DE1596556A1

DE1596556A1 - Fernrohrspiegel-Rohling sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1596556A1
Application number: DE19661596556
Authority: DE
Inventors: Austin Lewis Martin; Denman Robert Richard
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1965-03-05
Filing date: 1966-03-04
Publication date: 1970-08-27
Also published as: US3484328A; CH492226A; DE1596556B2; BE677347A; NL6602842A; US3713728A; US3788828A; DE1596556C3; GB1167892A

Description

DR. ING. H. NEGBJVDANK "\ 5 96558

PAXBNTANWAiT HAMBURö3e ■ NEUER WAlI. 41 · J?E RN R XSH 3β 74 28 V ND 36 41 15

Owens-Illinois, Inc.

Toledo, Qhio/üSA 2. März 1966

Fernrohrspiegel-Rohling sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Spiegel-Rohling und daraus gefertigten Fernrohrspiegel, und zwar insbesondere auf einen aus einem Stück "bestehenden, leichtgewichtigen Rohling mit niedriger Wärmeausdehnung für, einen Fernrohrspiegel, auf ein Verfahren zu seiner Herstellung, sowie auf den daraus gefertigten Fernrohrspiegel mit relativ niedrigem Gewicht.

Das Gießen von Fernrohrspiegel-Rohlingen mit großen Durchmesser und Dicken wirft ebenso besondere und schwerlösliche Probleme auf wie die im Anschluß an das Schleifen, das Polieren, die Formgebung, und das Belegen notwendig werdenden Handhabungs- und Einbauvorgänge dieser Spiegel in die Fernrohre. Infolge des beträchtlichen Gewichts größerer Spiegel muß ein komplexes System von Einbaumitteln vorgesehen werden, um den Spiegel in das Fernrohr einzubauen, wobei besonders sorgfältig darauf geachtet werden muß, daß der Spiegel ungeachtet seiher jeweils sich

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während der Bewegimg des Telescopes über verschiedene Beobachtungszentren am Sternhimmel verändernden Stellung beständig in spannungslosem Zustand gehalten wird.

Da der Zustand und die Raumformgebung der spiegelnden Oberfläche des fertigen Spiegels die Genauigkeit des gespiegelten Bildes bestimmen, und da ferner der Spiegel eine derart große Biegefestigkeit aufweisen muß, um auch die geringste Bewegung oder Verzerrung der spiegelnden Oberfläche zu verhindern, muß die Dicke des Spiegels ganz erheblich sein, um solche Steifigkeit zu gewährleisten. Es sind in der Vergangenheit Versuche unternommen worden, das Gesamtgewicht solcher Teleskopspiegel herabzusetzen, indem ein Spiegelrohling mit einer Mindestdicke geformt und anschließend die untere Oberfläche des Rohlings mit Glasteilen von gleicher Zusammensetzung verschweißt wurde, wobei diese Glasteile in ihrer Gesamtheit dem fertigen reflektierenden Spiegel eine gewisse Biegesteifigkeit erteilen.

Ein Beispiel für dieses Vorgehen ist die. Verwendung einer Art von "Eierkarton"-KoiEbruktion, bei welcher mehrere lange Glasstreifen, die entlang einer längskante in Abständen geschlitzte Teilabschnitte aufweisen, mit mehreren gleichartigen, sich zu den ersten senkrecht erstreckenden Glasstreifen in Verbund gebracht werden, wobei die Verbindung an den jeweiligen geschlitzten Bereichen erfolgt, so daß die Endstruktur die gleiche Dicke oder Höhe

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aufweist, wie ein Einzelstreifen, wie es bei den ineinandergesteckten Kartonzuschnitten der Fall ist, die zwecks Trennung einzelner Eier zu einem Eierkarton zusammengefügt werden.

Es treten jedoch, wegen der Gesamtgröße der Glasstreifen und der Dicke des Spiegel-Rohlings beträchtliehe Schwierigkeiten auf, wenn die Glasstreifen Temperaturen unterworfen werden, die für ihr Verschweissen an den Verbindungsstellen und auch für das Verschweißen der Oberfläche der zusammengefügten "Eierkarton-Struktur" mit der unteren Oberfläche des Spiegelrohlings erforderlich.und ausreichend sind. Eine aus Glas bestehende Rückenplatte, die von genügender Dicke sein muß, um dem Spiegel Biegefestigkeit zu verleihen, to/aSUebenso auf die andere Oberfläche der "Eier-Karton-Struktur" aufgeschweißt werden. Da das Gießen großer Spiegel ein äußerst empfindlicher und störanfälliger Vorgang ist, und da ferner die Temperatur, der das Glas während seiner Abkühlung ausgesetzt ist, einer besonderen sorgfältigen Steuerung bedarf, lässt sich einsehen, daß ein Versuch, der "Eierkarton"-Struktur die Bodenoberfläche des Spiegelrohlings und alsdann die ganze Struktur der Rückenplatte anzuschweißen, mit ernstlichen Schwierigkeiten verbunden ist.

Die alles erfolgBsLch zu bewerkstelligen ist ein mühseliger, zeitraubender Arbeitsvorgang, der erheblich zu den Kosten des fertigen Produkts beiträgt. 109817/0??''

Demgemäß hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Formen eines aus einem Stück bestehenden, leichten, spiegelnden Glasspiegels für ein Teleskop zu schaffen, bei dem die Nachteile der den Stand der lechnik ausmachenden Verfahren vermeideijfirerden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines aus einem Stück bestehenden, leichten G-lasrohlings mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten aus dem mittels Schleifen, Polieren, Formgeben und Belegen ein leleskop-Spiegel gebildet werden kann, der nach Einbau in ein. Fernrohr von ausreichender Biegefestigkeit ist, um jede Verzerrung der spiegelnden Oberfläche auszuschließen.

Ferner liegt eine Aufgabe der Erfindung In der Schaffung eines leichten, durchsichtigen, eine geringe Ausdehnbarkeit aufweisenden, thermisch kristallisierten glasker-amischen Spiegelrohlings, der einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat.

Darüber hinaus richtet sich die Erfindung auf die Schaffung eines Rohlings der beschriebenen Art, der eine Anzahl voneinander getrennter und über den inneren Bereich verteilt angeordneten Hohlräume aufweist, die mit der atmosphärischen Umgebung mittels kleiner Öffnungen in der Spiegeloberfläche in Verbindung stehen," wobei das Volumen dieser Hohlräume insgesamt so groß ist, daß das Gesamtgewicht

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des Rohlings und somit das aus diesem gefertigten Spiegels "beträchtlich herabgesetzt ist.

Weiterhin ist eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines aus einem Stück bestehenden, leichten und durchsichtigen, thermisch kristallisierten glas-keramischen Rohlings mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten für einen Fernrohr-Spiegel zu sehen, wobei der Spiegelrohling eine Anzahl voneinander getrennter und über seinen Innenbereich verteilt ange ordneter, über kleine Öffnungen in einer Oberfläche mit der Außenwelt in Verbindung stehende_r Hohlräume mit solchem Gesamtvolumen aufweist, daß sein Gesamtgewicht beträchtlich herabgemindert wird. Diese Aufgabe zur Schaffung eines Herstellungsverfahrens schließt die weitere Aufgabe ein, das Verfahren so auszugestalten, daß ein Rohling mit den erwähnten Eigenschaften leicht gegossen und anschließend in dem erwünschten Ausmaß wärmebehandelt werden kann innerhalb einer minimalen Zeitdauer und mit relativ niedrigen Kosten.

Zur Lösung dieser Aufgaben beruht ein Merkmal der Erfindung darin, daß ein Glasrohling mit zwei entgegengesetzt zueinander angeordneten Oberflächen gebildet wird, zwischen welchen mehrere Hohlräume getrennt voneinander angeordnet sind.

Eine dieser Oberflächen ist mit einer irnzahl von Öffnungen

versehen, deren jede über jeweils einem der Hohlräume 100817/02 23

angeordnet ist, mit dem sie in Verbindung steht. Diese Öffnungen weisen einen beträchtlich kleineren Querschnittsbereich auf als die Hohlräume.

