DE2054850C3 - Aluminum silicate glass as a time delay medium for a solid ultrasonic delay line - Google Patents
Aluminum silicate glass as a time delay medium for a solid ultrasonic delay lineInfo
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Description
wobei R ein zweiwertiges Metall oder ein Gemisch aus derartigen Metallen istwhere R is a divalent metal or a mixture of such metals
2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R ein Erdalkalimetall ist2. Glass according to claim 1, characterized in that R is an alkaline earth metal
3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es SiO2 in einer Menge von 4,45 bis 4,9 Mol enthält3. Glass according to claim 1 or 2, characterized in that it contains SiO 2 in an amount of 4.45 to 4.9 mol
4. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die nachfolgenden Bestandteile in Mol-% enthält:4. Glass according to claim 1, characterized in that it contains the following components in mol% contains:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aluminiumsilikatglas als Zeitverzögerungsmedium für eine feste Ultraschallverzögerungsleitung.The present invention relates to an aluminosilicate glass as a time delay medium for a fixed ultrasonic delay line.
Es ist grundsätzlich bekannt, für derartige Anwendungszwecke Aluminiumsilikatgläser einzusetzen. In der FR-PS 20 05 676 ist ein Glas für Ultraschallverzögerungsleitungen beschrieben, das aus SiO2, Al2O3, PbO und Alkalioxiden besteht. Derartige SiO2-Al2O3-PbO-RO-Gläser weisen gerade in bezug auf ihre Verwendung für Ultraschallverzögerungsleitungen ganz bestimmte günstige Eigenschaften, beispielsweise einen relativ niedrigen Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung sowie einen geringen Dämpfungsfaktor, auf, die aus der speziell ausgewählten Zusammensetzung des Glases resultieren. Die Gläser haben jedoch den Nachteil, daß sie infolge des Gehaltes an Na2O und K2O, der mindestens 9% betragen muß, einem sehr sorgfältigen und langen Kühlprozeß unterzogen werden müssen, um die erforderliche Beständigkeit zu erreichen. Anderenfalls bestünde die Gefahr, daß derartige Gläser mit zunehmender Zeit bestimmten Eigenschaftsveränderungen unterworfen sein würden, die sich insbesondere auf deren spezielle Eignung für Ultraschallverzögerungsleitungen nachteilig bemerkbar machen würden.It is known in principle to use aluminum silicate glasses for such applications. In FR-PS 20 05 676 a glass for ultrasonic delay lines is described, which consists of SiO 2 , Al 2 O 3 , PbO and alkali oxides. Such SiO 2 -Al 2 O 3 -PbO-RO glasses have very specific favorable properties with regard to their use for ultrasonic delay lines, for example a relatively low temperature coefficient of the time delay and a low damping factor, which result from the specially selected composition of the glass result. However, the glasses have the disadvantage that, due to the Na 2 O and K 2 O content, which must be at least 9%, they have to be subjected to a very careful and long cooling process in order to achieve the required resistance. Otherwise there would be the risk that glasses of this type would be subject to certain changes in their properties with increasing time, which would have a disadvantageous effect in particular on their special suitability for ultrasonic delay lines.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Zeitverzögerungsmedium für eine feste Ultraschallverzögerungsleitung geeignetes Aluminiumsilikatglas zur Verfügung zu stellen, das einerseits einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung sowie einen geringen Dämpfungsfaktor aufweist und sich andererseits im Hinblick auf Zeit und Temperatur als beständig erweist sowie gute Schmelz- und Verformungseigenschaften besitzt.It is an object of the invention to provide a time delay medium for a fixed ultrasonic delay line to provide suitable aluminum silicate glass that on the one hand has a low Temperature coefficient of the time delay as well as a low damping factor and itself on the other hand proves to be stable with regard to time and temperature as well as good melting and deformation properties owns.
Diese Aufgabe wird durch ein Aluminiumsilikatglas gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die nachfolgenden Bestandteile in den angegebenen molaren Msngen enthält:This object is achieved by an aluminum silicate glass, which is characterized in that it is the following components in the specified molar Msngen contains:
wobei R ein zweiwertiges Metall oder ein Gemisch aus derartigen Metallen ist.where R is a divalent metal or a mixture of such metals.
