DE2321805A1 - Opakglaeser mit kleinem waermeausdehnungskoeffizienten - Google Patents
Opakglaeser mit kleinem waermeausdehnungskoeffizientenInfo
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- DE2321805A1 DE2321805A1 DE19732321805 DE2321805A DE2321805A1 DE 2321805 A1 DE2321805 A1 DE 2321805A1 DE 19732321805 DE19732321805 DE 19732321805 DE 2321805 A DE2321805 A DE 2321805A DE 2321805 A1 DE2321805 A1 DE 2321805A1
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- Glass Compositions (AREA)
Description
Soci£t£ des Yerreries Industrielles R§unles du Loing
90-92, Rue Baudin ·
F-92 Levallois-Perret
Opakgläser mit kleinem ¥är-meausdehmingskoeffizieriten
Die Erfindung "bezieht sich auf Borsilkatgläser, diedurch
Entmischen der Glasfasern (separation de phases vitreuses)
opalisieren und einen mittleren Y/ärmeausdehnungskoeffizierrben
zv.dschen 25 und 40 · 1O"7/°C (zwischen 0°C und 3000C) besitzen.
Das G-las gemäß der Erfindung zeichnet sich durch
hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber alkalischen Spülbzv.'.
Reinigungsmitteln aus und erlaubt es, Tafelgeschirr
für eine intensive Benutzung herzustellen, wie sie in Großküchen oder Kantinen, üblich ist. Die entmischte Phase
309846/0926
dieser Gläser "besteht aus annähernd kugelförmigen Tröpfchen,
die untereinander nicht verbunden sind.
Die FR-PS 1 28? 584 'beschreibt eine Gruppe opalisierender
Borsilikatgläser mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten,
einer guten Opazität r einer hohen Iiiderstandsfählgkelt
gegenüber Wasser und Säuren und guten Schmelz- und Formeigenschaften, Diese Gläser entstehen,
χϊθώώ. man in das ternäre System SiOp, BpQ-,, Alkalioxyd M^O,
als opak machende Bestandteile ein oder mehrere Oxyde MO
der folgenden Metalle einführt; Zn5 Mg, Ca, Ba, Fe, Ni, Co,
Cu, '
«jedoch besitzen die Gläser gemäß dieser Patentschrift
im allgemeinen eine zu geringe WiderStandsfähigkeit gegenüber
den heute bekannten alkalischen Spül- bzw. Reinigungsmitteln,
vile sie vor allen Dingen in Geschirrspülmaschinen
auf Kochtöpfe oder Tafelgeschirr einwirken. Die alkalischen Spül- bzv.r.. Reinigungsmittel erzeugen auf der Oberfläche eine
Porosität, die das SchönheItsempfinden stört und die
Fleekenbildung durch in den Behälter aufbewahrte Speisen
begünstigt.
Eine Möglichkeit diese Veränderungen beträchtlich zu begrenzen
und zu verringern besteht darin, ein Glas herzustellen, bei dem die entmischten Partikel zumindest angenähert
kugelförmige Tröpfchen bilden* die untereinander keine Verbindung besitzen. Auf diese Weise erfasst die Einwirkung des Spül- bzw, Reinigungsmittels nur einige
Partikel sehr nahe der Oberfläche, sie kann sich jedoch nicht ausbreiten und die Glasmatrix auflösen, da "dies
sehr viel mehr Zelt erfordern würde. Eine heute schon be-
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2321800
.-er- ■
kannte Möglichkeit diese Struktur zu erzeugen, besteht darin, kleine Mengen von MoO^, WO·, oder As2O^ der Glasmasse beizufügen,
die im wesentlichen aus 70 bis 80 % SiO2, 8 bis 15 ^
BpO-T und den geeigneten Mengen von Alkalioxyden oder Erdalkalioxyden
besteht.
Eine weitere Möglichkeit diese Struktur nicht miteinander
in Verbindung stehender Tröpfchen auszubilden, besteht darin, eine Zusammensetzung zu benützen, die im wesentlichen aus
Li0O, B0O-T, ZnO und SiO0 besteht, bei der die Konzentrationen
2 ' 2 ο 2 -
hauptsächlich in bezug auf das Li2O, B2O7, und gewisse Verunreinigungen relativ kritisch sind.
Nichtsdestoweniger ergeben sich aus den bisher angegebenen
Lösungen ernste Nachteile für eine industrielle Produktion: LipO, MoO^ und ViO^ stellen sehr teuere Bestandteile dar, bei
MoO-, und IiO- besteht zusätzlich die Gefahr, daß sich die
Gläser auf unem-iünschte Art verfärben und schließlich bildet
AspO^ eine Vergiftungsgefahr für die Arbeiter.