Bin weiteres Merkmal beruht darauf, daß ein durchsichtiger glas-keramischer Fernrohrspiegel-Rohling dadurch gebildet wird, daß ein geschmolzenes thermisch kristallisierbares Glas, das vorzugsweise aus der Gruppe der SiO₂ ^-Al₂O,-LipO-Gläser gewählt ist, in einer Zone gehalten wird, in welcher wiederum eine Anzahl verformt er Model oder Formkerne, von deneo Jeder an einem Halterungsteil befestigt ist, in der^geschlossenen Zone gehalten werden,

^;: ■'■■■-. - --^; - ^: '■-■■■■ - ■ : -ge-

nachdem sie vollständig in das geschmolzene Glas einhaucht sind. Durch Erhöhung der Viskosität des Glases bis es selbsttragend geworden ist, und durch eine im Anschluß an die Entfernung des selbsttragjenden Glases aus der Zone erfolgende besondereTSarmebeh^nälungbis das Glas thermisch in situ kristallisiert ist, wird ein durchsichtiger Spiegelrohling mit niedriger Wärmedehnung erhalten, welcher als vorherrschende kLstalline Phasen, lithiumhaltige kristalline Phasen aufweist, und zwar entweder als beta-Eucryptit- oder beta-Eucryptit-ähnliche Kristalle oder als beta-Spodumen- oder beta-Spodumen-ähnliche Kristalle oder bei-des, wie durch Röntgenstrahlen-Analyse identifiziert. Als Ergebnis der in situ-Kristallisation sind eine Masse solcher kristalliner Phasen in aufallsorientierter Dispersion in verbleibenden Glasmatrix zu finden. Im wesentlichen haben alle Kristalle der glas-keramischen Masse einen

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_ 7 —

Durchmesser von weniger als ex 1/3 micron, gemessen über die längste lineare Ausdehnung des Kristalls. Nach Entfernung der Formkerne aus dem Inneren des Rohlings hat sich, eine entsprechende Anzahl von Hohlräumen in diesem gebildet. ~

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein· leichter, durchsichtiger glas-keramiseher Rohling gebildet wird, welcher einen linearen Wäremeausdehungs-

■ -7 koeffizienten von zwischen minus 10 χ 10 bis 10 χ 10 ""'⁰C (O - 3QQ ⁰O) und vorzugsweise von O hat, je nach der Zusammensetzung des Glases und der Wärmebehandlung , der es unterzogen ist.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Torteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung la Terbindung mit den Zeichnungen. In diesen sind:

Fig. 1 eine Schnittansieht eines Seils des Spiegelrohlings nach der Erfindung, gezeigt im gegossenen Zustand in der GrUßform mit den im Rohling noch vorhandenen Formkernen;

Fig. 2 eine Schnittansicht des aus einem Stück bestehenden Rohlings mit den darin befindlichen Hohlräumen;

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf die Unterseite ■■■■:'■' ' ■". 1Ö98T7/G223

des in Pig. 1 gezeigten Rohlings, in der die über den einzelnen Hohlräumen "befindlichen Öffnungsdurchgänge sowie die Hohlräume in dem weggebrochenen !Teil des Spiegelrohlingsgezeigt sind;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Spiegelrohlings nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Perspektivansicht einer Art der für die Herstellung des erfindungsgemäßen Rohlings verwendbaren Apparatur;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer Form der in Fig. 5 gezeigten Art, in geschlossener Arbeitsstellung gezeigt, in der die individuellen Formkerne im geschmolzenen Glas gehalten sind;

Fig. 7 Teilschnitt einer Form der in Fig. 6 gezeigten Art, in der eine Perspektivansicht eines Formkerns gezeigt ist, der im geschmolzenen Glas gehalten wird;

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des Spiegelrohlings, die die Halterungsteile noch an den im Inneren des

Rohlings]befindlichen Formkerne befestigt zeigt; 17/022 3 · . - -.

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Pig, 10 ein Teilschnitt einer wiederum anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spiegelrohlings;

Fig. 11 eine Teildraufsieht auf die in Pig. 10 dar- -gestellte Ausführungsform, in der ein Teil weggebrochen ist,- um die darin gebildeten

Hohlräume zu veranschaulichen.

In der praktischen Anwendung der Erfindung kann der Spiegelrohling geformt werden durch Gießen einer Glasschmelzmasse in eine runde Gußform 10, die mit mehreren, sich aufwärts erstreckenden und an der Bodenfläche 12 der Form befestigten Stiften 11 versehen ist.

An jedem diesa? Stifte ist ein Model oder eine hohlraumbildende Einheit (Formkern) 13 abnehmbar befestigt, der einen Schulterteil 14 und einen Körperteil 15 aufweist. Wie in (

Fig. 1 gezeigt, hat der Formkern eine durchgehend mit der Schulter 14 gebildeten Halsteil 16, der entfernbar über dem Stift 11 angeordnet ist, so daß der Halsteil 16 den Stift 11 vollständig gegenüber der Einwirkung der geschmolzenen Glasmasse 9 schützt*

Der geformte Model oder Formkern kann aus einem beliebigen Material bestehen, das gegenüber der hohen Temperatur geschmolzenen Glases widerständig ist und während der sich anschließenden Wärmebehandlungsvorgänge seine Form beibehält.

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I U νί V

Zweckmäßig gestaltete Formkerne können gebildet werden unter Verwendung der vorerwähnten Kieselerde, die im Handel unter der Handelsbezeichnung "Glasrock Foam Ήο. 25" erhältlich und von der Firma Glasrock Products, Inc., Atlanta, Georgia, USA, hergestellt wird. Diese amorphe Kieselerde, die mindestens zu 98 $ reine Kieselsäure hat, wobei A1,,O„ den Hauptanteil der Verunreinigungen ausmacht, hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von O,54xlo~ per C (0 — 1000 G) und kann einem thermischen Schock bis zu 1705 ⁰C widerstehen. Die Schüttdichte beträgt zwischen 0,368 g/ccm bis 0,448 g/ccm.

Hachdem der Spiegel-Glasrohling 17 gegossen aus der Form 10 entfernt, einer vorgeschriebenen Wärmebehandlung unterzogen und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt ist, können die Formkerne 13 leicht aus dem Inneren des Rohlings durch die an der Unterseite des Spiegelrohlings befindlichen Öffnungen 18 hindurch durch Meissein mittels eines zweckmäßig geformten Werkzeuges entfernt werden. Auf diese Weise wird ein Spiegelrohling 17 mit einer Anzahl von Hohlräumen 19 erhalten, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Fig. 4 veranschaulicht eine andere Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, in welcher die Hohlräume 19 verschieden gestaltet sein können, je nach der räumlichen Gestalt der Formkerne, die beim Gießen des Spiegeiohlings verwendet worden sind.

In den bevorzugten Ausführungsarten sind die Bodenflächen VG 9 8 17/022 3 bad original

der Hohlräume 19 in gleicliera. Abstand gehalten zu der Oberfläche 21 des Spiegelrohlings_r welche am Ende die spiegelnde Oberfläche des Fernrohrspiegels bildet. Als Folge der symmetrischen Anordnung der geformten Kernmodel innerhalb der Gießform weist der entstehende Spiegelröhling - wie in Jig. 3 ersichtlich - eine "Vielzahl von in Abstand zu-einander gehaltener Hohlräume in parallelen Reihen auf, die eine Reihe von sich in zwei Richtungen erstreckenden Ripen 22 ausbilden, wobei die Dicke der Rippenteile auf der Erhöhung, auf der die öffnungen 18 mit den Hohlräumen in "Verbindung stehen, vorzugsweise geringer ist als die Entfernung zwischen den Hohlräumen 19 und der Oberfläche 21, die die spätere Spiegelungsfläche bilden wird.

Wie in .Mg«'5 dargestellt, kann eine im Inneren achteckig ausgestaltete Gießform 23 für das Gießen des Glasrohlings verwendet werden. Die Bodenoberfläche 24 der Form 23 kann flach oder aber, was vorgezogen wird, kovex gestaltet sein, so daß der entsprechenden Bodenfläche der darin vergossenen Glasmasse eine konkave Oberflächengestaltung erteilt wird. Über der Form 23 ist eine Formkern-Halteplatte 25 angeordnet, an deren Außenoberfläche 27 zwei sich über die Kanten nach außei erstreckende Winkeleisen" 26 befestigt sind, um manuelles Heben und Absenken der Platte 25 relativ zur Form 23 zu ermöglichen.

Mehrere Winkeleisen 28 sind (auf nicht gezeigte Weise) an

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der Außenoberfläche 27 der Platte 25 befestigt und erstrecken · sich rechtwinklig zu den Winkeleisen 26. Jedes der Winkeleisen 28 weist eine Anzahl von Durchbohrungen 29 auf (s. Fig. 7), die so ausgerichtet sind, daß sie die sich durch sie erstreckenden Stäbe 30 aufnehmen können.

