DE1796334A1 - Verfahren zum verschmelzen von zwei thermisch kristallisierbaren glasteilen miteinander, insbesondere zur herstellung eines thermisch kristallisierten glasgegenstandes niedriger waermeausdehnung - Google Patents

Description

PATENTANWALT TB ■

»Η. ISTG. H. NEGEISDANK · dipi,.-ing. H, HATJOK · dipi,.-phys. W. SCHMITZ dipmng. Έ. GRAALFS · dipl-ing. W. WEHNERT

HAMBURG-MÜNCHEN ZTTSTELI/CrNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NHUTER WALL

Ί 7 9 6 3 3 ^ TEl. 3β 74 28 TJND 86 41 13

TElEGR. NEOEDAPATENT HAMBURG

Trennanmeldung 2

_ MÜNCHEN 15 ■ MOZARTSTK.

(aus P 15 96 575.8-45) ^TEL·⁵⁸⁸⁰⁵⁸"

TELEGK. NEGEDAPATENT MÜNCHEN

Owens Illinois Inc.

-,*■"■«. «» ^₀₀ Hamburg,den- 6. Sept. 1972

Anwaltsakteί 23 788

Yerfahren zum "Verschmelzen von zwei thermisch kristallisierfcaren Glasteilen miteinander, insbesondere zur Herstellung eines thermisch f kristallisierten Glasgegenstandes niedriger Wärmeausdehnung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschmelzen von zwei thermisch kristallisierbaren Glasteilen miteinander, insbesondere zur Herstellung eines thermisch kristallisierbaren Glasgegenstandes niedriger Wärmeausdehnung mit verhältnismäßig leichtem Gewicht und ziemlich großen Abmessungen, sowie einem vergleichsweise niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten_e

Bei der Herstellung von Glasgegenständen aus kristallisierbarem Glas sind insbesondere dann, wenn diese Gegenstände große Abmessungen haben, besondere Schwierigkeiten zu überwinden. Damit solche Glasgegenstände ausrei- . chend stark und fest sind, muß ihre Dicke relativ groß

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sein. Dies gilt "besonders für Teleskopspiegelrohlinge, da die Kondition und Gestalt der Reflektionsfläche des fertigen Spiegels die Genauigkeit des abzubildenden-Gegenstandes bestimmt und ausreichende Festigkeit des Spiegels gefordert ist, damit auch die kleinste "Verschiebung bzw. Verzerrung der Reflektionsspiegelflache vermieden wird. Größere Dicken bringen jedoch zusätzliches Gewicht mit sich, was sich nachteilig auf die ohnehin schon schwierige Lösung des Problems der Tragekonstruktion für große Spiegel auswirkt.

Außerdem ist, da sehr große Glasmengen mit einem hohen Gewicht verarbeitet werden müssen, das Gießen sowie das Abkühlen und Entspannen solcher Glasrohlinge, die möglichst gleichförmige Ausdehnungseigenschaften in allen Glasabschnitten aufweisen sollen, relativ schwierige Aus— serdem ist es im allgemeinen wünschenswert, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient solcher Glasgegenstände möglichst niedrig, idealerweise sogar Null ist, wenn die Glasgegenstände veränderlichen Temperaturen ausgesetzt sind. Man hat bisher angestrebt, daö Gesamtgewicht solcher Glasge,genstände dadurch zu verringern, daß man die Glasflächen mit geringster Dicke ausbildet und dann anschließend die IBiterflächen solcher Rohlinge mit Glasbauteilen gleicher Zusammensetzungen verbindet, so .daß ins-

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gesamt der fertig zusammengestellte Glasgegenstand eine gewisse Festigkeit aufweist_o Hierfür ist ein Beispiel die sogenannte "Eierkistenstruktur¹¹, bei der mehrere längliche, für gewöhnlich rechtwinklige Glasstreifen mit im Abstand voneinander angeordneten geschlitzten Abschnitten längs einer Längskante mit mehreren ähnlichen Glasstreifen im rechten Winkel dazu verbunden werden, wobei die Verbindung an den Sehlitzabschnitten derart ist, daß die fertige Struktur gleiche Dicke bzw. Höhe hat wie die Einzelstreifen, geradeso, wie es bei;-.den miteinander verbundenen Kartonstreifen in einer Eierkiste der Fall ist.

Infolge der Gesamtgröße der Glasstreifen und der Dicke des Glaskö.rperrohlings treten jedoch beträchtliche Probleme auf, wenn die Glasstreifen solchen Temperaturen ausgesetzt werden, daß sie längs der angrenzenden Ab- ' schnitte zusammengeschmolzen werden können, wobei auch die Oberfläche der zusammengesetzten Sierkistenstruktur zur Bodenfläche des Glasrohlings angeschmolzen werden muß. Dabei wird für gewöhnlich auch eine Glasplatte als Rückenplatte von ausreichender Stärke an der anderen Fläche der Eierkistenstruktur angeschmolzen, um dem Glasgegenstand Festigkeit zu verleihen.