Die Gläser nach der Erfindung enthalten im wesentlichen
in Gewichtsprozenten:
SiO2 : 70 bis 76 %
B2O7 : 11,5 bis 13,5 % .
ZnO : 7,5 bis 10 %
BaO : 2,2 bis 3,3 %
Na2O : 1,7 bis 2,05 5$
Gewisse weitere Bestandteile wie SiO2, B0O^1, ZnO, BaO und,
Na2O können bis zu einem ungefähren. Gehalt von 3 /j -vorh-enden
sein, sei es, αε-.β sie als Verunreiniglmnen aus" der -Schmelzvorrichtung
standen," sei es, daß s5.e "absichtlich.hinzugefügt
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werden um das Glas zu veredeln oder zu färben. Sie sind jedoch
nicht Voraussetzung für die geforderte Opazität und Haltbarkeit des Glases; andererseits besteht bei gewissen
Oxyden die Gefahr, daß sie zumindest dann die Eigenschaften des Glases nachteilig beeinflussen, wenn sie überhalb eines
gewissen Gehaltes auftreten, einen Gehalt, der sehr niedrig se(in kann, wie es beispielsweise bei dom das Opalisieren
beeinträchtigende AIpO^ der-Fall ist.
Die Opazität der hierjzu betrachtenden Borsilikatgläser beruht
auf eine?." Entmischung bzw* einer Aufspaltung im .Imieren
des Glases in angenähert kugelförmige Partikels die einen
von dem der Gla.smatrix abweichenden Brechungskoeffizienten
besitzen. Wenn die einzelnen Partikel genügend zahlreich sind, geeignete Abmessungen haben und eine hinreichend gleichmassige
Verteilung, so ergibt dies eine Lichtstreuungs die
dem Glas ein homogenes Aussehen verleiht, es opalisieren · laßt, mehr, oder weniger opark macht und bewirkt die hohe
Widerstandsfähigkeit gegenüber einem oberflächlichen Einwirken 'von alkalischen Spül·= bzw» Reinigungsmitteln» die
meistens in höheren Konzentrationen als notwendig, verwendet werden.
Weitere Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervoro -
Die Zeichnungen zeigen ins
Figo 1 eine- elektronennikroskopische Aufnahme eines zur
Zeit hergestellten Industrieglaces;
Figo 2 eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Glcu-o:;
nach der Jirfindung s das in bezug auf Fleck
und Opazität die besten Eigenschaften aufweist;
Fig. 3 eine' elektronenmikroskopisehe Aufnahme eines anderen
Glases ähnlicher Zusammensetzung, mit geringerer Haltbarkeit und hoher Opazität.
Die graue Marke am unteren Ende jeder Figur entspricht einer Länge von 1 p. -
Vergleicht man die Gesamtheit'der Glaszusammensetzungen, die
durch Entmischung der Glasphasen opalisieren, der nachfolgenden Tabelle I, so kann man diese in drei Gruppen einteilen:
Die Gruppe A umfasst zwei handelsübliche Zusammensetzungen,
die Gruppe B besteht aus zehn Zusammensetzungen, die den Bereich der Erfindung bezeichnen, die Gruppe C M3.den fünf
Zusammensetzungen mit etwas schlechteren Eigenschaften als die Gläser der vorigen Gruppe, die deshalb außerhalb des gewählten
Bereiches der Zusammensetzungen liegen. In einer Gruppe D sind sechs weitere Zusammensetzungen zusammengefasst,
die. in hohem Maße die Eigenschaften der Glassorten"nach der
Erfindung besitzen. Die Zusammensetzung aller Glassorten ist in Gewichtsprozenten angegeben, wie sie der Analyse entsprecho2i.
In der Tabelle II sind einige physikalische Eigenschaften der Glassorten nach Tabe3.1e I zusammengestellt.
Dazu hat man an vorbereiteten Mustern verschiedene
physikalische Größen gemessen, die in Tabelle II wiedergegeben
sind. Der Wärmeausdehnungskoeffizient in Einheiten von
10"'/°C wurde zwischen O0C und 3'000C gemessen. Die Glühtemperatur
wird auf die übliche Weise aus dem Verlauf des
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2*321 8OB
Ausdehnungskoeffizienten des Glases bestimmt. Die Opazität vrird mit Hilfe des diffusen Reflektionskoeffizienten vor
schwarzem Hintergrund ausgedrückt und mittels des Gerätes ELREPHO von ZEISS bei einer Wellenlänge von 530 Manometern
gemessen. Eine Glassorte hat eine sehr hohe Opazität, die jedoch als geeignet angesehen v/erden kann, wenn der
Koeffizient über 75 % liegt. Bevorzugt man jedoch eine
stärkere Opazität mit einem Koeffizienten über 80 %, so
ergibt dies bei Abwesenheit von Farbstoffen ein sehr weißes Opalisieren.
