DE2236815B2

DE2236815B2 - Thermisch kristallisierbares glas auf der basis sio tief 2 -nb tief 2 o tief 5 -alkalimetalloxide, sowie daraus hergestellte transparente glaskeramik mit brechungsindices von 1,90 bis 2,07

Info

Publication number: DE2236815B2
Application number: DE19722236815
Authority: DE
Inventors: James Erich Oregon Ohio Rapp (V.St.A.)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1971-08-05
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1976-07-29
Also published as: JPS4834920A; JPS5328930B2; DE2236815A1; GB1391545A; US3785833A

Description

SiO₂ 23 bis 38

Die Erfindung betrifft thermisch kristallisierbare ^Nb2°s 2.3 bis 47

!laser und daraus gefertigte Glaskeramiken, die Na₂O 13 bis 30

ochtransparent sind, einen hohen Brechungsindex, K₂O 9 bis 22

wobei

a) das molare Verhältnis von Na₂OZK₂O zwischen 0,7 (I) und 3,3 (Π) liegt und

b) das molare Verhältnis von (Na₂O + KX))ZNb₀O₅ eine untere Grenze von 0,8 hat und eine obere Grenze aufweist, die — je nach dem molaren Verhältnis Na₂OyTCO — von 1 (im Fall I) bis zu 1,8 (im Fall II) reicht.

Durch entsprechende Einstellung des Wärmebehandlungsvorganges für die Kristallisation des erfindungsgemäßen Glases zu erfindungsgemäßer Glaskeramik lassen sich transparente Glaskeramik-Fertigprodukte mit hohem spezifischem Brechungsindex und einer spezifischen Dielektrizitätskonstante innerhalb eines bestimmten Bereichs schaffen. Es können Glaskeramikprodukte hergestellt werden, die zwei oder mehr Brechungsindizes und/Oder mehr Dielektrizitätskonstanten haben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf bestimmte begrenzte Zusammensetzungen mit spezifischen Parametern, die unter die allgemeine Definition der SiO_o-NbX)₅-Alkalimetalloxid-Systeme fallen und sich dadurch auszeichnen, daß sie in einfacher Weise zu beständigen Gläsern geformt werden können, die sich anschließend thermisch in situ kristallisieren lassen und zu transparenten Glaskeramiken mit gewählten hohen Brechungsindizes und/oder gewählten hohen Dielektrizitätskonstanten mit geringen Verlustwinkeln umbilden lassen. Derartige Glaskeramiken lassen sich aus den kristallisierbaren Gläsern nach der Erfindung bilden, obwohl in diesen Gläsern keine der üblichen Keimbildungsmittel wie beispielsweise TiO₉, ZrO₀

und dergleichen enthalten

sind. Die erfindungsgemäßen Gläser und Glaskeramiken sind gut brauchbar in elektro-optischen Geräten, akusto-optitschen Geräten und dergleichen, beispielsweise als Modulatoren, Q-Schalter für Laser und/oder als Deflektoren. Bestimmte Gläser und Glaskeramiken dieser Art, die hohe Dielektrizitätskonstanten und sehr niedrige dielektrische Verluste haben, sind für zahlreiche verschiedene elektrische Geräte brauchbar, beispielsweise in Kondensatoren, Elektrolümineszenz-Zellen, Wellenleitern und dergleichen. Bei den erfindungsgemäßen Glaskeramiken können Dielektrizitätskonstanten von wenigstens 100 (bei Zimmertemperatur und 0,1 MHz) und vorzugsweise von wenigstens 200 bis 500 oder mehr mit Verlustwinkeln oder Verlustfaktoren von weniger als 3°/o und vorzugsweise weniger als 1 % vorliegen.

