yttrium, Gadolinium, Ytterbium und/oder Zirkon, insbesondere von deren Oxiden. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Glas ferner frei von Zinnoxid, Lithiumoxid, Fluorid, Magnesium und/oder SO₃. Bei Verwendung von SO₃ kann sich Nickelsulfid bilden, wodurch das Glas als Filterglas unbrauchbar wäre. Das Glas kann kleine Mengen an Cl enthalten, insbesondere wenigstens 0,02 Gew.-%, bevorzugt wenigstens 0,1 Gew.-%; bevorzugt aber höchstens 1 Gew.-% oder höchstens 0,5 Gew.-%. Diese Komponente dient sowohl als Läutermittel als auch zur Verbesserung des Einschmelzverhaltens. Cl kann in Form von Natriumchlorid zugesetzt werden.
Wenn es in dieser Beschreibung heißt, das Filterglas enthalte eine Komponente nicht bzw. es sei frei von einer bestimmten Komponente, so ist damit gemeint, dass diese Komponente dem Glas nicht gezielt zugefügt wird und vorzugsweise allenfalls als Verunreinigung in einem Gehalt von nicht mehr als 50 ppm, weiter bevorzugt nicht mehr als 30 ppm, mehr bevorzugt nicht mehr als 10 ppm und besonders bevorzugt nicht mehr als 1 ppm im Filterglas vorhanden ist.
Soweit in dieser Anmeldung Prozentangaben gemacht werden, beziehen sich diese Angaben auf Gew.-%, wenn nichts anderes erwähnt ist. Angaben, die sich auf ein Verhältnis oder Mengenverhältnis beziehen, betreffen Massenverhältnisse, wenn nichts anderes angegeben ist.
Das Filterglas im optischen Filter dieser Erfindung umfasst Siliciumdioxid in einem Anteil von wenigstens 45 Gew.-%. Siliciumdioxid ist ein Netzwerkbildner. Er sorgt für die erforderliche chemische Resistenz und dient der Einstellung der Viskositätseigenschaften. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Gehalt an Siliciumdioxid in den Filtergläsern wenigstens 55 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 65 Gew.-%. Andererseits erhöht Siliciumdioxid auch den Schmelzpunkt sowie die Verarbeitungstemperatur des Filterglases, was den Energieeinsatz bei der Herstellung erhöht. Damit dieser nicht zu hoch wird, ist der Gehalt an Siliciumdioxid auf 75 Gew.-%, vorzugsweise auf 71 Gew.-% beschränkt.
Das Filterglas in dem optischen Glasfilter dieser Erfindung kann Boroxid in Mengen von bis zu 5 Gew.-% umfassen. Boroxid ist ein Netzwerkbildner, der einen positiven Einfluss auf die chemische Beständigkeit hat. Allerdings sind in jüngster Zeit Bedenken hinsichtlich der Kanzerogenität von Boroxid als Rohstoff aufgetreten, was den Einsatz dieser Komponente in der Herstellung der Filtergläser erschwert. Daher ist der Gehalt dieser Komponente vorzugsweise möglichst gering. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Gehalt an Boroxid in dem Filterglas daher auf höchstens 3 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 2 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-% oder höchstens 0,5 Gew.-% beschränkt. Dennoch können gewisse Ausführungsformen Boroxid in einem Anteil von wenigstens 0,01 Gew.-% oder wenigstens 0,1 Gew.-% aufweisen. Gewisse Ausführungsformen können frei von Boroxid sein.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Filtergläser können Aluminiumoxid aufweisen. Aluminiumoxid ist in Mengen von höchstens 5 Gew.-% in dem Filterglas enthalten. Aluminiumoxid erhöht die chemische Beständigkeit des Filterglases. Allerdings erhöht Aluminiumoxid auch den Schmelzpunkt, so dass dessen Gehalt nicht zu hoch sein sollte. Bevorzugte Ausführungsformen umfassen Aluminiumoxid in Mengen von höchstens 3 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 2 Gew.-%. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenigstens 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 1 Gew.-% Aluminiumoxid in dem Filterglas einzusetzen.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Filtergläser können Natriumoxid in Mengen von bis zu 15 Gew.-% aufweisen. Natriumoxid verringert die Verarbeitungstemperatur der Filtergläser, beeinträchtigt aber bei Einsatz in zu großer Menge die chemische Beständigkeit der Gläser. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Gehalt an Natriumoxid auf höchstens 13,5 Gew.-% beschränkt. Bevorzugte Ausführungsformen enthalten vergleichsweise große Mengen Natriumoxid, nämlich vorzugsweise wenigstens 5 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 7 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 9 Gew.-%.