DE1796333C3 - Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glaskeramik durch Verschmelzen von einzelnen Glaskörpern, Anwendung des Verfahrens zum Beispiel zur Herstellung von Teleskopspiegelrohlingen sowie nach diesem Verfahren hergestellter Teleskopspiegelrohling - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glaskeramik durch Verschmelzen von einzelnen Glaskörpern, Anwendung des Verfahrens zum Beispiel zur Herstellung von Teleskopspiegelrohlingen sowie nach diesem Verfahren hergestellter TeleskopspiegelrohlingInfo
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- DE1796333C3 DE1796333C3 DE19671796333 DE1796333A DE1796333C3 DE 1796333 C3 DE1796333 C3 DE 1796333C3 DE 19671796333 DE19671796333 DE 19671796333 DE 1796333 A DE1796333 A DE 1796333A DE 1796333 C3 DE1796333 C3 DE 1796333C3
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Description
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Probleme auf, wenn die Glasstreifen solchen Terr.pe- körper gebildet haben, urd die so hoch ist, daß die
raturen ausgesetzt werden, daß sie längs der angren- benachbarten sich berührenden Flächen der Glaszenden
Abschnitte zusammengeschmolzen werden. körper geschmolzen werden. Diese Temperatur wird
wobei auch die Oberfläche der zu-ammcngesetiten bis zur Vollendung des Schmelzvorgangs aufrecht-Eierkisiensüuktur
zur BodenfläcL·· des Spiegelroh- 5 erhalten. Hierauf wird der Gegenstand zur Keimlings
angeschmolzen werden muß. Dabei wird für bildung einer Wärmebehandlung bei einer Temperagewöhnlich auch eine Glasplatte als Rückenplatte tür unterworfen, die wesentlich niedriger ist als die
\on ausreichender Stärke an der anderen Fläche der Temperatur bei dem Schmdzvorgang, so daß der
Eierkistenslruktur angeschmolzen, um dem Spiegel Gegenstand kristallisiert wird und"z.B. einen TcIe-Festigkeit
zu verleihen. io skopspiegelrohling mit niedrigen Ausdehnungskoef-
Da die Herstellung eines solchen Spiegels eine sehr fi/ienien"eraibt.
schwierige Angelegenheit ist und die Temperatur Unter den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verbeim
Abkühlen des Glases sorgfältig gesteuert wer- !'ahrens sind vor allem die niedrigen thermischen
den muß. treten viele Schwierigkeiten auf. sobald Ausdehnungskoeffizienten, die vorzügliche Transpaman
die Eierkistenstruktur an den Boden des Spiegel- 15 renz. das geringe Gewicht und die hohe Festigkeit
rohlings und an den Rücken anschmilzt, l.'ni dies /u nennen. Außer Teleskopspiegelrohlingen können
erfolgreich durchzuführen, sind sehr schwierige zeit- auch Glasgegenstände bzw. kristallisierte Glasgegenraubende
Vorgänge erforderlich, die die Kosten d^s stände erfindungsgemäß hergestellt werden, die beiEndproduktes
wesentlich erhöhen. spielsweise als Wandtafeln, Feuertüren, Tankausklci-
Während diese Schwierigkeiten bereits auftreten. 20 düngen Verwendung finden können, sowie dort, wo
wenn man Spicgelrohlinge mittels der Eierkisten- Festigkeit in erster Linie gefordert wird, nämlich bei
struktur aus Glas herstellu wie es für gewöhnlich Bodenkacheln, Behältern und Vorratskästen,
beim Herstellen von Tcleskopspiegeln der Fall ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zweckwobei in erster Linie Borsilikatglas verwendet wird. mäßig die Flächen thermisch kristallisierbarer Glasvergrößern sich diese Schwierigkeiten noch beirächt- 25 körper miteinander durch Erhitzen über die obere lieh, wenn der Spiegel aus thermisch kristallisier- Kühltemperatur mit einer normalen Geschwindigkeit barem Glas hergestellt wird. Zusätzliche Schwierig- verbunden, wobei ein thermischer Schock vermieden keilen entstehen nämlich infolge einer vorzeitigen wird, worauf man dann eine Abkühlung mit mehr als Keimbiklung, d.h. der Bildung von Keimen und K) C min auf eine solche Temperatur vornimmt, bei einer ungewollten Kristallisation. Infolge der zum 30 der die Glasviskosilät etwa K)7 bis 10'·' Poise beträgt. Zusammenschmelzen der Bestandteile notwendigen Die Temperatur wird dann bis zum Verschmelzen hohen Temperaturen, insbesondere beim Hen teilen der Flächen aufrechterhalten.
beim Herstellen von Tcleskopspiegeln der Fall ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden zweckwobei in erster Linie Borsilikatglas verwendet wird. mäßig die Flächen thermisch kristallisierbarer Glasvergrößern sich diese Schwierigkeiten noch beirächt- 25 körper miteinander durch Erhitzen über die obere lieh, wenn der Spiegel aus thermisch kristallisier- Kühltemperatur mit einer normalen Geschwindigkeit barem Glas hergestellt wird. Zusätzliche Schwierig- verbunden, wobei ein thermischer Schock vermieden keilen entstehen nämlich infolge einer vorzeitigen wird, worauf man dann eine Abkühlung mit mehr als Keimbiklung, d.h. der Bildung von Keimen und K) C min auf eine solche Temperatur vornimmt, bei einer ungewollten Kristallisation. Infolge der zum 30 der die Glasviskosilät etwa K)7 bis 10'·' Poise beträgt. Zusammenschmelzen der Bestandteile notwendigen Die Temperatur wird dann bis zum Verschmelzen hohen Temperaturen, insbesondere beim Hen teilen der Flächen aufrechterhalten.