Mit den erfindungsgemäßen thermisch kristallisierbaren Gläsern ist es möglich, zwei Gegenstände mit gleicher Glas-Zusammensetzung durch entsprechend verschiedene Wärmebehandlung zu transparenten anorganischen kristallinen Oxidkeramik-Materialien umzuwandeln, die verschiedene, innerhalb gewählter oberer und unterer Grenzen frei wählbare Werte des Brechungsindex oder der Dielektriztätskonstanten haben. Weiterhin ist ein in dieser Weise gebildetes transparentes Keramikmaterial, das auch als Glaskeramik bezeichnet wird, nicht porös, hat einen verhältnismäßig hohen optischen Brechungsindex und

ίο enthält als Ergebnis der thermischen Kristallisierung einen größeren Anteil sehr kleiner feinkörniger Kristalle von im wesentlichen gleichförmigen Abmessungen, die in einem geringeren Anteil einer glasartigen Matrix eingebettet sind.

Das erfindungsgemäße Glaskeramik-Material kann ferner in Form von kleinen Plättchen mit Längenabmessungen von etwa »/V (ca. 0,64 cm) oder noch kleineren Abmessungen hergestellt werden; derartige Plättchen eignen sich als Trägerunterlage für ge-

ao druckte Mikroschaltungen für elektrische Bauteile.

Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, daß im Rahmen des breiten Spektrums der SiO₂-Nb.₂O₅-Alkalimetalloxid-Systeme ein enger Zusammensetzungsbereich zu besonders guten glasbil-

a5 denden Eigenschaften und zu einer besonders leichten und genauen Steuerbarkeit der Endergebnisse hinsichtlich Brechungsindex und Dielektrizitätskonstante führt. Wie sich aus der erfindungsgemäßen Auswahlregel ergibt, kann man höhere Verhältniswerte von Alkalien zu Nb₂O₅ tolerieren, wenn das Verhältnis von Na₂O zu K₂O höher liegt. Besonders bevorzugte Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung sind solche, bei denen das molare Verhältnis von Na₂O zu K₂O etwa 1 bis 2 beträgt und das molare Verhältnis von (Na,O + K₂O) zu Nb,O_s bei 1 liegt.

Die erfindugnsgemäßen Gläser haben selbst einen hohen Brechungsindex von wenigstens 1,76, vorzugsweise im Bereich von 1,76 bis 1,95, und eine mäßige bis hohe Dielektrizitätskonstante und können thermisch in situ zu transparenten Glaskermiken mit noch höheren Brechungsindizes oder Dielektrizitätskonstanten kristallisiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausiührungsbeispielen näher erläutert. In der folgenden Tabelle I betreffen die Zusammensetzungen Nr. 1 bis 9 erfindungsgemäße Gläser bzw. darauf hergestellte Glaskeramiken, wobei die Gläser durch Zusammenschmelzen von Siliziumdioxid, Nb₂O₅, Na₂O und K₂O in den angegebenen Mengenverhältnissen erhalten wurden. Die Zusammensetzungen Nr. 10 bis 16 sind als »Vergleichsgläser« bezeichnet; sie sind lediglich j:u Vergleichszwecken angegeben und gehören nicht zu der Erfindung.

Tabelle I

Zusammensetzung
Nr. 1

SiO₂
Nb₂O₅
Na₂O
KX)

35	35	30	30	35	30	30	25
25	32,5	27,5	35	32,5	35	37,5	37,5
26,67	21,66	20,33	23,33	16,25	17,5	16,25	18,75
13.33	10.84	14,17	11,67	16,25	17,5	16,25	18,75

	(Fortsetzung)	9	5	Vergleichsgläser	11	22 36	815 ψ	14	6	15	16
	Zusammensetzung	30		10	10			20		20	40
Tabelle I	Nr.	35		20	45			50		40	22,5
	SiO₂	14,6		30	22,5			15	20	18,75
	Nb₂O₅	20,4		25	22,5	12	13	15	20	18,75
Na₂O		25	30	30
K₂O	45	35
12,5	11,67
12,5	23,33