Das erfir.dungsgemäße Glas unterscheidet sich von dem Glas der FR-PS 20 05 676 grundsätzlich dadurch, daß es im Gegensatz zu diesem keine Alkalioxide enthält, sondern statt dessen ein Oxid eines zweiwertigen Metalls, beispielsweise eines Erdalkalimetalls. Das erfindungsgemäße Glas ist infolge des Fehlens von Alkalioxiden leichter zu erschmelzen und weist eine bessere Temperatur- und Zeitbeständigkeit als das bekannte Glas auf. Überraschenderweise wurde nunmehr festgestellt, daß mit diesen günstigen Eigenschaften keine Verschlechterung der Glaseigenschaften in bezug auf die Eignung als Ultraschallverzögerungsleitung einhergeht, d. h, auch die erfindungsgemäßen alkalifreien Gläser eignen sich in hervorragender Weise für feste Ultraschallverzögerungsleitungen, indem sie einen ausgesprochen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung sowie einen geringen Dämpfungsfaktor aufweisen. Diese günstigen Eigenschaftskombinationen waren von der Fachwelt nicht vorherzusehen. The glas according to the invention differs from the glass of FR-PS 20 05 676 basically in that, in contrast to this, there are no alkali oxides contains, but instead an oxide of a divalent metal, for example an alkaline earth metal. The Glass according to the invention is easier to melt due to the lack of alkali oxides and has a better temperature and time resistance than the well-known glass. Surprisingly, it was now found that with these favorable properties no deterioration of the glass properties in associated with suitability as an ultrasonic delay line, d. h, including those according to the invention Alkali-free glasses are excellent for solid ultrasonic delay lines by adding an extremely low temperature coefficient of the time delay and a low damping factor exhibit. Those skilled in the art could not have foreseen these favorable combinations of properties.
Die Zusammenhänge zwischen der Glaszusammensetzung und dem Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung sind in der der Beschreibung beigefügten F i g. 1 dargestellt. Aus diesem Diagramm kann entnommen werden, inwieweit durch Auswahl einer bestimmten Glaszusammensetzung in den anmeldungsgemäß aufgezeigten Grenzen der Temperaturkoeffizient der Zeitverzögerung festgelegt werden kann.The relationship between the glass composition and the temperature coefficient of the time delay are in the figure attached to the description. 1 shown. From this diagram can be seen to what extent by selecting a certain glass composition in the application the limits shown, the temperature coefficient of the time delay can be determined.
Vorzugsweise wird R unter den Erdalkalimetallen ausgewählt Dabei finden insbesondere Magnesium oder Calcium Verwendung. Es können aber auch andere Metalle, wie Cd, Pb, Fe, Ba und Gemische davon, wie beispielsweise Gemische von Mg und Fe oder Mg und Ba, verwendet werden.Preferably, R is selected from the alkaline earth metals. Magnesium in particular is found here or calcium use. But it can also other metals, such as Cd, Pb, Fe, Ba and mixtures thereof, such as for example mixtures of Mg and Fe or Mg and Ba can be used.
Besonders bevorzugte Ergebnisse werden mit Gläsern erzielt, die SiO2 in einer Menge von 4,45—4,9 Mol enthalten.Particularly preferred results are obtained with glasses containing SiO 2 in an amount of 4.45-4.9 mol.
Eine hervorragende Eignung als Zeitverzögerungsmedium für eine Ultraschallverzögerungsleitung wies ein Glas mit den nachfolgenden Bestandteilen in Mol-% auf:It has shown excellent utility as a time delay medium for an ultrasonic delay line a glass with the following ingredients in mol%:
SiO2 66,4SiO 2 66.4
Al2O3 16,7Al 2 O 3 16.7
BaO 8,4BaO 8.4
MgO 8,5MgO 8.5
Dieses Glas besaß einen Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung (ppm/cC) von 2J5A und einen Dämpfungsfaktor (db/cm) von 1,18.This glass had a temperature coefficient of time lag (ppm / c C) of 2J5A and a damping factor (db / cm) of 1.18.
