DE2159759C3 - Nb tief 2 0 tief 5 -haltige Borosilikatgläser mittlerer bis hoher Brechzahl, relativ großer Dispersion und hoher chemischer Beständigkeit, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Nb tief 2 0 tief 5 -haltige Borosilikatgläser mittlerer bis hoher Brechzahl, relativ großer Dispersion und hoher chemischer Beständigkeit, sowie Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
a) 30 bis 42 Gewichtsprozent SiO2 + B2O3, davon
22 bis 30 Gewichtsprozent SiO2 und 8 bis 14 Gewichtsprozent B2O3,
b) 9 bis 22 Gewichtsprozent K2O und
c) entweder 37 bis 53 Gewichtsprozent Nb2O5
oder 37 bis 58 Gewichtsprozent (Nb2O5 +X),
wobei im zweiten Fall der Nb2O5-GeIIaIt
2 bis 53 Gewichtsprozent beträgt und X eine der nachfolgenden Verbindungen bis zum angegebenen Höchstwert bedeutet: bis
zu IG Gewichtsprozent eines Oxids der Elemente Li, Mg, Al, Bi; bis zu 20 Gewichtsprozent eines Oxids der Elemente Na, Te, bis zu
30 Gewichtsprozent eines Oxids der Elemente Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Pb, In, La, Sb, bis zu 35 Gewichtsprozent
TiO2, bis zu 38 Gewichtsprozent Ta2O5, bis zu 10 Gewichtsprozent eines *s
Fluoride der Elemente Li, Na, Ca, Al, bis zu 20 Gewichtsprozent eines Fluorids der Elemente
Mg, Sr, bis zu 30 Gewichtsprozent eines Fluorids der Elemente Ba, Pb, bis zu
30 Gewichtsprozent KHF2, bis zu 30 Ge- *>
wichtsprozent K2TiF6.
2. Gläser nach Anspruch 1, dadurch^ gekennzeichnet, daß der Gesamtgehalt an Alkalioxiden
bis 41 Gewichtsprozent beträgt
3. Verfahren zur Herstellung von Gläsern nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß sie im Temperaturbereich von 1200 bis 13000C erschmolzen werden.
40 Alkalioxiden bestehen, sind nicht nur seit langem
bekannt, sondern auch technisch und wissenschafthch
Die Erfindung betrifft Nb2Os-haltige Borosilikatgläser
mit verbesserten Eigenschaften und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Gläser für optische Zwecke, die aus Gemengesätzen erschmolzen werden, die aus SiO2, B2O3 und
leicht erscflmelzDar unu «cut« ^ ~— :~"
nischen Aufwand schlieren- und blasenarme optische G1SrNachteil dieser bekannten optischen Gläser
hegVim wesentlichen darin, daß sie verhältnismäßig
St durch die Atmosphärilien angreifbar sind Man
hat daher die Zusammensetzung der Glaser durch Zugabe von Oxiden aus der zweiten unddritten
Gruppe des Periodensystems weiter auszubilden versucht,
und zwar insbesondere durch Zugabe von CaO und einen mehr oder weniger großen Zusatz
von AUO, Durch diese Substanzen konnte die hydrolytische Klasse der Gläser etwas verbessert
d
erden·
Es sind auch bereits Gläser mit ähnlicher optischer Lace bekannt (»Schwerflinte«), die im wesentlichen
aus SiO2 und PbO bzw. SiO2, PbO und La2O3 bestehen.
Sie haben jedoch den Nachteil daß sie bei höheren PbO-Gehalten zumeist recht fleckenempfindlich
werden und daher erhebliche Schwiengkeiten bei der Großfertigung von Optiken bereiten
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, die Nachteile der bekannten optischen
Gläser mit mittleren bis hohen Brechzahlen und relativ großer Dispersion zu beseitigen und solche
Gläser zu schaffen, die eine hohe chemische Beständigkeit aufweisen, die farbarm sind und die sich
außerdem gut zu Preßlingen verarbeiten lassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemaß durch Glaser der in den Ansprüchen angegebenen, sich aus den
Gemengen ergebenden Zusammensetzungen gelöst.
Ein» andere Möglichkeit der Variation im Rahmen der Erfindung besteht darin, daß der Fluorid-Zusatz
auch mittels eines Alkaü-Hydrogenfluonds oder eines
komplexen Alkali-Hexafluorotitanats erfolgt.
Diese Gläser haben die weiteren Vorteile, daß sich die entsprechenden Gemengesätze sehr leicht und bei
relativ tiefen Temperaturen einschmelzen lassen, daß die Gläser schlieren- und blasenarm herstellbar sind
und daß die optische Lage dieser Gläser den heutigen Wünschen und Forderungen der rechnenden Optiker
weit entgegen kommt und damit eine breite Einsatzmöglichkeit in der optischen Fertigung gegeben ist.
