DE1496566C - Verfahren zum Herstellen eines Flouoro phosphatglases mit relativ hoher Brechzahl, kleiner Dispersion und erheblicher positiver anomaler Teildispersion - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Flouoro phosphatglases mit relativ hoher Brechzahl, kleiner Dispersion und erheblicher positiver anomaler TeildispersionInfo
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Description
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Fluorophosphatglas mit relativ hoher Brechzahl und kleiner
Dispersion, das eine erhebliche positive anomale Teildispersion aufweist. Solche Gläser sind für die Berechnung
optischer Systeme außerordentlich wichtig, weil es durch sie besonders leicht möglich wird, das
sekundäre Spektrum zu korrigieren.
Bei sogenannten apochromatischen optischen Systemen, bei denen das sekundäre Spektrum korrigiert ist,
ist man allgemein auf die Verwendung von Kristallen — beispielsweise Flußspat — angewiesen, weil diese
Kristalle eine starke anomale Teildispersion aufweisen. Diese Kristalle lassen sich jedoch nur schwer verarbeiten
und sind außerordentlich teuer, wenn sie die geforderte optische Reinheit aufweisen sollen. Es ist deswegen
schon seit langem das Ziel der Glasentwicklung gewesen, diese Kristalle durch hinsichtlich ihrer optischen
Eigenschaften möglichst gleichwertige Gläser zu ersetzen. So sind bereits Fluoridgläser bekanntgeworden,
bei denen als Glasbildner Berylliumfluorid verwendet ist. Diese Gläser sind jedoch wegen der Berylliumverbindung
außerordentlich giftig und können Gesundheitsschäden schwerster Art hervorrufen. Außerdem
können diese Gläser nur durch extrem schnelles Abschrecken der Schmelze erhalten werden.
Es sind weiterhin hochfluoridhaltige Gläser bekannt,
die berylliumfrei sind. Bei diesen bekannten Gläsern sind als Glasbildner Metaphosphate der I., II. und/oder
III. Gruppe des Periodischen Systems verwendet worden. Diese Gläser weisen gegenüber den vorerwähnten
Berylliumfluoridgläsern eine höhere Brechzahl auf und sind außerdem in größeren Stücken erschmelzbar. Wegen
des hohen Fluorgehaltes, der zu einem starken Dampfen der Schmelze führt, lassen sich diese Gläser
jedoch praktisch nicht schlierenfrei erschmelzen. Das ist dadurch bedingt, daß durch das Abdampfen von
Fluorverbindungen, die sowohl im Innern wie an der Oberfläche des Schmelzgutes entstehen, eine Homogenisierung
der Schmelze nahezu unmöglich wird. Diese läßt sich dann erreichen, wenn der Abguß bei einer
Temperatur erfolgen könnte, bei der praktisch keine Reaktionen mehr auftreten, die zur Umwandlung der
Fluoride in Oxifluoride oder Oxide führen.
Es wurden nun Schmelzzusammensetzungen gefunden, die diese gewünschte Eigenschaft aufweisen,
daß sie bis zu extrem tiefen Temperaturen heruntergerührt werden können, ohne zu kristallisieren. Nur dadurch
ist es möglich, schlierenfreie Gläser in großen Stücken zu erhalten. Die Ursache für diese unerwartete
Eigenschaft der Schmelzzusammensetzungen nach der Erfindung ist wahrscheinlich in folgender Überlegung
zu suchen:
Die Anhäufung von Komplexbildnern mit höherer Komplexwertigkeit (z. B. Silikate, Phosphate, Borate)
in Gegenwart mehrzähliger Ionen (z. B. Al, Ti, La, Ce)
führt zum Aufbau von hochmolekularen komplexen
ίο Netzstrukturen in Gläsern. Solche Strukturen sind im
allgemeinen für optische Zwecke nur bedingt verwendbar. v
Durch die Einführung von koordinativ einwertigen Komplexliganden, vorzugsweise Fluorionen, aber
auch anderen, wie Hydroxyl- oder Chlorionen, wird ein Abbau des Vernetzungsgrades herbeigeführt. Mit
diesem Abbau der Netzstrukturen des Silikat- oder Phosphatgitters nimmt zwar die Molekulargröße ab,
der Typus des Gitters bleibt aber erhalten. Erst von
ao einer bestimmten Zusammensetzung ab tritt offensichtlich eine Umwandlung im Aufbau des für Gläser
typischen Netzwerkes auf, wobei die Netzstrukturen in mehr oder weniger vorzugsweise fadenförmige Makromoleküle
übergehen. Das ist mit einer zunächst nicht zu erwartenden sprunghaften Veränderung der Glaseigenschaften
verbunden. Allerdings führt das andererseits auch dazu, daß das Gebiet der Zusammensetzung, innerhalb
der diese besonderen Eigenschaften der betreffenden Gläser erhalten werden, relativ eng begrenzt
ist. Diese speziellen Eigenschaften der Gläser beruhen wahrscheinlich darauf, daß in ihnen Mischungen von
Netz- und Fadenmolekülen in geeigneter Zusammensetzung vorliegen.
Erfindungsgemäß werden die Gläser aus Gemengen erschmolzen, die zu 58 bis 65 Gewichtsprozent aus Fluoriden der Erdalkalimetalle Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, zu 24 bis 36 Gewichtsprozent aus den Metaphosphaten des Calciums und des Aluminiums und zu 1 bis 8 Gewichtsprozent aus einer der Verbindungen KAsO3, K8TaF7 und K2TiF6 bestehen. Zur Einregulierung bestimmter optischer Werte können dem Gemenge bis zu 4 Gewichtsprozent Lanthanorthophosphat zugefügt werden. Das Atomverhältnis Fluor zu Phosphor soll zwischen 2,5 und 4,5 liegen.
Erfindungsgemäß werden die Gläser aus Gemengen erschmolzen, die zu 58 bis 65 Gewichtsprozent aus Fluoriden der Erdalkalimetalle Magnesium, Calcium, Strontium und Barium, zu 24 bis 36 Gewichtsprozent aus den Metaphosphaten des Calciums und des Aluminiums und zu 1 bis 8 Gewichtsprozent aus einer der Verbindungen KAsO3, K8TaF7 und K2TiF6 bestehen. Zur Einregulierung bestimmter optischer Werte können dem Gemenge bis zu 4 Gewichtsprozent Lanthanorthophosphat zugefügt werden. Das Atomverhältnis Fluor zu Phosphor soll zwischen 2,5 und 4,5 liegen.
In der nachstehenden Tabelle sind einige Beispiele für Gemengezusammensetzungen nach der Erfindung
angegeben (in Gewichtsprozent).
| 2 | Schmelz-Nr. | 4 | 5 | |
| 1 | 24,5 | , 3 | 24,5 | 24,5 |
| 24,5 | 2,4 | 24,5 | 7,2 | 7,2 |
| 4,8 | 3,4 | — | 1,7 | — |
| 3,4 | 16,4 | 3,4 | 16,4 | 16,4 |
| 16,4 | 23,8 | 16,4 | 23,8 | 23,8 |
| 23,8 | 24,7 | 23,8 | 24,7 | 24,7 |
| 24,7 | 4,8 | 24,7 | 1,7 | 3,4 |
| 2,4 | 1,5372 | 7,2 | 1,5413 | 1,5402 |
| 1,5400 | 73,3 | 1,5313 | 73,0 | 72,7 |
| 73,6 | 0,4812 | 73,9 | 0,4811 | 0,4799 |
| 0,4837 | +12,2 | 0,4829 | + 11,5 | + 10,2 |
| H14,2 | +13,6 | |||
Ca(PO3),.
LaPO4 ..
MgF2 ...
CaF2 ...
LaPO4 ..
MgF2 ...
CaF2 ...
SrF2
BaF2
KAsO3 ..
K2TiF6 ..
K2TaF7 .
KAsO3 ..
K2TiF6 ..
K2TaF7 .
/Ie
Ve
'V.
Λ Ve
Schmelz-Nr.
Ca(PO3)2
LaPO4 ..
MgF2 ...
CaF2 ...
SrF2....
3aF2....
KAsO3 .
K2TiF6 .
K2TaF7 .
LaPO4 ..
MgF2 ...
CaF2 ...
SrF2....
3aF2....
KAsO3 .
K2TiF6 .
K2TaF7 .
rte
'e
ν
4 Ve ....
27,9 7,2
8,4
6,0
23,8
24,7
2,0
1,5401 72,2 0,4786
+8,7
27,9 7,2
6,4 6,0
23,8 24,7
4,0
1,5432 70,6 0,4811 +9,1 27,9
7,2
7,2
4,4
6,0
23,8
24,7
6,0
1,5461
69,0
0,4861
+ 11,4
69,0
0,4861
+ 11,4
27,9
7,2
7,2
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6,0
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24,7
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1,5404
1 70,0
0,4858
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23,8 24,7
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27,9 7,2
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23,8 24,7
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| 1,5445 | 1,5461 |
| 66,3 | 62,6 |
| 0,4933 | 0,4943 |
+ 14,2
+ 11,2
Die erfindungsgemäßen Gemengezusammensetzun- ;.jen werden nach der nachfolgend beschriebenen
Technologie zu Gläsern erschmolzen. Bei einer Abänderung der Technologie sind selbstverständlich geringe
Abänderungen in den Gemengezusammensetzun- ^en möglich.
Für die Schmelzführung gilt unter Zugrundelegung ;ines Gemenges von etwa 1 kg folgendes:
Das Gemenge wird bei 10000C eingeschmolzen und
anschließend 10 Minuten bei HOO0C geläutert. Da-•lach
wird die Temperatur wieder auf 10000C abgeenkt. Bei dieser Temperatur wird die Schmelze 20 Minuten
gerührt. Unter weiterem Rühren wird dann in •itwa 10 bis 15 Minuten die Temperatur bis auf 7000C
abgesenkt. Bei dieser Temperatur wird die Schmelze dann in auf 4Ö0°C vorgewärmte Kohleformen abgegossen.
Die Transformationspunkte der erfindungsgemäßen Gläser liegen im allgemeinen knapp unter
5000C, die Erweichungspunkte etwas oberhalb dieser Temperatur.
In der Zeichnung ist ein Diagramm dargestellt, in das die Gemengezusammensetzungen der Gläser der
Tabelle eingezeichnet sind.
Claims (2)
1. Verfahren zum Herstellen eines Fluorophosphatglases mit relativ hoher Brechzahl, kleiner Dispersion
und erheblicher positiver anomaler Teildispersion, dadurch gekennzeichnet,
daß es aus einem Gemenge erschmolzen wird, das
bis 65 Gewichtsprozent Fluoride der Erdalkalimetalle Magnesium, Calcium, Strontium
und Barium,
bis 36 Gewichtsprozent Metaphosphate der Metalle Calcium und Aluminium und
bis 8 Gewichtsprozent eine der Verbindungen KAsO3, K2TaF7 und K2TiF6
enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmelzgemenge bis zu 4 Gewichtsprozent
LaPO4 zugefügt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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