Jede dieser Zusammensetzun₆en wurde auf eine 15 bildet werden. Aus der Zusammensetzung 16, die zum Erschmelzen der Bestandteile ausreichende Tem- etwa die gleichen molaren Verhältnisse wie die Zuperatur erhitzt und dann während einer Zeitspanne sammensetzung 10 aufweist, jedoch einen höheren von 1 bis 24 Stunden auf dieser Temperatur gehalten, SiO₂-Gehalt hat, ließ sich die gewünschte transpawobei die genaue Zeitspanne in Abhängigkeit von rente Glaskeramik während der nachfolgenden der speziellen Zusammensetzung und der zum voll- ao Wärmebehandlung nicht bilden. Die Zusammenständigen Erschmelzen der Bestandteile und zur Aus- setzung 11 (niederiger SiOg-Gehalt) bildete Überbildung einer gleichförmigen Schmelze benötigten haupt kein Glas. Wenn man jede der Zusammen-Zeit abhängig war. Während dieser Zeitspanne wurde Setzungen 1 bis 9 für eine erste Keimbildung ausdie Schmelze in bestimmten Zeitabständen gerührt. reichenden Temperaturen unterwarf und dann das Jede erschmolzene Zusammensetzung wurde dann 25 Glas kristallisieren ließ, wurden in jedem Fall sehr auf eine Metallplatte ausgegossen, und augenblicklich gut transparente Glaskeramiken gewonnen. Aus den wurde eine andere Metallplatte darübergelegt, so daß Zusammensetzungen 12 und 14 ließen sich Glasdie Zusammensetzung abgeschreckt wurde. Dann keramiken nur sehr schlechter Qualität fertigen, wurde die glasbildende Tendenz jeder der Zusam- während die Zusammensetzung 13 sich überhaupt mensetzungen anhand der Fähigkeit der Schmelze, 30 nicht in die gewünschten transparenten Glaskerazwischen den Metallplatten beim Abschrecken Glas- miken umwandeln ließ. Tatsächlich gingen die letztchips zu bilden, geprüft. genannten Zusammensetzungen zu Bruch, wenn man

Gläser ließen sich aus allen Zusammensetzungen 1 sie einer Hitzebehandlung zur Kristallisation unter-

bis 9, die alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung warf.

liegen, herstellen. Die Zusammensetzungen 10 bis 16 35 In der nachfolgenden Tabelle sind die Bedügun-

lagen außerhalb des Rahmens der vorliegenden Er- gen der Wärmebehandlung, die bei der thermischen

findung. Aus der Zusammensetzung 10, die infolge in situ Kristallisation der erfindungsgemäßen Gläser

des hohen molaren Verhältnisses von (Na₂O + K₂O)/ zu Glaskeramiken verwendet wurden, aufgeführt,

Nb₂O₅ und des niedrigen SiO₂-Gehaltes außerhalb und es sind auch die Brechungsindizes und die Di-

des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt, 40 elektrizitätskonstanten der Gläser und Glaskeramiken

konnte schon nicht mehr ohne weiteres ein Glas ge- zusammengestellt.

Tabelle II Eigenschaften und Zusammensetzungen Behandlung 1 2

Brechungsindex (Gläser)	1,764	1,854	1,779	1,849	1,844
Wärmebehandl.	579,5 (2)	607 (2)	538 (2)	621 (2)	649 (2)
Temp. ⁰C	607 («Λ)	677 O/4)	621 («Μ	649 (1/4)	677 O/4)
(Zeit, Std.)	732 ('Λ)	954 (V₂)	704 (Vi)	927 (V₁)	982 (»Λ)
Brechungsindex (Glaskeramiken)	1,913	2,011	1,970	2,01.6	1,991
Dielektrizitäts konstante (Zimmertemperatur 0,1 MHz)	106	194	206	216	188
Verlustfaktor (Zimmertemperatur 0,1 MHz)	0,7 Vo	0,9 Vo	0,7 »/0	0,6«/»	2,7 »/0

Tabelle!! (Fortsetzung)

Eigenschaften und
Behandlung

Zusammensetzungen
6

Brechungsindex (Gläser)	1,855	1,888	1,862	1,841
Wärmebehandl.	621 (2)	649 (2)	579,5 (2)	635 (2)
Temp. ° C	649(VO	704 (Vi)	649 (VO	649 O/4)
(Zeit, Std.)	982(VO	927 (V₂)	927 (V₂)	899 (V₂)
Brechungsindex (Glaskeramiken)	2,035	2,053	2,068	2,026
Dielektrizitätskonstante (Zimmertemperatur 0,1 MHz)	289,5	270,6	438	266
Verlustfaktor (Zimmertemp., 0,1 MHz)	30/0	3»/o	3%	3%