Die Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung sind in den folgenden Tabellen veranschaulicht.
Kennzahl
I 4
(Gewichtsprozent)
30,0 | 28,5 | 28,5 | 25,9 | 23,5 | 22,4 |
11,0 | 13,5 | 10,5 | 9,5 | 8,6 | 8,2 |
22,0 | 21,0 | 21,0 | 19,0 | 17,2 | 16,4 |
37,0 | 37,0 | 40,0 | 45,6 | 50,7 | 53,0 |
1,6748 | 1,6868 | 1J068 | 1,7590 | 1,7775 | 1,7942 |
30,3 | 31,5 | 29,6 | 26,3 | 25,5 | 24.4 |
SiO2
B2O3
Nb2O5....
In Tabelle 1 sind Gläser angegeben, die ausschließ- 6s Prozent vorhanden, wobei der Anteil dieser Glaslich
aus den vier Hauptbestandteilen SiO2, B2O3, bildner dann im unteren Teil des angegebenen Be-K2O
und Nb2O5 bestehen. Die echten Glasbildner reiches liegt, wenn eine höhere Brechzahl gewünscht
80 BO) sind zwischen 30 und 42 Gewichts- wird. Der Tabelle kann weiterhin entnommen werden,
daß der K2O-GeDaIt bei steigender Brechzahl sinkt
and daß der Nb2O5-GeIIaIt um so größer zu wählen
ist je höher die Brechzahl gewünscht wird. Es konnte
überraschend festgestellt werden, daß die aus diesen
Gemengen erschmolzenen Gläser selbst bei hohem Nb7O -Gehalt farblos sowie schlieren- und blasen-
Die Tabelle 2 zeigt, daß außer K2O auch zusätzlich
die Alkalioxide Li2O oder Na2O verwendet werden
können.
I Kennzahl
seinen chemischen und glastechnischen Eigenschaften sehr ähnliche Ta2O5 wird in Tabelle 3 dargestellt
und des Alkalioxides jeweils konstant
SiO2-.
B2O3 K2O..
Nb2O5 U2O .
Na2O.
ne ■ ·■ ·
ν I | -8 i | 28,5 | |
(Gewichtsprozent) | 10,5 | ||
28,5 | 28,5 | 21,0 | |
10,5 | 105 | 30,0 | |
21,0 | 21,0 | 10,0 | |
40,0 | 20,0 | 1,6617 | |
20,0 | 35,5 | ||
1,7068 | 1,6020 | ||
29,6 | 40,9 |
24,7
9,0
9,0 48,2
9,1
1,7609 30,3 SiO2...
B2O3..
K2O..
Nb2O5
Ta2O5
ίο
Kennzahl
11 I 12
(Gewichtsprozent)
13
28,5 28,5 28,5 28,5
10,5 10,5 10,5 10,5
21,0 21,0 21,0 21,0
300 20,0 100 2,0
10,0 20,0 30,0 38,0 1,6874 1,6733 1,6535 1,6429
32,4 343 37,4 39,7
Tabelle 3 zeigt, daß mit ansteigendem Ta2O5-Gehalt
an Stelle des proportional abnehmenden Nb2O5-Gehalts die Brechzahl sinkt Die Tabelle 4
veranschaulicht den Einsatz drei- und vierwertiger Metalloxide und die dadurch erreichte Variation
der Brechzahlen und v-Werte.
14 I | 28,5 | ,6 | " 1 | 18 | Kennzahl | 20 | (Gewichtsprozent) | 28,5 | 28,5 | 28,5 | 28,5 | 28,5 | * I | 24 | |
10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | 10,5 | ||||||||||
28,5 | 21,0 | 28,5 | 28,5 | 21,0 | 21,0 | 21,0 | 21,0 | 21,0 | 28^ | 28,5 | |||||
SiO2 | 10,5 | 20,0 | 10,5 | 10,5 | 30,0 | 20,0 | 30,0 | 20,0 | 10,0 | 13,5 | 10,5 | ||||
B2O3 | 21,0 | 20,0 | 2'.,0 | 21,0 | — | — | — | — | — | 21,0 | 21,0 | ||||
K2O | 30,0 | — | 10,0 | 30,0 | — | — | — | — | — | 2,0 | 5,0 | ||||
Nb2O5 | 30,0 | — | 30,0 | — | 10,0 | 20,0 | — | — | — | — | — | ||||
Sb2O3 | — | — | — | 10,0 | — | — | 10,0 | 20,0 | 30,0 | — | — | ||||
Bi2O3 | — | 1,6938 | — | — | 1,6359 | 1,6590 | 1,7131 | 1,7302 | 1,7443 | — | — | ||||
TeO2 | — | 31,2 | — | — | 37,7 | 35,3 | 28,5 | 26,5 | 24,6 | 35,0 | 35,0 | ||||
TiO2 | 1,6867 | 1,6331 | 1,6829 | 1,7472 | 1,76 | ||||||||||
ne | 32,3" | 33,7 | 32,7 | 124,4 | 23,5 | ||||||||||
«e | |||||||||||||||
Auch hier wurden mit Ausnahme des Schmelzbeispiels mit der Kennzahl 23 konstante Mengen
der Glasbildner und des Alkalioxids beibehalten, um die Variationsmöglichkeiten der optischen Lagen
in Abhängigkeit vom Zusatz der genannten Metall(III)-
und Metall(lV)-Oxide besser darstellen zu können.