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Da die Herstellung eines solchen Glasgegenstandes, 'beispielsweise eines G-lasteleskopspiegelrphlings, eine sehr schwierige Angelegenheit ist und die Temperatur "beim Abkühlen des Glases sorgfältig gesteuert werden muß, treten viele Schwierigkeiten auf, sobald man die Eierkistenstruktur an den Boden des Rohlings und an den Rücken anschmilzt. Um dies erfolgreich durchführen zu können sind sehr schwierige zeitraubende Vorgänge erforderlich, die die Kosten des Endproduktes wesentlich erhöhen„

Während diese Schwierigkeiten bereits dann auftreten, wenn man Teleskopspiegelrohlinge aus Borsilikatglas mittels der Eierkästenstruktur herstellt, vergrößern sich diese Schwierigkeiten noch beträchtlich, wenn solche Spiegel aus thermisch kristallisierbarem Glas gerfertigt werden, das anschließend kristallisiert wird. Zusätzliche Schwierigkeiten entstehen nämlich infolge einer.vorzeitigen Keimbildung und einer ungewollten Kristallisation. Infolge der zum Verschmelzen der Bestandteile notwendigen hohen Temperaturen, insbesondere beim Herstellen, von Spiegelrohlingen mit großen Durchmessern, ist es schwierig, den Erwärmungsvorgang s-owie die Keimbildung und die Kristallisation, die während des Erwärmens und Verschmelzens auftritt, zu steuern» Somit ist es äußerst

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schwierig, einen zufriedenstellenden Spiegelrohling zu erhalten. Ferner hat es sich als schwierig erwiesen, die Spiegelkomponenten zu verbinden, indem man die Keimbildung und Kristallisation verhindert bzw, während man die Keimbildung und Kristallisation auf einem absoluten Minimum hält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile und Schwierigkeiten zu beheben bzw. zu verringern«, Diese Aufgabe wird gelöst mittels eines Verfahrens zum "Verschmelzen von zwei thermisch kristallisierbaren G-lasteilen miteinander, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die !Flächen der beiden Glasteile in einem Temperaturbereich miteinander in Kontakt gehalten werden, in welchem Keimbildung des Glases und gleichzeitig Verschmelzung vor sich geht, und in dem das Glas eine Viskosität von 10¹⁰ bis TO¹⁴ Poise hat, bis Glas mit Glas verschmolzen und die Keimbildung in den Glasteilen stattgefunden hat. Dabei ist es vorteilhaft, wenn \ die Glasteile auf eine Temperatur gebracht werden, bei der das Glas eine Viskosität von 10 bis 10 ² Poise hat.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines thermisch kristallisierten Glasgegenstandes niedriger Wärmeausdehnung, der erfindungsgemäß einen sehr nie-

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drigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, "beispielsweise einen Wärmeausdelmungskoeffizienten von -10 bis +10 χ 1O~V°C (O bis 500 ⁰C) aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung voii Teleskopspiegelrohlingen, beispielsweise auch solchen, die mit einer Schicht bzw» lage thermisch kristallisier-* baren Glases versehen sind, dienen. Bs wird dann die Oberfläche dieses Glases anschließend behandelt, um die Eeflektionsflache des Teleskopspiegels zu bilden, und*dessen Bodenfläche wird mit mehreren einzelnen Abstandsgliedern verbunden, die aus thermisch kristallisierbarem Glas bestehen. Alle Abstandsglieder können wiederum mit ihrer Bodenfläche mit der Fläche einer zweiten läge thermisch kristallisierten Glases verbunden sein.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der thermisch, kristallisierbare Glasgegenstand, beispielsweise Glasspiegelrohling, einer im wesentlichen konstanten Temperatur unterworfen, die zum Verbinden der aneinander an- , grenzenden Kontaktflächen ausreichend ist, und bei der ferner die Keimbildung der Struktur erfolgt und das Glas zu kristallisieren vermag, wobei diese Temperatur solange aufrechterhalten wird, bis ein gleichförmig fester und

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thermisch, kristallisierter Glasgegenstand, z„B. Spiegelrohling, entstanden ist.

Man kann "beim erfindungsgemäßen Verfahren auch so arbeiten, daß die miteinander verbundene und dem Keimbil— dungsvorgang unterworfene Struktur der Kristallisation bei einer Temperatur unterzogen wird, die höher als die «Yerschmelzungs- und Keimbildungstemperatur liegt, wodurch die Kristallisationsgeschwindigkeit erhöht werden kann.

In überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß zwei thermisch kristallisierbare Glassorten, insbesondere aus Lithium-Aluminium-Silikat-Glas, bei relativ niedrigen Temperaturen miteinander verbunden werden können, indem man die Glasflächen auf Temperaturen bringt, die der Yiskosität des eingesetzten Glases von 10 bis 10 Poise, insbesondere 10 bis 10 Poise, entsprechen; bei Aufrechterhalten dieser Temperatur für eine längere Zeit vollzieht sich gleichzeitig die Keimbildung in den Glasteilen. Hierbei soll unter Keimbildung die Trennung verstanden werden, die sich in den Glaskörpern von einer kleineren Menge einer zweiten Phase vollzieht, entweder· als submikroskopische kristalline- Phase oder als eigene

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glasige bzw. vi trio" se Phase "bzw. "beide_β Es ist nicht "bekannt, durch welchen Vorgang "bei solch niedrigen Viskositäten das Verbinden bewirkt-werden kann, doch kann es sein, daß die Keimbildung die Verbindung in irgendeiner Weise unterstützt, beispielsweise durch Unterstützen der Diffusionsraten der Ionen in dem G-las. Dieses Merkmal der Erfindung ermöglicht es, thermisch kristallisierbare Gläser miteinander "bei Temperaturen zu verbinden, bei denen die Kristallisationsraten sehr niedrig sind, so daß Plächenkristallisation ermieden wird.

Anhand der beiliegenden Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren nachstehend am Beispiel der Herstellung . eines Teleskopspiegelrohlings näher erläutert.

Pig. 1 ist eine isometrische Darstellung eines Teleskopspiegelrohlings gemäß der Erfindung,

Pig. 2 ist ein Schnitt durch den Spiegelrohling längs

der Linien 2-2 in Pig. 1,

Pig. 3 ist eine auseinandergezogene isometris-che Darstellung eines Abschnitts zweier Abstandsglieder unter Darstellung der Verbindungsweise,

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Fig./ ist eine Draufsicht auf einen weiteren Teleskopspiegelrohling gemäß der Erfindung,

Pig, 5 ist eine auseinandergezogen isometrische Darstelluh-g eines Teils des-Spiegelrohlings gemäß Pig. und

Pig. 6 ist eine isometrische Darstellung einer -weiteren Ausführungsform der Abstandsglieder gemäß der Erfindung β

Der Teleskopspiegelrohling wird durch zwei gegeneinander angeordnete Schichten gebildet, die durch mehrere einzelne Abstandsglieder, die entweder getrennt oder verbunden sind, miteinander verbunden sind, Gemäß Pig. 1 besteht ein Ausführungsbeispiel des Rohlings 9 aus einer oberen Lage 10 thermisch kristallisierten Glases, dessen Unterseite mit einer Anordnung von miteinander verbundenen Abstandsgliedern 11 und 12, ebenfalls aus thermisch kristallisiertem Glas verbunden ist, wobei die Abstandsglieder wiederum mit der Oberseite einer weiteren Lage 13 thermisch kristallisierten Glases verbunden sind. Die Oberseite 14 der Lage 10 kann anschließend geschliffen und poliert werden, um die gewünschte Spiegelkrümmung zu erhalten und dann mit Aluminium nach einem bekannten Verfahren beschichtet wer-

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den, um die Reflektionsfläche des Spiegels zu bilden,, Die Lage 10 ist flach und rechtwinklig dargestellt, kann aber auch kreisförmig oder oval oder eine andere Gestalt aufweisen. Auch ist die Oberseite 14 flach dargestellt, die anschließend in eine Reflektionsspiegelflache ver- . arbeitet wird, sie kann aber auch bereits ursprünglich konkav sein, so daß der nachfolgende Bearbeitungsvorgang möglichst geringfügig ist.

Die Abstandsglieder 11 und 12 sind länglich und rechtwinklig, wobei deren Höhe, d.h. der Abstand zwischen der Bodenseite 15 der lage 10 und der Oberseite 16 im wesentlichen gleichförmig über deren Gesamtlänge ist/Dadurch sind die oberen Kanten 17, 17' und die unteren Kanten 18, 18* der Abstandsglieder 11 und 12 in vollständiger Berührung mit den entsprechenden Flachen 15 und 16 der Schichten 10 und 13. Somit können die Abstandsglieder 11 und 12 als T.ragglieder für die Platte 10 angesehen

_k werden, deren Außenfläche 14 schließlich sonbehandelt Ψ

wird, daß die Reflektionsfläche bildet.

Außerdem sind die Abstandsglieder 11 und 12 mit Schlitzen 19 und 20 versehen, die im Abstand voneinander angeordnet

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sind und sieh.Von der einen Fläche 18, 17' der Glieder 11- und 12 erstrecken. Bei dem in den Pig. 1 und 3 gezeigten Zusammenbau stehen die Glieder 11 rechtwinklig auf den Gliedern 12, wobei sich infolge der gleiehmässigen Abstände der Sehlitze 19, 20 eine eierkistenförmige Anordnung ergibt.