Der Brechungsindex in den vorstehenden kristallisierbaren Gläsern liegt sehr hoch, und es wurde gefunden, daß erfindungsgemäße Gläser hergestellt werden können, die Brechungsindizes innerhalb des Bereiches von etwa 1,760 bis 1,950, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 1,80 bis 1,950, haben. Wenn man die Gläser einer die Kristallisation auslösenden Wärmebehandlung unterzieht, erhält man Glaskeramiken, die höhere Brechungsindizes, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 1,90 bis 2,07 und noch höher besitzen.

Die Brechungsindizes der erfindungsgemäßen Gläser und Glaskeramiken liegen sehr viel höher als diejenigen vergleichbarer SiO₂-Na₂O-K₂O-GIaSCr, die andere Metalloxide, wie beispielsweise CaO, PbO, BaO und dergleichen enthalten; deren· Brechungsindizes liegen gewöhnlich im Bereich von 1,4992 bis 1,5528, 1,5180 bis 1,6571 bzw. 1,5058 bis 1,5881 (vgl. The Properties of Glass von George W. Morey, 2. Auflage, 1954, Reinhold Publishing Corporation, New York, insbesondere S. 381 und 382).

Es war überraschend, daß — wie die Anmelderin +5 gefunden hat — thermisch kristallisierbare Gläser aas den NasO-KjO-NbjOs-SiOj-Systeniea, wenn jeder dieser vier einzelnen wesentlichen Bestandteile innerhalb eines bestimmten kritischen Bereiches vorhanden ist, gebildet werden können, und weiterhin war überraschend, daß jedes dieser Gläser einen Brechungsindex hat, der relativ höher liegt, als man dies hätte erwarten können.

Die in diese Na_tCM^O-Nb_iO₆-SiO_i-Systeine fallenden erfmdungsgemäBen Glaskeramiken haben auch noch hohe Dielektrizitätskonstanten, die bei wenigstens 100 and vorzugsweise zwischen 200 and 500 and höher liegen and weisen Verlustwinkel bzw. Verlustfaktoren von weniger als 3*/·, vorzugsweise weniger als 1·/·, auf. .

Während jedes der Gläser and jede der Glaskeramiken dieses Systems einen hohen Brechungsindex haben and die Glaskeramiken eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, lassen sich der Index and die Dielektrizitätskonstante jeder Glas keramik durch unterschiedliche Wärmebehandlung während der in situ Kristallisation der Gläser wahlweise auf einen gewünschten Wert einstellen. Das Ausmaß der Steigerung des Brechungsindex oder der Dielektrizitätskonstanten ist abhängig von der Wärmebehandlung. Dies läßt sich aus der folgenden Tabelle III ersehen. Darin sind die Ergebnisse von unterschiedlichen Wärmebehandlungen an verschiedenen erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen, betreffend die Erzeugung verschiedener Brechungsindizes und Dielektrizitätskonstanten in den resultierenden Glaskeramiken, veranschaulicht.

Tabelle III

Zu	Warmc-	Dielektrizi	Verlust	Bre
sammen	behancll.	tätskonstante	faktor	chungs
setzung	Temp. ° C			index
Nr.	(Zeit, Sitd.)	(Zimmertemp.,	(¹Vo)
		0,1 MHz)

Glas

579,5 (2) 607 O/4)

579,5 (2) 607 (1/4) •S90.5 (Vt)

579,5 (2) 607 (VO 732 (Vt)

Glas

607(2) 677 (V«)

607(2) 677(VO 732 (Vt)

607 <2) 677 (V₄) 816 (Vt)

607(2) 677(VO 927 (Vt)

Glas

621 (2) 649

42,5 102

106

112

143

170

194

76,8

0,3 0,4

1,764

1,853 1,911

0,7 1,913

1,854

0,68 1,979

0,27 2,011 0,56 2,006

0,94 2,090 1,849

0,63 1,954

£09531/23

Tabelle III (Fortsetzung) Wärme-

Zu- _

sammen- behandl.

selzung Temp. ⁰C

Nr- (Zeit, Std.)

Dielektrizitätskonstante

Verlustfaktor

(Zimmertemp., (»/„) 0,1 MHz)

621 (2) 649 (V₄) 732(V₂)

621 (2) 649 (V₄) 816(V₂)

621 (2) 649 (V₄) 899 (V₂)

Glas

633 (2) 677 (V₄)

649 (16) 677 (V₄) 760(1)

649 (16) 677 (V₄) 871(1)

607(16) 677 (V₄) 760 (1)

607(18) 677 (V₄) 816(1)

607(18) (V₄) (1)

607(18) (V₄) 871(1)

607(18) (V₄) 927(1)

Glas

579,5 (2) (V₄) 579,5 (2) Ο/Λ

579.5 (2) (V₄) (■·,) 579,5 (2) (V₄) (Ό 579,5 (2) (V₄)
(>₂)

Glas

(2) (V₄)

(2) (V.) 0«)

138 191 216

118,2

:-32,3

127,4

143,5

188

209

212,4 223,5

361

438

117,4

0,56 0,52 0,64

Brechungs index

2,004

2,014

2,016 1,844

1,947 1,981

1,991 _pa Alle Glaskeramiken in Tabelle m waren trans-

dunirmaLn^iSrr^{im Zusamm}enhang mi, den erfin-5 den einzSn ^Glase,^rn _u ^und Glaskeramiken nur von S ^e _d ⁿ _efⁿ _F ^e"^^Vesentllchen Bestandteilen gesprochen, gerinee Men '^{$t eS} selbstverständlich, daß

?0cfw o^Me"f"' ^v°™gsweise nicht mehr als andereT'MPt-n^SbeS°^ndere ™^ mehr als 5 Gew.-·/., Ι™!™. y^etall°X'de, die mit den Glas- und Glasverträglich sind, mitis sollie · - - -

bei denen e auf T^1Chen ^GeAtea ^{VerWenden Iassen}-Allerdmgs können T^™* ^{Wesentlich an}kommt. die hohf DiSri ν'"!^{1 eS beis}Pielsweise nur auf ankommt J_i ^I _e ^el^^{tatskonstante} der Glaskeramik behandelt und ^GIaskef^am>k-Produkte weiter wärme-S ^{OPaken GIaskera}^iken ausgebildet

^V°^rteilhafte "Pake Keramiken ^"" ^{SOWohl das m}^ V

0,18 0,26

0,31 0,67

0,27

0,38

0,57 0,41

0,65

0,30 0,23 S B
lassen sich e
hältnis von K
von MS +²KA
sind. Gewöhnlid, iinrf
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Keramiken ^b
leicht.

Pak ^{SOWohl das}

35 f_or4_ö;n

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Glases btier '

!^{lare Verhältn} °^{der größer aIs} ¹ ^{die molaren Verhält}-

F^hr t^liegen· ^die °^paken Festigkeit und brechen

^GIaskeramik-Gegenstände

^ei,^{O<ler mehr} B^imgs^herste"en, daß man ver-

¹"¹⁵⁰" kristallisierbaren

1,862 2,022

2,047 2.053

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^d 4

11 12

von 2,016 und darum herum drei konzentrische Be- mais erneut erschmolzen und abgeschreckt. Die letzte reiche mit den Brechungsindizes 2,014, 2,004 und Schmelze wurde 5 Stunden lang bei der Temperatur 1,954 aufweisen. Wenn man von dem Mittelteil zur von 1204° C gehalten. Dann wurde der das erAußenkante hin einen geeigneten Temperatur- schmolzene Glas enthaltende Tiegel in einen isoliegradienten verwendet, erreicht man einen glatten 5 renden, feuerfesten Stein eingepackt, an dem zuvor kontinuierlichen Übergang des Brechungsindex vom ein Einschnitt angebracht worden war, damit eine Mittelteil zur Außenkante hin. Durch Änderung des öffnung im Boden vorhanden war, durch die der Temperaturgradienten läßt sich der resultierende Tiegel mit seinem unteren Teil hindurchgeführt und Brechungsindex-Gradient verändern. Dies ist ein dieser Teil sich nach außen erstreckend angeordnet Vorteil gegenüber den Fresnel-Linsen, in denen die io werden konnte. Dann wurden der feuerfeste Stein Index-Änderungen gegeneinander abgegrenzt sind, mit dem Tiegel auf eine 2,54 cm dicke Stahlplatte, weil Gläser verschiedener Indizes miteinander ver- die zuvor auf eine Temperatur von 482° C aufgeheizt klebt sind. Solche Linsen können zur Erzeugung der worden war, so aufgesetzt, daß der feuerfeste Stein gleichen Brechung von Lichtstrahlen gefertigt wer- auf 0,318 cm dicken Blöcken auflag und die Unterden, wie man sie derzeit durch Schleifen der Ober- 15 seite des Tiegels Kontakt mit der Stahlplatte hatte, fläche eines Glasstückes in die Form einer bestimm- Die Oberseite des Tiegels war mit einem Quarzfilz ten Linse erreicht. Wenn man die Schleifbehandlung abgedeckt, und man ließ das geschmolzene Glas auf und einen Gradienten des Brechungsindex kombi- 649° C abkühlen. Dann wurden Stahlplatte, feuerniert, dann läßt sich eine stärkere Lichtbrechung fester Stein und Tiegel etwa eine halbe Stunde lang erzielen als wenn man entweder nur die Schleif- 20 in einen eine Temperatur von 638° C aufweisenden behandlung oder nur einen Index-Gradienten allein Anlaßofen eingebracht. Nach dieser Zeit wurde der benutzt. Das Verfahren, einem thermisch kristallisie- Ofen abgestellt, und man ließ das Glas mit Ofenrenden Glas bei der Ausbildung zu einem Glas- geschwindigkeit auf Zimmertemperatur abkühlen.
keramik-Gegenstand konzentrische Bereiche ver- Die ringförmige, transparente Glaskeramik, die schiedener Brechungsindizes zu verleihen, kann auf 25 gebildet worden war, hatte einen radialen Brechungseine Anzahl solcher Glasgegenstände angewendet index-Gradienten. Der Brechungsindex betrug 1,767 werden, einschließlich transparenter Teleskopspiegci- und zeigte eine gleichmäßige Änderung von der Mitte Rohlinge, die aus Glaskeramik gefertigt werden. zur Kante hin mit einer IndexdifTerenz von — 0,002.

Eine andere wichtige Anwendungsart der erfin- Es wurde eine sehr gute radiale Symmetrie hin-

dungsgemäßen Gläser ist das Gebiet der Lichtleitung. 30 sichtlich des Brechungsindex-Gradienten beob-

Wenn man einen Glasblock oder einen Glasgegen- achtet.

stand so einer Wärmebehandlung unterzieht, daß sich Die mit den erfindungsgemäßen Glaskeramiken ein Pfad irgendeiner gewünschten Form und Konfi- erzielbare Kombination hinsichtlich Transparenz, guration in diesem Block ausbildet, wobei die diesen Einstellbarkeit der Endeigenschaften und mäßiger Pfad bildende Glaskeramik einen speziellen höheren 35 bis hoher Dielektrizitätskonstanten bringt besondere Brechungsindex hat als das den Pfad umgebende Vorteile für die Anwendung bei bestimmten ProMaterial, so kann man einen Lichtstrahl auf diesem dukten, wie beispielsweise optischen integrierten Pfad weiterleiten und über Biegungen führen. Es Leitungen, akusto-optischen Modulatoren und elekkönnen auf diese Art ohne weiteres optische ge- tro-optischen Modulatoren. Es ist auch vorteilhaft, druckte Schaltungen gefertigt werden. 40 daß aus den erfindungsgemäßen Glaskeramiken

Beispielsweise kann ein Laserstrahl für die Wärme- hochdielektrische Träger für gedruckte Schaltungen

behandlung einer bestimmten Stelle innerhalb eines gefertigt werden können.

thermisch kristallisierbaren Glasblockes oder Glas- Beispielsweise kann man eine Glaskeramikplatte plättchens eingesetzt werden, wodurch dann an dieser von etwa 6,35 X 3,Sl x 0,635 cm fertigen, in der in Stelle des Blockes eine Glaskeramik gebildet wird, 45 Abständen voneinander ringförmige Teilbereiche die einen ganz spe7iellen Brechungsindex hat. Wenn innerhalb der Platte unterschiedlichen Wärmeman den Laserstrahl an dem Block entlangführt, behandlungsvorgängen unterworfen werden können, kann man einen engen Pfad aus einer solchen Glas- so daß diesen Bereichen verschiedene Dielektrizitätskeramik mit dem speziellen Brechungsindex bilden, konstanten gegeben werden. Wenn man dann den da die Wärme des Laserstrahls lokalisiert ist. Der 5° übrigen Teil der Plattenoberfläche mit Silber überIndex liegt höher als derjenige des umgebenden zieht, jedoch die ringförmigen Teilbereiche auf jeder Glases, und ein Lichtstrahl, den man entlang dieses Seife frei läßt, läßt sich eine gedruckte Schaltung Pfades leitet, bleibt auf dem Pfad. gewinnen, die über die Länge des Körpers verschie-

Die Bestandteile für einen Ansatz einer 5-kg- dene Kapazität hat. Schmelze wurden in einem Tiegel 24 Stunden lang 55 Man ist weiterhin nun in der Lage, GJaskeramik-

bei einer Temperatur von 1204° C erschmolzen, Formkörper mit einer oder mehreren gewünschten

dann wurde in Wasser abgeschreckt und dann mehr- Dielektrizitätskonstanten zu fertigen.

Claims

^ eine hohe Dielektrizitätskonstante und einen niedri- Patentansprüche: gen Verlustfaktor haben. "■'■ Mit der fortschreitenden Entwicklung akusto-opti-

1. Thermisch kristaUisierbares Glas auf der scher, elektro-optischer und anderer Einrichtungen, Basis SiO₂-Nb₂O₅-Alkalimetalloxide, das zur Her- 5 bei denen transparente Gläser und Glaskeramiken stellung einer transparenten Glaskeramik mit Verwendung finden, ist das Bedürfnis nach Gläsern Brechungsindizes von 1,90 bis 2,07 geeignet ist, und Glaskeramiken mit hohem Brechungsindex mehr dadurch gekennzeichnet, daß es in und mehr gestiegen. Dem steht jedoch die bekannte Molprozent folgende Bestandteile enthält: Tatsache entgegen, daß eine einwandfreie optische

ίο Qualität (Abwesenheit von Blasen, Einschlüssen und gjQ 23 bis 38 Schlieren) um so schwieriger zu erzielen ist, je höher

⁸ der Brechungsindex des herzustellenden Glases ist.

Nb₂O₅ 23 bis 47 Dies gilt besonders dann, wenn der Brechungsindex

Na₂O 13 bis 30 etwa 1,7 oder größer ist.

q.. „_ 15 Akusto-optische Einrichtungen (manchmal auch

»elasto-optische« Einrichtungen genannt) sind bekannt, beispielsweise aus dem Aufsatz »A Review of wobei Acousto-Optical Reflection and Modulation Devices^

a) das molare Verhältnis von Na,O[K.₂O zwi- von E. I. Gordon in der Zeitschrift »Proceedings of sehen 0,7 (I) und 3,3 (II) liegt und ^ao the I.E.E.Ε.« (10) 1391 bis 1401 (1966) und einem

