DE19547567C2 - Transparente Glaszusammensetzung und Verwendung - Google Patents

Transparente Glaszusammensetzung und Verwendung

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DE19547567C2 DE1995147567 DE19547567A DE19547567C2 DE 19547567 C2 DE19547567 C2 DE 19547567C2 DE 1995147567 DE1995147567 DE 1995147567 DE 19547567 A DE19547567 A DE 19547567A DE 19547567 C2 DE19547567 C2 DE 19547567C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine transparente Glaszusam­ mensetzung, besonders, aber nicht ausschließlich, für elek­ trische Lampen. Gewisse Glasteile elektrischer Lampen, zum Beispiel die Füße der Glüh- und Fluoreszenzlampen und ihre Auslaßröhrchen sowie die Kolben gewisser Fluoreszenzlampen, werden üblicherweise aus Gläsern mit hohem Bleioxidgehalt (20-29 Gew.-% PbO) hergestellt. Der hohe Bleioxidgehalt trägt zum erforderlichen, hohen, spezifischen elektrischen Widerstand sowie zur Weichheit des Glasmaterials für gute Bearbeitbarkeit und gleichzeitig geringe Produktionskosten bei.
Es ist jedoch bekannt, daß einen hohen Bleigehalt aufwei­ sendes Glas, sowohl während seiner Herstellung als auch nach seinem Einsatz in Form von Abfall die Umwelt beein­ trächtigen kann. Aus Gründen zum Schutz der Umgebung wurden Anstrengungen unternommen, das Blei in Glas-Massenprodukten zu verringern oder es sogar daraus wegzulassen. Dies war die Aufgabe der EP-B 0 603 933, die eine bleifreie Glaszu­ sammensetzung offenbart. Das Glas gemäß dieser EP-B enthält SiO2, Al2O3, Li2O, Na2O und K2O sowie Oxide von Erdalkali­ metallen, von den letzteren BaO in einer Menge von 7 bis 11 Gew.-%, um die Anforderungen für Gläser für elektrische Lampen zu erfüllen. Obwohl das Glas gemäß der EP-B 0 603 933 eine bleifreie Zusammensetzung hat, kann es hinsicht­ lich der Umgebung nicht als vollkommen angesehen werden, weil bekannt ist, daß das BaO - ähnlich dem PbO - die Umge­ bung ebenfalls beeinträchtigen kann.
Die DE-OS 29 40 451 beschreibt ein Glas für lichtübertra­ gende Körper, wie Glasfasern, mit überlegener Witterungsbe­ ständigkeit. Das bekannte Glas weist nur 5 Muß-Komponenten mit außerordentlich weiten Gehaltsbereichen auf, zu denen Na2O mit 8 bis 24 Gew.-% gehört.
Die US-PSn 3,500,733 und 3,507,687 sowie die DE-OS 4000 053 betreffen alle keine transparenten Glaszusammensetzun­ gen, sondern keramik- bzw. emailartige Überzüge oder kri­ stallisierte Gläser mit jeweils nur wenigen Muß-Komponenten mit weiten Gehaltsbereichen, von denen sich darüber hinaus die erstgenannte noch durch einen höheren Na2O-Gehalt, die zweite durch einen geringeren MgO-Gehalt und die letztere durch einen geringeren K2O-Gehalt von der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung unterscheiden.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Glaszusammenset­ zung - besonders für elektrische Lampen - für die Aspekte der Umwelt in Betracht gezogen sind, so daß das Glas nur eine geringe Menge von BaO enthält und gleichzeitig die Produktionskosten sich nicht beträchtlich von denen eines traditionellen Glases unterscheiden.
Die Erfindung hat sich aus der Erkenntnis ergeben, daß bei richtiger Auswahl der Komponenten der BaO-Gehalt verringert werden kann, während die elektrischen Eigenschaften, die thermische Ausdehnung, die Stabilitätseigenschaften, die chemischen Eigenschaften und die Formbarkeit des Glases für Lichtquellen beibehalten werden können.
Das erfindungsgemäße Glas ist im Anspruch 1 definiert.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche 2 bis 7.
Die Ansprüche 8 bis 10 betreffen die Verwendung.
Zusätzlich zu den aufgeführten Komponenten kann das Glas gemäß der Erfindung in geringen Mengen andere Kompo­ nenten und Verunreinigungen enthalten, die, zum Beispiel, aus den Materialien und Geräten für die Herstellung stam­ men, ohne einen beträchtlichen Einfluß auf die Materialei­ genschaften zu haben.
Es wurde festgestellt, daß es vernünftig ist, die Kom­ ponenten gemäß der folgenden Beziehung auszuwählen, um die Stabilität des Glases zusammen mit einer optimalen Erwei­ chungseigenschaft beizubehalten:
ZnO + B2O3 ≧ 8,6 Gew.-%.
Weiter wurde festgestellt, daß es möglich ist, die Em­ pfindlichkeit des Glases zur Kristallisation deutlich ein­ zuschränken, wenn die Komponenten gemäß der folgenden Be­ ziehung ausgewählt sind:
TiO2 + Al2O3 ≧ 0,5 Gew.-%.
Weiter wurde festgestellt, daß ein Glas mit hohem, spezifischen, elektrischen Widerstand und einer angemesse­ nen Erweichungseigenschaft vorzugsweise erhalten werden kann, wenn die Komponenten gemäß der unten angegebenen Be­ ziehung ausgewählt werden:
BaO/CaO ≧ 0,5.
Es wurde weiter festgestellt, daß ein hoher, spezifi­ scher, elektrischer Widerstand des Glases zusammen mit gu­ ter Verarbeitbarkeit und gleichzeitig chemischer Beständig­ keit sichergestellt werden kann, wenn der MgO-Gehalt vor­ zugsweise mindestens 2,1 Gew.-% und der CaO-Gehalt minde­ stens 3,1 Gew.-% beträgt.
Weiter wurde festgestellt, daß es zur Verbesserung der Schmelz- und Erweichungseigenschaften vernünftig ist, den B2O3-Gehalt so auszuwählen, daß er mindestens 5,1 Gew.-% beträgt.
Zur weiteren Verbesserung der Stabilitäts- und Erwei­ chungseigenschaften des Glases ist es vernünftig, den TiO2- Gehalt zwischen 0,2 und 1,3 Gew.-% auszuwählen. Stabilität bedeutet, daß das Glas weniger empfindlich für Kristallisa­ tion und Unmischbarkeit ist.
Aus dem Glas gemäß der Erfindung kann ein Fuß für elektrische Lampen hergestellt werden, durch den Zufüh­ rungsleitungen führen, die in einer vakuumdichten Weise in dem Fuß abgedichtet sind, weiter ist der Fuß mittels eines Auslaßröhrchens in dem Kolben in vakuumdichter Weise abge­ dichtet. Aus dem Glas gemäß der Erfindung kann auch ein Kolben für elektrische Lampen hergestellt werden. Auch das Auslaßröhrchen der Lampe kann aus dem Glas gemäß der Erfin­ dung hergestellt werden. Das Glas gemäß der Erfindung ist auch geeignet für lineare oder kompakte Fluoreszenzlampen.
