DE2216566A1

DE2216566A1 - Optisches glas mit hoher brechzahl, grosser dispersion und hoher positiver anomaler teildispersion sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2216566A1
Application number: DE2216566A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl Chem Broemer; Werner Huber; Norbert Meinert; Johann Spincic
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1972-04-06
Filing date: 1972-04-06
Publication date: 1973-10-11
Also published as: FR2179140A1; US3836375A; GB1374563A; FR2179140B1

Description

Optisches Glas mit hoher Brechzahl, großer ■"".. Dispersion unü hoher positiver anomaler· Teildispersion sowie Verfahren zu dessen Herstellung - -

Gegenstand vorliegender Erfindung sind optische Gläser mit hoher Brechzahl, großer Dispersion und hoher positiver anomaler Teildispersion sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. , ,

Optische Gläser gemäß der Erfindung haben für den rechnenden Optiker eine außerordentliche Bedeutung, da sie es ermöglichen, in Kombination mit anderen hochbrechenden Gläsern in Bezug auf den sphärischen Fehler leicht korrigierbare Achromate mit hohem Öffnungsverhältnis herzustellen. ■

Der Grund liegt darin, daß es in der geometrischen Optik für dieses Ziel auf ein hohes Verhältnis der beiden Abbe-Zahlen ν λ und V₂ ankommt. Wenn - wie die erfindungsgemäßen Beispiele zeigen - ein Glas mit einer Abbe-Zahl i/ =20 verwendet und das Verhältnis v\il>_n = 1,6 bis 1,8 festgelegt wird, kann das zweite Glas einen Wext zwischen 1/ = 32 und 36 haben. Letzteres kann aber bekanntlich mit relativ geringen Mengen Lanthan- und Tantaloxid erschmolzen werden und ist dadurch erheblich billiger als hochlanthanhaltige Gläser.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Glas mit den eingangs genannten optisch-physikalischen Eigenschaften zu schaffen, zu denen noch eine hohe positive

309841/0723

·. 1972

anomale Teildispersiori hinzu kommt, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das optische Glas die folgenden Bestandteile - angegeben in. Gewichtsprozenten - enthält; 22,2 bis 38 ,7 P ()_rl 't,7 bis 19,5 Na₂O, 10,0 bis 3»,0 TiO₂ und 12,5 bis 30,0 WO₃.

Das Glas kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich mindestens einen der folgendeu Bestandteile - angegeben in Gewichtsprozenten - enthalten: Bis zu 5,2 Li₂O, bis zu 1O,h K₀O, bis zu 6,6 MgO, bis zu 11,3 OaO, bis zu 15,6 BaO, bis zu 12,2 PbO, bis zu 7,8 Β,,Ο , bis zu 1,9 Al 0 , bis zu 21,0 Nb 0 .

Ein Glas gemäß der Erfindung kann in zweckmäßiger Weise erhalten werden, indem man ein Gemenge ersclim&lzt, das aus den folgenden Bestandteilen - in Gewichtsprozenten - besteht: 35,0 bis 50,0 NaPO , bis zu 15,0 Na, P_£0 , 2O,O bis 30,0 TiO und 20,0 bis 30,0 WO .

—*

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das zu erschmelzende Gemenge auch aus den folgenden Destand— teilen - in Gewichtsprozenten - bestehen: 10,0 bis 5O,O Alkalimetaphosphat und/oder Na^P₀O₇, wobei der Gehalt an LiPO und/oder NaPO oder KPO zwischen 0 und 50 beträgt; 10,0 bis 30,0 TiO₂; 12,5 bis 30,0 WO oder Na₀WO^, wobei der Gehalt an Na„W0₂ bis zu 26,3 beträgt; bis zu JfO₁O Metaphosphate des Magnesiums oder Calciums oder Bariums, wobei die Gehalte an Mg(PO ),_, bzw. Ba(PO ) je bis zu 30,0 betragen; bis zu 10,0 Al(PO ); bis zu 20,0 Pb(PO )_£; bis zu 5,0 PbO; bis zu 21,0 Nb₃O₅; bis zu 5,7 ¹VS^{5 b±S ZU} 12,0

309841/0723

- 3- rr ■ ..