\on Spiegelrohlingcn mit großen Durchmessern, ist Es ist auch möalich. die Glaskörper nach dem
es schwierig, den Erwännungsvorgang sowie die Herstellen zunächst abzukühlen bzw. abzuschrecken,
Keimbildung und die Kristallisation, die während τ5 ohne eine verzögerte Entspannung vorzunehmen, um
des Erwärmens und Schmelzens auftritt, zu steuern. die Keimbiklung möglichst klein zu halten.
Somit ist es äußerst schwierig, einen zufriedenstellen- Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren
den Spiegelrohling zu erhalten. Ferner hat sich als am Beispiel der Herstellung eines erfindungsgemäßen
schwierig erwiesen, die Spiegelkomponenlen zu ver- Telcskopspiegelrohlings an Hand der Zeichnungen
binden, indem man die Keimbiklung und Knstalli- v· näher erläutert.
sation verhindert bzw. während man die Keimbiklung Fig. I ist eine isometrische Darstellung eines
und Kristallisation auf einem absoluten Minimum Tcleskopspiegelrohlings;
hält. Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linien 2-2 in
Es ist daher Aufgabe der im Patentanspruch 1 an- Fig. 1:
gegebenen Erfindung, die oben aufgezeigten Si/hwie- 45 F i g. 3 ist eine Darstellung der Abstandskörper;
rigkeiten. auch bei der Herstellung anderer Gegen- Tig1+ ist eine Draufsicht auf eine andere Ausslände
als Telcskopspiegelrohlinge, zu beseitigen. führungslorm des Teleskopspiegelrohlings;
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwen- Pig. 3 ist eine isometrische Darstellung des TeIe-
deten thermisch kristallisierbaren Glaskörper werden skopspiegelrohlings gemäß Fig. 4, und
einzeln hergestellt und zunächst bis unter ihre obere 5° Fig. 6 ist eine Darstellung einer weiteren Aus-
Kühlteniperatur abgekühlt. Die Glaskörper werden fühiungsform eines Abstandskörpers,
vorzugsweise so schnell wie möglich abgekühlt, je- Der Teleskopspicgelrohling wird von zwei Platten
doch ohne thermischen Schock, was zur Bildung von gebildet, die durch mehrere einzelne Abstandskörper,
Unregelmäßigkeiten oder anderen Beschädigungen die entweder getrennt oder verbunden sind, mitein-
im Glas führen würde. Das schnelle Abkühlen macht 53 ander verbunden sind. Gemäß Fig. 1 besteht ein
die Keimbildung minimal, während das Glas den Be- Ausfiihrungsbeispiel des Rohlings 9 aus einer oberen
reich der zur Keimbildung notwendigen Temperatur Platte 10 thermisch kristallisierten Glases, dessen
durchläuft. Anschließend werden die Körper ;usain- Unterseite mit einer Anordnung von miteinander
mengebaut und erwärmt. Nach dem Erwärmen üner die verbundenen Abstandskörpern Il und 12, ebenfalls
obere Kühltemperatur erfolgt die Erwärmung '■chndl fio aus thermisch kristallisiertem Glas, verbunden ist,
auf eine /um Zusammenschmelzen der Körper an wobei die Absiandskörper wiederum mit der Obcr-
ihren Kontaktflächen notwendige Temperatur, die seile einer weiteren Plane 13 thermisch kristallisier-
aufrechte! halten wird, bis das Verschmelzen voll- ten Glases verbunden sind. Die Obei seile 14 der
endet ist. Anschließend wird das Glas kristallisiert. Platte 10 kann anschließend geschliffen und polierl
Hierfür ist wesentlich, daß der /iisammeng..'baute r>5 werden, um die gewünschte Spiegelkiünimung zu
krisiallisierbate Gegenstand auf eine Temperatur ge- erhallen und dann mit Aluminium nach einem be-
braehl wird, die so hoch ist, daß Keime /..'isiöri kannten Verfahren beschichtet werden, um die
weitkn. die sich wählend des , lei sk-liens der Glas- Rellexionslläche des Spiegels zu bilden. Die Platte IQ
ist Mach und rechtwinklig dargestellt, kann aber auch
kreisförmig oder oval oder eine lindere (iestall aufweisen.
Auch ist die (Mierseite 14 llach dargestellt.
die anschließend in eine kellexionsspicgeiflächc \ciarbeitet
winl. sie kann abei auch beieir·· ursprünglich
konkav sein, sc> daß der nachfolgende Bearbeilungs-
\organg möglichst geringlügig is;.