Die Beispiele mit den Kennzahlen 20 bis 24 zeigen, daß mit steigendem Gehalt an TiO2 die Brechzahl
und die CH: -rsion der Gläser stark ansteigen. Diese Gläser sin·? uotz der hohen TiO2-Gehalte überraschenoV:
wis-'r farbarm und relativ stabil, dadurch
sind sie fu; die rechnenden Optiker sehr interessant.
An Stei'o V'AO Titandioxid kann das Titan auch in
Form anderer Verbindungen in das Gemenge eingesetzt werden, insbesondere in komplexer Form als
SiO2 . B2O3.
K2O . Nb2O5
25
26 Kennzahl
(Gewichtsprozent)
28
29
30
28,5
10,5 21,0 40,0
28,5 10,5 21,0 10,0
28,5 10,5 21,0 15,0 28,5
10,5
21,0
20,0
10,5
21,0
20,0
28,5 | 28,5 | 28,5 |
10,5 | 1(U | 10,5 |
21,0 | 21,0 | 21,0 |
25,0 | 30,0 | 35,0 |
3 | 30,0 1,5922 39,0 |
26 ( |
Kennzahl 27 Gewichtsprozent) |
28 | 29 | 30 | |
K2TiF6.... nm |
1,7068 29,6 |
25,0 1,6195 36,3 |
20,0 1,6307 35,4 |
15,0 1,6562 333 |
10,0 1,6708 32,2 |
5,0 1,6804 |
|
31,9 |
Hier wurde die Zusammensetzung der drei Hauptbestandteile (SiO2 + B2O3 + K2O) wieder konstant gehalten
und nur die Anteile Nb2O5 und K2TiF6 systematisch verändert, wobei die Summe der Nb2os-
und K2liF0-Anteile sich jeweils zu 40 Gewichtsprozent ergänzen. , .. w,
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden Fluoride aus der Reihe der Elemente Li, Na,
Mg, Ca, Sr, Ba, Pb und Al sowie die Verbindungen KHF2 partiell gegen Nb2O5 ausgetauscht, wobei
die drei weiteten Hauptbestandteile (SiO2, B2O3, K2O) wieder konstant gehalten werden.
SiO2 .
LiF ..
SrF2..
BaF2 .
AlF3 .
31
32
33
34
Kennzahl
35 I
(Gewichtsprozent)
37
38
39
40
28,5 10,5 21,0 30,0 10,0
1,6657 35,7
28,5 10,5 21,0 30,0
10,0
1,6386
37,3
28,5 10,5 21,0 33,0
10,0
1,6382 36,2
28,5 10,5 21,0 20,0
20,0
1,6127 41,1
28,5 10,5 21,0 30,0
10,0
1,6551 36,8
28,5 10,5 21,0 30,0
28,5
10,5
21,0
20,0
10,5
21,0
20,0
20,0
1,6268
41,9
41,9
28,5
10,5
21,0
30,0
10,5
21,0
30,0
10,0
1,6642 36,4
28,5 10,5 21,0 20,0
20,0
1,6380 41,2
28,5 10,5 21,0 10,0
30,0
1,6066
48,2
41
42
43
Kennzahl I
(Gewichtsprozent)
45
46
47
SiO2 B2O3 .
K2O . Nb2O5,
LiF .. NaF... KHF2 MgF2
CaF2 . SrF2.. BaF2 .