Wie genauer aus !ig. 7 ersichtlich, weist jeder Formkern 13 einen kreisrunden Metallring 31 auf der Schulter 14 auf, welche} ein verlängertes Stütz- oder Halterungsglied 32 umgibt, das .sich nach innen in den Formkern 13 hinein erstreckt. ■ Das Glied 32 und der Ring 31 sind an der Schulter 14 des Formkerns 13 mittels eines geeigneten Klebers oder Zements 33 befestigt, wie beispielsweise Sauereisen. Der Halterungsteil 32 erstreckt sich nach oben durch eine Öffnung 34 in ^de^ Platte 25 hindurch, und sein oberes Ende 35 weist eine Öffnung 36 auf, durch die der Stab 30 hindurchgeht. Die Halterungsteile 32 sind in der Weise innerhalb der Formkerne 13 befestigt, daß die Ringe 31 in Berührung stehen mit der untenen Oberfläche 37 der Platte 25, so daß geschmolzenes Glas mit dem Halterungste.il 32 nicht in Berührung gelange'n kann.

Bei der Verwendung der in Fig. 5 gezeigten Apparatur, wird eine geschmolzene Glasmasse zunächst in die Form 23 bis zu einer vorbestimmten Höhe gegossen. Die Platte 25 mit den daran aufgehängten Formkernen 13 wird dann abgesenkt, bis die Ecken und Kanten der unteren Oberfläche 37 auf den Ecken 41 und Kanten 42 der Form 23 aufliegen. Auf diese Weise

BAD

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werden die !Formkerne in die geschmolzen Glasmasse eingetaucht, und sobald die Viskosität dieser Masse bis zu einem Punkte erhöht ist, in dem diese Masse selbsttragend wird, werden die Stäbe 30 aus den Öffnungen 36 in den Halterungsteilen 32 herausgezogen, wodurch das Abheben der Platte 25 von der Form 23 ermöglicht wird. Alle Halterungsteile

32 bleiben, wie in Fig. 9 gezeigt, innerhalb der Glasmasse an den Formle?nen 13 befestigt, nachdem diese Masse aus der Form entfernt worden ist.

Die Masse wird alsdann einer Wärmebehandlung unterzogen, deren Dauer und TEmperaturhöhe bestimmt ist von der Zusammensetzung dieser Masse einerseits und den endgültig an-gestrebten Eigenschaften andererseits.

Sobald der auf diese Weise gebildete Spiegelrohling 17 sich auf Raumtemperatur abgekühlt hat, wird der die Halterungsteile 32 und Ringe 31 zusammenhaltende Zement 33 entfernt, alsdann werden die Teile 21 und 32 herausgehoben und die Formkerne 13 durch die in der oberen Oberfläche des Rohlings entstandene Öffnung 40 herausgV-meißelt, bis die Hohlräume im Spiegelrohling leer sind. Da die in der Platte 25 befestigten bzw. gehaltenen Formkerne die gleiche Höhe aufweisen, werden ihre flachen Bodenflächenteile 43 in gleichbleibender Entfernung von der Bodenoberfläche 24 der Form 23 gehalten, wodurch sichergestellt wird, daß die Dicke des Spiegelrohlings

vom Boden 20 der sich ergebenden Hohlräume bis zur Außen- ^ _Λ . BAD ORIGINAL

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oberfläche 21 im wesentlichen über den gesamten Bereich des Rohlings (i. Fig. 2) gleich ist.

Die Fig. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsart der Apparatur der Fig. 5. Sin mehrteiliges Gesenk 44 mit einem eine konvexe Bodenfläche 45 aufweisenden unabhängigen Matrizenteil wird bis zu einer vorbestimmten Höhe mit einer geschmolzenen Glasmasse 46 angefüllt, alsdann wird die Platte 47 abgesenkt, so daß die verformten Model 48 in der Glasmasse aufgehängt sind.

Wie vorher mit Bezug auf die Fig. 5 und 7 erörtert, werden die Model 48 von den sich in sie hinein erstreckenden Halterungsteil 49 gehalten und,· wiederum getragen von der Stange 50, die durch die Öffnungen 51 in den Teilen 49 und durch Öffnungen 52 in Winkeleisen 53 hindurchgehen. Mit Rücksicht auf die der Oberfläche 54 der Masse 46 erteilte konlare Gestaltung weisen die Bodenflächen 55 der Modeln die gleiche Gestaltung auf, so daß alle Bodenflächen 55 in einer Ebene liegen, die im wesentlichen parallel zur konkaven Oberfläche 54 und der konvexen Formenoberfläche 45 verläuft.

In einer, in Fig. 10 gezeigten, wiederum anderen Ausführungs-

ο art der Erfindung wird der Spiegelrohling 56 mit einer to

konkaven spiegelnden Oberfläche 57 und einer konvexen rück-

^ seitigen Oberfläche 58 geformt. Dies wird dadurch erreicht,

ro daß Formkerne von verschiedener Gestaltgebung von einer

^a» oberen Platte herabhängen, die ähnlich gebildet- ist wie die in

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Fig. 6 gezeigte Platte 47* jedoch rait der Maßgabe, daß ihre Bodenoberfläche konkav gestaltet ist, sich der Gießform innig anpasst und eine Zone ausbildet, die der äußeren Konfiguration des Rohlings 56entspricht.

Der Spiegelrohling 56 wird ferner mit einem zentral angeordneten Hohlraum 59 ausgebildet', der jede gewünschte Form annehmen kann, um Einbau- und Befestigungsmittel (nicht gezeigt) aufzunehmen und somit den Einbau des au-s dem Rohling hergestellten Spiegels in der Art einer Radia- oder Fernsehantenne au ermöglichen. Dadurch, daß die Hohl-. räume 60. in verschiedener Große und Gestaltung ausgebildet werden, weist der gebildete .Spiegelrohling mehrere sich radial erstreckende Rippen 62 auf, die die gleiche Dicke haben, wie der Glasrohling wodurch dieser ai Steifigkeit gewinnt. Durch Herstellen des Spiegelrohlings in der in Pig. 10 gezeigten Art und Weise wird das Gesamtgewicht des aus dem Rohling gefertigten Fernrohrspiegels stark herabgesetzt, und zwar eben dadurch daß bei den periphere*! teilen im Verhältnis zu dem Mittelteil die Dicken progressiv reduziert werden.

Auch hier machen es die über den Hhlräumen 60 angeordneten und mit ihnen in Verbindung stehenden Öfnungen 61

^ möglich, daß die Hohlräume unter atmosphärischen Drücken

σο und !Temperaturen stehen.

°- Das folgende Beispiel dient ausschließlich der Veranschaulichung

f.? einer Ausführungsar,t.qLey Erfindung und keineswegs ihrer

Π) y q- i ι ι ^A: 11 A ' ~* *

- Begrenzung. BADORIGiNAL

BeIa pi e 1 1

Ein thermisch kriBtallisierbäres geschmolzenes Glas mit einer Temperatur im Bereich von 1450° big 1510 C wurde in ein mehrteiliges, mit einer konvexen Bodenoberflache versehenes Gesenk aus Graphit gegossen, nachdem dieses auf 205 ⁰C vorerhitzt war. Die form wies einen Durchmesser von 40,64 cm auf; es dauerte etwa 15 Seit., bevor der Oberflächenspiegel des geschmolzenen Glases die vorgesehene Höhe erreichte. Nach Beendigung des Glaseinflusses wurde die obere Platte der Form, die eine symmetrische Anordnung einer Anzahl verformter Glasrock-^Mödel der in flg. 8 gezeigten Ausgestaltung in Richtung auf das Gesenk herabgelassen, so daß alle Model in der in .fig« "6- gezeigten Weise in die geschmolzene Glasmasse eingetaucht waren. Die Model waren zuvor auf 426 ⁰C erhitzt worden.

. liachdem nach dem Eintauchen der Model fünf Sekunden vergangen waren, werden die die Model tragenden Stäbe von der Platte entfernt und die Platte von der Form abgehoben.

Sobald sich die Viskosität des Glases bis zu einem Punkt erhöht hatte, bei welchem das Glas selbsttragend wurde, wurde das mehrteilige Sesenk geöffnet und der Glasmassenaufbau wurde von dem konvexen Bodenflächenteil der form gehalten. Yon dem Zeitpunkt des Eingießens der Glasmasse in die form war insgesamt eine Zeit von etwa 2 1/2 bis 3 Minuten vergangen. BAD Original

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Der selbsttragende Glasmasse-Aufbau wurde zusammen mit dem Gesenkboden unverzüglich in einen Ofen eingebracht, der auf eine Temperatur von 538 ⁰O vorerhitzt worden war und dessen !Temperatur infolge der Anwesenheit der heißen Masse auf 621 ⁰G anstieg; bei dieser Temperatur wurde der Aufbau während drei Studen ;im Ofen belassen.