Die Abstandskörper 11 und 12 sind länglich und rechtwinklig, wobei tieren Höhe, d.h. der Abstand
/wischen der Bodenseite 15 der [Matte Ut und dei \«
Oberseite 16. im wesentlichen gleichföi η ι i μ iilx-r
dertii Ciesamtlänge ist. Dadurch sind du. obeiui
Kanten 17, 17' und die linieren Kanten 18. 18' der Abstandskörper Il und 12 in vollständiger Berührung
mit den entsprechenden Flächen 15 und 16 tier i.,
Platten 10 und 13. Somit können die Abstandskörper 11 und 12 als Traggliedet lür die Platte 10 angesehen werden, deren Außenfläche 14 schließlich
so behandelt wird, dal.' sie die Rellexionslläelie bildet. :o
Außerdem sind die Abstandskörper 11 und 12 mit
Schlitzen 19 und 20 versehen, die im Abstand voneinander
ungeordnet situ! und sieh von der einen
!lache 18. 17' erstrecke',. Bei dem in den Fig.. I
und 3 gezeigten Zusammenbau sind die Abstaiulskörper
II und 12 rechtwinkelig zueinander angeordnet,
wobei sieh infolge der gleichmäßigen Abstände der Schlitze 19. 20 eine eierkistenlömiige Anordnung
ergibt.
Obwohl die Schlitze 19 und 20 priizisiousgei'ertigt
und gcschliilen sind, ist dies für die Erfindung nichi
tatsächlich notwendig. St) ist es nicht notwendig, daß
die Innenflächen 21. 22 der Schlitze 19 und 20 die entsprechenden Außenflächen der Abstandskörper
11. 12 berühren, wenn sie in der in Fig. I gezeigten
Weise angeordnet sind. Die Anordnung erhält auch eine ausreichende Steifigkeit, wenn nur die Flachen
17. 17' und 18. 18' tier AbMandskörpci II. 12 an
die Bodenlläehen 15 und 16 der Platten 10 und 13 angeschmolzen sind. Das Berühren und Verbinden
der Flächen 21 und 22 an die ;mgren/eru!en Außenkanten
der Abstandskörper Il und 12 ist jedoch
nicht schädlich und vermiiielt der fertigen Anordnung
eine erhöhte Steifigkeit.
Bei dem in den I- ig. 4 und 5 gezeigten Ausiiihrungsbcispiel
sind die obeien Platten 23 und unteren Platten 24 aus thermisch krisialüsierbarem Glas
gleichmäßig voneinander im Abstand durch mehrere einzelne Abstandskörper 25 gehalten, die eine kreuzförmige
Gestalt aufweisen, d. h.. daß angrenzende Seiten sich im rechten Winkel berühren. Auch hier
isl jeder Abstandskörper von gleichmäßiger Höhe. so daß die Oberseite 26 in unmittelbarer Berührung
mit der Unterseite 27 der Platte 23 ist und die Unterkantc
28 in unmittelbarer Berührung mit der Oberseile der Platte 24. Eine solche Berührung gewährleistet
das vollständige Anschmelzen der Abstandskörper an die entsprechenden Flächen der Platten
23 und 24 zur Vermittlung der Steifigkeit der Gcsamlanordnung.
Der Durchschnittsfachmann weiß, daß die tatsächliche
Anordnung und Anzahl der Abstandskörper 25 in Zusammenhang mit der Erfindung nicht bedeutungsvoll
ist. Nötig ist jedoch eine ausreichende Anzahl von Abstandskörpern zwischen den Platten 23
und 24 zur Vermittlung der Steifigkeit. Die Abstandskörper 25 können auch in fluchtenden Reihen gemäß
ρ i κ 4 oder beispielsweise in kreisförmigen oder
bogenförmigen Muslein angeordnet weiden. An Stelle tier Abstandskörper 25 können auch die in
I i g. <> gceiglen Abstandskörper 29 Verwendung
linden bzw. Abstandskörper mil anderen als tlen >'.c
zeigten Formen. Wesentlich isl jedoch, daß alle Abstandskörper die gleiche Höhe aufweisen, um einen
gleichförmigen Abstand zwischen tier oberen ur.d iinleien Platte 23 bzw. 24 herzustellen. Auch können
vi rschiedcnarlig geformte Abstandskörper Verwendung
linden.
Außei der in Mg. I gezeigten rechtwinkligen Anordnung
dei Abstandskörper können sie am.Ii in
alitieren Winkeln angeordnet sein. Außer der Gitlcrancrdnung
gemäß F" ig. I könnte auch ein gegossenes Gitter von einheitlicher Höhe verwende! werden.
In der m F" ig. 1 dargestellten Anordnung sind
durch die oberen und unteren Plaiien 10 und die vier
Seueu tier Abstandskörper Il und 12 Π .<hliäunic
gebildet.
hi diesem Fall !.ö.iiiC1; Ii. eine; oder mehreren
Wildlingen jedes Hohlraums Öffnungen vorr.c-chcn
sein, so daß eine Verbindung nach außen erhallen
ν nil. Dadurch werde:', schädliche DruckeinHiisse. die
die Spiegelform beeinflussen könnten, vermieden.
Außerdem kann bei dieser Anoidnung tue 'lemperalur
im '! ckskopsniegc'rohiing durch lündurclileiien
eines Fluids durch die Ölfiiimgen und I '"M
räume remiliert werden. Die F'hiidtemperitur winl
selbslv ersiündlich so eingestellt, daß tli: Tempei.iiur
im Mittelpunkt dt- Spiegels gleich der 'leniperalui
an tier Außentläehen ist.
Die F.rfiniiuiiL' kann auch dann Verwendung linden,
wenn tlie Bodenfläche der oberen Platte eines
thermisch kristallisierbaren Glases eine ko:",\i\e
ΛΐΓ-bildung aufweist. Fs ist nur notwendig, die ' )berseileii
de1' Abstandskörper entsprechend konkav ;:u-/iibilden.
so daß tlie Oberkanten tier Absiandsköipci
tut' angrenzende l'nterseite der konvexen obeieii
Platte berühren. Dabei dürfen die Absiandskörpt.ι
nicht die !.'.leiche I lohe aufweisen, außer wenn die
Bodenschicht ties Spiegelrohlings eine konkave Oberseite aufweist, die zu der konvexen Bi-dcns.. :'i
der oberen Lage komplementär ist. so daß beiik Flächen tatsächlich miteinander parallel sind.
Beim Herstellen des thermisch kristallisierten
Tcicskopspiegelrohlings wird das von den Abstaiitiskörpern
11 und 12 gebildete Gitter auf die Oberseite der Platte 13 gelegt und dann die Platte 10 darühei
gelegt. Die Flächen 17, 17' und 18, 18' grenzen berührend an die Flächen 15 und 16 an der Ober- und
I. nterseile an. Die Gcsamtanordnung kann ihn·η au'
ein Tragglied aufgesetzt werden, das nicht dargestellt ist, bevor sie der Wärmebehandlung unterworfer
wird, bei der sich ein fester, gleichförmig kristallisierter Spiegel rohling ergibt. Zwar ist das Gewich ι
der oberen Platte 10 für gewöhnlich so groß. daf.: auf die Flächen 17, 17' Druck aufgebracht wird
doch kann auf die Platte 10 ein zusätzlicher DrucV ausgeübt werden, um das Anschmelzen der angrenzenden
Flächen zu unterstützen. Die Anordnung wird anschließend während einer bestimmten Zci
auf eine bestimmte Temperatur gebracht, um da: Schmelzen zu bewirken.
Alle Teile des Spiegelrohlings sind aus eine thermisch kristallisierbarcn Glaszusammensetzuni
hergestellt. Vorzugsweise werden die Teile nach den Herstellen verhältnismäßig schnell abgekühlt um
nicht einem verzögerten Entspannungsvorgang unier
worfcn. Das Abschrecken mit Luft hat sich ;ils nützlich
erwiesen, um die Kcimbildung möglichst gering iu halten.
Vor dem Zusammenbau können die Abstandskörper
Il und 12 an ihren anzuschmelzenden !lachen,
nämlich «7, 17' und 18, 18'. geschliffen und flach poliert werden, daß sie die Flächen 15 und 16. die
ebenfalls flach geschliffen und poliert werden können, besser berühren. Während des Anschmclzvorgangs
kann eine sehr ernst /u nehmende Schwierigkeit, nämlich die Obcrfläehenkristallisiilioii, auftreten.
Die Oberflächenkristallisation wird (lurch gc-■chlilTcnc
und polierte, gesägte oder in anderer Weise unreine Glasflächen gefördert, und die Glaskristallisation
an der Oberfläche verzieht sich bei Anschmelztemperaiureii sehr rasch und kann die
gute Verbindung der Feile verhindern. Die Ober-Äächcnkristallisalion kann jedoch durch Waschen
mit Säure oder durch Ionenaustausch verzögert werden,
indem man l.i' -Ionen gegen Na1- bzw. K '-Ionen austauscht.
Nach dem Zusammenfügen der Abstandskörper
11. 12 und der Platten 10. 13 in der bereits beschriebenen Weise wird die Anordnung auf eine Temperatur
gebracht, bei der als erster Schritt für die Heritellung
einer Glas-zu-Glas-Verschmelzung zwischen
den Teilen eine Haftverbindung bewirkt wird. Das Anschmelzen wird bei einer Temperatur vollzogen,
die wesentlich über der nachfolgenden Keimbil- <lun»steniperatur liegt. Die Anordnung wird nach
tlem Erwärmen auf etwa die obere Kühltempcratur
rasch über die Kcimbildiingstemperatur des Glases
erhitzt, und zwar auf eine Temperatur, hei der die
Viskosität der angrenzenden berührenden Flächen clcrarl ist. daß sich der Anschmelzvorgang vollzieht
lind »J ie Teile derart miteinander verschmelzen, daß
ein einstückiger gleichförmiger Spicgclrohling erzielt
wird. Während des schnellen Erwärmens werden die in dem Glas iiebildeten Keime zerstört. Außerdem
wird durch das schnelle Erwärmen des Glases auf die Verschmelzungstemptratur die Bildung von
großen Keimen, die schwierig zu zerstören sind, vermieden.
Die drei wesentlichen Schritte der Wärmebehandlung
<ind das Schmelzen, die Keimbildung und die Kristallisation. Diese werden bei verschiedenen Temperaturen
durchgeführt. Z-weckmäßigerweise wird die jeweilige Glastemperatur durch Angabe der Glasviskosität
bei dieser Temperatur ausgedrückt, insofern,
als eine große Anzahl verschiedener Glaszusammensetzungen die Angaben einer gleich großen
Anza-il von Temperaturen notwendig machen würde,
♦ as unpraktisch ist. Deshalb ist es zweckmäßiger,
die Temperatur für ein spezifisches Glas als die gewünschte
Viskosität zur Bearbeitung bei dieser Temj)cratjr
auszudrücken.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt der Temperaturbereich, bei dem das Anschmelzen vorgenom-Inen
wird, in dem Bereich der Temperaturen, in tfenen die Glasviskosität 109 bis 107 Poise beträgt;
Vorzugsweise wird bei Temperaturen gearbeitet, in dienen die Glasviskosität zwischen 107·5 und ΙΟ**5 Poise
liegt. Beim Erhitzen auf diesen Anschmelztemperaturbereich nach Erreichen der oberen Kühltempetatur
die zur Vermeidung eines thermischen Schocks Äurch Aufheizen mit normalem Gradienten erzielt
*ird. wählt man vorzugsweise einen ziemlich hohen Cradienten, d.h. einen höher als 10: C min gelegenen
Gradienten, was den Vorteil hat, daß kleine, im Entstehen begriffene Keime aufgelöst und die Bildung
bzw. das Wachsen von Keimen vermieden wird. Hat das Glas einmal den Bereich der oberen Kühltemperatur
überschritten, so kann man es sehr schnell weitererhitzen, da die Spannungen zurückgehen.
Ist die Vcrschmclzungstempeiatur erreicht, so wird diese Temperatur bis zum Vollziehen des Anschmelzcns
aufrechterhalten. Das Verbinden der
ίο Einzelteile erfolgt durch Anschmelzen und zum Teil
durch Hinsinken, ohne vorhergehende Oberflächcnkristailiscilion,
die das Anschmelzen behindern würde.
Nach dem Anschmelzen wird die Anordnung der thermischen ln-situ-Keimbildung und Kristallisation
unterbrochen, um eine ausreichende Kcimbildung und nachfolgende Kristallisation zur Erzeugung eines
transparenten Glasgegenstandes, z. B. eines Teleskopspiegelrohlings,
mit niedriger Wärmeausdehnung zu erzielen.
Nach Vollziehen des Anschmclzens der angrenzenden Flächen wird auf die Keimbildungstcmperatur
abgekühlt, die natürlich entsprechend der besonderen Glaszusammensetzung veränderlich ist. Im
allgemeinen erfolgt Keimbildung in dem Temperaturbereich, in dem die Glasviskosität zwischen 10'" bis
K)14 Poise, im allgemeinen bei etwa 10"·» Poise,
liegt. Selbstverständlich kann auch unter die Keimbildungstempcratur
und unter die obere Kühltemperatur abgekühlt werden, sogar auf Raumtemperatur,
wenn gewünscht. Das Abkühlen auf solch niedrige Temperaturen erlaubt die Inspektion des Glases und
das Transportieren der Teile zu einem anderen Wcrkpiatz zur weiteren Verarbeitung. Wird dann
später clic Kcimbildung und das Kristallisieren des Glases gewünscht, so kann es dann auf die notwendigen
Temperaturen erwärmt werden. Nach Vollendung der Kcimbildung wird die Temperatur des
thermisch kristallisicrbarcn Glases in einen Bereich gesteigert, in dem eine schnelle Kristallisation auftritt,
die jedoch für gewöhnlich nicht höher als die einer Viskosität von 10H Poise entsprechenden Temperatur
des Originalglascs liegt. Andererseits kann die Kristallisation bei der Keimbildungstemperatur
45, in dem angegebenen Bereich über eine längere Zeitdauer ausgeführt werden, insbesondere bei einer
Glasviskosität oberhalb 10" Poise. Die Zeitdauer zum Anschmelzen, zur Kcimbildung und zur Kristallisation
ist entsprechend der Zusammensetzung und der Größe des Glaskörpers, z. B. des Teleskopspiegcls,
verschieden. Während beispielsweise 2 bis ■ 00 Stunden für kleine Glaskörper und kleine Spiegelrohlinge
ausreichend sind, werden für Teleskopspiegelrohlinge mit mehreren Metern Durchmesser
und einer Dicke von etwa Vo des Durchmessers 1000, 3000 oder sogar mehr Stunden erforderlich. Dies
folgt daraus, weil das Glas ein sehr schlechtei Wärmeleiter ist und man viel Zeit braucht, um alle
Bereiche des Spiegelrohlings gleichförmig zu erwärmen.
Es hat sich herausgestellt, daß das vorgenannte Verfahren des Anschmelzens einer Fläche thermisch
kristallisierbaren Glases an eine andere Fläche, insbesondere an die Fläche eines ebenfalls thermiscr
kristallisierbaren Glases, in überraschender Weise viele schwierige Probleme vermeidet bzw. minimali
siert, die beim Anschmelzen von thermisch kristalli sierbareD Gläsern auftreten, ohne daß man eine vor
509 620/7^
ίο
zeitige, unkontrollierte und nicht homogene Kristallisation
erzielt.
Spezifische Zusammensetzungen thermisch kristallisicrbarcr
Gläser zur Verwendung in der vorliegen den Erfindung sind die Beispiele 36, 37 und 3l) bis 41'
und die Beispiele H bis M in den Tabellen VIII und VIIIA der älteren Anmeldung DT-AS I 41H, 611.
Zweckmäßig müssen die Bestandteile aus den S1UvJeS
des in der T)T-AS beschriebenen Zusammcnsetzungsbereiches
sorgfältig ausgewählt werden. Sind beispielsweise die Teile in den F i g. I bis 3 IO cm dick
oder noch stärker, so sollten die Bestandteile verhältnismäßig niedrige Keimbildurigsgeschwindigkeit
aufweisen sowie eine niedrigere Wachstumsgeschwindigkeit der Kristalle.
Die Gründe für möglichst niedrige Keimbildungs- und Kristallwachstunisgeschwindigkeiten sind verschieden.
Erstens werden, wenn die Glasteile vor dem Zusammenbau abgekühlt werden und wenn
dies sogar schnell geschieht, sich Keime bilden und auf eine solche Größe wuchsen, daß sie bei der
schnellen Erwärmung auf die Verschmel/.ungstemperatur nicht mehr aufgelöst werden können, wenn die
Keimbildungsgesehvvindigkeit zu hoch ist. Dann kann es passieren, daß sich mehr Keime bilden, wenn der
Bereich der Temperaturen für hohe Keimbildungsgeschwindigkeiten
(beispielsweise entsprechend etwa IO1-' bis 10" Poise) durchfahren wird. Geschieht
dies, dann kann die Kristallbildung zu schnell ablaufen,
und für die Gbs-auf-Glas-Verschmelzung
bleibt keine Zeit, da dieses Verschmelzen gewöhnlich bei Temperaturen vollzogen wird, bei denen die
Kris.allwachsiiimsgeschwiniligkeiten nahezu maximal
sind.
Die Kristallwachstumsgeschvvindigkeit soll auch deshalb verhältnismäßig niedrig sein und sogar
dann, wenn die Kernbildungsgeschwindigkeit des Chariienglases niedrig ist. weil in bekannter Weise
das Glas leichter an der Oberfläche kristallisiert als irgendwo anders, wav auf Energiebetrachtungen an
der Oberfläche und auf Oberllächenverunreinigungen von der L'mgebungsatmosphäre usw. zurückzuführen
ist. Die Bildung von Oberflächenkristallen verhindert auch das Herstelleri einer guten Glas-zii-Gliis-Verbindung.
Eine andere Schwierigkeit besteht darin, daß sogar nach erfolgreichem Durchführen des Verschmelzens
bei einer Temperatur, die beispielsweise einer Temperatur entspricht, bei der die Viskosität etwa
10" Poise ist. der verschmolzene und massive Gegenstand
bis in einen Temperaturbereich herabgckühlt weiden muß. in dem die Keimbildungsgeschwindigkeit
hoch genug und die Kristallwachstumsrate recht niedrig ist. Wenn die Teile eine große Dicke haben,
kann dieses Abkühlen nicht schnellstmöglich erfolgen: es kann daher vorkommen, daß eine Kristallisation
stattfindet (nachdem sich einige Keime gebildet haben), während man von der Verschmelzungstemperatur
zu der gewünschten Keimbildungstemperatur herabkühlt, was ungewünscht große Kristalle, undurchsichtige
Körper oder nicht gleichförmig kristallisierte Gegenstände zur Folge hat. Beim Abkühlen
bleibt das Innere länger heiß als die Randteile, was dazu führen kann, daß sich, weil die Kristallisation
ungleichmäßig ist und in den heißen Innenleilen des Gegenstandes frühzeitiger erfolgt, ein nicht gleichmäßiger
Ausdehnungskoeffizient über den Querschnitt des Gegenstandes ergibt, wenn nicht eine
Glassorte eingesetzt wird, die sowohl eine langsame Keimbildung als auch eine niedrige Kristallwachstumsgeschwindigkeit
hat. Um die Keimbildungs- und Kristallvvachslumsgeschwindigkeit in Grenzen zu halten, insbesondere wenn starke Teile erfindungsgemäß
bei hoher Temperatur miteinander verschmolzen werden sollen, werden vorzugsweise Glaszusammensetzungen
verwendet, in denen die Bestandteile in der vorstehend erwähnten DT-AS 14''6 6Il wie
ίο folgt verändert sind:
liewichlsprozeni
TiO, Obis 6
ZnO 0 bis kleiner 0,5
Ρ.,Ο. Obis kleiner 1,5
(TiO., ' ZrO.,) 2 bis 6
2" Vorzugsweise betragen darin die Menge an TiO1,
0 bis 1.5 Gewichtsprozent und die Gesamtmenge an (TiO., : ZrO.,) 2 bis 3 Gewichtsprozent. Bezüglich
der erreichbaren Ausdehnungskoeffizienten und Kristalldurchmcsser wird auf die genannte DT-AS
1 4% 61 1 verwiesen.
Die Bedeutung der Durchsichtigkeit ist darin zu sehen, daß sie das Schleifen und Polieren der
Rellexionsfläche 14 vor Aufbringen der Aluminiumschicht begünstigt. Der Spiegel kann jedoch auch
undurchsichtig hergestellt werden, indem man es zuläßt, daß sich die Kristallisation bis zu einem
Punk! fortsetzt, in dem die Kristalle groß genug werden,
um den Rohling undurchsichtig zu machen. Dies kann dadurch herbeigeführt weiden, daß man
die endgültige Kristallisationstemperatur oberhalb etwa SWi C während einer längeren Zeitspanne oder
sogar über 87 Γ C für eine kürzere Zeitspanne hält.
Dei Zcit-Tcmpcraturfaktoi" hängt von der Zusammensetzung
und der Viskosität bei der Temperatur
•v ab. Einige Schwierigkeilen können sielcüentlich durch
das Vorhandensein von großen Kristallen auftreten, da sie das Polieren und Schleifen der Reflexionsllächen
stören. Beispielsweise kann die Rellexionsfläche nicht glatt genug geschliffen werden, wenn
große Kristalle entfernt werden. Darüber hinaus ist bei undurchsichtigen Strukturen der thermische Ausdehnungskoeffizient
allgemein viel höher als der von transparenter Glaskeramik gleicher Zusammensetzung.
