DE1421923B2

DE1421923B2 -

Info

Publication number: DE1421923B2
Application number: DE19621421923
Authority: DE
Priority date: 1961-11-06
Filing date: 1962-11-06
Publication date: 1970-10-29
Also published as: US3220861A; DE1421923A1; GB1016441A

Description

Wärmeabsorbierende Gläser, die P₂O₅ und B₂O₃ sowie Eisenoxid (FeO) und gegebenenfalls Kieselsäure, Tonerde und weitere Bestandteile enthalten, sind unter anderem aus der deutschen Patentschrift 604146 bekannt. Die dort beschriebenen Gläser weisen eine verhältnismäßig geringe Durchlässigkeit für Wärmestrahlen über 0,75 μ auf, d. h., daß sie einen erheblichen Teil solcher Strahlen zu absorbieren vermögen. Auch die Durchlässigkeit für sichtbares Licht ist bei den bekannten Gläsern gut. Ein Nachteil der bekannten Gläser ist jedoch deren verhältnismäßig hohe Liquidustemperatur, die oberhalb 1000° C liegt. Die Liquidustemperatur ist hierbei die höchste Temperatur, bei welcher ein Gleichgewicht zwischen dem geschmolzenen Glas und der kristallinen Phase besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wärmeabsorbierende Gläser herzustellen, die eine niedrige Liquidustemperatur, d. h. eine Liquidustemperatur unterhalb 1000° C, aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist ein wärmeabsorbierendes Glas, das einen hohen Anteil an elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen über 0,75 μ absorbiert und einen wesentlichen Anteil an elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich durchläßt, das dadurch gekennzeichnet, ist daß es in Gewichtsprozent folgende Bestandteile enthält: 63,5 bis 74,4 Phosphorpentoxid (P₂O₅), 1,6 bis 9,2 Boroxid (B₂O₃), 7,4 bis 10 Magnesiumoxid (MgO), 6,4 bis 7,7 Calciumoxid (CaO), 2,9 bis 6,5 Aluminiumoxid (Al₂O₃) und 2,0 bis 2,2 Eisenoxid (Fe₂O₃), bei einem Gesamtgehalt an Magnesiumoxid und Calciumoxid von 14,2 bis 17,4% vom Gewicht des Glases, wobei das Glas eine Liquidustemperatur von höchstens 1000° C hat, wobei das Glas durch Schmelzen bei reduzierenden Bedingungen hergestellt ist.

Gläser gemäß der Erfindung besitzen insbesondere verbesserte Liquidustemperaturen, d. h. niedrigere Liquidustemperaturen als andere wärmeabsorbierende Gläser, so daß der Schmelzansatz nicht auf eine so hohe Temperatur erhitzt zu werden braucht.

Das Glas gemäß der Erfindung kann zusätzlich bis zu 2 Gewichtsprozent Siliciumdioxid (SiO₂) und bis zu 5 Gewichtsprozent Bariumoxid (BaO) enthalten. Das Vorliegen dieser beiden Komponenten ist in einigen Fällen erwünscht, um einige physikalische Eigenschaften des Glases zu verbessern; so erhöht z. B. das Siliciumdioxid die Viskosität des Glases, während das Bariumoxid das Kristallwachstum herabsetzt. . .

Es hat sich weiter gezeigt, daß Gläser gemäß der Erfindung eine gute chemische Dauerhaftigkeit und selbst ohne Gehalt an Bariumoxid ein geringeres Kristallwachstum als andere wärmeabsorbierende Gläser aufweisen. Das Vorliegen eines kleinen Prozentsatzes an Zinkoxid verbessert die chemische Dauerhaftigkeit des Glases noch weiter.

Ein Glas gemäß der Erfindung kann in besonders zweckmäßiger Weise erhalten werden, indem man einen Ansatz, der im wesentlichen aus Magnesiumdihydrogenphosphat, Calciumdihydrogenphosphat, Aluminiummetaphosphat, Borphosphat und Eisen(III)-oxid besteht, bei reduzierenden Bedingungen schmilzt. Die Herstellung eines Glases gemäß der Erfindung kann auch erfolgen, indem man bei reduzierenden Bedingungen einen Ansatz schmilzt, der im wesentlichen aus Phosphorsäure und Oxiden des Magnesiums (MgO), Calciums (CaO), Aluminiums (Al₂O₃), Bors (B₂O₃) und Eisens (ausgedrückt als Fe₂O₃) besteht. Die Eisenkomponente des Glases kann in dem

ίο Ansatz in Form von Eisenfeilspänen, Eisen(III)-oxid, Eisen(II)-oxalat oder jeder geeigneten Eisenverbindung zusammen mit einem Reduktionsmittel, wie Zucker, Stärke, Weinsäure oder Ammoniumsalzen usw. vorgesehen werden. Eine reduzierende Atmo-Sphäre über dem Glas während der Schmelzperiode ist wichtig.

Die Gläser werden vorzugsweise aus einem Trockenansatz der geeigneten Phosphate hergestellt, um einen Verlust an Phosphorpentoxid während des Schmelzens

ao zu verkleinern und eine leichte Handhabung und Mischung zu erzielen. Man erhält weiter eine Verbesserung . der Schmelzgeschwindigkeit und Verminderung des Verschleißes oder Abriebs der feuerfesten Materialien.

Nachfolgend ist ein spezielles Beispiel für die Art und Weise beschrieben, in welcher ein Phosphatglas gemäß der Erfindung hergestellt werden kann, das für einen wesentlichen Anteil elektromagnetischer Strahlung ,deren Wellenlängen im sichtbaren Spektrum liegen, durchlässig ist und einen hohen Anteil an elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen übe/ 0,75 μ zu absorbieren vermag.

Ein Glasansatz, der Magnesiumdihydrogenphoshpat, Calciumdihydrogenphosphat, Aluminiummetaphosphat, Borphosphat und Eisen(III)-oxid enthält, wird in einem Behälter aus geschmolzenem Siliciumdoixid bei reduzierenden Bedingungen, z. B. in einer Kohlenmonoxid- oder Wasserstoffatmosphäre, erhitzt. Der Ansatz in dem Behälter wird auf einer Temperatur von etwa 1300° C gehalten, bis er vollständig geschmolzen ist. Für einen 2,3-kg-Posten benötigt man zum vollständigen Schmelzen ungefähr 2 Stunden, und das geschmolzene Glas wird dann bei einer Temperatur von 600° C gefeint und in eine Form gegossen und entspannt, indem man -es langsam, z. B. mit I¹Iz⁰C in der Minute, von 600° C auf Raumtemperatur abkühlen läßt.

Als Temperatur zum Schmelzen des Glasansatzes sind oben zwar 1300° C genannt, aber diese Temperatur kann-in Abhängigkeit von den Komponenten des Ausgangspostens auch einen anderen Wert im Bereich von etwa 1200 bis 1400° C haben. Wenn der Ansatz aluminiumreich ist, sind Temperaturen am oberen Ende dieses Bereiches notwendig.

Die Erfindung ist zum weiteren Verständnis in der folgenden Tabelle an Hand bevorzugter Zusammensetzungen bestimmter Beispiele für das wärmeabsorbierende Glas gemäß der Erfindung erläutert, wobei die genannten Werte Gewichtsprozente darstellen.

Nr.	P₂O₅	B₂O₃	MgO	CaO	Al₂O₃	Fe₂O₃	SiO₂	BaO	L.-T.
1	65,0	9,2	7,8	6,4	4,5	2,1		5,0	970° C
2	64,8	8,6	7,8	6,4	5,3	2,1	—	5,0	940° C
3	63,5	7,9	7,8	6,4	5,4	2,0	2,0	5,0	1000°C
4	70,3	6,9	7,9	7,4	5,4	2,1			976° C
5	66,7	8,8	7,4	7,5	5,6	2,0	2,0	—	₉₉3 0 _c

(Fortsetzung der Tabelle)

Nr.	P₂O₅	B2O3	MgO	CaO	AI2O3	Fe₂Os	SiO₂	BaO	L.-T.
6	70,4	6,9	8,6	7,4	4,6	2,1			955°C
7	70,6	7,0	10,0	7,4	2,9	2,1	—	—	985°C
8	70,9	6,8	7,7	7,2	5,3	2,1	—	—	965°C
9	70,2	5,7	9,2	7,4	5,4	2,1	—	—	980⁰C
10	73,2	3,1	8,2	7,7	5,6	2,2	—	—	91O⁰C
11	74,4	1,6	8,9	6,6	6,5	2,0	—	—	930⁰C

In der Zeichnung ist in graphischer Darstellung eine typische Spektraldurchlässigkeitskurve eines aus einem Glas gemäß der Erfindung gefertigten Filters dargestellt. Die Kurve zeigt die Spektraldurchlässigkeit eines Filters von 4 mm Dicke, das aus dem Glas gemäß Beispiel 9 gefertigt ist; wie die Kurve zeigt, gestattet das Filter trotz der sehr geringen prozentualen Durchlässigkeit für Strahlung mit einer Wellenlänge von 0,75 μ. und mehr noch den Hindurchtritt eines sehr hohen Prozentsatzes der im sichtbaren Bereich liegenden Strahlung.

Als typische Beispiele für die Güte des Glases gemäß der Erfindung sind die folgenden Durchlässigkeitswerte von Gläsern gemäß der Erfindung von 4 mm Dicke genannt.

Beispiel	Gesamtdurchlässigkeit im sichtbaren Bereich	Gesamtdurchlässigkeit bei Wellenlängen von 1 μ und mehr
1 2 3 4	82,6 84,1 82,8 83,5	6,9 «/0 8,0"/o 8,7% 6,4 »/ο

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Claims

Patentansprüche:

1. Wärmeabsorbierendes Glas mit niedriger Liquidustemperatur, das einen hohen Anteil an elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen über 0,75 μ. absorbiert und einen wesentlichen Anteil an elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren Bereich durchläßt, dadurch gekennzeichnet, daß es in Gewichtsprozent folgende Bestandteile enthält: 63,5 bis 74,4 Phosphorpentoxid (P₂O₅), 1,6 bis 9,2 Boroxid (B₂O₃), 7,4 bis 10 Magnesiumoxid (MgO), 6,4 bis 7,7 Calciumoxid (CaO), 2,9 bis 6,5 Aluminiumoxid (Al₂O₃) und 2,0 bis 2,2 Eisenoxid (Fe₂O₃), bei einem Gesamtgehalt an Magnesiumoxid und Calciumoxid von 14,2 bis 17,4 °/o vom Gewicht des Glases, wobei das Glas eine Liquidustemperatur von höchstens 1000° C hat.

2. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an bis zu 2 Gewichtsprozent Siliciumdioxid (SiO₂).

3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt von bis zu 5 Gewichtsprozent Bariumoxid (BaO).

4. Verfahren zur Herstellung eines Glases nach Anspruch 1 durch Schmelzen von glasbildenden Bestandteilen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1200 bis 1400⁰C und unter reduzierenden Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu schmelzende Masse im wesentlichen aus Magnesiumdihydrogenphosphat, Calciumdihydrogenphosphat, Aluminiummetaphosphat, Borphosphat und Eisen(III)-oxid besteht, wobei die Mengenanteile der Zusammensetzung derart sind, daß sich ein Glas mit den in Anspruch 1 angegebenen Mengenanteilen der wesentlichen Oxide ergibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu schmelzende Zusammensetzung anstatt Eisen(III)-oxid eine Eisenverbindung und ein Reduktionsmittel für die Eisenverbindung, welches die Eisenverbindung überwiegend zu Eisen(II)-oxid reduziert, enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Eisenverbindung im Schmelzgut Eisen(III)-oxalat und als Reduktionsmittel Zucker verwendet wird.

7. Verfahren zur Herstellung eines Glases nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzgut im wesentlichen aus Phosphorsäure und Oxiden von Magnesium (MgO), Calcium (CaO), Aluminium (Al₂O₃), Bor (B₂O₃) und Eisen (Fe₂O₃) besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen