DE2257635A1 - Optisches glas ohne kadmiumoxyd- und thoriumoxydzusatz - Google Patents

Description

• Optisches Glas ohne Kadmiumoxyd- und Thoriumoxydzusatz.
• Die Erfindung betrifft ein optisches Glas ohne Kadmiumoxyd- und Thoriumoxydzusatz.
• Es sind bereits optische Glassorten bekannt, mit vorbestimmten Werten für die optischen Konstanten (Brechungsindex, Abbesche Zahl), z.B. ein optisches Glas von der Serie B203-La203-2hO2, oder optisches Glas der Sorte B203-SiO2-La203-ZrO2-CdO.
• Jedoch sind sowohl ThO2 als auch CJdO schädlich für den menschlichen Körper und ferner sind~diese Zusätze übermässig teuer.
• Deshalb ist es unvorteilhaft, die Bestandteile ThO2 und CdO bei. der Herstellung von optischen Gläsern einzusetzen.
• Aus diesem Grunde ist es notwendig, in industriellem Maßstab optische Gläser herzustellen, die eine gleichmässige Qualität haben, aber frei von ThO2 und CdO sind, also in großen Mengen.
• In der Regel ist'es notwendig, um eine Glassorte zu erhalten, die einen relativ hohen Brechungsindex hat, also auch in den vorbezeichneten Bereich fällt, die Menge der, das Glas bildenden Oxyde wie von 3203, herabzusetzen, und eine große Menge an höhervalentigen Oxyden einzuführen, wie La203, Ta2O5 usw.
• Jedoch ist es schwierig, ein vollständig stabiles Glas lediglich durch Einführen dieser Oxyde höherer Valenz zu erhalten, und es ist deshalb notwendig andere, zweivalentige Metalloxyde zu benutzen.
• Erfindungsgemäß wird ein neues optisches Glas, das frei ist von ThO2 und CdO erhalten, welches einen gewünschten Brechungsindex von R d von 1,69 - 1,84 und eine Abbesche Zahl γd von 34-51 hat, wobei dieses Glas durch Einsatz einer großen Menge von ZnO hergestellt werden kann, das ein Oxyd der Gruppe II-b, ähnlich dem CdO im periodischen System der Elemente ist, wobei das ZnO der Glassorte, bzw. der Glasserie mit den Bestandteilen B203-La203-Ta205 und/oder Nb205 zugesetzt wird. Ein dermassen und erfindungsgemäß hergestelltes optisches Glas hat gute Eigenschaften hinsichtlich der Versteinerungsfestigkeit bei den in nachfolgenden Beispielen angegebenen Schmelz-, bzw. Liquidustemperaturen. Es ist deshalb erfindungsgemäß möglich, optisches Glas in großen Mengen von gleichmässiger Qualität relativ leicht und kostensparend herzustellen.
• Wesentliche Bestandteile des erfindungsgemäß hergestellten Glaees sind, bzw. enthalten B203-La203-ZnO-Ta205 und/oder Nb2O5.
• Vorzugsweise kann man 18 - 35 % B2O3, 10 - 45 C La2O3, 15 - 50% ZnO und 3 - 20 % Ta2O5 und/oder Nb2O5 verwenden; und wahlweise mit einem Zusatz, um der Versteinerung (der Bildung von blindem undurchsichtigem Glas) entgegenzuwirken, mit 0 - 10 % WO3 , ° - 7,5 Vo ZrO2 und O - 8,5 % TiO2; ferner wahlweise mit einem Ädditivzusatz von 0 - 10 % SiO2 und 0 - 4 % Al205. Hier sind Gewichtsprozente angegeben, sofern nicht ausdrücklich anders bezeichnet. Eine bevorzugte Zusammensetzung des optischen Glases enthält, in Gewichtsprozent 18 - 23 % B203, 32 - 36 ffi La2O3, 25 - 30 % ZnO, 5 - 10 % Nb205, 4 - 7 % WO3, 1 - 5 % ZrO2 und 3 - 10 % SiO2.
• Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert. Die einzige Figur zeigt den Bereich der optischen Konstanten bei einer optischen Glassorte gemäß Erfindung.
• Im Rahmen des optischen Glases gemaß Erfindung liegen die Gründe, warum die Menge der jeweiligen Zusätze, wie vorstehend angegeben, beschränkt werden sollen, im folgenden: Liegt der Bereich von 3203 im Bereich tiefer als 1F3 5, neigt sich die Versteinerung dazu, sich zu vergrössern und gleichzeitig wird es schwierig es mit anderen Zusätzen zu verschmelzen. In dem Bereich jedoch, in dem 3203 mehr als 35 % beträgt, wird im Gegensatz hierzu der Brechungsindex des gewonnenen Glases zu niedrig und man kann deshalb keines der gewünschten Erzeugnisse erhalten. Werner erhöht sich die Neigung der Phasentrennung, was ungünstig ist. In dem Bereich,der weniger als 10 % La2O3 enthält, wird der Brechungsindex zu Klein, gleichzeitig wird der chemische Widerstand ungenügend.
• Liegt dieser Bereich aber höher als 45 %, wird das gewonnene Glas zu unstabil hinsichtlich der unerwünschten Versteinerung.
• Im Bereich wo ZnO niedriger als 15 % ist, ist eine starke Neigung, die Versteinerung zu vergrößern und in dem Bereich höher als 50 % ist der Brechungsindex als auch die Abbesche Zahl zu niedrig. Man kann deshalb die gewünschten optischen Konstanten nicht erreichen. Die Verwendung eines Bereiches weniger als 3 % bzw. größer als 20 % Ta2O5 und/oder Nb2O5 führt zu unerwünschter Versteinerung.
• Verwendet man WP3, ZrO2 und Ti02 als Zusatz zur Verhinderung der Versteinerung, liegen die jeweiligen wirl,samen Bereiche ausschließlich im Bereich von 0 - 10 % WO3, 0 - 7,5 % ZrO2 und 0 - 8,5 % TiO2. Im Gegensatz dazu, ist der Bereich größer als 7,5 % ZrO2, größer als 10 % WO3 und größer als 8,5 % TiO2, so verliert der jeweilige Zusatz zur Verhinderung der Versteinerung diese Eigenschaft. Darüberhinaus würden die beiden letzten Zusätze WO3 und TiO2 das gewonnene Glas in dermassen großer Menge stark färben, daß dies unerwünscht wäre. Die Zugabe von 0 - 10 % SiO2 als auch von 0 - 4 % Al203 in ein derartiges Glas kann die Viskosität der Glasschmelze erhöhen und man kann somit das Formen des Glases verbessern. Wenn jedoch eine zu große Henrre SiO2 bzw. mehr als 10 (io hiervon zugesetzt wird, oo erschwert dies ein hinreichendes- Schmelzen des Glases und deshalb ist es unzweckmässig, eine so große Menge wie 10 % SiO2 zuzusetzen, unter Berücksichtigung der Schmelzzeit und der Schmelztemperatur. Andererseits kann man durch Zusatz von Al203 dem gewonnenen Glas vorteilhafterweise einen guten chemischen Widerstand verleihen, während ein höherer Be@eich als 4 % hiervon das Glas schwer lösbar machen würde.
• @ahlweise können einige Teile von ZnO durch andere zweiwertige Oxyde, wie MgO, CaO, SrO, BaO, PbO usw. ersetzt werden.
• Jedoch würde ein übermässiger Ersatz durch diese zweiwertigen Oxyde das gewonnene Glas gegen Versteinerung unstabil rachen und es ist somit unzweckmässig, diese zweivalentigen Oxyde übermässig zuzusetzen. Jedoch in dem Bereich weniger als 2,5 % MgO und 10 % CaO, SrO, BaO und/oder PbO, w0xde die Eigenschaft des gewonnenen Glases, versteinerungsfest zu sein, nicht verschwinden. In einem solchen Bereich können die æweiwertigen Oxyde mit dem Zweck verwendet werden, näherungsweise die optischen Konstanten des gewonnenen Glases einzustellen.
• Im nachfolgenden werden verschiedene optische Glassorten gemäß Erfindung zusammen mit ihren zugehörigen optischen Bigenschaften dargestellt (die Prozentangaben sind Gewichtsprozente, sofern nicht anders ausdrücklich anders angegeben).
• B2O3 Ta2O5 La2O3 ZnO d d Schmelztemperatur (°C) 1 23 20 37 20 1,8109 42,8 1060 2 23 20 27 30 1,7950 42,0 1030 3 23 15 42 20 1,8090 44,0 1025 4 25 15 35 20 1,7883 44,2 985 5 25 15 15 45 1,7558 42,7 940 6 25 20 20 35 1,7728 42,3 1015 7 30 5 40 25 1,7567 48,3 1015 8 30 15 40 15 1,7728 46,3 1015 9 30 5 20 45 1,7260 46,7 870 10 30 15 10 45 1,7279 44,2 975 11 35 5 45 15 1,7415 50,6 1020 12 35 5 30 30 1,7229 49,6 935 13 35 5 10 50 1,6935 48,1 935 14 20 15 40 15 SiO2 1,7593 45,3 1075 10 15 31 5 40 20 Al2O3 1,7587 49,9 970 4 16 25 7,5 35 25 ZrO2 1,7963 44,3 1040 7,5 Nb2O5 17 25 10 30 25 1,8123 39,0 970 10 18 25 5 35 35 WO3 1,7843 42,7 940 10 B2O3 Ta2O5 La2O3 ZnO # d γd Schmelztemperatur (°C) 19 25 6,5 35 25 TiO2 1,8353 34,6 1020 8,5 20 23 15 32 27,5 MgO 1,7858 43,7 990 2,5 21 30 5 30 25 CaO 1,7304 49,1 1000 10 SrO 22 30 5 30 25 1,7308 48,9 980 10 BaO 23 30 5 30 25 1,7334 48,6 970 10 PbO 24 25 15 35 15 1,8087 40,6 1010 10 ZrO2 Nb2O5 25 23 7.5 32 30 1,8085 41,1 940 2,5 5 SiO2 ZrO2 26 20 5 30 25 1,8273 36,8 990 5 5 Nb2O5 TiO2 7,5 2,5 SiO2 ZrO2 Nb2O5 27 24 25 22,5 25 1,7991 35,3 980 6 2,5 7,5 WO3 TiO2 5 5 SiO2 Al2O3 ZrO2 28 27 5 30 25 1,7411 45,7 980 5 1 2 Nb2O5 WO3 2,5 2,5 B2O3 Ta2O5 La2O5 ZnO #d γd Schmelztemperatur (°C) SiO2 Nb2O5 WO3 29 20 3,5 37 25 1,8334 38,5 1000 2 5 5 TiO2 2,5 SiO2 ZrO2 Nb2O5 30 25 - 15 40 1,7740 37,2 880 5 2,5 5 WO3 TiO2 2,5 5 SiO2 ZrO2 Nb2O5 31 21 - 30 25 1,8342 34,9 890 4 2,5 7,5 WO3 TiO2 5 5 SiO2 Al2O3 Nb2O5 32 30 - 25 30 1,7112 48,8 940 5 2 3 CaO 5 In der obigen Tabelle sind die Schmelztemperaturen diejenigen, die wie folgt bestimmt wurden: Glasteilchen mit der Siebgrösse 10 - 20 (mesh) werden auf eine aus Platin bestehende Platte in gleichen Abständen von 5 mm angeordnet. Dann wird die Platte mit den Glasteilchen in einen Ofen gesetzt, dessen Temperaturgradient genau überwacht werden konnte. im Ofen werden die Deilchen 30 llinuten lang erhitzt, und nachdem diese vollständig den Gleichgewichtszustand erreicht haben, wird die niedrigste Temperatur, bei der keinerlei Versteinerung stattfindet, gemessen.
• Die Rohmaterialien, die zur Herstellung von Glas gemäss obiger Beispiele verwendet wurden, sind Siliciumpulver, Borsäure, Lanthanoxyd, Tantalpentoxyd, Niobpentoxyd, Zinkweisse, Zirkonoxyd, Wolframoxyd, Titanoxyd, usw. Diese Rohmaterialien werden gleichförmig vermischt, bei 1300 - 1350°C in einem Platintiegel geschmolzen, geklärt und uRgerührt. Die derartig behandelte Substanz wird in einer vorerhitzten Form ausgeformt und dann langsam abgekühlt, wobei man ein optisches Glas gewinnt, das beständige Eigenschaften hat, und die Herstellung im industriellen Masstabe möglich ist. Der Erfindungsgegenstnd ist vorstehend im einzelnen jedoch anhand bestimmter Ausführungsbeispiele beschrieben, so dass ersichtlich ist, dass je nach Einzelfal) äquivalente Ausführungsformen im Rahmen der erfinderischen Lehre möglich sind.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Von Kadmiumoxyd und Thoriumoxyd freies optisches Glas, dadurch gekennzeichnet, dass unter Beibehaltung eines Brechungsindex # d von 1,69 bis 1,84 und einer Abbe schen Zahl γ d von 34 bis 51, das Glas die Bestandteile Boroxyd von der Formel B203, Lanthanoxyd von der Formel La2O3, Zinkoxyd ZnO und Dantaloxyd von der Formel Ta2O5 und/oder Nioboxyd von der Formel Nb2O5 enthält.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass seile Hauptbestandteile die Oxyde B203, La2O3, ZnO und Ta2O5 und/oder Nb2O5 sind, und dass es ausserdem als der Versteinerung entgegenwirkenden Zusatz Wolframoxyd von der Formel WO3, Zirkonoxyd ZrO2 und/oder Titanoxyd i02 enthält.

3. Glas. nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter mit einem Zusatz von Siliciumoxyd SiO2 und/oder Aluminiumoxyd Ai203 versehen ist.

4. Glas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es in Gewichtsprozenten, 18 bis 35Vo B203, 10 bis 45 % La2O3, 15 bis 50 % ZnO, 3 bis 20 % Ta2O5 und/oder Nb2O5, 0 bis 10 % WO3, 0 bis 7,5 %ZrO2, 0 bis 8,5 % TiO2, O bis 10 SiO2 und 0 bis 4% Al2O3 enthält.

5. Glas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es, in Gewichtsprozent, 18 bis 23 % B203, 32 bis 36 c La2O3, 25 bis 30 %ZnO, 5 bis 10 % Nb2O5, 4 bis 7 % WO3, 1 bis 5 % ZrO2 und 3 bis 10 % SiO2 enthält.

6. Glas. nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm der Zusatz ZnO durch mindestens ein anderes Dio=d ersetzt ist bzw. teilweise ersetzt ist.

7. Glas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in ihm ZnO durch MgO, CaO, SrO, BaO und/oder PbO substituiert ist.

8. Glas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es 0 bis 2,5 % MgO und/oder 0 bis 10 % CaO, SrO, BaO und/oderPbO enthält.