Deshalb muß man sorgfältig darauf achten, daß das undurchsichtig kristallisierte Glas keinen
hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten erhält und man vorzuizswcise im Bereich von · 10 bis
10- IO · (Obis 300 C) bleibt.
Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ver-(ahrens kann auch ein Spiegelrohling mit konkaver
Fläche hergestellt werden. Es wird dann entweder durch die bekannten Vorgänge des Schlcifens,
Policrens und Figurierens die gewünschte astronomische Krümmung und Kurvenform gestaltet, oder
δο der Spicgelkorpcr wird von vornherein in konkaver
Fläche hergestellt. Formt man die Rcflexionsfläche
von vornherein konkav, so wird der Arbeitsaufwand für das Schleifen, Polieren und Figurieren wesentlich
verringert. Eine dünne Aluminiumschicht wird dann für gewöhnlich auf die fertige Oberfläche in bekannier
Weise aufgetragen, obwohl auch andere Mittel Verwendung finden können, um die Reflexionseigenschaften der Fläche zu erhalten.
11 12
Beispiel Das geschmolzene Glas wurde in geeignete For-
Einu Glasschmelze wurde aus folgenden Bestand- '"cn gegossen und die Abstandskörper II, 12 und
ien zur Herstellung eines Spicgelrohlings ver- die Platten 10, 13 hergestellt, hierauf wurde mit Luft
Midet: abgeschreckt, um die Keimbildung möglichst gering
SjO (,8 4 - zu halten. Hierauf wurden die Komponenten zusam-
/yj Q 22 mengebaut und einer Verschmelzungstcmperatur von
CaO 2 etwa 954'' C während zweier Stunden unterworfen.
Li.,O 3,(>
Hierauf wurde die Struktur bei 732 C während
TJO., i 260 Stunden und 87I1C während einer Stunde
ZrO., 1,5 lo wärmcbehandclt. Dabei ergab sich ein ausreichend
Na.,Ö 0,7 transparenter, kristallisierter Teleskopspiegelrohling
K.,Ö 0,2 mit einem Ausdehnungskoeffizienten (0 bis 300° C)
Sb.,O, 0,3 von beinahe Null.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- i 212. Teleskopspiegelrohling nach einem der AnPatentansprüche, snrüche V bis II. dadurch gekennzeichnet, daßwenigstens einer der beiden thermisch kristalli-1. Verfahren zur Herstellung eines Gegcnsian- sierten Platten eine äußere konkave Fläche hat. des aus Glaskeramik durch Verschmelzen von 5einzelnen Glaskörpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaskörper zusammengefügtwerden, dann auf einen Temperaturbereich beieiner Viskosität von K)!l bis 10" Poise erhitzt
werden, wobei die Verschmelzung erfolgt, daß io
der Gegenstand auf den Keimbildungstemperaturbereich des Glases hei einer Viskosität von Bei der Herstellung thermisch kristallisierbarer K)"1 bis 10" Poise abgekühlt wird und daß nach Glaskörper, wie Glasteleskopspiegelrohlinge, sind weitgehend abgeschlossener Keimbildung der insbesondere wegen der verhältnismäßig großen Ab-Gegenstand thermisch kristallisiert wird. 15 messungen besondere Schwierigkeiten zu überwinden.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Damit solche Glaskörper ausreichend stark und fest kennzeichnet, daß das Frhir/ep auf die Tempo- sind, muß ihre Dicke relativ groß sein. Das gilt iiisratur, bei der die Viskosität des Glases etwa besondere für Teleskopspiegclrohlinge. da die Kon-10" bis K)7 Poise betraut, mit einer Gischwindiu- dition und Gestalt der Retlexionslläche des fertigenkeil von über K) C'min ausgeführt wird, nach- 20 Spiegels die Genauigkeit des abzubildenden Gegen-(Jem die GIa-,körper auf wenigstens die obere Standes bestimmt und ausreichende Festigkeit desIvühlteniperatur gebracht worden sind. Spiegels gefordert ist, damit auch die kleinste Ver-3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch Schiebung bzw. Verzerrung der Reilexionsspiegelgekennzcichnet. daß mindestens ein Teil der liier- Hache vermieden wird. Größere Dicken bringen jetnischen Kristallisation bei einer höheren Tempe- 25 doch zusätzliches Gewicht mit sich, was sich nachtat ur als der Keimbildungstemperatur vorgenom- teilig auf die ohnehin schon schwierige Lösung de-, men wird. Problems der Tragkonstruktion für große Spiegel4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch auswirk;gekennzeichnet, daß die thermische Kristall!- Das Verhältnis von Spiegeldurehnvosser zu seinersation bei im wesentlichen der gleichen Tempe- 3° Dicke beträgt etwa 6:1; ein Rohling um 2.5. 5, IOratur wie die Keimbildung vorgenommen wird. oder sogar über 15 m Durchmesser stellt eine sehr5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis-1. große Glasmenge mit einem hohen Gewicht dar. «dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, auf Das (ließen solcher Rohlinge aus geschmolzenem «lic die Glaskörper gebracht und /um Verschmel- Siüciumdioxyd, Borsilikatglas oder einer anderen be- <zen der sich berührenden Flächen gehallen wer- 35 kannten Blasschmelze stellt einen langen zeitraubenden, diejenige ist. bei der die Viskosität des den und schwierigen Prozeß dar. Dies gilt auch für Cilases zwischen etwa 10" ■■"' und 10s'"' Poise be- das Abkühlen und Glühen des Glases, um gleichlör-■Irägt. mige Ausdehnungseigenschaften in allen Glasab-(>. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis ?. schnitten zu gewährleisten. So beeinflussen irgend-(iladurch gekennzeichnet, daß der verschmolzene 40 welche Änderungen in den Ausdehnungseigenschalten degenstand auf den KeimbildungstemperaUir- in verschiedenen Glasbereichen nachteilig die Rehereich abgekühlt wird, in welchem die Viskosi- Ilexioiisllächc und die Qualität des abgedichteten tat des Cilases etwa K)1" bis K)1- Poise ist. Bildes. Dabei ist wesentlich, daß der thermische Aus-7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bi* ■'·. dehnungskoeflizient möglichst niedrig und idealercladurch gekennzeichnet, daß die Glaskörper vor +5 weise sogar Null ist, so daß nur kleine oder gar keine dem Zusammenfügen. Lirhitzen und Verschmelzen Ausdehnungen auftreten, wenn der Spiegel als TeIeunter die obere Kühltemperatur des Glases ohne skop veränderlichen Temperaturen ausgesetzt ist.
wesentliche Keimbildung rasch abgekühlt werden. Man hat bisher angestrebt, das Gesamtgewicht8. Anwendung des Verfahrens nach einem der solcher Telcskopspiegel dadurch zu verringern, daß Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Teleskop- 50 man einen Spiegelrohling mit geringster Dicke gespiegelrohlingen. Wandtafeln, Feuertüren, Tank- bildet hat und dann anschließend die Unterflächen Auskleidungen. Fußbodenbauteile. Behälter. des Rohlings mit Glasbautcilen gleicher Zusammen-''. I.cichtgewichtiger thermisch kristallisierter setzung verbunden hat, die insgesamt dem l'ertig-Teleskopspiegelrohling niedriger Wärmeausdeh- gestellten Spiegel eine gewisse Festigkeit verliehenniing nach Anspruch S, gekennzeichnet durch 55 haben. Hierfür ist ein Beispiel die sogenannte »F.ier-zwei thermisch kristallisierte Platten (13. 14; 23. kistenstruktur. bei der mehrere längliche, für ge-24). zwischen denen Anstandskörper (11, 12: 25: wohnlich rechtwinklige Cdasstreifen mit im Abstand29) aus thermisch kristallisiertem Glas angeord- umeinander angeordneten geschlitzten Abschnittennet sind, die an den lieriilirungstlächen mit den längs einer I.ängskanle mit mehreren ähnlichen Glas-Plaiten '· erschmolzen -,ind. δο streuen im rechten Winkel dazu \erbunden wordenK). Teleskopspiegelrohling nach .Anspruch1'. sind, wobei die Verhindimu an den Schiit/abschnittendadurch gekennzeichnet, daß die Abslandskörper detart ist, daß die fertige Struktur gleiche Dicke bzw.gitlerlörmig sind. Hohe hat wie der liinzelstreilen. gerade so wie es beiII. Telcskopspicgelrohling nach Anspruch K). den miteinander verbundenen KarionstreH'en in einerdadurch gekennzeichnet, daß die gillerl'örniigen fi5 Tierkiste der Fall ist. um die einzelnen Fier getrenntAbstandskörper au*, sich im 1 echten Winkel zu packen.kreuzenden, ineinander^reifenden I lementen be- Inlolue der Gesamlgröße der Glasslreifen und derstehen. Dicke des Spiegelrohürgs treten jedoch beträchtliche
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19671796333 DE1796333C3 (de) | 1966-01-03 | 1967-01-03 | Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glaskeramik durch Verschmelzen von einzelnen Glaskörpern, Anwendung des Verfahrens zum Beispiel zur Herstellung von Teleskopspiegelrohlingen sowie nach diesem Verfahren hergestellter Teleskopspiegelrohling |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US51844766A | 1966-01-03 | 1966-01-03 | |
US52202066A | 1966-01-21 | 1966-01-21 | |
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DE19671796333 DE1796333C3 (de) | 1966-01-03 | 1967-01-03 | Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glaskeramik durch Verschmelzen von einzelnen Glaskörpern, Anwendung des Verfahrens zum Beispiel zur Herstellung von Teleskopspiegelrohlingen sowie nach diesem Verfahren hergestellter Teleskopspiegelrohling |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1796333A1 DE1796333A1 (de) | 1973-08-23 |
DE1796333B2 DE1796333B2 (de) | 1974-09-19 |
DE1796333C3 true DE1796333C3 (de) | 1975-05-15 |
Family
ID=27430775
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19671796333 Expired DE1796333C3 (de) | 1966-01-03 | 1967-01-03 | Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus Glaskeramik durch Verschmelzen von einzelnen Glaskörpern, Anwendung des Verfahrens zum Beispiel zur Herstellung von Teleskopspiegelrohlingen sowie nach diesem Verfahren hergestellter Teleskopspiegelrohling |
Country Status (1)
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DE (1) | DE1796333C3 (de) |
-
1967
- 1967-01-03 DE DE19671796333 patent/DE1796333C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1796333A1 (de) | 1973-08-23 |
DE1796333B2 (de) | 1974-09-19 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
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