PbF2 . AIF3 .
ne
re
28,5 10,5 21,0 30,0
10,0 1,6234 34,5
28,5 10,5 21,0 30,0
10,0
1,6422 36,1
28,5 10,5 21,0 20,0
20,0
1,5874 43,3
28,5 10,5 21,0 10,0
30,0
1,5410 49,9
28,5
10,5
21,0
30,0
10,5
21,0
30,0
10,0
1,6760
32,9
32,9
28,5 10,5 21,0 20,0
20,0
1,6617
34,5
28,5 10,5 21,0 10,0
30.0
1,6298 37,1
Es wurde festgestellt, daß schon ein sehr kleiner Gehalt an Nb2O5 im Gemenge genügt, um Gläser
zu erschmelzen, die einer guten hydrolytischen Klasse angehören.
Eine wertvolle Hilfe zur Einstellung von gewünschten optischen Werten — ohne Stabilität der Gläser zu
verschlechtern — bietet der partielle Austausch von Nb2O5 gegen ein Oxid der Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba, Zn,
Cd und Pb, und zwar bis zu einer Höchstgrenze von 30 Gewichtsprozent. Beim überschreiten derselben konnte
beobachtet werden, daß — beispielsweise im Fall des Einsatzes von Blei(ll)-Oxid — die aus den Gemengen
erschmolzenen Gläser weicher werden.
48 | 49 | 50 | 51 | Tabelle 7 | (Gev | Kcnnzah 54 vichtspro |
1 55 zcnt) |
5, | 57 | 58 | 59 | 60 | |
28,5 10,5 21,0 30,0 10,0 |
28,5 10,5 21,0 30,0 |
28,5 10,5 21,0 10,0 |
28,5 10,5 21,0 30,0 |
52 | 28,5 10,5 21,0 30,0 |
28,5 10,5 21,0 10,0 |
28,5 10,5 21,0 30,0 |
28,5 10,5 21,0 10,0 |
28,5 10,5 21,0 30,0 |
28,5 10,5 21,0 10,0 |
28,5 10,5 21,0 30,0 |
28,5 10,5 21,0 10,0 |
|
SiO, | 10,0 | 30,0 | _ | 28,5 10,5 21,0 10,0 |
_. | _ | |||||||
B,O, | _ | 10,0 | _ | _ | |||||||||
K,O | _ | 30,0 | 10,0 | 30,0 | _ | _ | |||||||
Nb,O, | — | _ | „ | _. | 10,0 | 30,0 | |||||||
χιαΠ | 1,6518 | — | — | — | — | — | 10,0 | 30,0 | 10,0 1,6877 |
||||
IVIgVJ CaO |
36,5 | 1,6835 | 1,6507 | 1,6744 | -- | 1,6785 | 1,6259 | 1,6755 | 1,6200 | 1,6771 | 1,6300 | 32,1 | 30,0 1,6675 |
SrO .... | 36,3 | 46,7 | 36,1 | 1,6209 | 35,8 | 46,8 | 34,0 | 43,5 | 34,3 | 41,3 | 33,5 | ||
BaO | 47,3 | ||||||||||||
ZnO | |||||||||||||
CdO | |||||||||||||
row η |
|||||||||||||
ν. | |||||||||||||
Aber auch 3wertige Metalloxide können erfolgreich in Gemengesätze zum Erschmelzen von erfindungsgemäßen
Gläsern eingesetzt werden. Tabelle 8 zeigt einige Beispiele, in welchen Al2O3, In2O3 und La2O3 verwendet
wurden.
61
62
Kennzahl | 64 |
63 | |
Gewichtsprozent) | 28,5 |
28,5 | 10,5 |
10,5 | 21,0 |
21,0 | 30,0 |
10,0 | |
30,0 | 10,0 |
— | 1,6808 |
1,6231 | 353 |
42,1 | |
SiO2 ..
B2O3--K2O ..
Nb2O5.
Al2O3 .
In2O3 .
La2O3.
B2O3--K2O ..
Nb2O5.
Al2O3 .
In2O3 .
La2O3.
28,5 10,5 21,0 30,0 10,0
1,6665 343
28,5 10,5
21,0 . 30,0
10,0
1,6661 34,2
284 10,5 21,0 10,0
30,0 1,6487
IKe Herstellung der erfindungsgemäßen Gläser erfolgt zweckmäßig in PlatingefäBen bei Temperature
zwischen 1200 und 13000C Nach dem Einschmelzen des Gemengesatzes wird bei 14000C geläutert ui
homogenisiert und dann auf Abgußtemperatur abgekühlt sowie in üblicher Weise abgegossen.
Claims (1)
1. Nb2O5-haltige B jrosilikatgläser mittlerer bis
hoher Brechzahl, relativ großer Dispersion und hoher chemischer Beständigkeit, gekennzeichnet
durch folgende, sich aus dem Gemenge ergebende Zusammensetzung:
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---|---|---|---|
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FR (1) | FR2161929B1 (de) |
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