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Gehalt an Natriumoxid größer als der Gehalt an Kaliumoxid in dem Filterglas. Das Filterglas enthält erfindungsgemäß Kaliumoxid in Mengen von wenigstens 2 Gew.-%. Wie Natriumoxid führt auch der Einsatz von Kaliumoxid zu einer Herabsetzung der Verarbeitungstemperatur des Filterglases. Bei Einsatz von zu viel Kaliumoxid verringert sich ebenfalls die chemische Beständigkeit des Filterglases, so dass der Gehalt an Kaliumoxid erfindungsgemäß auf höchstens 20 Gew.-%, bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 10 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 9 Gew.-% beschränkt ist. Ein gewisser Anteil an Kaliumoxid hingegen hat vorteilhafte Wirkung, so dass in bevorzugten Ausführungsformen Kaliumoxid in Mengen von wenigstens 3,5 Gew.-% oder wenigstens 4 Gew.-% eingesetzt wird.
Die Alkalimetalloxide Natriumoxid, Kaliumoxid und Lithiumoxid können in gewissen Grenzen gegeneinander ausgetauscht werden. Da Lithiumoxid die chemische Beständigkeit und die Kristallisationsstabilität des Filterglases am stärksten beeinträchtigen kann, wird Lithiumoxid vorzugsweise in Mengen von nicht mehr als 3 Gew.-%, weiter bevorzugt nicht mehr als 1 Gew.-% eingesetzt. Vorteilhafte Ausführungsformen sind frei von Lithiumoxid. Vorzugsweise enthält das Filterglas neben den drei genannten keine weiteren Alkalimetalloxide.
Das Filterglas besteht in bevorzugten Ausführungsformen vorzugsweise zu wenigstens 90 Gew.-%, weiter bevorzugt zu wenigstens 95 Gew.-%, mehr bevorzugt zu wenigstens 98 Gew.-% und besonders bevorzugt zu wenigstens 99 Gew.-% aus den hierin genannten Komponenten. Gemäß einer Ausführungsform besteht das Glas zu 90 Gew.-%, vorzugsweise 95 Gew.-%, mehr bevorzugt zu 98 Gew.-% aus den Komponenten SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, CaO, PbO, BaO, TiO₂, Sb₂O₃ As₂O₃, NiO, CoO und Cl.
Um optimale Eigenschaften des Filterglases im Hinblick auf Verarbeitung und hydrolytische Beständigkeit zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Summe der Alkalimetalloxide auf höchstens 25 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 21 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 18 Gew.-% zu beschränken. Um die gewünschten Eigenschaften im Hinblick auf die Verarbeitungstemperatur zu erreichen, sollte der Gehalt an Alkalimetalloxiden vorteilhafterweise einen Wert von wenigstens 9 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 12 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 15 Gew.-% betragen.
Die Erdalkalimetalloxide Bariumoxid, Calciumoxid und Magnesiumoxid sowie gegebenenfalls Strontiumoxid können eingesetzt werden, um die Viskosität des Filterglases einzustellen sowie dessen Schmelztemperatur zu senken. Durch den Einsatz von Erdalkalimetalloxiden wird die chemische Resistenz des Filterglases nicht in dem Maße beeinträchtigt wie durch den Einsatz von Alkalimetalloxiden. Daher kommen erfindungsgemäß bevorzugt Erdalkalimetalloxide in dem vorliegenden Glas in Mengen zum Einsatz, die vorzugsweise wenigstens 5 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 7 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 9 Gew.-% betragen. Allerdings sollte deren Gehalt, um die chemische Resistenz nicht zu sehr einzuschränken, einen Betrag von 15 Gew.-%, bevorzugt 13 Gew.-% und besonders bevorzugt 11,5 Gew.-% nicht überschreiten.
Das Filterglas kann Calciumoxid in Mengen von bis zu 15 Gew.-% aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Filtergläser Calciumoxid in Mengen von höchstens 13 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 8 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 5 Gew.-% auf. Calciumoxid wird vorzugsweise in Mengen von wenigstens 1,5 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 2,75 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 4 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 5 Gew.-% eingesetzt. Calciumoxid hat sich als für die Filtergläser dieser Erfindung besonders taugliches Erdalkalimetalloxid erwiesen. Insbesondere ist die Herabsetzung der chemischen Resistenz durch diese Komponente weniger ausgeprägt als beispielsweise bei Magnesiumoxid oder Strontiumoxid. Aus diesem Grund sind die Gläser der vorliegenden Erfindung vorzugsweise sogar frei von Magnesiumoxid und/oder Strontiumoxid. In anderen Ausführungsformen ist die Menge an Magnesiumoxid in den erfindungsgemäßen Filtergläsern auf höchstens 2 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 1 Gew.-% reduziert. In einigen Ausführungsformen dieser Erfindung enthalten die Filtergläser Strontiumoxid in Mengen von höchstens 1 Gew.-%.