Die Erfindung wird nun detalliert anhand von Beispie­ len, unter Bezugnahme auf die Zeichnung, erläutert. Die Glaszusammensetzungen gemäß der Erfindung werden in einer Menge von 350 kg bei 1.390°C in einem intermittierenden Wannenofen erschmolzen, der durch Erdgas erhitzt wurde. Zum Schmelzen wurden die folgenden Ausgangsmaterialien einge­ setzt: Quarzsand, Soda, Pottasche, Lithiumcarbonat, Barium­ carbonat, Dolomit, Zinkoxid, wasserfreies Boroxid, Titandi­ oxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Antimonoxid sowie Na­ triumnitrat als Läuterungsmittel. Die Komponenten, ausge­ nommen Quarzsand, Soda, Pottasche und wasserfreies Borax, wurden in einem Laboratoriumsmischer 30 Minuten lang vorge­ mischt. Dann wurden alle Komponenten in einem Rotationsmi­ scher 30 Minuten lang vermischt. Aus dem Wannenofen manuell gezogenes Glasrohr führte zu Glasrohren guter Qualität. Er­ gebnisse von drei Schmelzbädern, I, II und III, sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Chemische Zusammensetzung von Gläsern, wie errechnet (in Gew.-%):
Fe2O3, als eine Verunreinigung, ist im Glas in einer sehr geringen Menge vorhanden, doch hat es noch immer eine vorteilhafte Auswirkung auf die thermischen Eigenschaften und die Stabilität des Glases.
Die Eigenschaften des Glases gemäß der Erfindung sind unten angegeben (I, II, III), verglichen mit dem des Bei­ spiels, das in der EP-B 0 603 933 angegeben ist sowie mit den Eigenschaften des 20% Blei enthaltenden Glases, das in weitem Rahmen in der Industrie zur Herstellung von Licht­ quellen eingesetzt wird.
wobei
α(50-350): der thermische Ausdehunungskoeffizient zwischen 50 und 350°C (siehe Standard ISO 7991),
Tg: die Transformations-Temperatur bzw. der Transformati­ onspunkt (gemessen durch einen Dilatometer) (siehe Standard ISO 7884-8),
TL: der sogenannte Littleton- bzw. Erweichungspunkt (sie­ he Standard ISO 7884-6),
Tk100: Temperatur bei der logρ (Ohm, cm) = 8,
logρ(T°C): Logarithmus der Basis 10 des (Ohm, cm)-Wertes des spezifischen Gleichstromwiderstandes (ρ) bei der Temperatur T°C,
Haltbarkeit gegenüber Wasser: chemische Beständigkeit (Aus­ laugen) gegenüber destilliertem Wasser, gemessen an einer Probe, gekennzeichnet durch die Menge von 0,01 N Säure, die zur Rücktitration einge­ setzt wird (siehe Standard DIN 12111),
Tliq: Temperatur, oberhalb der das Glas innerhalb von 24 Stunden nicht ehr kristallisiert
Bei dem Glas gemäß der Erfindung konnte der BaO-Gehalt auf einen Wert zwischen 1 und 4,5 Gew.-% verringert werden.
Zusätzlich zu diesem Nutzen für die Umgebung kann durch die Erfindung ein Wert des Koeffizienten der Wärmeausdehnung erhalten werden, so daß das Glas sehr gut auf den Dumet-Zu­ leitungsdraht elektrischer Lampen und auch auf die Lampen­ kolben, die aus Kalk-Alkali-Silicatglas hergestellt sind, eingestellt werden kann. Weiter hat das Glas ausgezeichnete Erweichungseigenschaften, so daß es gut bearbeitbar ist. Seine Schmelztemperatur liegt beträchtlich unterhalb der von Bleigläsern mit der Folge, daß Ersparnisse beim Ener­ gieverbrauch erreicht werden können und außerdem die Kor­ rosion der Materialien des Schmelzofens geringer ist. Ein guter, elektrischer Widerstand, der deutlich höher ist als der von Glas mit 20% PbO oder der des Glases der EP-B 0 603 933, kann bei dem Glas gemäß der Erfindung erzielt werden, so daß an den Zuleitungsdrähten keine merkliche Elektrolyse stattfinden kann, die ansonsten die Bindung zwischen Glas und Metall auflösen könnte, so daß selbst bei einer höheren Temperatur und höheren Lampenleistung die Lebensdauer der Lichtquellen verlängert ist. In ähnlicher Weise kann eine ausgezeichnete, chemische Beständigkeit (Haltbarkeit gegen­ über Wasser) des Glases gemäß der Erfindung erzielt werden, die sehr viel besser ist als die der Bleigläser, so daß das Auslaugen seiner Komponenten minimal ist. Die Neigung des Glases zur Kristallisation ist minimal, d. h. es ist stabil.