Die Erfindung wird durch die nachstehende Beschreibung noch genauer veranschaulicht, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, von denen zeigtThe invention is further illustrated by the following description, with reference to FIG Reference is made to the accompanying figures, of which FIG
F i g. 1 eine graphische Darstellung, in welcher der Temperaturkoeffizient der Zeitverzögerung gegen die Menge SiO2, ausgedrückt in Molenbruch der Gesamtzusammenset?iuig, wiedergegeben ist; sie zeigt Glaszusammensetzungen mit Zeitverzögerungskoeffizienten innerhalb von ±8 ppm/°C,F i g. 1 is a graph showing the temperature coefficient of time lag versus the amount of SiO 2 , expressed in mole fractions of the total composition; it shows glass compositions with time delay coefficients within ± 8 ppm / ° C,
Fig.2 ein schemarisches Bild einer Ultraschallverzögerungsleitung, bei der das erfindungsgemäße Glas als Zeitverzögerurigsmedium eingesetzt ist2 shows a schematic diagram of an ultrasonic delay line, in which the glass according to the invention is used as a time delay medium
Die in Fig.2 gezeigte Vorrichtung weist ein Zeitverzögerungsmedium 1 aus Glas, einen Eingangswuidler 2 zur Umwandlung elektrischer Energie in akustischer Energie, einen Ausgangswai.dler 3 zur Umwandlung von akustischer Energie in elektrische Energie, einen elektrischen Eingangskreis 10 mit einem elektrischen Potential Esn-VuIt und einen elektrischen Signal-Ausgangskreis 12 mit einem elektrischen Potential von £^<ß-Volt auf. Das Glasmedium kann ein Stab oder eine glatte polygonlae Platte sein oder eine andere Form haben, welche das akustische Signal nach einer gewünschten (Verzögerungszeit) in einem gewünschten Verzögerungszeitintervall aussendetThe apparatus shown in Figure 2 has a time delay medium 1 of glass, a Eingangswuidler 2 for converting electrical energy into acoustic energy, a Ausgangswai.dler 3 for the conversion of acoustic energy into electrical energy, an electrical input circuit 10 having an electric potential there n - VuIt and an electrical signal output circuit 12 with an electrical potential of £ ^ <ß-volts. The glass medium can be a rod or a smooth polygonal plate or have another shape which emits the acoustic signal after a desired (delay time) in a desired delay time interval
Erfindungsgemäß wird als Zeitverzögerungsmedium ein Aluminiumsilikatglas eingesetzt das 1 Mol Al2O3, 1 Mol RO und etwa 3,55 bis 6,0 Mol SiO2 enthält, wobei RO ein Oxid eines zweiwertigen Metalls istAccording to the invention, an aluminum silicate glass is used as the time delay medium which contains 1 mol Al 2 O 3 , 1 mol RO and about 3.55 to 6.0 mol SiO 2 , RO being an oxide of a divalent metal
Auf Mole bezogen kann die Zusammensetzung der Gläser nach der Erfindung wie folgt beschrieben werden:AfRO ■ JAl2O3 · 2SiO2, wobei x/y=\ undIn terms of moles, the composition of the glasses according to the invention can be described as follows: AfRO ■ JAl 2 O 3 · 2SiO 2 , where x / y = \ and
χ + ν + ζ χ + ν + ζ
= 0,64 bis 0,75= 0.64 to 0.75
35 Kathodenstrahlröhren verwendet Außer der großen Beständigkeit bezüglich Zeit und Temperatur weist das Medium aus Glas noch andere wertvolle Eigenschaften auf, die für Ultraschallverzögerungsleitungen wichtig sind: eine geringe Schallgeschwindigkeit innerhalb des Mediums, eine niedrige Dichte, einen außerordentlich niedrigen Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung in dem kritischen Temperaturgebiet und eine geringe Dämpfung.35 cathode ray tubes used In addition to the great resistance to time and temperature, the Glass medium also has other valuable properties that are important for ultrasonic delay lines are: a low speed of sound within the medium, a low density, an extraordinary one low temperature coefficient of time delay in the critical temperature area and a low attenuation.
Die Schallgeschwindigkeit liegt gewöhnlich unter etwa 33 mm/μ see, vorzugsweise bei etwa 2,99 bis 3,6 mm/μ see. Die Dichte beträgt im allgemeinen etwa 23 bis 2,8 g/cm3, vorzugsweise etwa 2£ g/cm3. Die Dämpfung A ist gering, für Computerspeicher und Fernsehgeräte gering genug, nämlich unter 1 db/cm bei 20MHz. Gewöhnlich liegt die Dämpfung in einem Bereich von weniger als etwa 1,2 bis 0,9 db/cm bei 20 MHz. Der Temperaturkoeffizient der Zeitverzögerung ist vorzugsweise kleiner als etwa 3 ppm/0 C. In F i g. 1 ist die Menge SiO2 in Molenbruch in Glaszusammensetzungen gezeigt, die einen bestimmten Zeitverzögerungskoeffizienten innerhalb von ±8ppm/°C haben.The speed of sound is usually below about 33 mm / μ see, preferably about 2.99 to 3.6 mm / μ see. The density is generally about 23 to 2.8 g / cm 3 , preferably about 2 g / cm 3 . The attenuation A is low, low enough for computer memories and television sets, namely below 1 db / cm at 20 MHz. Usually the attenuation is in the range of less than about 1.2 to 0.9 db / cm at 20 MHz. The temperature coefficient of the time delay is preferably less than about 3 ppm / 0 C. In FIG. Figure 1 shows the amount of SiO 2 in mole fractions in glass compositions which have a certain time lag coefficient within ± 8ppm / ° C.
Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Gläser als Zeitverzögerungsmedium ist es möglich, den Temperaturkoeffizienten der Zeitverzögerung des Systems über weite Zusammensetzungsbereiche vorauszusagen und zu regulieren. Es können Materialien mit einem Verzögerungskoeffizienten von Null hergestellt werden. Die Dichten und Verzögerungszeiten können von den Zusammensetzungen her bestimmt werden, ebenso wie die Zusammensetzungen auf bestimmte Kriterien der Verzögerungszeit und der Dämpfung zugeschnitten werden können.By using the glasses according to the invention as a time delay medium, it is possible to achieve the Predict temperature coefficients of the time lag of the system over wide compositional ranges and regulate. Materials with a zero delay coefficient can be produced will. The densities and delay times can be determined from the compositions, as well as the compositions on certain criteria of delay time and damping can be tailored.
Die folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung der Erfindung gebracht und stellen keine Begrenzung derselben dar.The following examples are presented to illustrate the invention and are not intended to be limiting same represents.
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Das erfindungsgemäße Glas ist beständig, leicht zu schmelzen und leicht zu formen. Es wird in festen Ultraschallverzögerungsleitungen für Fernsehgeräte, Fernsehsendestudios, kleine Computer, Radarreichweitemarkierungen (als Eichung für die Verwendung in Schiffen und Flugzeugen) und als Speicher fürThe glass of the present invention is durable, easy to melt and easy to shape. It will be in solid Ultrasonic delay lines for televisions, television broadcast studios, small computers, radar range markers (as calibration for use in ships and aircraft) and as storage for
Es wurde eine Reihe von Aluminiumsilikatgläsern hergestellt, bei denen die Art und Menge des Oxids des zweiwertigen Metalls verschieden war. In der nachstehenden Tabelle I ist die Zusammensetzung der einzelnen Gläser in Mol-% angegeben:A number of aluminosilicate glasses have been manufactured with the type and amount of oxide des divalent metal was different. In Table I below, the composition is the individual glasses given in mol%:
In der vorstehenden Tabelle sind R und R' zweiwertige Metalle.In the table above, R and R 'are divalent metals.
Ferner wurde noch ein Kalium-Blei-Silikatglas als Glas Nr. 6 hergestellt; es hatte folgende Zusammensetzung:
K2O 8,1 Gew.-%, PbO 43,9 Gew.-%, SiO2
47,7 Gew.-% (» mol. Verhältnis 1 : 2 :9).
Die vorstehend aufgeführten Gläser wurden zu kleinen Würfeln geformt und untersucht. Die Ergebnisse
der Prüfungen sind der folgenden Tabelle II zu entnehmen:In addition, a potassium-lead-silicate glass was also produced as No. 6 glass; it had the following composition: K 2 O 8.1% by weight, PbO 43.9% by weight, SiO 2 47.7% by weight (»mol. ratio 1: 2: 9).
The glasses listed above were formed into small cubes and examined. The results of the tests are shown in Table II below:
20 MHz Ultraschall-Transversalwellen20 MHz ultrasonic transverse waves
Die besten Ergebnisse wurden mit den Gläsern 3 und 5 erhalten, welche die bevorzugten erfindungsgemäßen Zusammensetzungen darstellen.The best results were obtained with glasses 3 and 5, which are preferred according to the invention Represent compositions.