Die Temperatur im Öfen wurde dann mit einer Steigungsrate von etwa 2,75 ⁰O pro Minute bis auf 732° erhöht; bei dieser Temperatur wurde der Aufbau 50 Stunden lang gehalten. Fach Ablauf dieser Frist wurde mit einer Eühlgeschwindigkeit von etwa 0,56° pro Minute" gekühlt, bis eine Temperatur von 538 ⁰C erreicht war, und von da ab die Kühlgeschwindigkeit auf etwas weniger als 2,75 ⁰C je Minute gesteigert, bis sich Raumtemperatur einstellte. Es hatte sich ein durchsichtiger, thermisch in situ kristallisierter glaskeramischer Spiegelrohling von eina? Dicke von 89 mm gebildet. Eachdem die Halterungsteile entfernt und die GlasröeK Model weggemeisselt und -geschabt worden waren, wies der Spiegel-Rohling eine Anzahl über seinen inneren Bereich verteilt angeordneter Hohlräume auf. Er hatte einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 0 + 1 χ 10 ~^{7 0}C (0-300 ⁰O).

Beispiel 2

Es wurde ein Rohling gebildet dirch Gießen eines thermisch kristallisierbaren geschmolzenen Glases, das eine

BAD ORIGINAL

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Temperatur von etwa 1485 G aufwies, in eine Graphitform, die zur Verhütung von Wärmeverlusten vorerhitzt worden war. Die form hatte einen Durchmesser von 40,46 cm und trug in der in Pig. 1 gezeigten Weise eine Anzahl von Glasrock-Formkernen, die ihrerseits ebenfalls vorgewärmt waren. Es dauerte etwa 15 bis 20 Sekunden, bis das geschmolzene Glas in die Form eingeflossen war und die Formkerne in einer Höhe von 1,27 cm über die oberen Flächen der Formkerne hinausgehend einschloss. Das geschmolzene Glas wurde für etwa 4 Min. in der ^orm stehen gelassen, nach deren Ablauf die Viskosität des Glases sich soweit erhöht hatte, daß es selbsttragend geworden war.

Die Form wurde umgekippt, und der Glasrohling wurde auf vorübergehend auf eine Fläche aufgelegt, die so^fort in einen auf 538 ⁰C vorgeheizten Ofen eingebracht, dessen Temperatur infolge der Anwesenheit der darin befindlichen heißen Masse auf 621 ⁰O anstieg. Bei dieser Temperatur wurde der Aufbau 3 Std. lang gehalten. Alsdann wurde die

ο Temperatur mit einer Steigerungsrate von 2,75 C je Minute auf 730 ⁰G erhöht, und der Aufbau wurde 50 Std. bei dieser Temperatur gehalten. Am Ende dieses Zeitraumes wurde der Aufbau mit einer Kühlgeschwindigkeit von etwa 0,56 ⁰C je Minute gekühlt, bis eine Temperatur von 530 C erreicht

wurde
war,, und alsdann/die Kühlgeschwindigkeit gesteigert auf etwas we^niger als 2,75 ⁰G je Minute bis sich Raumtemperatur einstellte» ·

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Is hatte sick ein durchsichtiger, thermisch in situ kristal* lis inerter glas-keramischer Spiegel-Rohling gebildet.' Die ÜTorrakexne wurden aus dem Kern herausgemeisselt und gekratzt, wonach sieh eine Anzahl über das Innere verteilt er and in der Gestaltung der der lormkerne entsprechender Hohlräume gebildet hatte*

Bas in ä.Bn vorangehenden Beispielen verwendete thermisch kristallisierbare Glas wurde zubereitet, in dem zunächst eine aus folgenden Mengen und Bestandteilen zusammengesetzte Charge geschmolzen wurde:

Bestandteile	Anteile in ke
JPetälit (ί)	184,104
.Zirconsand (2)	6,875
Aluminiumoxid (3)	17,718
Borsaure (4)	13V75O
^oöhreiner Kalkstein <5)	11,126
	2,410
tDitandioxyd (6)	4,125
-Natrium	0,567
Hat r iumant itaonat	0,765

(1) 4.2 Io i,i-₂O,' 16.1. io Al₂O₅₁ 77_#7 φ SiO₂, 0,4 $ Na₂O, 0.027 °/o Fe₂0„, und andere Nebenbestandteile einschließlich Glühverlust.

- -τ _f

BAD ORiGiNAL

IG 9 8 1-7/0 223 ■,.,.... _: .

(2) Analyse des Zirconsandes ist: 33.8 $> SiO₂, 65.5 f° ZrO₂ > 0.12 °/o TiO₂, 0.05 f> ^₂O₅, 0.24 f> Al₂O₃, und 0.2 fo Ceriumoxyd und möglicherweise Oxyde seltener Erden.

(3) Gewicht von Alcoa A-14 Aluminiumoxyd, beispielsweise: 99.5 f° Al₂O₃, 0.03 % Pe₂O₃, 0.10 fo Na₂O, 0.08 fo

0.2 fo Glühverlust bei 594 ⁰C.

(4) 56.2 fo B₂O₃.

(5) Kalkstein-Analyse 55.25 ^cß> CaO, 0.25 fo MgO, 0.5 f° SiO₂, 0.2 fo Al₂O₃, 0.05 fo Fe₂O₃, 0.001 ^ Cr₂O₃, 0.03 ?5 Sulfat (SO₃), 0.02 fo P₂O₅ und ein Glühverlust von 43.6 fo.

(6) Gewicht des Titanox-GM, welches eine nicht als Farbstoff dienende Qualität eines fast reinen TiO₂ ist, das von der Titanium Pigment Corporation vertrieben wird.

Dieses Glas hat die folgende theoretische Zusammensetzung, die sich für eine tatsächlich analysierte Charge ergebende Zusammensetzung gegenübergestellt ist:

Theorie, fo Anal.yae_t f>

64.0 63.7

20.9 21.4

2.7 2.8

1.3 0.98

1098 $79/02 23 5.80

O	SiO₀
CO	2
CO	Al₂O₃
-J
	CaO
O
K)	ZnO

Theorie, %	Analyse, $>
3.4	2.96
1.8	1.91
2.0	1.98
0.2	0.18
."—	0.65
0.4	0.32

Die Unterschiede zwischen der theoretischen und analysierten Zusammensetzung werden in erster Linie der Aufnahme von Aluminiumoxyd aus dem feuerfesten Material des Ofens und dem sich aus Verdampfung ergebenden Verlust an BO und ZnO zugeschrieben.

Aufgrund der, wie vorstehend beschrieben, dem Glas zuteil gewordenen Wärmebehandlung sollte die erhaltene glas-keramische Masse einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von minus 0,2 χ 10 ."' per ⁰O (0 - 300 ⁰C) haben.

Ein weiteres Beispiel für ein bevorzugtes thermischkristallisierbares Glas, das mittels der oben beschriebenen Wärmebehandlung ein für einen astronomischen Fernrohrspiegel geeigneten Rohling aus glas-keramischer Masse mit einem Wärmaaisdehnungskoeffizienten von 0 - 10""' per ⁰O (0 - 300 C) ergibt, ist nachstehend beschrieben.

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Die Wärmebehandlung für dieses G-las weicht von der oben beschriebenen insofern ab, als die Temperatur des Ofens, in die das geschmolzene Glas nach der drei-stündigen

Aufrechterhaltung von 621 ⁰O mit einer Steigerungsrate

von etwa 2,75 ⁰O je Minute anstatt auf 730 ⁰O auf

eine Temperatur von 774 ⁰O gebracht und bei dieser Temperatur für-die Dauer von 48 Stunden gehalten wird. Im übrigen ist das Verfahren das gleiche wie in den Beispielen

1 und 2 beschriebene.

Dieses Glas wird dadurch zubereitet, daß zunächst eine Charge der folgenden Zusammensetzung geschmolzen wird, bei denen die Bestandteile in Gewichtsteilen angegeben sind.

Bestandteile	Mensen in kg
Petalit (1)	194,085
Zirconsand (2)	6,873
Aluminiumoxyd (3)	16,103
hochreiner Kalkstein (4)	11,141
Zinkoxyd	2,863
Lithiumchlorid	1,162
Mthiumnitrat	0,652
Titandioxyd (5)	4,139
ITatriumantimonat	1,134

109817/0223

1596555

(t) Die"-Petal.it—Zusammensetzung ist wie zuvor angegeben.

(2)" Zirconsand-Zusammensetzung wie zuvor.