... , ,,,..,. _Λτ ~ . „ _Λν, Aufsatz »Dielectric Materials for Electro-Optic,

b) das molare Verhältnis von (Na₂O + K₂O)/ _Elasto-Optic and Ultrasonic Device Application« von Nb₁O₅ eine untere Grenze von 0,8 hat und _E. G. Spencer et al in der Zeitschrift »Proceedings eine obere Grenze aufweist, die — je nach _{of the LEEE}._{<( 55 (12}) 2074—2108 (1967).
^""l^f? Verhältnis Na₂OZK₂O — von 1 ^ Elektro-optische Einrichtungen sind ebenfalls be-(im Fall I) bis zu 1,8 (im Fall II) reicht. _{kannt und be}i_Sp_iei_SWeise in den USA-Patentschriften

2. Thermisch kristaUisierbares Glas nach An- 30 69 973 und 34 67 463 beschrieben.

sprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mol- Einkristall-Materialien haben eine hohe Qualität verhältnis und können in akusto-optischen und elektro-opti-(Na O + ICOVNb O=I ³° ^scnen Geräten eingesetzt werden; ihre Herstellung ist ^ ² ^ ' ^{2 3} jedoch sehr aufwendig, insbesondere bei großen Abist, messungen, und außerdem ist man an den präzisen

3. Thermisch kristallisierbares Glas njch An- Brechungsindex gebunden, der jedem bestimmten Spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Einkristall eigentümlich ist. Dies gilt auch bezüglich einen Brechungsindex von wenigstens 1,76 hat. 35 der Dielektrizitätskonstanten von Einkristall-Mate-

4. Thermisch kristallisierbares Glas nach An- rial.

spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Transparente und opake Glaskeramiken mit hohen

Brechungsindex im Bereich von 1,76 bis 1,95 hat. Dielektrizitätskonstanten und kleinen Verlustwinkeln

5. Transparente Glaskeramik, dadurch ge- oder Verlustfaktoren sind ebenfalls für viele elektrokennzeichnet, daß sie durch in situ-Kristallisation 40 nische Einrichtungen mit Vorteil einsetzbar, beides kristallisierbaren Glases gemäß einem der spielsweise als Trägermaterialien für gedruckte Schal-Ansprüche 1 bis 4 hergestellt worden ist und sie tungen, als Kondensator-Dielektrika und dergleichen, neben dem Brechungsindex von 1,90 bis 2,07 eine Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zuhohe Dielektrizitätskonstante von wenigstens 100 gründe, Glaskeramiken zu schaffen, die für die ge- und einen Verlustfaktor (Zimmertemperatur, 45 nannten und andere Zwecke eingesetzt werden kön-0,1 MHz) von höchstens 3 °/o hat. nen und neben hohem Brechungsindex und niedri-

6. Transparente Glaskeramik nach Anspruch 5, gern Verlustfaktor eine ausgezeichnete optische Quadadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dielektri- lität aufweisen und gut verarbeitbar sind; die Erfinaätätskonstante zwischen 200 und etwa 500 hat. dung richtet sich ferner auf entsprechende Gläser, die

7. Transparente Glaskeramik nach Anspruch 5 50 sich in kontrollierter Weise durch Wärmebehandlung oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen in situ zu transparenten Glaskeramiken mit ausge-Verlustfaktor von nicht mehr als 1 ⁰Zo hat. wählten hohen Brechungsindizes oder ausgewählten

8. Transparente Glaskeramik nach Anspruch 5, hohen Dielektrizitätskonstanten mit kleinen Verlustdadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dielektrizi- winkeln kristallisieren lassen.

lätskonstante von 100 bis 500 hat und zu wenig- 55 Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit «tens 90%> aus SiO₂, Na₂O, K₂O und Nb₂O₅ be- einem thermisch kristallisierbaren Glas auf der Basis steht. " " SiOg-NbgOj-Alkalimetalloxide, das zur Herstellung

einer transparenten Glaskeramik mit Brechungsindizes von 1,90 bis 2,07 geeignet ist, wobei das Glas und 60 die Glaskeramik erfindungsgemäß dadurch gekenn-

zeichnet sind, daß sie in Molprozent folgende Bestandteile enthalten: