DE102015119942A1 - Optisches Glas mit negativer anormaler Teildispersion / Kurzflintsondergläser - Google Patents

Optisches Glas mit negativer anormaler Teildispersion / Kurzflintsondergläser

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES, OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/04Glass compositions containing silica
    • C03C3/076Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
    • C03C3/097Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing phosphorus, niobium or tantalum

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Gläser, insbesondere Kurzflintsondergläser (KZFS) und optische Elemente und Bauteile, die diese Gläser umfassen, sowie deren Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung solcher optischen Gläser. Die optischen Gläser der vorliegenden Erfindung zeichnen sich durch einen ausgeprägten Kurzflint-Charakter und zudem durch eine ausgezeichnete Transmission und chemische Beständigkeit und Bearbeitbarkeit aus. Dabei können sich die erfindungsgemäßen Gläser durch geringere Produktionskosten aufgrund verringerter Rohstoff- und Prozesskosten, durch ihre auch in kleinen Schmelzaggregaten händelbaren Kristallisationseigenschaften, sowie durch gute Umweltverträglichkeit auszeichnen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft optische Gläser, insbesondere Kurzflintsondergläser (KZFS) und optische Elemente und Bauteile, die diese Gläser umfassen, sowie deren Verwendung und ein Verfahren zur Herstellung solcher optischen Gläser.
  • In qualitativ hochwertigen optischen Systemen ist die Farbfehlerkorrektur bereits vom Design des Systems an ein wichtiges Thema. Für exzellente Farbfehlerkorrektur sind Gläser mit ausgeprägtem Kurzflint-Charakter unabdingbar. Dabei handelt es sich um Gläser, deren relative Teildispersion signifikant von der Normalgeraden abweicht und die daher zur Farbfehlerkorrektur besonders geeignet sind.
  • Herkömmliche optische Gläser und deren optische Anwendungen als Linsen in Objektiven, für die digitale Projektion (z. B. Objektive, Ferngläser, Mikroskope, Beamer, Mobilfunk-Kameras, Mobile Drive) erfüllen häufig die Eigenschaft einer negativen anomalen Teildispersion und/oder die Anforderung einer hohen chemischen Beständigkeit nicht.
  • Aufgrund deren Einstufung als umweltbelastende Komponenten ist es zudem wünschenswert möglichst blei- und arsenarme, bevorzugt blei- und arsenfreie, optische Gläser bereit zu stellen. Darüber hinaus rückt zudem immer mehr die Wirtschaftlichkeit eines Glases in den Fokus der Glashersteller und der Hersteller optischer Instrumente und Produkte. Deshalb ist es zudem wünschenswert möglichst Rohstoffe, die sich aufgrund der begrenzten und auch lokal begrenzten Weltvorräte auf hohem Preisniveau bewegen, wie z. B. Ta-Rohstoffe und GeO2, als Komponente in einem Glas zu verringern oder bevorzugt zu vermeiden. Damit würde auch sichergestellt, dass ein solches Glas in Zukunft zur Verfügung gestellt werden kann. Zur Verwendung in Produkten hoher Vergütungsstufen gewinnen zudem Gläser mit erhöhter chemischer Beständigkeit stetig an Bedeutung.
  • Insbesondere durch Kombination von Gläsern mit unterschiedlicher Abbezahl kann nur ein Teil der chromatischen Aberration bei Linsensystemen beseitigt werden. Die restliche chromatische Aberration, das sogenannte sekundäre Spektrum, wird durch Einsatz von Gläsern mit stark abweichenden Teildispersionen reduziert. Letzteres bedeutet die Kombination von Gläsern, die eine negativ abweichende Teildispersion haben, mit Gläsern, die eine positiv abweichende Teildispersion haben, in einem Linsensystem.
  • Häufig wird diese optische Eigenschaft der negativ abweichenden anomalen Teildispersion durch den Einsatz von PbO und/oder Ta2O5 hervorgerufen, was aus den vorstehend genannten ökologischen und ökonomischen Beweggründen möglichst vermieden bzw. verringert werden soll.
  • PbO und Ta2O5 sind jedoch Komponenten, die eine besonders kleine anomale Teildispersion hervorrufen können. Durch einen einfachen Ersatz durch eine oder mehrere Bestandteile gelingt eine Reproduktion der durch PbO und/oder Ta2O5 beeinflussten und gewünschten optischen und glastechnischen Eigenschaften in der Regel jedoch nicht. Stattdessen sind Neuentwicklungen oder weitreichende Änderungen in der Glaszusammensetzung nötig.
  • Bekannte Blei- und/oder Tantal-freie Gläser der gewünschten optischen Lage basieren in der Regel auf der Verwendung sehr hoher Anteile an Alkalioxiden und/oder B2O3 in silikatischer Matrix, was üblicherweise zu einem gegenüber Säuren und/oder Laugen wenig beständigen Glas führt.
  • Vorbekannte Gläser, mit ähnlicher wie in der vorliegenden Erfindung erreichten optischen Lage oder vergleichbarer chemischer Zusammensetzung, zeigen zudem, insbesondere im direkten Vergleich mit den erfindungsgemäßen Gläsern, deutliche Nachteile: Bei den in Dokument DE 102 007 025 601 A1 beschriebenen Gläsern führt die Kombination der Komponenten nicht zu einem Glas, das alle optischen und gleichzeitig physikalischen Eigenschaften vereint. Das Glas wird außerdem als ein „kurzes” Glas mit dem Merkmal, ΔT(T(η) bei 107,6 – T(η) bei 1013) beträgt höchsten 150 K, beschrieben. Die erfindungsgemäßen Gläser liegen bezüglich ΔT > 150 K durch das Fehlen von ZnO und der in der Schrift zwingend enthaltenen Oxids des Kalziums. Zudem weist das Glas einen zu geringen Gehalt an B2O3 auf.
  • Dokument DE 102 25 366 offenbart Gläser mit höheren SiO2-Gehalten und niedrigeren B2O3-Gehalten, die außerdem zwingend ZrO2 von mehr als 10 bis 20 Gew.-% enthalten. Aus dieser Kombination resultiert ein Glas mit einem Tg von deutlich über 560°C. Außerdem erhöhen sich die Schmelztemperaturen, was unwirtschaftlich ist. Darüber hinaus ist es nicht ohne Weiteres möglich, ein solches Glas durch Wiederverpressen weiter zu bearbeiten.
  • Die in Dokument WO 01/72650 A1 offenbarten Gläser enthalten zwingend Nb2O5 von 20 bis 50 Gew.-%. Diese Komponente nutzt, um den Brechwert zu erhöhen und die Abbezahl zu verringern. Jedoch ist mit diesen Mengen eine vorteilhafte optische Brechwertlage nicht zu erreichen. Außerdem ist Nb2O5 eine redoxempfindliche Komponente und führt zu Gläser mit verschlechterter Transmission.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile zu überwinden.
  • Insbesondere ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung optische Gläser, insbesondere Kurzflintsondergläser, bzw. einen Zusammensetzungsbereich für derartige optische Gläser, bereit zu stellen, die eine vorteilhafte negativ abweichende Teildispersion, einen vorteilhaften Brechwert nd und eine vorteilhafte Abbezahl νd aufweisen, und darüber hinaus vergleichsweise kristallisationsstabil, gut herzustellen sind und sehr gute Beständigkeitsklassen nach ISO 8424 (Säureresistenz SR, 2. Ausgabe vom 15.06.1996) und ISO 10629 (Alkaliresistenz AR, 1. Ausgabe vom 1.07.1996) aufweisen.
  • In den erfindungsgemäßen Gläsern sollte dabei der Einsatz teurer, in der Verfügbarkeit eingeschränkter und/oder transmissionsabschwächender Komponenten zugunsten kostengünstiger, verfügbarer, im Anwendungstransmissionsbereich nicht eigenabsorbierender Materialien verringert, bevorzugt ganz darauf verzichtet, werden. Insbesondere sollen auch aufgrund ökologischer und ökonomischer Erwägungen die Verwendung von PbO und/oder As2O3 und möglichst auch Bi2O3, bevorzugt ebenfalls TiO2-, Gd2O3-, Y2O3-, GeO2-, Ta2O5-, Al2O3-, WO3-, ZnO-, BaO-, und/oder F-Gehalte verringert, bevorzugt vermieden, werden, wobei die gewünschten optischen Eigenschaften dennoch erreicht werden sollen. Dabei sollen diese Gläser bei einem ausgeprägten Kurzflint-Charakter eine ausgezeichnete Transmission und chemische Beständigkeit aufweisen. Diese Gläser sollten möglichst über ein Pressverfahren verarbeitbar sein und anwendungsbezogene, insbesondere auch die Weiterverarbeitung betreffende, geringe Transformationstemperaturen Tg aufweisen. Ferner sollen sie gut zu schmelzen und zu verarbeiten sein, sowie eine ausreichende Kristallisationsstabilität besitzen, die eine Fertigung in kontinuierlich geführten Aggregaten möglich macht.
  • Derartige Gläser sollten sich insbesondere für den Einsatz in den Applikationsfeldern Abbildung als Linsen in Objektiven für die Digitale Projektion (z. B. Objektive, Ferngläser, Mikroskope, Beamer, Mobilfunk-Kameras, Mobile Drive), Sensorik, Medizintechnik, Photolithographie, Lasertechnologie, Wafer/Chip-Technologie, sowie für die Telekommunikation, optische Nachrichtentechnik und Optik/Beleuchtung im Sektor Automotive eignen.
  • Diese und andere Aufgaben werden durch den Gegenstand der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Insbesondere werden diese und andere Aufgaben durch ein Glas nach Anspruch 1 und die Verwendung eines derartigen Glases zur Herstellung, für oder in optischen Elementen nach Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
  • Ein optisches Glas nach Anspruch 1 umfasst die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf Oxidbasis:
    SiO2 > 38–47
    B2O3 > 12–17
    SiO2 + B2O3 ≥ 50–65
    ZrO2 ≥ 10
    Nb2O5 0–20
    Σ R2O (R = Li, Na, K) > 10–14
  • Ein erfindungsgemäßes Glas zeichnet sich insbesondere durch eine gute chemische Beständigkeit aus, ist vergleichsweise kristallisationsstabil, relativ leicht herzustellen und weist zusätzlich eine sehr gute Beständigkeitsklasse nach ISO8424 (2. Ausgabe vom 15.06.1996) und ISO 10629 (1. Ausgabe vom 01.07.1996) auf.
  • Die optischen Gläser nach der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise Kurzflintsondergläser (kurz: KZFS).
  • Gemäß der Erfindung sollen die Begriffe, wie „höchstens” oder „nicht überschreiten” im Zusammenhang mit der Angabe einer Menge einer im Glas enthaltenen Komponente bedeuten, dass diese Komponente bis zu dieser Menge vorliegen kann aber auch in kleineren Mengen (mathematisch: ≤).
  • Der Fachmann wird zwischen den angegebenen unteren und oberen Grenzen frei einen geeigneten Bereich wählen, was hiernach für alle besprochenen Komponenten der erfindungsgemäßen Gläser gilt.
  • Wenn nicht anders angegeben beziehen sich Angaben und Gehalte auf den Gehalt einer Komponente in Gew.-% auf Oxidbasis. Verhältnisangaben betreffen Masseverhältnisse, wenn nichts anderes angegeben ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erfindungsgemäße Glas vorzugsweise frei von anderen, vorstehend oder im Folgenden nicht genannten Komponenten, d. h. gemäß einer derartigen Ausführungsform besteht das Glas im Wesentlichen aus den vorstehend bzw. im Folgenden genannten Komponenten. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das erfindungsgemäße Glas vorzugsweise zu mindestens 90 Gew.-%, mehr bevorzugt zu mindestens 95 Gew.-%, noch mehr bevorzugt zu mindestens 99 Gew.-% aus den genannten Komponenten.
  • Im folgenden bedeutet der Ausdruck „X-frei” bzw. „frei von einer Komponente X”, dass das Glas diese Komponente X im Wesentlichen nicht enthält, d. h. dass eine solche Komponente höchstens als Verunreinigung in dem Glas vorliegt, jedoch der Glaszusammensetzung nicht als einzelne Komponente zugegeben wird. Das bedeutet, dass die Komponente X nicht in wesentlichen Mengen zugesetzt wird. Nicht wesentliche Mengen sind erfindungsgemäß Mengen von weniger als 100 ppm, bevorzugt weniger als 50 ppm und am meisten bevorzugt weniger als 10 ppm. X steht dabei für eine beliebige Komponente, wie beispielsweise PbO, As2O3, Ta2O5 oder GeO2.
  • Als Maß für die Dispersion eines optischen Glases zwischen den Wellenlängen F bei λ 486,13 nm und C bei λ 656,27 nm wird die Abbezahl νd benutzt, die gemäß Gleichung (1) berechnet wird. Die Symbole nd, nF und nC sind dabei die Brechzahlen bei den Wellenlängen d (λ = 587,56 nm), F (λ = 486,13 nm) und C (λ = 656,27 nm). νd = nd – 1 / nF – nC Gleichung (1)
  • Die relative Teildispersion im blauen Bereich wird bevorzugt durch die Größe Pg,F nach Gleichung (2) berechnet. Die Wellenlänge g entspricht dabei λ 435,83 nm. Pg,F = ng – nF / nF – nC Gleichung (2)
  • Die Lage der Normalgeraden, auf der die Mehrzahl der optischen Gläser annähernd liegen, ist anhand von Wertepaaren der Glasarten K7 und F2 (SCHOTT Katalog „Optisches Glas" 2014) definiert. Der Schnittpunkt P ~g,F mit der Geraden bei gegebener Abbezahl wird nach Gleichung (3) berechnet. P ~g,F = 0,6438 – 0,001682·νd Gleichung (3)
  • Das ΔPg,F, wie hierin verwendet, ist die Differenz aus P ~g,F und Pg,F des Glases, gemäß Gleichung (4). ΔPg,F = Pg,F – P ~g,F Gleichung (4)
  • Der Ausdruck „negativ abweichende anomale Teildispersion”, wie hierin verwendet bezeichnet bevorzugt einen Wert ΔPg,F < 0.
  • Ein Glas nach der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt einen Brechwert nd von mindestens 1,60, weiter bevorzugt von mindestens 1,61 und noch weiter bevorzugt von mindestens 1,612 auf. Der Brechwert nd beträgt dabei bevorzugt höchstens 1,625, bevorzugter höchstens 1,616 und noch bevorzugter höchstens 1,615. Insbesondere bevorzugt ist ein Brechwert nd von 1,60 bis 1,625, bevorzugter von 1,61 ≤ nd ≤ 1,62, und noch bevorzugter von 1,612 ≤ nd ≤ 1,616.
  • Ein Glas nach der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt eine negativ abweichende anomale Teildispersion von ΔPg,F von höchstens –0,0055, bevorzugter höchstens –0,0060 und noch bevorzugter höchstens –0,0065 auf. Bevorzugt beträgt die negativ abweichende anomale Teildispersion ΔPg,F mindestens –0,0119, weiter bevorzugt mindestens –0,0110, noch weiter bevorzugt mindestens –0,0100 und noch weiter bevorzugt mindestens –0,0098. Insbesondere bevorzugt ist eine negativ abweichende anomale Teildispersion von ΔPg,F von –0,0119 ≤ ΔPg,F ≤ –0,0055, weiter bevorzugt von –0,0110 ≤ ΔPg,F ≤ –0,0055, noch weiter bevorzugt von –0,0100 ≤ ΔPg,F ≤ –0,0060 und besonders bevorzugt von –0,0098 ≤ ΔPg,F ≤ –0,0065. Gläser mit einer derartigen negativ abweichenden anomalen Teildispersion sind zur Farbfehlerkorrektur besonders geeignet.
  • Bevorzugt weist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung eine Abbezahl νd von mindestens 42,7, bevorzugter mindestens 43,0 und noch bevorzugter von mindestens 43,2 auf. Bevorzugt ist die Abbezahl νd höchstens 45,9, bevorzugter höchstens 45,7 und noch bevorzugter höchstens 45,3, besonders bevorzugt höchstens 44,9. Insbesondere bevorzugt ist eine Abbezahl νd von 42,7 bis 45,9, bevorzugter von 43,0 ≤ νd ≤ 45,7, und noch bevorzugter von 43,2 ≤ νd ≤ 44,9.
  • Die Gläser enthalten als Glasbildner die Komponenten SiO2 und B2O3. Der Gehalt an SiO2 in der Zusammensetzung beträgt mehr als 38 Gew.-%, bevorzugt mindestens 40 Gew.-% und noch bevorzugter mindestens 41 Gew.-%. Der Gehalt an SiO2 in der Zusammensetzung beträgt höchstens 47 Gew.-%, bevorzugt höchstens 46 Gew.-%. Insbesondere bevorzugt beträgt der Gehalt an SiO2 in der Zusammensetzung von > 38 bis 47 Gew.-%, bevorzugt von > 38 bis 46 Gew.-%, weiter bevorzugt von 40 bis 47 Gew.-%, noch weiter bevorzugt von 40 bis 46 Gew.-%, mehr bevorzugt von 41 bis 46 Gew.-%. Ein geringerer SiO2-Gehalt ist nicht vorteilhaft, weil sich die chemische Beständigkeit verschlechtern würde. Bei höheren Anteilen als angegeben würde die Schmelzbarkeit erschwert. SiO2 unterstützt die Erzielung der Brechwertlage im beanspruchten mittleren Bereich.
  • Der Gehalt an B2O3 in der Zusammensetzung beträgt mehr als 12 Gew.-%, bevorzugt mehr als 12,2 Gew.-%, weiter bevorzugt mehr als 12,3 Gew.-%. Der Gehalt an B2O3 in der Zusammensetzung beträgt höchstens 17 Gew.-%, bevorzugt höchstens 16 Gew.-% und weiter bevorzugt höchstens 15 Gew.-%. Insbesondere bevorzugt ist B2O3 in der Zusammensetzung von > 12 bis 17 Gew.-%, bevorzugt von 12,2 bis 17 Gew.-%, weiter bevorzugt von 12,3 bis 17 Gew.-%, mehr bevorzugt von 12,5 bis 16 Gew.-% und besonders bevorzugt 12,5 bis 15 Gew.-% enthalten. B2O3 ist u. a. eine Komponente, die schwerschmelzbare Komponenten wie z. B. ZrO2 löst und wird damit der Funktion als Flussmittel gerecht. Desweiteren senkt B2O3 die negative Teildispersion der Gläser. D. h. der Betrag von ΔPg,F wird größer. Aus diesen Gründen darf der B2O3-Gehalt von > 12 Gew.-% nicht unterschritten werden. Bei höheren Boroxidgehalten über den beanspruchten Bereich hinaus erhöht sich die Aggressivität der Schmelze gegenüber dem Feuerfestmaterial, was für eine wirtschaftliche Produktion von Nachteil ist.
  • Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas in Summe einen Gehalt an SiO2 und B2O3 von mindestens 50 bis 65 Gew.-%, bevorzugt von mehr als 50 bis 65 Gew.-%. Weiter bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas in Summe einen Gehalt an SiO2 und B2O3 von mindestens 54 Gew.-% und noch weiter bevorzugt von mindestens 55 Gew.-%. Weiter bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas in Summe einen Gehalt an SiO2 und B2O3 von höchstens 64 Gew.-%, bevorzugt höchsten 62 Gew.-% und noch weiter bevorzugt von höchstens 61 Gew.-%. Erfindungsgemäß können die Gläser auch Erdalkalioxide umfassen. Erdalkalioxide und ZnO dienen der Einstellung der Viskosität, insbesondere der Feineinstellung des Viskositätstemperatur-Profils. Sie können insbesondere auch genau wie die Alkalioxide als Netzwerkwandler dienen. Der Gehalt an Komponenten MO der Gruppe der Erdalkalimetalloxide MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO soll in Summe bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 3 Gew.-% betragen. Die erfindungsgemäßen Gläser sind in einer bevorzugten Ausführungsform frei von mindestens einer Komponente, die ausgewählt ist aus MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO. Bevorzugt sind die Gläser frei von MgO und SrO und ZnO. Die erfindungsgemäßen Gläser sind in einer bevorzugten Ausführungsform frei von Erdalkalioxiden und ZnO.
  • Wenn Erdalkalioxide in den erfindungsgemäßen Gläsern vorhanden sind, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Erdalkalioxide im erfindungsgemäßen Glas so zu wählen, dass der Massenanteil von Kalziumoxid größer ist als der Massenanteil an Bariumoxid und/oder Strontiumoxid. Es ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt, wenn die Summe der Massenanteile von Bariumoxid und Calciumoxid höchstens 1,0 Gew.-% beträgt.
  • Dabei kann jede der Erdalkalioxid-Komponenten, außer CaO, als einzelne Komponente zu höchstens 4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 2 Gew.-% im Glas vorliegen. CaO ist optional von 0 bis 3 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 2 und weiter bevorzugt von 0 bis 1 Gew.-% enthalten. CaO kann das gewünschte Dispersionsverhalten (Kurzflint) fördern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Glas frei von CaO.
  • Bevorzugt ist der Gehalt an SrO und BaO jeweils höchstens 4 Gew.-%. Der Gehalt an MgO ist bevorzugt höchsten 3 Gew.-%. Der Gehalt an ZnO ist bevorzugt höchstens 2 Gew.-%.
  • Eine Überschreitung dieser Erdalkalioxid-Obergrenzen würde zu einer Absenkung des Brechwertes bei erhöhter Abbezahl und damit aus dem hier favorisierten optischen Lagebereich hinaus führen.
  • Erfindungsgemäß umfassen die Gläser auch Alkalioxide. Bevorzugt ist ein jedes der Alkalimetalloxide Na2O, K2O und Li2O in dem erfindungsgemäßen Glas enthalten.
  • Die Summe R2O der Alkalimetalloxide Na2O, K2O und Li2O sollte gemäß bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gläser 10,5 bis 13,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von 10,8 bis 13 Gew.-% betragen. Bevorzugt beträgt die Summe R2O der Alkalimetalloxide Na2O, K2O und Li2O mehr als 10,8 Gew.-% und weiter bevorzugt mehr als 11 Gew.-%. Bevorzugt beträgt die Summe R2O der Alkalimetalloxide Na2O, K2O und Li2O höchstens 13,5 Gew.-%, noch weiter bevorzugt höchstens 13 Gew.-%. Höhere Gehalte an Alkalioxiden führen zu einem inakzeptabel starken Einfluss in Richtung tiefe Brechwerte. Geringere Gehalte sind nachteilig für das Aufschmelzverhalten des Glases. Die angegebene Summe der Alkalimetalloxide sollte in den angegebenen Bereichen liegen, um die Schmelzbarkeit der Gläser einerseits und andererseits den hierin bevorzugten Pg,F und/oder ΔPg,F zu erreichen.
  • Erfindungsgemäße Gläser umfassen bevorzugt einen Gehalt an Na2O von mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzugter von mindestens 3,0 Gew.-% und noch bevorzugter von mindestens 3,5 Gew.-%. Erfindungsgemäße Gläser umfassen bevorzugt einen Gehalt an Na2O von höchstens 8 Gew.-%, bevorzugt weniger als 8 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 7 Gew.-% und am bevorzugtesten von höchstens 6 Gew.-%. Erfindungsgemäße Gläser umfassen bevorzugt einen Gehalt an Na2O von 2–< 8 Gew.-%, bevorzugter mindestens 3 Gew.-% und höchstens 7 Gew.-%, weiter bevorzugt 3,5 bis 6 Gew.-%. Na2O dient dabei zur Einstellung des angestrebten Dispersionsverhaltens, also des Kurzflint-Charakters. Geringere Anteile würden dagegen den gewünschten Effekt nicht ergeben.
  • Erfindungsgemäße Gläser umfassen bevorzugt einen Gehalt an K2O von mindestens 0,3 Gew.-%, bevorzugter mindestens 0,5 Gew.-% und noch bevorzugter mindestens 1 Gew.-%. Dabei soll der Gehalt an K2O bevorzugt höchstens 7 Gew.-% und bevorzugter höchstens 6 Gew.-% betragen. Bevorzugt beträgt der Gehalt an K2O im Glas 0,3 bis 7 Gew.-%, bevorzugter 0,5 bis 6 Gew.-% und weiter bevorzugt 1 bis 6 Gew.-%.
  • Na2O und K2O dienen zudem in Kombination mit Li2O zur flexiblen Feineinstellung sowohl der optischen Lage, als auch des Temperaturviskositätsprofils zugunsten einer optimalen Schmelzbarkeit und Heißformgebung. Erfindungsgemäße Gläser umfassen bevorzugt einen Gehalt an Li2O von mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugter mindestens 1,0 Gew.-% und noch bevorzugter mindestens 1,5 Gew.-%. Dabei soll der Gehalt an Li2O bevorzugt höchstens 3,5 Gew.-%, bevorzugter höchstens 3,0 Gew.-% betragen. Bevorzugt beträgt der Gehalt an Li2O im Glas mindestens 0,5 bis höchstens 3,5 Gew.-%.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn erfindungsgemäße Gläser einen Anteil an Na2O aufweisen, der mindestens so hoch ist wie der Anteil an Li2O. Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas einen höheren Anteil an Na2O als Li2O. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Gehalte an Na2O und Li2O mindestens 1,0, bevorzugt mindestens 1,5, mehr bevorzugt mindestens 1,6 und noch mehr bevorzugt mindestens 2,0.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn erfindungsgemäße Gläser einen molaren Anteil an Li2O aufweisen, der höchstens so hoch ist wie der molare Anteil an Na2O. Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas einen geringeren molaren Anteil an Li2O als an Na2O. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der molaren Gehalte von Na2O zu Li2O mindestens 0,7, bevorzugt mindestens 0,8, mehr bevorzugt mindestens 0,9. Das Verhältnis ist vorzugsweise auf höchstens 3, weiter bevorzugt höchstens 2,5 und mehr bevorzugt höchstens 2,2 beschränkt. Ein höherer Anteil an Li2O kann sich auf die Beständigkeit des Glases negativ auswirken.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn erfindungsgemäße Gläser einen molaren Anteil an Na2O aufweisen, der mindestens so hoch ist wie der molare Anteil an K2O. Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Glas einen höheren molaren Anteil an Na2O als an K2O. Bevorzugt beträgt das Verhältnis der molaren Gehalte an Na2O und K2O mindestens 1,0, bevorzugt mindestens 1,3, mehr bevorzugt mindestens 1,4 und noch mehr bevorzugt mindestens 1,5. Das Verhältnis ist vorzugsweise auf höchstens 6, weiter bevorzugt höchstens 5 und mehr bevorzugt höchstens 4 beschränkt. Ein höherer molarer Anteil an K2O kann sich auf die Beständigkeit des Glases negativ auswirken, aber auch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhöhen.
  • Zusammen mit B2O3 gewährleisten die Alkalioxide eine Schmelzbarkeit in verschieden großen und damit auch kleinen Produktionsaggregaten in einer hohen Qualität. Deshalb ist auch eine Mindestmenge an B2O3 und Alkalioxiden also in Summe von 20 bis 30 Gew.-% von Vorteil. Höhere Gehalte führen dagegen zu einem verstärkten Angriff und damit starken Eintrag des Feuerfestmaterials ins Glas und zu geringeren Aggregatstandzeiten. Sofern Platin als Feuerfestmaterial verwendet wird, führt dies zu Transmissionsverlusten an der blauen Spektralkante, und ebenso wie bei der Verwendung von keramischen Materialien durch den Eintrag heterogener Kristallisationskeime zu verstärkter Kristallisationsneigung in der Schmelze, sowie der primären und/oder sekundären Heißformgebung.
  • In den erfindungsgemäßen Gläsern kann der Einsatz ökonomisch und/oder ökologisch ungünstiger und insbesondere transmissionsabschwächender Komponenten zugunsten kostengünstiger, verfügbarer und im geforderten Transmissionsbereich nicht eigenabsorbierender Materialien verringert werden, oder es kann bevorzugt ganz auf derartige Komponenten verzichtet werden. Insbesondere werden Komponenten, die sich aufgrund der begrenzten und auch lokal begrenzten Weltvorräte auf hohem Preisniveau bewegen wie z. B. Ta2O5 und GeO2, vorteilhaft im Glas anteilmäßig verringert, oder diese können bevorzugt ganz vermieden werden. Damit wird auch sichergestellt, dass das Glas in Zukunft zur Verfügung gestellt werden kann. Zur Verwendung in Produkten hoher Vergütungsstufen gewinnen zudem Gläser mit erhöhter chemischer Beständigkeit stetig an Bedeutung.
  • Bevorzugt enthält ein Glas nach der vorliegenden Erfindung weniger als 1 Gew.-% PbO. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von PbO.
  • Bevorzugt enthält ein Glas nach der vorliegenden Erfindung weniger als 1 Gew.-% As2O3. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von As2O3.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% Bi2O3. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von Bi2O3. Bi2O3 kann zudem durch seine Anfälligkeit gegenüber den Redox-Bedingungen im Schmelzprozess zu starken Verfärbungen im Glas führen. Die Prozessfenster solcher Gläser sind extrem eng und damit für klassisch-optische Gläser meist unwirtschaftlich.
  • TiO2 wirkt Brechwert hebend und dabei besonders zusammen mit ZrO2 keimbildend und verschlechtert die Transmission im blauen Spektralbereich und verschiebt deshalb die UV-Kante in den längerwelligen Bereich. Daher enthalten bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gläser vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% TiO2. Bevorzugt sind erfindungsgemäße Gläser frei von TiO2.
  • CeO2 kann die UV-Kante in den länger welligen Bereich verschieben. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% CeO2 Bevorzugt sind erfindungsgemäße Gläser frei von CeO2.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% Gd2O3. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von Gd2O3. Gadolinium gehört zu den Lanthanoiden und hat eine Absorptionsbande bei ca. 590 nm. Die Transmission soll jedoch im gesamten VIS-Bereich gleichbleibend hoch bleiben. Dies kann mit durch einen Anteil von mehr als 1 Gew.-% Gd2O3 nicht gewährleistet werden.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% Y2O3. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von Y2O3. Yttriumoxid kommt natürlich als Bestandteil in verschiedenen Yttriummineralen, wie bspw. Samarskit oder Yttrobetafit, vor und kann in dem erfindungsgemäßen Glas enthalten sein, ist jedoch teuer.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% GeO2. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von GeO2, insbesondere, da sich aufgrund der begrenzten und auch lokal begrenzten Weltvorräte GeO2 auf hohem Preisniveau bewegt.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% Ta2O5. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von Ta2O5, insbesondere, da sich aufgrund der begrenzten und auch lokal begrenzten Weltvorräte Ta-Rohstoffen auf hohem Preisniveau bewegt.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise weniger als 1 Gew.-% WO3. Besonders bevorzugt ist ein Glas nach der vorliegenden Erfindung frei von WO3. Ein zu hoher Anteil an WO3 kann die UV-kante leicht in den länger welligen Bereich schieben.
  • Gemäß den meisten Ausführungsformen enthält das erfindungsgemäße Glas vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, bevorzugter kein Al2O3 als zusätzlichen Netzwerkbildner. Dieser Komponente wird in vielen Glassystemen eine Erhöhung der Kristallisationsstabilität zugeschrieben. Das erfindungsgemäße Glas ist jedoch auch ohne diese Komponente diesbezüglich ausreichend stabil und gut händelbar. Es kann im Gegenteil gerade der Anteil an Al2O3 verringert, bzw. bevorzugt ganz darauf verzichtet werden, weil es sich im diesem erfindungsgemäßen Glassystem als nachteilig für eine hohe Transmission im UV auswirkt.
  • Zur flexibleren Einstellung eines speziellen Punktes innerhalb des erreichbaren optischen Lagebereichs, können die erfindungsgemäßen Gläser zusätzlich Oxide der Gruppe La2O3 und HfO2 in einem Gesamtgehalt von höchstens 1 Gew.-% enthalten. La2O3 wie HfO2 senken die Dispersion und können somit zum Erreichen des Kurzflintcharakters beitragen. Gemäß den meisten Ausführungsformen enthält das erfindungsgemäße Glas vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, bevorzugter kein La2O3. Lanthanoxid vermindert die chemische Beständigkeit und Hafniumoxid kann zusätzlich zur Erhöhung der Kristallisationsneigung optischer Gläser führen. Daher darf der Gehalt die angegebene Obergrenze, nicht überschreiten.
  • Vorzugsweise sind im erfindungsgemäßen Glas ausgehend von der genannten Zusammensetzung höchstens bis zu 1 Molprozent der Oxidionen (O2–) durch Fluoridionen (F) ersetzt. Die erfindungsgemäßen Gläser sind vorzugsweise frei von Fluoridionen. Fluoridionen (F) können insbesondere können insbesondere nachteilhaft die hierin bevorzugte negative anomale Teildispersion erhöhen.
  • Zur Einstellung des Brechwertes und der Abbezahl enthalten die erfindungsgemäßen Gläser ZrO2 und bevorzugt zusätzlich Nb2O5. Unter anderem wird damit die gewünschte hohe negative anomale Teildispersion in Kombination mit der optischen Lage (nd, νd) erreicht. Insbesondere kann bei gleichem oder ähnlichem Pg,F der νd zu geringeren Werten verschoben werden, was sich wieder günstig auf einen negativeren Wert der anomalen Teildispersion auswirkt. Mit geringeren Gehalten, insbesondere an ZrO2 bzw. Nb2O5 als angegeben, könnte die angestrebte optische Lage, insbesondere ein moderater Brech- und Abbewert, nicht erreicht werden. Höhere Gehalte können hingegen die hierin bevorzugte, in Pg,F ausgedrückte, Dispersion erhöhen und damit die Abweichung von der Dispersions-Normalgraden und damit wiederum den Kurzflintcharakter der Gläser schmälern.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise einen Gehalt an ZrO2 von höchstens 20 Gew.-%, vorzugsweise von höchstens 19 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an ZrO2 jedoch mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt mehr als 10 Gew.-%, weiter bevorzugt mehr als 13 Gew.-%, noch weiter bevorzugt mehr als 15 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 16 Gew.-%. Der ZrO2-Anteil ist in diesem Glassystem vorteilhaft, um die hohe negative Teildispersion zu erreichen. Dabei kann ein überschreiten des angegebenen Gehalts die Schmelzbarkeit in kleineren Aggregaten deutlich verschlechtern und insbesondere zu starker Kristallisation führen. Bevorzugt weist ein erfindungsgemäßes Glas einen Gehalt an ZrO2 von 13–19 Gew.-%, bevorzugt von 15–19 Gew.-%, weiter bevorzugt von 16 bis 19 Gew.-% auf. Bevorzugt ist der Gehalt an ZrO2 in den erfindungsgemäßen Gläsern höher als der Gehalt an B2O3. Insbesondere beträgt das Verhältnis von ZrO2 zu B2O3 mehr als 1,0. Damit kann insbesondere das erfindungsgemäße Glas als ein hoch chemisch resistentes Glas bereitgestellt werden. Bevorzugt ist das Verhältnis von ZrO2-Gehalt zu B2O3-Gehalt nicht höher als 1,6, bevorzugt nicht höher als 1,5, da dies sich nachteilhaft auf die Schmelzbarkeit, insbesondere in kleinen Aggregaten auswirken kann.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser enthalten vorzugsweise einen Gehalt an Nb2O5 von mindestens 7 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 8 Gew.-%. Bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Gläser einen Gehalt an Nb2O5 von höchstens 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 16 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 15 Gew.-% auf. Insbesondere bevorzugt ist ein Gehalt an Nb2O5 von 7 bis höchstens 20 Gew.-%, weiter bevorzugt von 8 bis 16 Gew.-%, mehr bevorzugt von mindestens 10 Gew.-% bis 15 Gew.-%, weiter bevorzugt von > 10 Gew.-% bis 15 Gew.-% und noch weiter bevorzugt von > 10 Gew.-% bis < 13,5 Gew.-%.
  • Die Summe aus Nb2O5 und ZrO2 beträgt in den erfindungsgemäßen Gläsern bevorzugt mindestens 25 Gew.-% und höchstens 35 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform gilt das gleiche für die Summe aus La2O3, Nb2O5 und ZrO2.
  • Es hat sich bei den erfindungsgemäßen Gläsern als vorteilhaft erwiesen, wenn bevorzugt ein Gehalt an ZrO2 der Summe R2O, also der Gehalte der Alkalimetalloxide Na2O, K2O und Li2O etwa entspricht. Insbesondere bevorzugt ist ein Quotient des Gehalts an ZrO2 zu R2O von weniger als 1,7, weiter bevorzugt von höchstens 1,6. Insbesondere bevorzugt beträgt der Quotient des Gehalts an ZrO2 zur Summe aus B2O3 und R2O weniger als 0,9, weiter bevorzugt höchstens 0,8. Dieses Verhältnis ist insbesondere vorteilhaft, um den ZrO2-Anteil im Glas reliktfrei aufzuschmelzen.
  • Es hat sich bei den erfindungsgemäßen Gläsern ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn bevorzugt der Quotient aus der Summe der Gehalte in Gew.-% an den Komponenten SiO2, Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, HfO2 und der Summe der Gehalte an B2O3, Li2O, K2O, Na2O, MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO und La2O3, mindestens 1,5, bevorzugt mindestens 1,7 und mehr bevorzugt mindestens 2, bevorzugt jedoch höchstens 3,5, beträgt. Insbesondere bevorzugt beträgt die Summe der Gehalte an den Komponenten SiO2, Nb2O5, Ta2O5, ZrO2, HfO2 mehr als 68 Gew.-%, bevorzugt mehr als 70 Gew-.%. Dies kann vorteilhaft eine gewünschte hohe chemische Resistenz gewährleisten. Die Obergrenze sollte dabei 80 Gew.-% nicht überschreiten, um das Glas noch wirtschaftlich aufschmelzen zu können.
  • Das erfindungsgemäße Glas kann übliche Läutermittel in geringen Mengen beinhalten. Vorzugsweise beträgt die Summe der zugesetzten Läutermittel höchstens 2,0 Gew.-%, mehr bevorzugt höchstens 1,0 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 0,5 Gew.-%. Ein Läutermittel nach der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Sb2O3, SnO2, SO4 2–, NaCl und As2O3. Als Läutermittel kann in dem erfindungsgemäßen Glas Sb2O3 in 0–1 in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung enthalten sein. Zusätzlich oder alternativ kann als Läutermittel SnO2 in 0–1 in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung enthalten sein. Zusätzlich oder alternativ kann als Läutermittel SO4 2– in 0–1 in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung enthalten sein. Zusätzlich oder alternativ kann als Läutermittel NaCl in 0–1 in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung enthalten sein. Zusätzlich oder alternativ kann als Läutermittel As2O3 in 0–0,1 in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung enthalten sein. Auch F kann zusätzlich als Läutermittel zugesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann als Läutermittel F in 0–1 in Gew.-%, additiv zur übrigen Glaszusammensetzung enthalten sein. F kann jedoch in dem vorgeschlagenen Glassystem den ΔPg,F hin zu einem unerwünschten positiveren Wert beeinflussen. Bevorzugt ist deshalb F den Gläsern der vorliegenden Erfindung nicht oder nur in sehr geringen Mengen als Läutermittel zugesetzt. Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäße Glas bevorzugt frei von F.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes optisches Glas die folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis)
    SiO2 38–47
    B2O3 > 12–17
    SiO2 + B2O3 ≥ 50–65
    Li2O 0,5–3,5
    Na2O 2–< 8
    K2O 0,3–7
    Σ R2O (R = Li, Na, K) > 10–14
    MgO 0–4
    CaO 0–3
    SrO 0–4
    BaO 0–< 4
    ZnO 0–2
    Σ MO (M = Mg, Ca, Sr, Ba, Zn) 0–< 5
    La2O3 0–< 1
    ZrO2 > 10–20
    Nb2O5 7–20
    Σ Oxide (La, Nb, Zr) 25 ≤ 35
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes optisches Glas die folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis)
    Figure DE102015119942A1_0001
  • Das erfindungsgemäße Glas ist als optisches Glas vorzugsweise frei von färbenden und/oder optisch aktiven, wie laseraktiven Komponenten.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nämlich sofern das Glas als Basisglas eines optischen Filters oder Feststofflasers Einsatz findet, kann das erfindungsgemäße Glas färbende, und/oder optisch aktive wie laseraktive Komponenten in Gehalten bis zu maximal 5 Gew.-% (additiv zur hierin beschriebenen Glaszusammensetzung) beinhalten. Färbende Komponenten sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend CeO2, Fe2O3, Cr2O3, CuO, CoO, NiO. Laseraktive Komponenten sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe umfassend Pr2O5, Nd2O5, Eu2O5, Tb2O5, Ho2O5, Er2O5, Tm2O5, Yb2O5.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser weisen bevorzugt einen Tg von ≥ 480°C bis ≤ 560°C auf, weiter bevorzugt von ≥ 500°C bis ≤ 560°C. Bevorzugt weisen die Gläser einen Tg von ≤ 800°C, weiter bevorzugt von ≤ 750°C, weiter bevorzugt von ≤ 700°C und noch weiter bevorzugt von ≤ 600°C auf.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser weisen bevorzugt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α im Temperaturbereich von 20 bis 300°C von 5 bis weniger als 8·10–6/K auf. Dadurch können Probleme mit thermischer Spannung in der Weiterverarbeitung wie z. B. in der Kaltnachverarbeitung wie Polieren und/oder Trennen vermieden werden.
  • Bevorzugt beträgt der Wert ΔT(T(η) bei 107,6 – T(η) bei 1013) der erfindungsgemäßen Gläser mehr als 150 K. Kürzere Gläser sind oft auch im niedrig viskosen Bereich (< 105 dPas) sehr kurz, was die Heißformgebung erschwert.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser weisen bevorzugt spezifische Dichten von höchstens 3 g/cm3 auf. Damit können aus den erfindungsgemäßen Gläsern optische Elemente und/oder optische Komponente gefertigt werden, die aufgrund ihrer, insbesondere relativ zu bleihaltigen Pendants gesehenen, relativ geringen Masse für mobile/bewegliche Einheiten besonders geeignet sind.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Gläser für oder in optischen Elementen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter derartige optische Elemente, welche das erfindungsgemäße Glas umfassen. Optische Elemente können dabei insbesondere Linsen, Prismen, Lichtleitstäbe, Arrays, optische Faser, Gradientenbauteile, optische Fenster und Kompaktbauteile sein. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Gläser ist insbesondere in den Applikationsbereichen umfassend Abbildung, Sensorik, Mikroskopie, Medizintechnik, digitale Projektion, Telekommunikation, optische Nachrichtentechnik/Informationsübertragung, Optik/Beleuchtung in, Kameraobjektiven, Ferngläsern und im Sektor Automotive, Photolithographie, Stepper, Excimerlaser, Wafer, Computerchips, sowie integrierte Schaltungen und elektronische Geräte, die solche Schaltungen und Chips enthalten, vorteilhaft.
  • Noch weiter umfasst die vorliegende Erfindung optische Bauteile bzw. optische Komponenten für die Abbildung, Sensorik, Mikroskopie, Ferngläser, Medizintechnik, digitale Projektion, Telekommunikation, optische Nachrichtentechnik/Informationsübertragung, Optik/Beleuchtung im Sektor Automotive, Photolithographie, Stepper, Excimerlaser, Wafer, Computerchips und/oder integrierte Schaltungen und elektronische Geräte, die solche Schaltungen und Chips enthalten, umfassend ein oder mehrere optische Elemente nach der vorliegenden Erfindung.
  • Noch weiter betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen optischen Elements zur Herstellung optischer Bauteile, bzw. optischer Komponenten, insbesondere für die Sensorik, Mikroskopie, Ferngläser, Medizintechnik, digitale Projektion, Telekommunikation, optische Nachrichtentechnik/Informationsübertragung, Optik/Beleuchtung im Sektor Automotive, Photolithographie, Stepper, Excimerlaser, Wafer, Computerchips und/oder integrierte Schaltungen und elektronische Geräte, die solche Schaltungen und Chips enthalten.
  • Alle beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil, dass die erfindungsgemäßen Gläser einen ausgeprägten Kurzflint-Charakter und zudem eine ausgezeichnete Transmission und chemische Beständigkeit und Bearbeitbarkeit aufweisen. Dabei können sich die erfindungsgemäßen Gläser durch geringere Produktionskosten aufgrund verringerter Rohstoff- und Prozesskosten, durch ihre auch in kleinen Schmelzaggregaten händelbaren Kristallisationseigenschaften, sowie durch gute Umweltverträglichkeit auszeichnen.