(5) Aluminiumoxyd, beispielsweise Zusammensetzung, 99.6 ^cß>

A1₉O_, 0.05 $ Fe₉O 0.04 f° Ha₉O, 0.12 # SiO₉, 0.2 Glühverlust bei 594 ⁰C

(4) Kalkstein wie zuvor.

(5) üJitanox-GM wie zuvor.

Dieses Glas hat die folgende theore—bische'Zusammensetzung, der die sich für eine tatsächlich analysierte Charge ergebende Zusammensetzung gegenübergestellt ist; wobei die Bestandteile als Oxyde und einmal als chemisches Element ausgedrückt sind:

	Theorie, %	Analyse, Jo
SiO₂	67.4	67.5
Al₂O₃	20.9	22.1
GaO	2.7	2.6
ZnO .	1.5	0.5
M₂O	5.9	5.59.
TiO₂	1.8	1.9
ZrO₂	2.0	1.95
ITa₂O	0.5	0.80
Cl	0.2	*
Sb₂O₅	^ 0.4 . TO 9817/02 23	•χ· i

^BAD

¥ - nicht analysiert.

Es wird angenommen,.daß die Differenzen auf Aufnahme von Aluminiumoxyd aus der Ofenumgebung und auf Verdampfungsverluste im lalle von ZnO zurückzuführen sind.

Obwohl die Spiegel-Rohlinge nach der Erfindung gebildet werden können unter Verwendung bekannter Glaszusammensetzungen, die sich in der Vergangenheit als fü^ernrohrspiegel verwendbar gezeigt haben, wie beispielsweise geschmolzener Quarz, Borsilikatglas und dergl., wird es vorgezogen, thermisch kristallisierbare Gläser aus der Gruppe der SiOp-AlpO^-JüipO-Gruppe zu verwenden, welche die Eignung haben, thermisch in situ kristallisiert zu werden, um durchsichtige glas—keramische Masse zu ergeben, die einen sehr niedrigen und vorzugsweise bei etwa 0 liegenden linearen Wärmeausdehungskoeffizienten aufweisen.

Durchsichtige, glas-keramische Spiegelrohlinge mit niedriger Wärmedehnung können mittels thermischer in situ Metallisation aus der bevorzugten thermischen kristallisierbaren Grund-Glaszusammensetzung der Erfindung gebildet werden; diese Zusammensetzung besteht im wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen mit den Anteilsmengen innerhalb der angegebenen Prozentgrenzen, bezogen jeweils auf die Gesamt-Glaszusammensetzung.

1 Ü 9 S 17 / 0 2 23

Bestandteile Gew.-^

SiO₂ . .56 -

Al₂O₅ 1-8 -

Li₂O 3.4 -

CaO 0-3

ZnO 0-2

^B2°3 0-4

TiO_n ■-■■'■ 0-6

ZrO₂ 0-3

MgO . ' 0-3

Na_nO 0-1

P₂O₅ 0-3

(SiO₂ + Al₂O^) mind.

(SiO₂ + Al₂O₃ + B₂O₃ + P₂O₅) 86 - 91

(SiO₂ + Al₂O₇ + P₂O₅ +Li₂O) nicht mehr als

(CaO + MgO + ZnO + Na₀O) 2.5-6

C.

(TiO +ZrO₂ 2-6

wobei das Verhältnis von (CaO + MgO + Na₂O + EpO,,) zu

kleiner ist als 2,4 : 1 und ^s Verhältnis von ₂ zu Al₂O₃ nicht größer ist als 3,8 : 1 und vorzugsweise nicht größer ist als 3,3 : 1. Der SiO₂-Gehalt kann

BAD ORIGINAL 1098 17/0223

bis zu 70 Gew.-$ erhöht werden, wobei noch gute Ergebnisse erhalten werden. .

solche Anwendungszwecke von Gläsern und kristallinen keramischen Massen der Erfindung, bei denen es erforderlich ist, die gebildeten Glasgegenstände für eine längere Zeit in Temperaturbereichen zu halten, in denen sich die Kristallisation abspielen kann, wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, den Betrag von TiOp plus ZrO₂ auf eine Hochstanteilmenge von 5 Gew.-^ zu begrenzen, und daß das TiO„ auf ungefähr 1,5 $ der hier angegebenen Gesamt-Glaszusammensetzung beschränkt werden sollte. Hinsichtlich dieses Aspekts der Erfindung ist festzuhalten, daß normalerweise der Iiengenbereich von TiO₂ von 1 bis 1,5 1° geht. Ein derartiger Verwendungszweck, der eine solche niedrige Kristallisations-Keim-Konzentration erfordert, besteht in der Herstellung sehr großer formgestalteter Gegenstände, wie beispielsweise sehr dicker Rohlinge für Teleskopspiegel mit großen Durchmessern, welche eine sehr lange Ausglühzeit erforderlich machen, während welcher das Glas nicht vorzeitig kristallisieren darf.

Die gemäß den Beispielen 1 und 2 verformte, durchsichtige ktristalline glas-keramische Masse enthält als vorherrschende kristalline Gebilde lithiumhaltige kristalline Phasen, die ausgewählt sind aus der aus beta-Eucryptit- oder beta-eucryptitähnlichen Kristallen oder beta-Spodumen oder beta-spodumenähnlichen Kristallen oder beiden bestehenden Gruppe, wie

■ - * . ■ . ■ ■ BAD ORIGINAL

109817/0223 ^- , ·

mtttelBRöntgen-Aäalyse identifiziert. Der keramische Körper enthält eine Masse solcher kristallischen Phasen, die ungeordnet durch den gesamten Bereich des keramischen Körpers v-ers.-tr.eat und in der als Ergebnis der in situ-Kristallisation verbleibenden glasigen Matrix.dispergiert sind. Im wesentlichen haben alle Kristalle des keramischen Körpers einen Durchmesser von weniger_t-als 1/3 micron, gemessen über die größte lineare Ausdehnung der Mstalle. Die glas-keramische Masse hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa zwischen minus 10 χ 10 "⁷ bis 10 χ 10 ~⁷ (O - 300 ⁰O) und, vorzugsweise, vonminus 5 bis 3 x 10 " (0 - 300 C).

Der endgültige Fernrohrspiegel-Rohling und der daraus gefertigte 3?ernrohrspiegel hat einen etwa bei Hull liegenden linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Ferner wird, obwohl der bevorzugte Durchmesser der Kristalle weniger als 1/3 micron, gemessen über die längste lineare Ausdehung der Mstalle beträgt, vorgezogen, wenn der Kristalldurchmesser weniger als 1/4 micron beträgt, und die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kristalldurchmesser weniger als, 1/10 micron betragen.

Ein Spiegel-Kohling mit konkaver Oberfläche kann unter Anwendung des im Beispiel 2 beschriebenen yerfahrens dadurch hergestellt werden, daß die die heisse selbsttragende

BAD ORiGiNAL 109817/0221

Glasmasse enthaltende Form auf eine konvexe Oberfläche umgekippt und der Glasmasse gestattet wird, sich auf diesen zu setzen und dabei die Gestalt der tragenden Oberfläche anzunehmen. Es liegt auf der Hand, daß. dadurch, daß einer Oberfläche des Rohlings eine konkave Gestalt vermittelt wird, die Arbeitsgänge des Schleifens, Polier«ens und der Formgebung erleichtert werden.

Darüber hinaus wird, obwohl bei der Herstellung der Spiegelrohlinge nach der vorliegenden Erfindung Graphit-formen benutzt worden sind, in Betracht gezogen, daß die Formen auch aus anderen Materialien, beispielsweise einem offenzelligen geschmolzenen Siliziumoxyd-Schaum (Glasstein) oder keramischen Massen von niedriger Wärmedehnung und dergl. hergestellt sein können, die auf Temperaturen vorerhitzt werden können, die nahe an die der geschmolzenen Glasmasse herankommen. Wenn die Spiegelrohlinge aus einem thermisch kristallisierbarai Glas hergestellt werden sollen, wird weiterhin vorgezogen, die^ormkerne oder Model mit abgerundeten Ecken und Kanten auszubilden, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Dies wird eine ungewünschte Kristallisation des Glases, wie sie an scharfen Ecken und Kanten aufzutreten pflegt, verhindern, oder doch ganz wesentlich herabsetzen. Wahlweise können die Formkerne auch rund, korfs^ch oder von sonstwie geeigneter Gestaltung sein und brauchen nicht notwendigerweise rechteckige Form zu haben.

Es versteht sich von selbst, daß, wenn Fernrohrspiegel-

Rohlinge mit leichtem Gewicht aus geschmolzenem Quarz, Borsilikat oder anderen Glaszusammensetzungen gebildet werden sollen, die zweckmäßigste Behandlungsmethode von der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen abweichen wird, weil eine in situ Kristallisation des Glases nicht erforderlich ist. Derartige Wärmebehandlungsverfahren sind in der einschlägigen Technik wohlbekannt.