Das Glas gemäß der Erfindung kann vorzugsweise dort eingesetzt werden, wo die vorteilhaften Eigenschaften des Glases benötigt werden, insbesondere für Komponenten elek­ trischer Lampen. Es kann vorteilhaft als Füße in Glüh- und Entladungslampen mit geringem Druck sowie für Kolben und Auslaßröhrchen von Entladungslampen mit geringem Druck, insbesondere Kompakt-Fluoreszenzlampen, benutzt werden.
Der Einsatz des Glases wird durch die folgenden Bei­ spiele, unter Bezugnahme auf die Zeichnung, gezeigt. Es zeigen:
Fig. 1 einen Fuß einer elektrischen Lampe und
Fig. 2 eine kompakte Fluoreszenzlampe.
Fig. 1 zeigt einen Fuß 1 einer Glühlampe, umfassend eine Erweiterung 2, Stromzuleitungen 4a und 4b, einen Glüh­ faden 5 und ein Auslaßröhrchen 3. Der Glühfaden ist in die inneren Enden der aus mehreren Teilen bestehenden Stromzu­ leitungen 4a und 4b gepreßt. Die aufgeführten Teile werden auf dem Herstellungsband durch eine Gasflamme erhitzt, und durch Zusammenquetschen der Erweiterung werden die Teile in einer solchen Weise abgedichtet, daß die Teile 7a und 7b der Stromzuleitungen 4a und 4b, die aus Dumet-Draht (einer kupferkaschierten Eisen-Nickel-Legierung) hergestellt sind, in die Quetschdichtung 6 der Erweiterung 2 gelangen. Die Erweiterung 2 und das Auslaßröhrchen 3 sind aus dem Glas gemäß der Erfindung hergestellt. Der Lampenkolben, der in Fig. 1 nicht gezeigt ist, ist aus Kalk-Alkali-Silicat-Glas hergestellt, umfassend die folgenden Grundkomponenten: SiO2, Na2O, K2O, CaO, Al2O3. Die Erweiterung 2 wird an ih­ rem Rand auf dem Produktionsband abgedichtet mit dem Lam­ penkolben verschmolzen. Der Fuß gemäß der Erfindung kann nicht nur Teil einer Glühlampe, sondern auch der anderer elektrischer Lampen sein(zum Beispiel Teil von Entladungs­ lampen mit geringem Druck, insbesondere kompakten Fluores­ zenzlampen usw.).
Fig. 2 zeigt eine kompakte Fluoreszenzlampe, die zwei Teile umfaßt. Die Stromzuleitungen 14a und 14b der Elektro­ de 15 und die Stromzuleitungen 14c und 14d einer anderen (nicht gezeigten) Elektrode sowie die Auslaßröhrchen 13a und 13b der kompakten Fluoreszenzlampe 11 sind an den Quetschstellen 16a und 16b in das Ende des Glaskolbens 12 abgedichtet eingelassen. Die Stromzuleitungen 14a, 14b, 14c und 14d sind aus einer 50-50% Eisen-Nickel-Legierung herge­ stellt. Der Glaskolben 12 und die Auslaßröhrchen 13a und 13b sind aus dem Glas gemäß der Erfindung hergestellt. Um die UV-Strahlung des Materials des Glaskolbens 12 zu ver­ ringern, enthält dieser CeO2 vorzugsweise in einer Menge von 0,4 bis 0,6 Gew.-%.