Die Gläser dieser Erfindung enthalten Bariumoxid in Mengen von höchstens 15 Gew.-%. Bariumoxid hat sich im Hinblick auf die Absenkung der Verarbeitungstemperatur und die Beeinträchtigung der chemischen Resistenz als besonders vorteilhaft erwiesen. Aus diesem Grund enthalten die Filtergläser, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, vorzugsweise mehr Bariumoxid als Calciumoxid (bezogen auf die Masse). In bevorzugten Ausführungsformen enthalten die Filtergläser Bariumoxid in Mengen von wenigstens 0,1 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 3 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 5 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 6 Gew.-%. Dennoch sollte der Gehalt an Bariumoxid nicht zu hoch gewählt werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist der Gehalt diese Komponente daher auf höchstens 12 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 10 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 9 Gew.-% beschränkt.
Die Filtergläser, die in dem erfindungsgemäßen optischen Farbfilter zum Einsatz kommen, sind erstaunlich solarisationsresistent, gerade in Anbetracht der Tatsache, dass wenig oder gar kein Bleioxid in diesen Gläsern eingesetzt wird. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sinkt nach einer 7-stündigen Bestrahlung mit einer UV-Lampe, insbesondere mit einer F400-Standardlampe bei 450 W und einem Abstand von 14 cm, der maximale Reintransmissionsgrad des erfindungsgemäßen optischen Filters um weniger als 7%, vorzugsweise um weniger als 5%, am meisten bevorzugt um weniger als 3% (bei einer Dicke = 3,25 mm). Um die Solarisationsbeständigkeit der Gläser zu unterstützen wird vorzugsweise Titandioxid in Mengen von bis zu 5 Gew.-% eingesetzt. Titandioxid bewahrt das Glas einerseits durch UV-Absorption vor Solarisation, beeinträchtigt andererseits aber die Transmissionseigenschaften und die Kristallisationsstabilität. Aus diesem Grund ist der Gehalt dieser Komponente vorzugsweise auf höchstens 2,5 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-% reduziert. In besonders vorteilhaften Ausführungsformen wird Titandioxid in Mengen eingesetzt, die wenigstens 0,01 Gew.-%, weiter bevorzugt wenigstens 0,1 Gew.-%, mehr bevorzugt wenigstens 0,3 Gew.-% und besonders bevorzugt wenigstens 0,4 Gew.-% betragen.
In Gläsern aus dem Stand der Technik wird häufig Bleioxid eingesetzt, um die Solarisationsbeständigkeit der Filtergläser zu erhöhen. Bleioxid wird heutzutage aus Gesundheits- und Umweltschutzgründen abgelehnt. Die Gläser in den optischen Filtern der vorliegenden Erfindung kommen mit sehr wenig Bleioxid bzw. gänzlich ohne Bleioxid aus. Der Gehalt an Bleioxid ist in den erfindungsgemäßen Gläsern auf höchstens 7 Gew.-%, bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 2 Gew.-% und besonders bevorzugt höchstens 1 Gew.-% beschränkt. Besonders bevorzugte Ausführungsformen sind frei von Bleioxid.
Die spektral absorbierenden Komponenten Nickeloxid und Kobaltoxid tragen mit ihren Absorptionseigenschaften zur Erhöhung der Solarisationsbeständigkeit der Filtergläser bei. Um eine optimale Balance der Solarisationsstabilität im Hinblick auf die Transmission der Gläser zu gewährleisten, gilt, dass die Summe der Gehalte an Bleioxid und Kobaltoxid vorzugsweise geringer sein soll als der Gehalt an Nickeloxid in den Filtergläsern.
In Gläsern aus dem Stand der Technik wird häufig Arsenoxid als Läutermittel eingesetzt. Aufgrund der Toxizität dieser Komponente ist es bevorzugt, dass die Gläser dieser Erfindung Arsenoxid in Mengen von nicht mehr als 0,1 Gew.-% aufweisen. Vorzugsweise sind die Gläser dieser Erfindung frei von Arsenoxid. Als Läutermittel können die Gläser Antimonoxid oder andere Läutermittel in Mengen von 0,1 bis 0,5 Gew.-% aufweisen.
Das erfindungsgemäße Glas kann übliche Läutermittel in geringen Mengen beinhalten. Vorzugsweise beträgt die Summe der zugesetzten Läutermittel höchstens 1,0 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%. Als Läutermittel kann in dem erfindungsgemäßen Glas mindestens eine der folgenden Komponenten enthalten sein (in Gew.-%):

Sb₂O₃ 0–1 und/oder

As₂O₃ 0–1 und/oder

SnO 0–1 und/oder

SO₄ ^2– 0–1 und/oder

anorganische Peroxide 0–1
Als anorganische Peroxide können beispielsweise Zinkperoxid, Lithiumperoxid und/oder Erdalkaliperoxide verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Glas As₂O₃-frei, da diese Komponente aus ökologischen Gründen als problematisch angesehen wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Glas auch vorzugsweise frei von anderen, in den Ansprüchen oder der Beschreibung nicht genannten Komponenten, d. h. gemäß einer derartigen Ausführungsform besteht das Glas im Wesentlichen aus den vorstehend aufgeführten Komponenten SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, CaO, PbO, BaO, TiO₂, Sb₂O₃, As₂O₃, NiO, CoO und Cl, wobei einzelne, als nicht oder weniger bevorzugt genannte Komponenten ausgenommen sein können. Der Ausdruck „im Wesentlichen bestehen aus” bedeutet dabei, dass andere Komponenten höchstens als Verunreinigungen vorliegen, jedoch der Glaszusammensetzung nicht als einzelne Komponente beabsichtigt zugegeben werden.
Die Filtergläser, die erfindungsgemäß eingesetzt werden, weisen Brechungsindices n_d von vorzugsweise 1,5 bis 1,7 auf. Die Transformationstemperatur Tg beträgt vorzugsweise wenigstens 450°C und höchstens 750°C, insbesondere höchstens 650°C. Die Dichte der Filtergläser beträgt vorzugsweise nur etwa 2,3 bis 2,8 g/cm³. Der thermische Ausdehnungskoeffizient α_20°C/300°C beträgt vorzugsweise höchstens 1,1·10^–5/K; besonders bevorzugt höchstens 0,9·10^–5/K. Hierdurch eignet sich das Glas besonders für den Einsatz bei hohen Temperaturen. Zudem kann das Glas thermisch vorgespannt werden.
Der erfindungsgemäße optische Filter ist besonders schlierenarm, insbesondere weist er eine Schlierenklasse nach ISO 10110 von mindestens 4, vorzugsweise von 5 auf. Die Schlierenklasse nach MIL-G-147B beträgt vorzugsweise mindestens B, mehr bevorzugt A. Als Schlieren werden Schwankungen der Brechzahl im Glas mit kurzen Reichweiten bezeichnet. Schlieren können gemäß ISO 10110 Teil 4 klassifiziert werden.
Beispiele
Die in der folgenden Tabelle genannten Gläser wurden in einem optischen Filter gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt (Angaben in Gew.-%).
1 zeigt das Reintransmissionsspektrum von Beispielglas Ex2 bei 3,25 mm Dicke. Es ist ersichtlich, dass dieses Filterglas nahezu vollständige Absorption im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm zeigt und im UVA-Bereich sehr gute Reintransmissionswerte hat.
2 zeigt dieselben Werte wie 1 in diabatischer Auftragung.
3 zeigt die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen optischen Filters (mit Filterglas Ex2) vor und nach einer 7-stündigen Bestrahlung mit einer UV-Lampe. Der maximale Reintransmissionsgrad sinkt um weniger als 3% (bei einer Dicke = 3,25 mm), oder anders ausgedrückt: der maximale Diabatiewert sinkt um weniger als 0,09.

Claims

Optischer Glasfilter umfassend ein Filterglas, welches die folgende Zusammensetzung umfasst (in Gew.-% auf Oxidbasis): SiO₂ 45–75 B₂O₃ 0–5 Al₂O₃ 0–5 Na₂O 0,3–15 K₂O 2–20 CaO 0–15 BaO 0–15 TiO₂ 0–5 CoO 0,01–3 NiO 0,1–8 PbO < 7

wobei das Masseverhältnis von NiO zu CoO wenigstens 3 beträgt.
Optischer Glasfilter nach Anspruch 1, wobei dessen Unterschied in der Diabatie bei den Wellenlängen 363 nm und 450 nm größer als 2 ist: θ(363 nm) – θ(450 nm) > 2.
Optischer Glasfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Filterglas NiO und CoO in einer Menge von zusammen höchstens 5 Gew.-% aufweist.
Optischer Glasfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterglas ZnO in einem Anteil von höchstens 3 Gew.-% umfasst.
Optischer Glasfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterglas Eisen in einem Anteil von weniger als 0,1 Gew.-% umfasst.
Optischer Glasfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterglas Alkalimetalloxide in einem Anteil von wenigstens 13 Gew.-% umfasst.
Optischer Glasfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterglas BaO in einem Anteil von höchstens 10 Gew.-% umfasst.
Optischer Glasfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filterglas frei ist von einem oder mehreren der Komponenten La, Y, Gd, Yb, Zr, Mn, Fe, Cr, Cu, Ce, Sn, Li, F, Mg und/oder SO₃.
Optischer Glasfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Glasfilter eine Schlierenklasse gemäß ISO 10110 von 4 oder besser aufweist.
Verwendung eines Filterglases gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche als Glasfilter.