In der vorangegangenen Beschreibung der Ausführungsarten der Erfindung ist angegeben, daß die geschmolzene Glaszusammensetzung in die Form gegossen wird. In einer anderen Art der Ausführung kann die Form mit Glasbruch gefüllt und dann auf eine für das Schmelzen des Bruches in der Form ausreichende Temperatur erhitzt werden.

In dem Falle, in dem unter Anwendung der technischen Lehre der Erfindung Rohlinge aus geschmolzenem Quarz hergestellt werden, ist ein Material wie der oben beschriebene Glasstein für die Formkerne nicht geeignet. An seiner Stelle könnte ein Material wie Graphit für die Herstellung der geformten Model 13 und 48 verwendet werden. Um das Auftreten von auf Gasentwicklung zurückzuführenden Blasen im Rohling auf ein Mindestmaß herabzumindern, kann Vakuum angewendet werden. Als eine Alternative zu der Anwendung eines Vakuums kann ein Drücksystem verwendet werden, mittels dessen irgendwelche Gasblasen im Boden des geschmolzenen Quarzes in der Form zurückgehalten werden. Wenn der Spiegelrohling aus

109 8 1 7/0? 2 Π BAD ORIGINAL

Quarz gefertigt wird, wird Sand in die die Hohlräume ausbildenden Vorsprünge aufweisende Form gebracht und geschmoten.

Wie in Pig. 7 dargestellt, werden die Formkerne 13 von Halterungs-^teilen 32 getragen, die eine Öffnung 36 aufweisen. Der Halterungsteil 32 erstreckt sich einmal nach oben durch die starre Platte 25 hindurch und zum anderen in den Formkern selbst hinein. Derating 31 ist auf dem Formkern 13 befestigt, und der Raum zwischen ihm und dem Teil 32 ist mit einem haftenden Zement angefüllt. Es liegt auf der Hand, daß anstelle dieser verschiedenen Teile, nämlich Model 13, Halterung 32, Ring 31 und Zement 33, der gesamte durch den Zusammenbau dieser Einzelteile gebildete Körper in Form eines einzigen und aus einem Stück gebildeten Elements vorgesehen werden kann, dessen Bodenteil den ge_ formten Model, dessen Zwischenteil das Gegenstück zum Ring 31 (der tatsächlich ein Teil des geformten Models ausmacht) und dessen oberer Teil den oberen Teil des Halterungsgliedes 32 darstellen. Dieses ganze Stück könnte natürlich aus Glassteinschaum gebildet werden, wobei der oberste Teillyfeine Öffnung aufweisen müßte, die der Öffnung 36 in dem Teil 32 entspricht. Das gleiche gilt für die Formkerne 48 und die Halterungsteile 49, die insgesamt ebenso aus einem Stück gegossen sein können. Demgemäß stellen die tiohlraumbildenden Teile der Apparatur nach der Erfindung, wenn sie aus einem einzigen Stück gebildet sind, den Formkern 13, Ring 31 und Zement 33 dar. Dies liefert die Raumform

1 098 17/0223 bad original

des-in Pig. 6 gezeigten Pormkerns 48, der ein solches hohlraumlD ildendes Element darstellt. Der Halterungsteil ebenso wie der Halterungsteil 49 erstrecken sich nach unten in das hohlraumbildende Element hinein, während der obere Teil der Halterungsteile benutzt wird, um die hohlraumbildenden Elemente in die gewünschte Lage zu bringen und dort, wie beispielsweise in Pig. 7 gezeigt ist, festzuhalten.

Ein nach dem hier offenbarten Verfahren hergestellter durchsichtiger Rohling von niedriger Wärmedehnung, dessen Grundoberfläche vorzugsweise konkav ist, wird zu einem Teleskopspiegel weiter bearbeitet, indem diese konkave Oberfläche geschliffen, poliert und geformt wird, d. h. auf der Oberfläche wird eine genaue parabolische Kurve ausgebildet. Ein dünner Aluminiumbelag wird dann in -an sich bekannter Weise auf die bearbeitete Oberfläche aufgebracht, um eine spiegelnde oder abstrahlende Oberfläche hervorzubringen. ·

In der vorangegangenen Beschreibung der in Pig. 5 gezeigten Apparatur ist erwähnt, daß'die die Pormkerne 13 tragende Platte 25 abgesenkt wird, um die Pormkerne 13 in die geschmolzene Glasmasse hineinzudrücken. Nach einer Abwandlung dieser Ausführung, kann die Apparatur so abgeeändert werden, daß eine verhältnismäßig große Öffnung in der Platte -25 vorgesehen wird, so daß die die Pormkerne 15 tragende Platte 25 mit Bezug auf die Porm 23 . ■'

so angeordnet wird, daß sich, die Formkerne in der genau vorbestimmten Höhe befinden, in der im geschmolzenen Glas Hohlräume ausgebildet werden sollen, wenn dieses Glas durch diese relativ große Öffnung hindurch eingegossen -wird oder einfließt. Diese Art der Ausführung macht einen Glaspreß-Yorgang überflüssig. Statt dessen fließt das geschmolzene Glas nach Eingießen in die form um die bareits durch die Platte 25 in ihrer lage gehaltenen "Formkerne 13 und Ringe 31 herum, "Wenn der Gießform 23 das geschmolzene Glas in de.r richtigen Mengenabmessung durch die Öffnung in Platte 25 zufließt.

In einer noch weiteren Abänderung der Ausführung kann die Platte 25 ersetzt werden durch einen Hal&erungsrost für die Formkerne 13 und Ringe 31. Dieser Halterungsrost kann aus einem Zusammenbau von auf einer gemeinsamen Ebene miteinander verbundener Stäbe bestehen, durch welche in den waagerechten Ebenen zwischen den Formkernen 15 viele Öffnungen gebildet werden.

Auf diese Weise kann das geschmolzene Glas an vielen verschiedenen Stellen gleichzeitig in die Form einfHessen oder in diese gegossen werden, um die Formkerne 13 solange und soweit mit geschmolzenem Glas zu umgeben, bis der Oberflächenspiegel des in der Form befindlichen geschmolzenen Glases eine Höhe bei oder in Nähe der oberen Oberfläche der Ringe 31 erreicht hat. Selbstverständlich wird der Blöden der Formkerne 13 in einem solchen Abstand zum Boden

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der form 23 gehalten, daß eine ausreichende Dicke zwischen der vom Boden 24 geformten Oberfläche des Rohlings und der durch die Bodenflächen der Formkerne 13 gebildeten Bodenflächen der Hohlräume gewährleistet ist.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens nach der Erfindung.wird bei der Verwendung eines thermisch in situ kristallisierbaren Glases das geschmolzene Glas in der Form abkühlen lassen bis seine Viskosität sich soweit erhöht hat, daß es an der Peripherie selbsttragend geworden ist, dann aus der Form entfernt und in beschriebener Weise abgekühlt und zum Zwecke der in situ Kristallisation '".. einer Wärmebehandlung unterzogen. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, wenn alle oder auch nur einzelne Teile der Form zu irgendeinem späteren Zeitpunkt entfernt werden, ebenso wie· nur ein Teil der Form anstelle der ganzen entfernt werden kann, nachdem die Kühlung so weit vorgeschritten ist, daß das Glas an der Peripherie selbsttragend ist.

In dieser Beschreibung sind die Ausdrücke "beta-Eucryptit-Kristalle" und "beta-eueryptitähnliche Kristalle" in einem alternativen Sinne verwendet. Während man meist bei der · Bezeichnung "beta-Sucryptit¹¹ an die spezifische Kristallart ~» denkt, die ein- mol lithlumoxyd, ein mol Aluminiumoxyd und 2 mol ^ Siliziumoxyd enthält, werden daher in dieser Beschreibung ^j beide Ausdrücke verwendet,um eine kristalline Spezies ο zu bezeichnen, die gemäß Rüntgen-Identifikation beta-Eucryptit- ^* Strukturen aufweist, doch können die Maxima leicht ver-

schoben sein, je nachdem ob die genaue Menge des anwesenden Siliziumoxyds mehr oder weniger ausmacht als die durch die Maxima angezeigten 2 mol".

In ähnlicher Weise verhält, es sich mit der in der vorstehenden Beschreibung mehrfach enthaltenen Verwendung der Bezeichnungen "beta-Spodumen" und "beta-spodumenähnliche Kristalls", wobei "beta-Spodumen-Kristalle" Strukturen bezeichnet, die 4 mol Siliziumoxyd auf je ein mol Aluminiumoxyd und ein mol Lithiumoxyd aufweisen. Bei leichter Maximaverschiebung ist angezeigt, daß die kristallin-*e Struktur mehr oder weniger als genau die durch die maxima angezeigten 4 mol Siliziumoxyd enthält. In den Ansprüchen sind daher die Bezeichnungen "beta-Eucryptit" und "beta-Spodumen" in diesem strukturellen Sinne verwendet.

Obwohl die Erfindung erörtert und beschrieben worden ist im Zusammenhang mit Rohlingen für Pernrohrspiegel, dürfte klar sein, daß mittels des Verfahrens nach der Erfindung andere große verformte Glasgegpastände hergestellt werden können, und zwar insbesondere, wenn es wichtig ist, daß diese ein relativ geringes Gewicht aufweisen. Derartige Gegenstände können blspielsweise als Baueinheiten in der Bauindustrie Verwendung finden.

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Claims

^ DR. ING. H. NEGENDANK PAIINMWALI HAMBTJKQ 8β * NBtTBH WALI 41 · FBRNHTTE1 8β 74 88 TTND 8β 41 10 t BTBGBDAPATBNX Owens-Illinois, Inc· Toledo, Ohio/USA 2. März 1966 P a t e η t a η s ρ r ü c h e

1. Glasrohling mit niedrigem Gewicht für einen Pernrohrspiegel, dadurch, gekennzeichnet, daß zwischen aei einander gegenüberliegenden Oberflächen des aus einem durchgehenden Stück, bestehenden Rohlings (17> 56) mehrere voneinander getrennte Hohlräume (19» 59) angeordnet sind und eine der beiden Oberflächen eine Anzahl von Öffnungen (1-8, 61) aufweist, von denen jede über einem Hohlraum angeordnet ist und mit diesem in Verbindung steht, wobei der

• Querschnitt der Öffnung kleiner ist als der des mit ihr verbundenen Hohlraums.

2. Glasrohling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der mit Öffnungen (18, 61) versehenen Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche (57) konkav ausgebildet ist.

3. G-lasrohling nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet. daß die Hohlräume (19, 59) mit einem Materiä.:. ausgefüllt sind, das bei einer über dem Schmelzpunkt der Glasmasse des Rohlings liegenden Temperatur wärmebeständig.ist und aus den Hohlräumen leicht und ohne Beeinträchtigung der Dehnungseigenschaften des Glasrohlings entfernt werden kann.

109817/0223 BAD ORIGINAL

4. Glasrohling nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das in den Hohlräumen befindliche Material ein amorpher,

di-

geschmolzener SiliziumÄxydschaum mit offenen Zellen ist.

5. Glasrohling nach einem der Ansprüche 1 "bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß die den Öffnungen (18, 61) gegenüberliegende Bodenfläche (20) der Hohlräume jeweils einen gleichen Abstand zu der nicht mit öffnungen versehenen Oberfläche (21, 57) des Rohlings einhält und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft.

6." Glasrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet« daß der Rohling im wesentlichen aus einer durchsichtigen, wenigstens teilweise kristallisierten glas-keramischen Masse mit niedriger Wärmedehnung besteht.

7. Glasrohling nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die glas-keramisehe Masse als vorherrschende kristalline Spezies lithiumhaltige kristalline Phasen enthält, die aus der aus beta-Eucryptit, beta-Spodumen und deren ■Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt sind, wobei die glas-keramische Masse eine Masse solcher kristalliien Strukturen in einer zufallsorientierten Verteilung innerhalb der keramischen Masse aufweist, die in eina? glasigen Matrix dispeig.ert sind, und wobei im wesentlichen alle Kristalle einen Durchmesser von weniger als 1/3 micron, gemessen über die größte lineare Ausdehnung

der Kristalle, aufweisen. *~~—— -

1098 17/0223 ^BAD original

8. Grlasrohling nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet«daß der lineare Wäraeausdehungskoeffizient

—7 ' *»7

des Glasrohlings von -10 χ 10 bis etwa 10 χ 10 beträgt.

9* Glasrohling nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß6e37glas-keramisohe Rohling durch thermische in situ-Kristallisation aus einem thermisch kristallisierbaren Glas gebildet ist, dessen Zusammensetzung nach Bestandteilen in den nachstehend aufgeführten Gewichtsprozentanteilen wie folgt ist:

Bestandteil

SiO₂ 56-68 Al₂O₃ 18-27 Ii₂O ^: 3v4 - 4.5 CaO 0-3 ZnO 0 - 2 B₂O₃ 0-4 TiO₂ Ö - 6- ZrO₉ -
Cm
MgO 0-3
0-3 Fa₂O 0 - 1 P₂O₅ Λ 0-3 (SiO₂ +Al₂O₃) mind. 82 (SiO + Al₂O₇ + B, ₇0_Ύ + P₂O₅) 86 - 91

BAD ORiGiNAL

■ IÖd-017/0223

<
Bestandteile 2°) Gew.-# 6 als 93 • (CaO + MgO + ZnO + Na₂O) 2.5 - mehr (SiO₉ + Al₀O + PO. + M (CaO nicht 6 0 4- B₂O₃) (TiO₂ + ZrO₂) 2 - ι ^Tq
* JACk f
C wobei das Verhältnis von + MgO + ZnO

zü LipO kleiner ist als 2·,4 : 1 und das Verhältnis von StO₂ zn Al₂O nicht mehr als 3,8 % 1 beträgt,

10. Glasrohling nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das.Verhältnis von SiO₂ zu Al₂O in der thermisch kristallisierbaren Glaszusammensetzung nicht größer ist als 3,3 ft ϊ/

11. Glasrohling nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an (TiO₂ + ZrO₂) in der thermisch kristallisierbaren Glaszusammensetzung nicht mehr als 3 Gew.-# ausmacht und d*s TiO₂ in einem Mengenanteil von etwa 1 bis 1,5 Gew.-^ vorhanden ist.

Λ2. Verfahren zur Herstellung eines Glasrohlings gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß eine geschmolzene Glasmasse (9, 46) in einer Zone (10, 23, 44) gehalten und darin mindestens ein aus einem gegenüber der geschmolzenen Glasmasse

ο beständigen und in dieser die erteilte Raumkörpergestaltung to

wahrenden Material gefertigter und verformter, an einem «v Halterungsteil (32, 49) befestigter Formkern (13, 48)

ro zusammen mit einem Teilabschnitt des Halterungsteils

eingetaucht und gehalten, die Viskosität

^M/'^U"^j BAD ORIGINAL

zum Selbsttragen der Glasmasse werden erhöht und die selbsttragende Maese einschließlich des eingegehloseenen Formkerns aus der Zone entfernt wird, wobei - die Raumkörpergestaltung der selbsttragenden Glasmasse der dieser Zone entspricht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkern aus dem gebildeten Rohling entfernt und dadurch mindestens ein zwischen oberer und unterer Oberfläche des Rohlings angeordneter Hohlraum und mindestens eine Öffnung in einer der beiden Oberflächen gebildet werden, wobei die der gegenüber dem Hohlraum kleinere Öffnung mit dem Hohlraum in "Verbindung steht.

V- ■

14. Verfahren nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Formkerns amorpher, geschmolzener

di-

Siliziumoxydsehaixm mit offener Zellstruktur verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 14. dadurch,gekennzeichnet, daß in die Glasschmelzmasse mehrere Formkerne eingetaucht und in dieser Masse so gehalten werden, daß die Enden der Formkerne die den Enden gegenüberliegen, an denen sie.befestigt sind, im wesentlichen auf gleichem Abstand von der Oberfläche der geschmolzenen Glasmasse gehalten werden, die der Oberfläche gegenüber liegt, von welcher die Formkerne getragen werden.

10 9 8 17/0223 ^ßAD ORiGiNAL

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß als geschmolzene Glasmasse ein thermisch kristallisierbares Glas verwendet wird, und daß nach Erhöhung der Viskosität der Glasmasse bis zum Selbsttragendwerden die Glasmasse mit den Formkörpern aus der Zone entfernt und einer Wärmebehandlung unterzogen wird, deren Dauer ausreicht, um die Glasmasse thermisch ' in situ zu kristallisieren und einen durchsichtigen glas-keramischen Fernrohrspiegel-Rohling zu erhalten.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als thermisch kristalleierbares Glas ein Glas der SiO-AlgO^-Iitp -Gruppe verwendet und nach der nach dem Selbsttragenderden erfolgten Entfernung aus der Zone einem Temperaturbereich unterzogen wird, der ausreichend ist um die ,Glasmasse thermisch in situ zu ■ einer durDhsichtigfien^glas-keramischen Masse zu kristallisieren, die als vorherrschende kristalline

der Spezies lithiumhaltige kristalline Phasen/aus Beta-Eucryptit, Beta-Spodumen und Mischungen daraus bestehenden Gruppe enthält, wobei eine Masse solcher kristalliner Phasen in zufallsorientierter Verteilung in der als Ergebnis der in situ-Kristallisation verbleibenden Glasmatrix dispergiert sind und&lle Kristalle einen weniger als 1/3 micron betragenden Durchmesser aufweisen, gemessen über die längste lineaie Ausdehung der Kü^stalle

109817/0223

V-I;--^ ^Vv; ': Mi

18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung für eine Zeitdauer vorgenommen wird, die ausreicht, um der daraus hervor-' gehenden thermisch in situ Metallisierten glas-kera-' mischen: Masse einen linearen Wärmeausdel^ingskoeffzienten

«•Υ

zu erteilen, der innerhall) eines Bereichs von 10 χ 10 bis minus 10 χ 10
0 - 300 ⁰G liegt.

—7
bis minus 10 χ 10 'über den 3)emperaturbereich von

19. Vorrichtung zur Herstellung eines Spiegelrohlings gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11. dadurch gekennzeichnet, daß am Boden einer aus Seitenwand und Boden

; bestehenden, oben offenen Form hohlraumbildende Teile

lösbar befestigt sind und sich von dort nach oben . erstrecken, welche über einen/verhältnismäßig kleinen Querschnitt und über den restlichen iDeil ihn» längeabereiches einen verhältnismäßig großen Querschnitt aufweisen und in einer vorherbestimmten Verteilung und Anordnung angebracht sind, um entsprechende Hohlräume in dem mittels

_ der Form gebildeten Rohling auszubilden.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem größeren Querschnitt versehene Bereich

. der hohlraumbildenden Seile auf gleichem Abstand zum Boden der 3?orm gehalten ist.

έΐ* -Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 und 20, dadurch gekennzeichnet., daß eine feste Platte lösbar an der Form

1Ö9 8 17/02 23 BADORlGtNAL

befestigt ist, an welcher die hohlraumbildenden Teile ihrerseits lösbar befestigt sind und sich von dieser nach unten erstrecken.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 19 bis 21, dadurch ' gekennzeichnet, daß die dem Halterungsende gegenüberliegenden Bodenflächen aller hohlraumbildenden Teile eine gleichmäßige Entfernung zur oberen Oberfläche des Bodens der Form einnehmen, wenn die feste Platte auf der Form aufliegt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet. daß der Boden der Form konvex ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 19 bis 23» dadurch gekennzeichnet , daß die den Halterungsenden gegenüberliegenden Bodenflächen aller hphlraumbildenden Teile zur oberen konvexen Oberfläche,, des Formbodens parallel verlaufen,

- ^Λ wenn die Platte (25) auf der Form aufliegt.

25. Verfahren zur Herstellung eines Spiegelrohlings nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man ein geschmolzenes Glas, welches thermisch in situ durch Wärmebehandlung bei einer ersten Temperaturhöhe während einer ersten md bei einer anschließenden zweiten, erhöhten Temperatur während einer zw&ten Periode kristallisiert werden kann, zusammen mit darin in

ι _t -

vorbestimmter Weise angeordneten hohlraumbildendeja. 109817/02 2 3 ^8A°

- ■

HS

Elementen in eine ^arm einbringt, wobei sich diese Elemente von ihrem einen Ende mit einem kleineren Teilbereich ihrer Gesamtlänge mit relativ kleinem Querschnitt "- und mit dem anschließenden größeren Teil ihrer Gesamtlänge mit relativ großem Querschnitt erstrecken und diese Enden im wesentlichen gleichgerichtet sind, und wobei das geschmolzene Glas alle Elemente über deren gesamten größeren !Teilbereich und wenigstens über den diesem benachbarten Teil des kleiraen Teilbereiches umgibt, das geschmolzene Glas in der Form abkühlt bis seine Viskosität sich ausreichend erhöht hat, damit es an der Peripherie selbsttragend geworden ist, anschließend das Glas mit den darin befindlichen Elementen aus der Form entfernt und nur soweit abkühlt, bis sich die für die erste Periode der Kristallisations-Wärmebehandlung einstellt und die Glasmasse bei dieser Temperatur für diese erste Periode hält, im Anschluß an eine Temperaturerhöhung es für die zweite Periode bei dieser erhöhten. Temperatur Tiält und dann in vorbestimmter Kühlungsgeschwindig**üceit abkühlt und alsdann wenigstens einen Teil des Materials entfernt, aus dem die hohlrauebildenden Elemente bestehen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als geschmolzenes Glas eine Glaszusaramensetzung verwendet wird, die nach durchgeführter Behandlung ein durchsichtiges glas-keramisches Material mit einem Wärmeausdebmngskoeffizienten von 0+1 χ 10 ~⁷/oC (0 - 300 ⁰C) ergibt.

109817/02 2 3 ' bad original

27. Verfahren nach Anspruch 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß als geschmolzenes Glas eine Glaszusammensetzung verwendet wird, in der folgende Bestandteile in den nachstehend angegebenen Gewichtsprozentbereichen enthalten sind: '

Bestandteile

SiO

Li₂O CaO

ZnO

!DiO ZrO

MgO

^P2°5 (SlO₂ *

₂ + Al₂O₃ + B₂O₃ + P₂O₅) (CaO + MgO + ZnO + JTa₂O):, (SiO₉ + Al₀O + PO, + Ii 0)

(TiO₂ + ZrO₂)

56 18—27 3.4 0-3 0-2 0 - 4 0-6 0-3 0-3 0-1 0-3 wenigstens 86 - 91 2.5 nicht mehr als

2 - 6

wobei das Verhältnis von (CaO ψ MgO + ZnO + Na_?0 + BO ) zu Li 0 kleiner ist als 2,4 : 1 und das Verhältnis von SiO₂ zu Al₂O₃ nicht größer ist als 3,8 : 1.

109817/0223 θ_Λ0 ^

28. Verfahren nach Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von SiO₂ zu Al₂O, nicht größer ist als 3,3:1.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil von (TiO₂ + ZrO₂) in der Glaszusammensetzung nicht größer ist als · 3 Gew.-# und !DiO₂ anwesend ist in einem Mengenanteil von zwischen 1 bis 1,5 Gew.-^.

30. Geformter Glasgegenstand mit niedrigem Gewicht, dadurch gekennzeichnet! daß zwischen zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen des aus einem durchgehenden Stück bestehenden Glasgegenstandes mehrere voneinander getrennte Hohlräume angeordnet sind und eine der beiden ,Oberflächen eine Anzahl von öffnungen aufweist, von denen jede Über einem Hohlraum angeordnet ist und mit diesem in Verbindung steht und der Querschnitt der öffnung kleiner ist als der des mit ihm in !Verbindung stehenden Hohlraums.

31. Geformter Glasgegenstand nach Anspruch 30t dadurch gekennzeichnet . daß er im wesentlichen aus einer durchsichtigen und wenigstens teilweise kristallisierten glas-keramischen Masse mit niedriger Wärmedehnung besteht.

32. Verfahren zur Herstellungelnes geformten Glasgegenstandes gemäß einem oder beiden der Ansprüche 30 bis 31, daduroh

Q gekennzeichnet. daß eine geschmolzene Glasmasse in einer

■·*» der geschmolzenen Glasmasse beständigen und in dieser die - *#

>■ ■ ■ - -■· " /■ <?r

jjj erteilte Raumkörpergestalt wahrenden Material gefertigter /

£, und verformter, an.einem Halterungsteil befestigter Form-

kern zusammen mit einem Teilabschnitt des Halterungsteis vollständig eingetaucht und gehalten, die Yikjfositat der Schmelze bis zum Selbsttragendwerden der Glasmasse erhöht und die selbsttragende Masse einschließlich des eingeschlossenen Formkerns aus der Zone entfernt wird, wobei die Raumkör pa?ge st alt dieser Glasmasse der dieser Zone entspricht.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet,.: daß als Glasschmelze ein thermisch kristallisierbares Glas verwendet wird und mehrere Formkerne eingetaucht werden und im Anschluß an die Entfernung der Glasmasse' aus der Zone diese einer Wärmebehandlung unterzogen wird für eine ausreichend lange Zeit, um das Glas thermisch in situ zu kristallisieren, damit ein durchsichtiger, glas-keramischer verformt er Gegenstand gebildet wird.

BAD ORIGINAL

109817/0223