2216568

Es ist eim Vorteil dieBeT eri±ncitxtigsg.eiträfieti Gfläsei*, sie e& "ife^:s&nt.i±&tt - &&Tittg& i

sitzet! als befcan»te ©läset* äitriliie

Üie TjEtfoelle 1 "hfing-t eäxie geiffäß vorliegefödei* Er^fiitdting; zö eitiigett ■ feefean

30984170723

A 1 4.4,1972

Tabelle

	Gläser	e	gemäß der	e	Erfindung	bekannte	Gläser	spezifisches
Schmelz-	η	1,7447	ν	24,9	spezifisches „			Gewicht (g/om )
Nummer:	1,8012	20,8	Gewicht (g/cm^J)	e	e	^>56
382	1,8051	21,6	3,53	1,7^70	27,9	, . ^,92
357	1,8191	20,4	3,33	1,7918	25,8
376	1,8640	19,2	/2,87	1,7919	25,6 ·,	5,18
366	1 ,8975	18,5	3,29	1,8126	25 ,2	5,51
323	3Λ3	1,8550	23,6	5,95
325	3,72	t,9276	21,3

„•■5 -

cn

CD

Al

'k Λ..1972

Die Tabelle 1 zeigt, daß die erfindungsgemäßen Gläser wesentlich leichter sind als die bekannten, handelsüblichen Gläser. Der Einsatz der neuen. Gläser in optischen Systemen bringt damit aufgrund einer beträchtlichen Gewichtsersparnis weitere wirtschaftliche Vorteile.

Ein besonderer Vorteil der neuen Gläser ist die zum Teil sehr hohe positive anomale Teildispe'rsion,, Da.es seit langem bekannt ist, daß. eine Verringerung des sogenannten "sekundären Spektrums" bei hochwertigen Objektiven nur möglich ist, wenn mindestens eineö der verwendeten Gläser eine anomale Teildispersion aufweist, sind mit der Verwendung des Glases gemäß der Erfindung weitere Fortschritte hinsichtlich der Korrekturmöglichkeiten hochwertiger zusammengesetzter Optiken- möglich geworden.

In der Tabelle 2 sind Beispiele für die Gemengezusammen-Setzungen angegeben, aus denen sich die erfindungsgemäßen Gläser erschmelzen lassen. Neben Alkali- und Erdalkali-Metaphosphaten sowie Natrium-Pyrophosphat werden jeweils 50 Gew.-^ ^Ti°2 ^{+ W0}3 eingesetzt. Die aufgeführten Beispiele sind nach steigender Brechzahl geordnet»

In der Tabelle 3 sind die in Tabelle 2 aufgeführten, Schmelzbeispiele nach Umrechnung auf oxidische Bestandteile zusammengestellt.

3098417 07 2 3

»Γι
CXD

α.· H H 0)

O

I

cn

I

CM

I

O

C

m

Oi

σ-

r-

«ν

O

cn

-

cn

ψ.

cn

O

ft

O

-t

C3\

OT

r-»

O

cn

CVi

OO
r—

+

I

·.

I

·. ^

·.

I

O

in

O

cn

[

·.

O

bo

O

».

..

T-"

•N

cn

O

a

O

cn

O

CM

cn

CM

30

•CM

OO

O

I

O

I

r-·

-

I

cn

O

cn

σ.

in

O

cn

CJ

- OO
r—

o\

O

I

O

OO

O

cn

I

O

·>

-Tf

».

cn ;

O

τ—

O

CM

0%

CM

cn

CM

Xl
r-

-t

O

I

O

I

O

O\

OS

I

·»

·.

t—

·.

ι

cn

d

O
r—

O

CM

σ\

O

cn

M

X)

τ—■

O

σ

I

·.

I

O

ο

CK

Q

-

O

•S

cn

• ο

O

CM

O

Γ

cn

Ci

Cl

O

I

O

Ol

CO

in

Ι

in

r—

cn

in

O

X

cn

O

cn

CM

-

CM

τ—

co

O

I

O

-t

in

I

m

·<

r.

cn

·>

cn

in

O

τ—

cn

Ci

cn

r--

CM

ύ

CM

es»

cn

CVi

I
(O

O

cn

N
H

CM

O

Φ

cn

ft

O

-t

■—

CM

j-jj

ft

ti

a

H

O

cn

υ

•Η

ti

"Λ

O

SI

ft

•rf

O

CU

(Λ

J

A

22Ί6|566

3 09841/072

ORIGINAL [NSfECTED

A 185.4... 47 47 Ϊ9 72

Tabelle 2 (Fortsetzung) (GeW,-¹

S c hmp J. / -Nr.	321	390	324	334	■323	337	315	325
Li PO	3.0,0. .	3Q,o, .,,, .2,0,0.	30,0.	-	10,0 .	■': <* ■ ■ ^:	■■ ■ hO,O --v	Ii . .. . «. O- ίΛ · .'■ίΛ
"J " ' ... Na, P₀O, . ^M^V^P0;3')a':	10)0 10,0.		1 Oj 0	1 0,0	10,0 30,0	10,0		1 0.» 0

COt,
Q

-* ν· Pb(PO₁,

ο:- TiO₂;.

M ^¥0:3^ ·■

30,0 ,
20,0.

20,0.

. 10,0 30,0 . 20,0

,0
20,0

3θ,ο

30,0 20,0·

30,Ό

30,0

20,Ο"

30,0

20,0'

e ■■ ·

kV- ■■':■'■
ο

1,8504., 1,8562 1,8591

9,2^ν

1,8620 2α, 5

1,864ο 1,8797

,8942:

cn

CM
(Ts

cv

H H Φ

	τ- '-	·.	CM	1	I	I	I	I	cn	O	O
O	-	τ-	ψ.						O		·.
			CM						CM	O	O
	cn				co				r-l	cn	c-i
		1	CO	I		I	I	I	.-4 -I	O	O
τ-	·.				CM~					·.
cn	cn		cn						O	O ^:
cn	cn								cn	CM
		I	cn	I	I	I	I	I	O	O ·
OO	..		·.
O			»n						O
cn	cn		T—					0\	cn
	cn	I	00	1	I	I	I	·.	O
σ.								τ-
cn			cn						O	O
cn	cn		T-						cn	CM
		I		I	I	I	I	Ι	O
j-	-								..
T-	cn								O	O
cn	cn		τ—						cn	CM
		·.	CO	1	I	I	I	I	O	O
		τ-	·>						·.	- ·.
			cn						O	O
cn	cn		τ-						cn	CM
	cn	Ι		I	I	I	I	I	O	O
£—
	CM								O	O
cn	cn								cn	CM
O)	cn	I		I	I	I	I	I	O	O
in	- .
cn	CM								O	O
	cn								CM	cn
* h
55
\

α		O
ϊ it	in		O	O	O	O	O	CM
xi	O	-ri	CM	ku	ca	CO	,a	O	cn
O	CM		ca		Q	m		•H	O
-η	Oh						f-j

3098A1/0723

Tabelle 3 (Fortsetzung) (Gew.-

A 1854 /4. 4. 1972

SchineIz-Nr. :	321	390	324	334	■	30,0	323	337	313	325
P₂O₅	34,0	38,7	30,1	34,0	' 20,0	35.7	26,7;	27,8	27,0
Li₂O	-	5,2	- '		-	-	-	-
Na₂O	13,8	-■" 6,1	13,8 '	4,7	7,7	7,7	12,2	10,8
MgO	2,2	-	-	-'■	6,6	-	-	-
CaO	-			11,3	as	• -		-
BaO		-		- . ■	-	15,6		M
PbO	-	-	6,1	-		-		12,2
Al₂O₃	-	-	-		-	-	-
TiO₂	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0	. 30,0
VO₃	20,0	20,0	' 20,0	20,0 .	20,0		20,0

-10 -

2S

05

cn

A 1854

4.4.1972

In der Tabelle 4 werden Zusammensetzungen von Gemengen angegeben, die neben Alkalimetaphosphaten und Natrium-Pyrophosphat erhebliche Mengen an Tibandioxid, Niobpentoxid und Wolframoxid oder Natrium-Wolframafc enthaltea, wobei überraschend gefunden wurde, daü TiO₀ ohne Schwierigkeiten bis zu 30 Gew.-^ eingesetzt werden kann, ohne daß Entglasung und starke Färbung eintreten.

Die Anteile an TiO₀ und Nb₀O₇. und gegebenenfalls W0„ betragen 29 - 52 Gew„-'fi.

Es wurde festgestellt, daß sich aus diesen Ansätzen erschmolzene Gläser noch wesentlich verbessern lassen, wenn bei einem hohen ΤχΟ,,-Gehalt gleichzeitig Wolfram-Verbindungen — wie WO odor¹ NaJiOi - oder Nb₀O_r dem Gemenge zugegeben werden.

-11-

309841/0723

»Π ■JO

CM Γ-ON

.Ο

ω Ε

O

-I

O

fs.

1

O

Oi

,1

C

O

cn

- c⁰

CO

j>

VO

•ν-

a - ..T"

= ;*·

---- "\

O

.' ·>- :.·

■ ¹V*.

"■-3-

cn

"in

■ c\l

- -■

in

CO

O

Oi

"cn

«η

- ---^:

■ * " ·<

cd

/T '■■'

Oi ,

■·■' ^'

*~-

"·

:.-

<■■":«

-' . . ;

O

I

O,

- ^

t.

O

VO

Oi

cn

- κ

in

I

*-

. 1 ■

-· »n

in

• ■

in

"in

cn

ON

, ^

*".

CMj

O

·>

- :·■-

r-·.:·

■ ■ '''''.

r~

cn

' fc.

;^

t

O

P

I

cn _;-._

_v, cn

■ j

·.

I

cn

Oi

cn

in

XT-

in

cn

fs»

I

τ-»

^t—

O

Oi

D

I

C

ο .

«.

·. ' ·

CO.

ΟΛ ...

O

·-

··'

I

'■·■ -

·.

O

■»-

OO

-^T

vO

cn

in

Oi

in

Oi

- tv

Oi '

t—

I

O

in

O

I

C

O

1

cn

O

—

·.

»

-

··

I'

-3"

"vO

Oi

CM

in

CM

Oi

τ—

I

O

OJ

Oi

CM

_o

I

O

I

O

cn

m

O

·-

·.

O

CM

—1-

•c

c-γ

I

-^^-

in

Oi

VO

in

VO

O

τ—

Ol

Oi

τ—.'

Oi

O

1

O

ON

X^:

I

»n

·.

I

cn

^]n

>n

O

in

cn

τ-·

C^

Oi

C

Γ

Oi

cn

3}

O

H

•o

^.

cn

Oi

in

O

O!

O

Ph

On

,O.