Die vorstehende Tabelle zeigt, daß die Gläser 2,3 und 5 in einigen Eigenschaften gleich oder besser sind als die Alkali-Blei-Silikatgläser, die bisher für diesen Zweck eingesetzt wurden. Die oben aufgeführten Eigenschaften wurden bei Temperaturen zwischen 24 und 75° C bestimmt, also bei Temperaturen, die üblicherweise in elektronischen Geräten auftreten. Der Ausdruck 20 MHz bezieht sich auf eine Schwingungszahl einer elektrischen oder elastischen Welle von 20 χ 10* Sekunden-', wobei es sich um elastische Transversalwellen handelt Diese Wellen werden durch Kristalle, wie AC-geschnittener kristalliner Quarz, erzeugt, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt sind. Der Ausdruck Transversal bezieht sich auf die Geschwindigkeit der Transversalwellen, die durch das Muster hindurchgehen. Dieser Wert wurde unter Anwendung der McSkimins Impuls-Echo-Technik bestimmt A in Dezibel pro cm wird gemessen als das Zwanzigfache de: Logarithmus des Verhältnisses der Höhen der benach harten Impulse in dem Medium geteilt durch dei Abstand der hindurchgehenden Impulse, d. h.The table above shows that glasses 2, 3 and 5 are in some properties the same or better than the alkali-lead-silicate glasses that have been used for this purpose up to now. The properties listed above were determined at temperatures between 24 and 75 ° C, i.e. at temperatures that usually occur in electronic devices. The term 20 MHz refers to an electrical or elastic wave oscillation rate of 20 10 * seconds- ', which is transverse elastic waves. These waves are generated by crystals such as AC-cut crystalline quartz when subjected to an electric field are exposed. The term transverse refers to the speed of the transverse waves that pass through the pattern. This value was determined using the McSkimins pulse-echo technique. A in decibels per cm is measured as twenty times de: the logarithm of the ratio of the heights of the adjacent pulses in the medium divided by the distance between the pulses passing through, ie
A =A =
20 log A20 log A
wobei Vo die ursprüngliche Impulshöhe und Vi die Höhi ίο des Impulses ist, die er nach Hindurchgehen durch sm des Verzögerungsmediums hat.where Vo is the original pulse height and Vi is the height ίο of the pulse that it has after passing through sm of the delay medium.
Der Temperaturkoeffizient der Zeitverzögerung is hierin:The temperature coefficient of the time delay is here:
drdr
dTdT
und ist definiert als:and is defined as:
r25r25
AlAl
dTdT
r(25"C)r (25 "C)
j- r(25 C)'j- r (25 C) '
T - 25 ' T - 25 '
Bei dem Glas Nr. 6 handelt es sich um eil Vergleichsglas, nämlich ein bekanntes Kalium-Blei-Sili katglas. Wie die vorstehenden Ergebnisse zeiger eignen sich die erfindungsgemäßen Gläser in hervorra gender Weise als Zeitverzögerungsmedium. Insbeson dere zeichnen sich die Gläser durch folgende Eigen schäften aus:Glass no. 6 is a comparison glass, namely a well-known potassium-lead-silicon katglas. As the above results show, the glasses according to the invention are excellent gender manner as a time lag medium. In particular, the glasses are characterized by the following properties from:
1. ausgezeichnete Temperatur- und Alterungsbestän digkeit,1. excellent temperature and aging resistance,
2. niedrige Dichte,2. low density,
3. günstige Wärmeausdehnungskoeffizienten,
4. gute Verformungseigenschaften und3. favorable coefficient of thermal expansion,
4. good deformation properties and
5. gute Glasqualität, wobei die Gläser frei voi Defekten, wie Blasen, sind.5. Good glass quality, with the glasses free from voi Defects, such as bubbles, are.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US88726469A | 1969-12-22 | 1969-12-22 | |
| US88726469 | 1969-12-22 | ||
| US16016471A | 1971-07-06 | 1971-07-06 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2054850A1 DE2054850A1 (en) | 1971-07-01 |
| DE2054850B2 DE2054850B2 (en) | 1977-06-23 |
| DE2054850C3 true DE2054850C3 (en) | 1978-02-16 |
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