  • Insbesondere wird durch die erfindungsgemäßen Gläser eine bevorzugte Einstellung von optischer Lage, Viskositätstemperaturprofil und Verarbeitungstemperaturen erreicht, dass eine hochspezifizierte endgeometrienahe Heißformgebung auch mit empfindlichen Präzisionsmaschinen gewährleistet ist. Sämtliche, erfindungsgemäße Gläser weisen zudem eine gute chemische Beständigkeit und eine gute Handhabbarkeit hinsichtlich seiner Kristallisationseigenschaften auf. Sie zeichnen sich ferner durch gute Schmelzbarkeit und flexible, endgeometrienahe Verarbeitbarkeit aus. Zudem wurde eine Korrelation von Kristallisationsstabilität und Viskositätstemperaturprofil realisiert, so dass eine weitere thermische Behandlung, wie Pressen bzw. Wiederverpressen der Gläser ohne weiteres möglich ist.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser sind besonders vorteilhaft über ein Pressverfahren verarbeitbar und weisen geringe Transformationstemperaturen Tg auf. Ferner sind die erfindungsgemäßen Gläser gut zu schmelzen und zu verarbeiten und besitzen eine ausreichende Kristallisationsstabilität, die eine Fertigung in kontinuierlich geführten Aggregaten möglich macht.
  • Die erfindungsgemäßen Gläser eignen sich insbesondere für den Einsatz in den Applikationsfeldern Abbildung als Linsen in Objektiven für die Digitale Projektion (z. B. Objektive, Ferngläser, Mikroskope, Beamer, Mobilfunk-Kameras, Mobile Drive), Sensorik, Medizintechnik, Photolithographie, Lasertechnologie, Wafer/Chip-Technologie, sowie für die Telekommunikation, optische Nachrichtentechnik und Optik/Beleuchtung im Sektor Automotive.
  • Beispiele
  • Die Tabelle 2 enthält Ausführungsbeispiele für bevorzugte Zusammensetzungsbereiche. Die in den Beispielen beschriebenen Gläser wurden folgendermaßen hergestellt:
    Die Rohstoffe für die Oxide, bevorzugt die entsprechenden Carbonate, werden abgewogen, ein oder mehrere Läutermittel, wie z. B. Sb2O3, zugegeben und anschließend gut gemischt. Das Glasgemenge wird bei ca. 1450°C in einem diskontinuierlichen Schmelzaggregat eingeschmolzen, danach geläutert (1480°C) und homogenisiert. Bei einer Gusstemperatur von etwa 1450°C kann das Glas gegossen und zu den gewünschten Abmessungen verarbeitet werden. Im großvolumigen, kontinuierlichen Aggregat können die Temperaturen erfahrungsgemäß um mindestens ca. 100 K abgesenkt werden, und das Material kann im endgeometrienahen Heißformgebungsverfahren, verarbeitet werden. Tabelle 1: Schmelzbeispiel für 100 kg berechnetes Glas:
    Oxid Gew.-% Rohstoff Einwaage (kg)
    SiO2 43,0 SiO2 43,79
    B2O3 13,5 H3BO3 23,94
    Li2O 2,2 Li2CO3 5,46
    Na2O 4,8 Na2CO3 6,69
    NaNO3 2,72
    K2O 4,8 K2CO3 7,06
    ZrO2 17,2 ZrO2 17,22
    HfO2 0,39 HfO2 0,40
    Nb2O5 13,3 Nb2O5 13,30
    Sb2O3 0,15 Sb2O3 0,15
    Summe 100,15 120,72
  • Die Eigenschaften des so erhaltenen Glases sind in der Tabelle 2 als Beispiel 1 angegeben und besitzt neben den dort angegebenen Messwerten exzellente chemische Resistenzen, charakterisiert mit AR = Klasse 1.0 und SR = Klasse 1.0. Tabelle 2 Schmelzbeispiele (in Gew.-%)
    Figure DE102015119942A1_0002
    Figure DE102015119942A1_0003
    Austauschseite (Reinschrift) Fortsetzung Tabelle 2 Schmelzbeispiele (in Gew.-%)
    Figure DE102015119942A1_0004
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • DE 10225366 [0010]
    • WO 01/72650 A1 [0011]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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    • ISO 10629 (1. Ausgabe vom 01.07.1996) [0018]
    • SCHOTT Katalog „Optisches Glas” 2014 [0027]

Claims (10)

  1. Optisches Glas, welches die folgende Zusammensetzung umfasst (in Gew.-% auf Oxidbasis): SiO2 > 38–47 B2O3 > 12–17 SiO2 + B2O3 ≥ 50–65 ZrO2 ≥ 10 Nb2O5 0–20 Σ R2O (R = Li, Na, K) > 10–14
  2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Brechwert nd von 1,60 bis 1,625 und/oder eine negative abweichende anomale Teildispersion von ΔPg,F von höchstens –0,0055 und/oder eine Abbezahl νd von 42,7 bis 45,9 aufweist.
  3. Glas nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Summe einen Gehalt an SiO2 und B2O3 von mindestens 54 Gew.-% und bevorzugt von mindestens 55 Gew.-% aufweist.
  4. Glas nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt an CaO von 0–3 Gew.-%, vorzugsweise von 0 bis 2 Gew.-%, weiter bevorzugt 0 bis 1 Gew.-% aufweist und in einer bevorzugten Ausführungsform frei von CaO ist.
  5. Glas nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt an Li2O von mindestens 0,5 bis höchstens 3,5, und/oder einen Gehalt an Na2O von mindestens 2,0 bis höchstens 8,0, und/oder einen Gehalt an K2O von mindestens 0,3 bis höchstens 7,0 aufweist.
  6. Glas nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt an ZrO2 von höchstens 20 Gew.-%, vorzugsweise von höchstens 19 Gew.-%, und/oder mindestens 15 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 16 Gew.-% aufweist.
  7. Glas nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gehalt an Nb2O5 von mindestens 7 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 8 Gew.-%, mehr bevorzugt mindestens 9 Gew.-% und/oder höchstens 20 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, weiter bevorzugt höchstens 16 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, aufweist
  8. Glas nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es frei von Ta2O5, GeO2 und/oder WO3 ist.
  9. Verwendung eines Glases nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung für oder in optischen Elementen, wie beispielsweise Linsen, Prismen, Lichtleitstäben, Arrays, optischen Fasern, Gradientenbauteilen und optischen Fenstern.
  10. Verwendung nach Anspruch 9 für die Sensorik, Mikroskopie, Ferngläser, Medizintechnik, digitale Projektion, Telekommunikation, optische Nachrichtentechnik/Informationsübertragung, Optik/Beleuchtung im Sektor Automotive, Photolithographie, Stepper, Excimerlaser, Wafer, Computerchips und/oder integrierte Schaltungen und elektronische Geräte, die solche Schaltungen und Chips enthalten.
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