Claims (10)

1. Transparente Glaszusammensetzung, umfassend SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, Li2O, BaO, MgO, CaO, ZnO, B2O3 und gegebenenfalls TiO2, Sb2O3, MnO2, Fe2O3, As2O3 und CeO2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr
SiO2-Gehalt von 58 bis 64,5 Gew.-%,
Al2O3-Gehalt von 0,3 bis 2,5 Gew.-%,
Na2O-Gehalt von 6 bis weniger als 8 Gew.-%,
K2O-Gehalt von 7,5 bis 11 Gew-%,
Li2O-Gehalt von 0,5 bis 1,2 Gew.-%,
BaO-Gehalt von 1 bis 4,5 Gew.-%,
MgO-Gehalt von mehr als 1 bis 3,7 Gew.-%,
CaO-Gehalt von 2 bis 4,5 Gew.-%,
ZnO-Gehalt von 3 bis 7 Gew.-%,
B2O3-Gehalt von 3 bis 8 Gew.-% beträgt, und
daß sie zusätzlich zu den aufgeführten Komponenten gege­ benenfalls höchstens 1,5 Gew.-% TiO2, höchstens 0,6 Gew.-% Sb2O3, höchstens 0,3 Gew.-% MnO2, höchstens 0,15 Gew-% Fe2O3, höchstens 0,6 Gew.-% As2O3, höchstens 0,8 Gew.-% CeO2 umfaßt, unter der Bedingung, daß die Gesamtmenge von ZnO und B2O3 mindestens 8,6 Gew.-% beträgt.
2. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie das MgO in einer Menge von mindestens 2,1 Gew.-% enthält.
3. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie das CaO in einer Menge von mindestens 3,1 Gew.-% enthält.
4. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie das B2O3 in einer Menge von mindestens 5,1 Gew.-% enthält.
5. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es das TiO2 in einer Menge im Bereich von 0,2 bis 1,3 Gew.-% enthält.
6. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie CaO in einer Menge von höchstens dem zweifachen der Menge von BaO enthält.
7. Glaszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gesamtmenge von TiO2 und Al2O3 in der Zusammensetzung mindestens 0,5 Gew.-% beträgt.
8. Verwendung der Glaszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Herstellen eines Fußes für elektri­ sche Lampen, durch den Stromzuleitungen verlaufen und in dem sie in einer vakuumdichten Weise abgedichtet sind, und der in einer vakuumdichten Weise mit dem Kolben der Lampe abgedichtet ist.
9. Verwendung der Glaszusammensetzung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7 zum Herstellen eines Kolbens für elektri­ sche Lampen.
10. Verwendung einer transparenten Glaszusammensetzung, umfassend SiO2, Al2O3, Na2O, K2O, Li2O, BaO, MgO, CaO, ZnO, B2O3 und gegebenenfalls TiO2, Sb2O3, MnO2, Fe2O3, As2O3 und CeO2, deren
SiO2-Gehalt von 58 bis 64,5 Gew.-%,
Al2O3-Gehalt von 0,3 bis 2,5 Gew.-%,
Na2O-Gehalt von 6 bis weniger als 8 Gew.-%,
K2O-Gehalt von 7,5 bis 11 Gew.-%,
Li2O-Gehalt von 0,5 bis 1,2 Gew.-%,
BaO-Gehalt von 1 bis 4,5 Gew.-%,
MgO-Gehalt von 0,5 bis 3,7 Gew.-%,
CaO-Gehalt von 2 bis 4,5 Gew.-%,
ZnO-Gehalt von 3 bis 7 Gew.-%,
B2O3-Gehalt von 3 bis 8 Gew.-% beträgt, wobei sie zusätzlich zu den aufgeführten Komponenten gege­ benenfalls höchstens 1,5 Gew.-% TiO2, höchstens 0,6 Gew.-% Sb2O3, höchstens 0,3 Gew.-% MnO2, höchstens 0,15 Gew.-% Fe2O3, höchstens 0,6 Gew.-% As2O3, höchstens 0,8 Gew.-% CeO2 umfaßt, unter der Bedingung, daß die Gesamtmenge von ZnO und B2O3 mindestens 8,6 Gew.-% beträgt, für elektrische Lampen.
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