Obwohl die Schlitze 19 und 20 präzisionsgefertigt und geschliffen sind, ist dies für die Erfindung nicht tatsächlich notwendig'. So ist es nicht notwendig, daß die ä Innenflächen 21, 22 der Schlitze 19 und 20 die entsprechenden Außenflächen der Abstandsglieder 11, 12 berühren, wenn sie in der in Pig. T gezeigten Weise angeordnet sind. Die Struktur erhält auch eine ausreichende Steifigkeit, wenn nur die Flächen 17, 17' und 18, 18' der Glieder 11, 12 an die Bodenflächen 15 und 16 der Platten 10 und 13 angeschmolzen sind. Das Berühren und Yerbinden der !lachen 21 und 22 an die angrenzenden Außenkanten der Glieder 11 und 12 ist jedoch nicht schädlich und vermittelt der fertigen Anordnung eine erhöhte Steifigkeit.

Bei dem in den Pign. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die oberen Platten 23 und die unteren Platten 24 aus thermisch kristallisierbarem Glas gbichmäßig voneinander im Abstand durch mehrere einzelne Abstandsglie-

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der 25 gehalten, die eine kreuzförmige Gestalt aufweisen, d.ho, daß angrenzende Seiten sich im rechten Winkel "berühren. Auch hier ist jedes Glied von gleichmäßiger Höhe, so daß die Oberseite 26 jedes Gliedes 25 in unmittelbarer Berührung mit der Unterseite 27 der Platte 23 ist und die TJnterkante 28 jedes Gliedes 25 in unmittelbarer Berührung mit der Oberseite der Platte 24. Eine solche Berührung gewährleistet das vollständige Anschmelzen der Abstandsglieder an die entsprechenden Flächen der Platten 23 und 24 zur Vermittlung der Steifigkeit der Gesamtanordnung.

Der Durchschnittsfachmann weiß, daß die tatsächliche Anordnung und Anzahl der Abstandsglieder 25 im Spiegelrohling in Zusammenhang mit der Erfindung nicht bedeutungsvoll ist. Nötig ist jedoch eine ausreichende Anzahl von Gliedern 25 zwischen den Platten 23 und 24 zur Vermittlung der Steifigkeit. Die Glieder 25 können auch in fluchtenden Reihen gemäß Pig. 4 angeordnet,werden oder beispielsweise in kreisförmigen oder bogenförmigen Mustern verstreut sein. Anstelle der Abstandsglieder 25 können auch die in Fig. 6 gezeigten Abstandsglieder 29 Verwendung finden, bzw. Abstandsglieder mit anderen als. den gezeigten Formen. Wesentlich ist jedoch, daß alle· Abstandsglieder die gleiche Höhe aufweisen, um einen gleich-

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förmigen Abstand zwischen der oberen und unteren Platte 23 bzw, 24 herzustellen. Auch können verschiedenartig geformte Abstandsglieder Verwendung finden.

Außer der in Fig. 1 gezeigten rechtwinkligen Anordnung der Abstandsglieder können sie auch in anderen Winkeln angeordnet sein. Außer der Gritter anordnung gemäß Pig. 1 könnte auch ein gegossenes Gitter von einheitlicher Höhe Verwendung finden.

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In der in fig. 1 dargestellten Anordnung sind durch die oberen und unteren Platten 10 und die vier Seiten der Abstandsglieder 11 und 12 Hohlräume gebildet.

Wenn die Anordnung derart getroffen ist, daß zwischen den oberen und unteren Platten angeschlossene Hohlräume gebildet sind, so können in einer oder mehreren Wandungen gedes Hohlraums Öffnungen vorgesehen sein, so daß eine Verbindung nach außen aufrechterhalten wird. Dadurch werden " | schädliche Druckeinflüsse, die die Spiegelform beeinflussen könnten, vermieden. Außerdem kann bei dieser Anordnung die Temperatur im Spiegelrohling durch Hindurchleiten eines Fluids durch die öffnungen und Hohlräume reguliert werden. D£e 3?luidtemperatur wird selbstverständlich so

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eingestellt, daß die Temperatur im Mittelpunkt des Spiegels gleich der Temperatur an d-en Außenflächen ist. In der am 23..1Ό.1965 eingereichten USA Patentanmeldung 503o831 der Anmelderin ist ein solches Verfahren ange-.geben (θ 11 850 VIb/32a)„ .

Die Erfindung kann auch dann Verwendung finden, wenn die Bodenfläche der oberen Platte eines thermisch kristallisierbaren Glases eine konvexe Ausbildung aufweist. Es ist P nur notwendig, die Oberseiten der Abstandsglieder entsprechend konkav auszubilden, so daß die Oberkanten der Abstandsglieder die angrenzende Unterseite der konvexen oberen Platte berühren. Dabei dürfen die Abstandsglieder nicht die gleiche Höhe aufweisen, außer wenn die Bodenschicht des Spiegelrohlings eine konkave Oberseite aufweist, die zu der konvexen Bodenseite der oberen Lage komplementär ist, so daß beide Flächen tatsächlich miteinander parallel sind.

Beim Herstellen des thermisch kristallisierten Glasteleskopspiegelrohlings wird das von den Abstandsgliedern 11 und 12 gebildete Gitter auf die Oberseite der Schicht gelegt und dann die Platte 10 darüber gelegt. Die Flächen

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17, 17' und 18, 18' grenzen "berührend.an die Flächen 15 und 16 an der O"ber- und Unter se it e an. Die Gesamtanordnung kann dann auf ein Tragglied aufgesetzt werden, das nicht dargestellt ist bevor sie der Wärme "behandlung unterworfen wird, "bei der sich ein fester, gleichförmig kristallisierter Spiegelrohling ergibt. Zwar ist das Gewicht der oberen Platte 10 für gewöhnlich so groß, daß auf die Flächen 17, 17' Druck aufgebracht wird, doch kann auf die Schicht 10 zusätzlicher Druck ausgeübt werden, um das Anschmelzen.der angrenzenden Flächen zu unterstützen. Die Anordnung wird anschließend während einer "bestimmten Zeit auf eine "bestimmte Temperatur gebracht um das Schmelzen zu "bewirken.

Alle Komponenten des Spiegelrohlings sind aus einer thermisch kristallisierbaren Glaszusammensetzung hergestellt, Torzugsweise werden die Komponenten nach dem Herstellen verhältnismäßig schnell abgekühlt, und nicht einem verzögerten Intspannungsvorgäng unterworfen. Das Abschrecken mit Luft hat sich als nützlich erwiesen, um die Keimbil- { dung möglichst gering zuhalten.

Vor dem Zusammenbau können die Abstandsglieder 11 und 12 an ihren anzuschmelzend-m -Flächen, nämlich 17, 17* und 18, 18' geschliffen und flach poliert werden, daß sie die

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Flächen I5~und 16j die ebenfalls flach geschliffen und poliert werden können, besser berühren. Während des Anschmelzungsvorgangs kann eine sehr ernst zu nehmende Schwierigkeit, nämlich die OberflächenkriBtallisation auftreten. Die Oberflächenkristallisation wird durch geschliffene und polierte, gesägte oder in anderer Weise unreine Glasflächen gefördert, und die G-laskristallisation an der Oberfläche verzieht sich bei Anschmelztempe-. " raturen sehr rasch und kann die gute Verbindung der Teile verhindern. Die Oberflächenkristallisation kann jedoch durch Waschen mit Säure oder durch Ionenaustausch verzögert werden, in dem man Ii+ Ionen gegen Ua+ bzw. k+ Ionen austauscht.

Fach dem Zusammensetzen der Abstandsglieder 11, 12 und der Platten 10, 13 in der bereits beschriebenen Weise wird die Anordnung auf eine Temperatur gebracht, in der das Verbinden vollzogen wird. Bs ist möglich, den gesamten Prozess des Anschmelzens, der Keimbildung und der Kristallisation im wesentlichen isoitermisch auszuführen. Es hat sich bei der "isοthermischen" Methode als Vorteilhaft erwiesen, die Wärmebehandlung bei der einer Viskosi-

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tat von etwa 10 ^tD Poise entsprechenden Temperatur vorzunehmen bzw. in einem Temperaturbereich, der der Viskosität von etwa 10 bis hinunter zu etwa 10 Poise ent-

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spricht. In jedem Pail muß die Temperatur derart sein, daß es möglich, ist, das Anschmelzen und auch die Keimbildung des G-lases "bei einer einzigen Temperatur zu bewirken. Kach dem Durchführen der "Verbindung zusammen mit der Keimbildung kann die Wärmezufuhr bei gleicher Temperatur solange als notwendig fortgeführt werden, um das G-las zu kristallisieren, bis ee den gewünschten Ausdehnungskoeffizienten hat, der vorzugsweise fast UuIl ist.

Andererseits ist es auch möglich und auch wünschenswert, Q die Temperatur nach dem Anschmelzen und der Keimbildung graduell zu erhöhen, so daß die Kristallisation während derlangsamen Temperaturerhöhung und/oder während der Aufrechterhaltung der höheren Temperatur vollzogen wird.

Bs werden dabei im allgemeinen relativ lange Gesamtzeiten der Wärmebehandlung erforderlich. Wird die Kristallisation im wesentlichen bei der gleichen niedrigen Temperatur wie das Anschmelzen und die Keimbildung vollzogen, . | so können dafür Kristallisationszeiten von 500 bis 2000 Stunden oder mehr manchmal erforderlich werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Keimbildung und die Verbindungsbildung bei verhältnismäßig nie-

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drigen Temperaturen erfolgen, findet kein oder nur wenig Einsinken der Teile in innigen Kontakt miteinander statt, weil die Viskositäten relativ hoch sind. Offensichtlich werden nur die Zontaktflächen verschmolzen. Um ausreichend große Bereiche gegenseitigen Kontaktes zwischen den Teilen zu erhalten, sollten vorteilhaft sehr flache, gut passende Flächen vorhanden sein, die man für gewöhnlich durch sorgfältiges flachschleifen vorbereitet»

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die miteinander zu verschmelzenden Glasteile vorteilhaft aus Komponenten "besonderer Zusammensetzung vorgesehen, nämlich aus thermisch kristallisierbaren Glassorten, und insbesondere aus solchen des Lithium-Aluminium-Silikat-Systems, das thermisch insitukristallisierbar ist zu sogenannten Glaskeramiken, die vorzugsweise transparent sind und einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben, der sehr niedrig ist, fast" Full sein kann und vorzugsweise, im Bereich von +10 bis +10 χ 10~⁷/°C (0 bis 300⁰C) bleibt«

Die erfindungsgemäß herstellbaren Glaskeramiken können auch undurchsichtig sein, bei undurchsichtigen Glaskeramiken liegt der thermische Ausdehnungskoeffizfent im allgemeinen höher als bei transparenten Glaskeramiken glei-

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eher Zusammensetzung. Man vmß dann sorgfältig darauf achten, daß das erfindungsgemäß hergestellte undurchsichtige Glaskeramik keinen unerwünscht hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, vielmehr vorzugsweise einen solchen, der in dem angegebenen Bereich von +10 bis -10 χ 10*"⁷/°C (θ bis 300⁰C) liegt.

Solche erfindungsgemäß herstellbaren Glaskeramiken mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten gewinnt man bei der thermischen Insitukristallisation, wenn man zweckmäßig thermisch kristallisierbare Gläser einer Zusammensetzung, die im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen, in Gew.-?£, besteht, einsetzt:

Bestandteile SiO₂

Li₂O GaO

ZnO

ZrO₂ MgO

Ia₂O P₂O₅

TABELLE A -	Gew	.-fo
	56 -	70
	18 -	27
	3,4 -	4,5
	0 -	3
	0 -	2
	0 -	4'
	0 -	6
	.0 -	3
	0 -	3
	0 -	1
	0 -	3

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mit den Bedingungen:

( + Al₂O₅) wenigstens 82

₂+ll₂O₃+B₂O₅+P₂O₅) . 86-91

(CaO+MgO+ZnO+NagO) 2,5 - 6

(SiO₂+Al₂O₃+P₂O₅+Li₂O) höchstens 93

(TiO₂₊ZrO₂) 2-6

wobei das Verhältnis τοη (CaO■ *. MgO.+ ZnO + Fa₂O + BgO,) zu Li₉O kleiner als 2,4 und das Verhältnis von SiO₉ zu Al₂O^ höchstens 3,8 ist.

Spezifische Zusammensetzung thermisch kristallisierbarer Gläser zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind die Beispiele 36, 37 und 39 'Ms 49 und die Beispiele H "bis M in den Tabellen VIII und VIIIA der der USA-Patentanmeldung 464.147 vom 15.6.1965 entsprechenden deutschen Anmeldung der Anmelderin (O 11 030 VIb/32TD).

Eine weitere geeignete Zusammensetzung ist in dem folgenden Beispiel angegeben: ' -

Beispiel 1

Ein Spiegelrohling bestehend aus folgenden Bestandteilen in Gew.-?6 der Gesamtschmelze:

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SiO₂ 68,1

Al₂O₅ · 20,9

GaO 3,5

Ii₂O 3,8

1,8 ZrO₂ 1,5

Na₀O 0,1

2 *

Sb₂O₃ 0,3

wurde in der Weise hergestellt, daß das geschmolzene Glas in geeignete Formen gegossen und die Schlitzteile ((

11, 12 und die Platten 10, 13 hergestellt und luftgekühlt wurden, um die Keimbildung möglichst gering zu halten. Hierauf wurden die Komponenten zusammengebaut und einer isothermisehen Wärmebehandlung bei 774 ⁰C (Glasviskosität bei 78O⁰C etwa 10 ¹^ Poise) während 1000 Stunden unterworfen, wobei das Verschmelzen, die Keimbildung und Kristallisation bei der gleichen Temperatur erfolgten. Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient (O - 300 ⁰C) des gewonnen durchsichtigen kristallisierten Spiegelrohlings betrug -0,3 x

Die transparente kristallisierte Glaskeramik, die wie oben beschrieben hergestellt wird, enthält als vorherrschende kristalline Spezies Lithium enthaltende kristalline Phasen aus der Gruppe die aus ß-Eukryptit oder ß-Eukryptit-

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ähnlichen Kristallen und ß-Spodumen oder ß-Spodumenähnlichen Kristallen oder deren Mischungen "besteht, wie durch Röntgendiffraktion festgestellt wird. Das sich ergebende keramische Produkt enthält viele solcher kristalliner Spezies, die in freier Orientierung in. der kristallisierten Glaskeramik verteilt sind und in einer glasigen Matrix eingebettet sind, die das Ergebnis der Insitukristallisation ist. Alle Kristalle in * dieser Keramik weisen im wesentlichen einen Durchmesser von kleiner .als 1/3 U auf, längs der größten linearen Abmessung der Kristalle gemessen.

Die lusdriicke "ß-Eukryptit Kristalle" und "ß-Eukryptitähnliche Kristalle" sind alternativ verwendet. So wird ß-Eukryptit oft als ein Spezies Kristall mit einem Mol-Lithiumoxyd, einem Molaluminiumoxyd und zwei Mol-Siliziumoxyd angesehen. Doch werden beide Ausdrücke hier dazu verwendet, um kristalline Spezies zu beschreiben, die gemäß Röntgendiffraktion eine lukryptitstruktur haben, deren Spitzen jedoch leicht verschoben sein können abhängig davon, ob eine definitive Menge Siliziumoxyd anstelle von genau 2 Mol, entweder mehr oder weniger Siliziumoxyd als zwei Mol vorhanden ist. In entsprechender Weise sind auch die Ausdrücke "ß-Spodumen Kristalle"

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und "ß-Spodumen-ähnliche Kristalle" alternativ und in einem allgemeinen Sinn verwendet, wobei kristalline Spezies gemeint sind, die die kristalline Struktur des ß-Spodumen aufweisen, das vier Mol Siliziumoxyd auf ein ffiol-Aluminiumoxyd und ein Mol-Lithiumoxyd enthalten, jedoch mit etwa verschobenen Spitzen, wenn die kristalline Struktur mehr oder weniger als vier Mol Siliziumoxyd enthält. In den Ansprüchen sind deshalb die Ausdrücke "ß-Eukryptit" und "ß-Spodomen" in diesem allgemeinen Sinne verwendet,

- Unter den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind vor allem die niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die vorzügliche Transparenz, das geringe Gewicht und die hohe Festigkeit zu nennen. Außer Teleskopspiegelrohlingen können auch Glasgegenstände T?zw_o kristallisierte Glasgegenstände erfindungsgemäß hergestellt werden, die "beispielsweise als Wandvorhänge, Feuertüren, Tankauskleidungen Verwendung finden können, sowie dort wo Festigkeit in erster Linie gefordert wird, nämlich bei Bodenkacheln_s Behälter und V_Orratskästen.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1„ Verfahren zum Verschmelzen von zwei thermisch kristal-Ii si er "baren Glasteilen miteinander, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der beiden Teile in einem Temperaturbereich miteinander in Kontakt gehalten werden, in welchem Keimbildung des Glases und gleichzeitig Verschmelzung vor sich geht und in dem das Glas eine Viskosität von 10 bis 10 ^ Poise hat, bis Glas mit Glas verschmolzen und die Keimbildung in den Glasteilen stattgefunden hat_o

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile auf eine Temperatur gebracht werden, bei der das Glas -eine Viskosität von 10 bis 10 ² Poise hat.

   3ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch kristallisierbare Glas jedes der Glasteile als wesentliche Bestandteile Ii₂O, AIpO* und SiO₂ enthält.

   4. Verfahren nach Anspruch" 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Glasteile ein Teleskopspiegelrohling ist, der anschließend zu kristallisieren, zu schlei-

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   fen und polieren ist, und der andere Grlasteil ein Haltekörper für den Spiegelrohling.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verschmelzen und der Keiinbildung die verschmolzenen Teile thermisch kristallisiert werden, "bis der durchschnittliche lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der resultierenden Struktur im Bereich von 10 χ 10~⁷ bis -10 χ 1O*"⁷/⁰⁰ (0 *>is 300⁰O) "beträgt* , |

   6ο Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Kristallisation mindestens teilweise bei einer höheren Temperatur, als die vorangehende Keimbildung und Verschmelzung vorgenommen wird. ■

   7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

   daß die thermische Kristallisation "bei etwa der glei- | chen Temperatur, wie die vorangegangene Keimbildung und Verschmelzung vorgenommen wird.

   8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gflas so thermisch kristallisiert wird, daß das thermisch kristallisierte Glas als überwiegende

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   kristalline Spezies Lithium-haltige kristalline Phasen, nämlich beta-Eukryptit, beta-Spodumen oder Gemische davon, enthält, wobei das kristallisierte.Glas eine Vielzahl solcher kristalliner Spezies in willkürlicher Orientierung in dem kristallisierten Glas und einer glasigen Matrix verteilt enthält, die sich als Ergebnis der Kristallisation einstellt, und wobei im wesentlichen alle Kristalle eine größte Längsausdehnung unter 1/3 Mikron aufweisen. . \

   9. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines thermisch kristallisierten Glasgegenstandes niedriger Wärmeausdehnung, gekennzeichnet durch Zusammenfügen von mindestens zwei thermisch kristallisierbaren Glaskörpern und In-Kontakt-Bringen jedes der Körper mit nur kleinen Teilen der Fläche jedes des anderen Körpers, Erhitzen und Halten des Gefüges ausreichend lange innerhalb eines Temperaturbereiches, in welchem die Kontakt habenden Glasflächen miteinander verschmelzen und gleichzeitig Keimbildung vor sich geht, wobei diese Temperatur einer Glasviskosität von 10 bis .10 · Poise entspricht, wonach die thermische Kristallisation des Gefüges vorgenommen wird, bis ein thermisch kristallisierter Glasgegenstand gebildet ist, der einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von -10 bis +10 χ 10*"/⁰G

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   : - 21 - ■:■ ■.; ■■■■

   (O bis 30O⁰O) aufweist.

   10o Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Kristallisation mindestens zum Teil bei einer Temperatur vorgenommen wird, die über der Temperatur der Keimbildung liegt.

   11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Kristallisation bei etwa der gleichen Temperatur wie die Keimbildung bewirkt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abstandskörper vorgesehen wird, welcher aus einer Vielzahl von langen flachen Körpern besteht, von denen jeder eine Vielzahl von Schlitzen, die sich von der Kante nach innen erstrek-

   - ken, aufweist, wobei die flachen Körper so angeordnet sind, daß jedes geschlitzte Teil jedes Körpers mit einem geschlitzten Teil des anderen Körpers in Bingriff kommt.

   13o Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die langen flachen Körper im wesentlichen senkrecht zu mindestens einem der Körper die einander zugewandte größere flächige Abschnitte aufweisen, angeordnet werden«,

   ■ ' - 28 -

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   14. Verfahren nachoAnsprueh 12, dadurch gekennzelehnet, daß mindestens ein Abstandskörper 44s verwendet wird,^: der ein ^Gitter darstellt, das eine Vielzahl von in Abstand voneinander angeordnete Flächen aufweist, die miteinander in Kontakt sind und mit den kleinen Teilen auf den flächigen Gebieten jedes der Glaskörper verschmolzen werden«

   1.5· Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, fit daß als thermisch kristallisierbares Glas ein sol

   ches eingesetzt wird, das als wesentliche Bestandteile Ii₂O, Al₂O₅ und SiO₂ enthält.

   16e Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches kristallisierbares Glas eingesetzt wird, das nach der Kristallisation ein thermisch kristallisiertes Glas ergibt, das als überwiegende kristalline Spezies Lihitium-haltigs kristalline Pha- _m sen enthält, nämlich beta-Eukryptit, beta-Spqaumen ,

   oder Gemische davon, wobei das kristallisiert^ Glas eine Vielzahl solcher kristallinen Spezies in willkürlicher Orientierung durch das kristallisierte Glas und eine glasige Matrix verteilt <enthält,, die'als Ergebnis der Kristallisation sich einstellt, und im wesentlichen alle Kristalle eine größte Längsausdehnung unter 1/3 Mikron aufweisen.

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   Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als kristallisierbares Glas ein solches eingesetzt wird, das im wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen, die innerhalb der angegebenen Gewichtsprozentverhältnis se vorliegen, "besteht ί

   SiO

   CaO ZnO

   IiO, ZrO, MgO

   mit den Bedingungen:

   c. J d. J c. D

   (CaO+MgO+ZnO+Ifa₂O)

   +ZrO₂)

   Gew. -# 56 - 70 18 - 27 3,4 - 4,5 0 - 3 0 - 2 0 - 4 0 - 6 0 - 3 0 - 3 0 - 1 0 - 3

   mind. 86-91 2,5-6 nicht mehr als 2-6

   wobei das Verhältnis von (CaO + MgO ₊ ZnO + Na₉O + B₂O, zu Li₉O kleiner als 2,4 und das Verhältnis von SiO₉ zu

   £> Cm

   Al₉O,; nicht größer als 3,8 ist_e

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   - 30 -

   18, Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet-, daß die Keimbildung und das Verschmelzen in einem Temperaturbereich ausgeführt wird, in welchem die Viskosität des Glases etwa 10¹⁰ b'is 10¹² Poise beträgt. ·..,'',

   19. Verfahren zum Verschmelzen von zwei'thermisch kristallisierbaren Glasteilen miteinander, gekennzeichnet durch Formen mindestens zweier Glasteile aus einer

   fe Schmelze thermisch kristallisierbaren Glases, Kühlen

   der geformten Teile unter die obere Kühltemperatur des Glases mit einer Geschwindigkeit, so daß eine wesentliche Entspannung des Glases vermieden wird und das Glas unter Spannung bleibt, In-Kontakt-Bringen einer Fläche eines der Glasteile miteiner Fläche des anderen Glasteils, und Aussetzen der Oberflächen und der Glasteile einer Temperatur in dem Bereich, in dem Keimbildung des Glases und gleichzeitig Verschmelzen der Oberflächen stattfindet, wobei der Tem-

   * peraturbereich ein solcher ist, in welchem das Glas

   eine Viskosität von 10 bis 10 Poise hat,

   20„ Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das In-Kontakt-Bringen und die Wärmebehandlung zweeks Keimbildung des Glases und gleichzeitiger Verschmelzung der Oberflächen in einem Temperatur.-

   - 31 309834/0532

   ■bereich vorgenommen wird, in dem das Glas eine Viskosität von 10¹⁰ "bis 1O¹² Poise hat.

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