O

CM

'"cm

■o

cd

fei

cd

Oi

•rf

X!

cd

CD

73

0

30.9841 /0723

A 1854 4.4.1972

Tabelle 4 (Fortsetzung)

	Schraelz-Nr.	415	393	3o3	392	387	376	306
	NaPO₃	00 -π	24,0	35,0	26,0	30,0	20,0	35,o
	KPO₃	-	-	-	-	-	-	-
	^Na4^P2°7	. 13,0	' 15,0	15,0	15,0	15,0	16,0	15,0
	^B2°3	5,7	-	-	-	3,0	3,0	-
		4,0	1 1 ,0	-	"9,0	-	-	-
«»-■■ CD	PbO TiO₂	15,0	15,0	20,0	15,0	5,0 19,5	19,5	■ 30,0
*«· —·'*	Nb₂O₅	21 ,0	15,0	10,0	15,0	10,0	15,0	7,5
&■ -Jt"	WO₃	19,3	20,0	20,0	20,0	17,5	17,5	12,5
Ut	η β	1,7760	1,7820	1,7843	1,7848	1,8002	1,8051	1 ,8191
		23,6	23,9	21 ,8	22,9	21 ,9	21 ,6	20,4
		+ 15,4	+ 23,1	+ 22,7	+ 18,9	+ 20,9	+ 21 ,5	+ 15,2

Hi

- 13 £

CD

cn

CD

In Tabelle 5 sind die in Tabelle k aufgeführten Schmelzbeispiele nach Umrechnung auf oxidisclie Bestandteile angegeben.

309841/0723

■Ω cn

cn

04

cn

- ι

0!

cn co cn

■η

Oi Oi

»n

O O

Oi

O C --t

Oi

t·- cn oo

- I ι in c ir-, m

H H

I· ,ο rd

ο -•t

in -t r-

- I

-■t -Ό σ

• Oi —

O O O

Λ ·* »k

ir, ir, ^

— τ- ^i

O	r-	m	I	On	I	-1-	Ο	30
				τ-
ir·				in	,-^.
Ol			T—	C\i

00 cn

cn

- I OJ

cn

ο ο ο ο

¹T-I ο in ο

in cn

oo c\

οι cm cj

Olxi

ο ο

in c\t O

ο ci η -rf χι ο

309841/0723

O -1-

■c χ

C"\ '.O C

Oi T-

un ι

A Ui 5 4

4.4. .ty72

Tabelle 5 (Fortsetzung)

**■ όΉι πιό I ^r7* —· ^i γ * -t V-! X J 11 ti JL, £j J \ JL · , ·	415	393	363	392	3«7	3	76	32	,3
P-O..	¹ 22,2	24,7	32,3	26, 1	28,9	28	,7		-
U₂O₃ '	7,8.	5,8, '		4,8.	3, ο	3	,0	17	• 7
Na₂O	' 1 8 , Β	19,5 .	17,7	19,1	! (,. 1	16	,3		-
	^; -■ ■	-	-	. -	- , '		-		-
PbO	-	-	-	- '	5,0		-	30
XiU;, ■	; 15 i ο	15,0	20,0	1 -1, 0 ,	19,5	19	,5	7	-, 5
^Nb2^P5 ■·.	,21,0₍	15,0	10,0	15,0	1ϋ,0 .	^r5	,.o,	12	,5
	15,2	20 ,0	• 20,0	20,0	17,5	17	,5

- 16

A 1854 4.4.1972

Den in den TabeJ leix 2 und 4 aufgeführten Gemengen können 1-2 Gew. -50 KAsO zugegeben werden. Die Beispiele in diesen Tabellen zeigen, wie innerhalb der genannten Zusammensetzungsbereiche eine Variation der optischen Lage erreicht werden kann.

In der Figur ist ein Ausschnitt aus dom τι -ν -Diagramm dargestellt. Die in der Tabelle 2 angegebenen Sehmelz-Beispiele sind jeweils mit einem Kreis-Symbol und die in Tabelle 4 angegebenen Schmelz-Beispiele jeweils mit einem Dreiecks-Symbol gekennzeichnet. Wie ersichtlich, liegen alle angegebenen Bei'spiele in dem Bereich der sogenannten »Tiefflinte" (TiF).

Die Gemengezusammensetzungen werden wie folgt erschmolzen: Die Phosphorsäure wird vorzugsweise in Form von Meta- bzw. Pyrophosphat in den Schmelzeinsatz gebracht; die Wolfram-Anteile werden als Oxid oder Wolframat eingesetzt und die Bor-Anteile als Borsäure oder Metaborat hinzugegeben.

Die so eingewogenen chemischen Substanzen - Summe beispielsweise 1 kg - werden nach sorgfältigem Mischen portionsweise in einen Platintiegel eingelegt, der vorzugsweise induktiv geheizt wird.·

Es ist selbstverständlich, bei derartigen Schmelzeinsätzen auf das optimale Verhältnis von Schmelzgut-Volumeti zu Schmelzgut-Oberflache zu achten, um den Abbrand in geringen Grenzen zu halten. Des weiteren ist eine reduzierende Atmosphäre zu vermeiden.

Das geschmolzene Gemenge wird dtircb kurze Temperaturerhöhung auf 1300 C geläutert und anschließend bei einer Temperatur von 1200 C unter ständigem Rühren bei nicht

309841/0723

- 17 -

A 1 854 h.h.1972

zu hoher Geschwindigkeit homogenisiert. Nach einer Schinelzzeit.von ungefähr 2 Stunden wird die Temperatur vermindert bis zur Abguß temperatür von 800 C.

Die Schmelze wird dann in vorgewärmte Kohleformen abgegossen und in entsprechenden Öfen auf Raumtemperatur abgekühlt.

- 18 -

309841/07

Claims

Optisches Glas niLt hoher Di'echzahi ti zwischen 1,7'* und '»90» großer Dispersion ν zwischen 2j und 17 und hoher positiver anomaler Teildispersion, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Lies taridtei Ln enthält:

22,2 bis 3B,7 Gew.-?J P.,0

h, 7 bis 10,5 Gew.-¹^ 1Va₃ 0 ΙΟ,.Ο bis ;}0,0 Gew.-^ -TiO,., 12,5 bis 30,0 Gew.-> W0„.

Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß es zusätzlich mindestens einen der folgenden lies tand teile onthäl t:

O bis 1 5 ,2 Gew. -'; Ü LL₀O O η O Il K₀O O It 1 6 ,0 It MgO O Il 1 1 »3 Il GaO O Il 1 5 ,6 Il BaO O it 2 ,2 Il PhO O Il 7 ,8 Il B₂O₃ O Il 2 1 ,9 Il Al₀O O It 1 ,0 tt

Verfahren vsur Herstellung eitles Glases nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemenge erschmolzen wird, das aus den folgenden Bestandteilen besteht: 35,O bis 50,0 Gew.-^ NaPO

0 " 15,0 V XV 20,0 "30,0 " . TiO₀ 20,0 " 30,0

₂O

VO ,

30 9841/0723

- 10 -

k.h.1972 .

H. Verfahren zur Herstellung eines Glases nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemenge erschmolzen wird, das aus den folgenden Bestandteilen besteht;

10,0 bis 5°»^ü Gew.-^i Alkalimetaplio spliat und/oder Na. P „Ο-,

wobei der Gehalt an LiPO„ und/oder NaPO,, oder KPO_■zwischen 0 und 50 Gew.-^b beti'ägt, -

10,0 bis 30,0 GeWc-^o TiO₀

12,5 " 30,0 " ¥0 oder Na₂WO^, wobei der Gehalt

an Na VO, bis zu 26,3 Gew. -$> beträgt ,

bis 40,0 Gew.-^o Metaphosphate" des Magnesiums oder

Calciums oder Bariums, wobei die Gehalte an Mg(PO₃)_g' bzw. Ba(PO )_? je bis zu 30 Gew. ~°ß> betragen,

O bis 10,0 Gew.-'/o Al (PO )

O " 20,0 " Pb(PO,) O " 5,0 ." PbO 0 »21 ,0 » Nb₀O₁,

0 » 5,7 " B₂O₃ 0 ", 12,0 " NaBO

Leerseite