Schließlich soll darauf hingewiesen werden, daß die "Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spül- bzw. Reinigungsmitteln durch die Zeitdauer ausgedrückt wird, die ein Muster unter
bestimmten Versuchsbedingungen verbringen muß, um eine "bestimmte Abnutzungsstufe zu erreichen. Bei dem" Versuch wird
das Muster in eine Lösung des Spülmittels der Marke MACH 1 von 8O0C und einer Konzentration von 3 g pro Liter getaucht.
Nach einer vorherbestimmten Zeitdauer von 5 Stunden, 20, Stunden, 40 Stunden, 60 Stunden usw., entfernt nan die
Musteraus der Flüssigkeit und bemalt sie mit einer anlösenden,
organischen, gefärbten Flüssigkeit der Marke DY-CiCIl,
läßt die Flüssigkeit 5 Minuten lang einwirken und wäscht sie dann ab. Die Schwierigkeiten die es. bereitetf die Farbe
abzuwaschen, ist ein Maß für die Veränderung der Glasoberfläche. Das Glas wird, als angegriffen, betrachtet, wenn die
Farbe sich nicht mit einem trockenen Tuch entfernen läßt?
läßt sich die Färbe mit Hilfe eines· ra.it Spül- bzw. -Reinigungε
mitte !lösung; getränkten Tuches entfernen, so sa^;t man die
Einwirkung hat das TTiveau A erreicht, während man sagt die
Einwirkung hätte das Niveau B erreicht-," wenn sich der Farbstoff auch auf diese Weise nicht entfernen läßt.·
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Man betrachtet ein Glas dann als brauchbar, wenn das Niveau B nach Ablauf von nur 60 Stunden erreicht wird; soll ein
Glas als besonders widerstandsfähig gelten, so darf es nach der selben Zeltdauer nur das Niveau A erreichen.
Überschreitet man dabei die engen Grenzen des Mischungsverhältnisses,
so erreicht man eine Einwirkung vom Niveau B häi&g schon nach Ablauf von 20 Stunden, und ziemlich häufig
nach Ablauf von 5 Stunden.
Bezieht man sich auf die Tabellen I und II, so stellt man
fest, daß selbst die opalisierenden Borsilikatgläser industrieller Fertigung wie die Beispiele No. 1 und 2 der nachfolgenden
Tabelle I nicht genügend Widerstandsfähigkeit besitzen,
um sie für die Verwendung in Gemeinschaftsküchen (Restaurants, Hospitäler, Schulen, Armeeküchen, usw0,)
empfehlen zu können, wo sie einer starken Beanspruchung
unterworfen würden, obwohl diese Gläser als der beste heutzutage bekannte Kompromiß ausgewählt wurden, der die
industriellen Fertigungsmöglichkeiten, die Opazität und die Haltbarkeit berücksichtigt. Die geringe Widerstandsfähigkeit
gegenüber Spül- bzw. Reinigungsmitteln, die nach dem heutigen Stand der Technik erreicht wird, erklärt sich aus der
schnellen und häufig unvorhersehbaren Veränderung der Eigenschaften, wenn nur geringe Abweichungen von der Oxydart oder
vom Oxydgehalt nach der FR-PS 1 20? 584 stattfinden. Sehr
häufig beeinträchtigt eine.Veränderung des Mischungsverhältnisses,
die eine Eigenschaft verbessern soll, ein oder mehrere andere in stärkster Weise,, So ergibt Z0Bo das Einführen von CaO oder von MgO der Oberfläche nach Druck ein" o
perlmuttartiges Aussehen^ sobald die Gehalte ausreichend
hoch sindρ um die Haltbarkeit merklich zu verbesserno
.Eine Untersuchimg der starken Veränderungen von Industriegläsern
unter Einwirkung von Alkalien hat zwei wesentliche Paktoren aufgezeigt: Zunächst verändert sich die entmischte
Phase dann sehr stark, wenn die einzelnen Partikel dieser' Phase miteinander mehr oder weniger in Verbindung stehen.
Unter diesen Umständen lösen die Spül- bzw.' Reinigungsmittel die entmischte Phase auf und breiten sich im Glase entlang
der Verbindungskanäle zwischen den Partikeln aus. Die durch
das Auflösen der entmischten Phase sich öffnenden Poren
lassen bestimmte Farbstoffe, die in den Nahrungsmitteln enthalten sind, leichter eindringen, wodurch der Angriff noch
auffälliger und schädlicher wird..
Die beiliegenden elektronenmikroskopischen Aufnahmen zeigen den Zusammenhang zwischen der Struktur der entmischten Phase
und der ¥iderstandsfähigkeit gegenüber Spül- bzw. Reinigungsmitteln, wie er bei heutigen und den erfindungsgemäßen
Produkten besteht.
Fig. 1 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines
Industrieglases, das der Gruppe A angehört. Die Zusammensetzung
dieses Glases ist in Spalte 1 der Tabelle I angegeben. Diese Fotografie läßt deutlich erkennen, daß die
meisten der Partikel eine längliche Form besitzen, und daß diese Form einem uriedervereinigungsphänomen im Verlaufe des
Vorgangs d.er Phasenentmischung-zugeschrieben werden muß.
Ein anderes Industrieglas, das Beispiel No. 2 der Tabelle
I besteht im wesentlichen aus den selben Oxyden wie das
oben angegebene, mit einen). Zusatz von BaO und besitzt den--,
noch nur eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Gpül—
bzw .,"Reinigungsmitteln. Kan hat jedoch festgestellt, dcß
sich mit den 'selben Grundbestandteilen ein I-Iis
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finden läßt, der den Gläsern eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Spül- bzw. Reinigungsmitteln und gleichzeitig für
eine industrielle Fertigung wünschenswerte Eigenschaften verleiht.
Dies war a priori unter keinen Umständen vorherzusehen, wenn man die sehr mittelmässigen Ergebnisse berücksichtigt,
die beim Test an dem Glas nach Beispiel No. 2 festgestellt wurden und hat dazu geführt, für die gegenwärtige
Untersuchimg den Umfang eines speziellen Bereiches festzulegen, von dem bekannt ist, daß er sehr enge Grenzen bezüglich
der Anteile der einzelnen Komponenten besitzt, wovon einige innerhalb einer sehr kritischen Variationsbreite verbleiben
müssen, wie das Glas der Beispiele der nachfolgenden
Tabelle.
Hit Hilfe der an der großen Gruppe der Gläser mit entmischten
Phasen durchgeführten Versuche gelang es, diese Nachteile zu vermeiden und nichtsdestoweniger ein Glas herzustellen,
dessen "viderStandsfähigkeit gegenüber Spül- bzw.
Reinigungsmitteln sich auf einem Niveau befindet, das von dem der opalisierenden Borsilikatgläser der heutigen
industriellen Fertigung sehr verschieden ist und es erlaubt, diese Gläser unter Anwendungsbedingungen einzusetzen, die
heutzutage keramischem Geschirr vorbehalten sind. Die Gläser mit hoher "Widerstandsfähigkeit bestehen im wesentlichen aus
SiO0, B0O.,, ZnO mit einer sehr kleinen Variationsbreite der
Mischungsverhältnisse, deren Enge zurückzuführen ist auf die Schnelle der Änderung der Eigenschaften des opalisierenden
Borsilikatglases in Abhängigkeit von der Art und dem Gehalt seiner Bestcindteile.
Der in der Erfindung genauer abgegrenzte Bereich ist in
erster Linie durch eine Forabination der oben angegebenen Oxyde mit folgenden Gewichtsprozenten gekennzeichnet:
309846/0926 . - 10 -
SiO2 | : 70 | bis 76 % |
B2O3 | : 11 | ,5 bis 13,5 % |
ZnO | : 7, | 5 bis 10 % |
BaO | : 2, | 2 bis 3,3 5-> . |
Na2O | • Λ * * $ |
7 bis 2,05 %. |
Die Gläser v/erden bei 1500 bis 16000C geschmolzen, zu Platten
bzw. Geschirrartikeln durch Walzen bzw. Pressen mit metallische Werkzeugen geformt, auf 600°C- wiedererwärmt bzw.-geglüht, und
anschließend *zur Entwicklung der Opazität 15 bis 30 Minuten
lang zwischen 700 und 7500C thermisch behandelt. Dieses
Temperaturmaximum und die Dauer sind durch das Bestreben gerechtfertigt,
Gläser mit möglichst.geringen industriellen
Produktionskosten auszuwählen. Der Vorgang des Opakwerdens
hängt in gleichem Maße von der· Zeitdauer und der Temperatur
ab, so läßt sich die selbe Opazität mit einer längeren Dauer bei niedrigerer Temperatur erreichen; für jede Zusammensetzung
muß man das optimale Zeit/Temperaturverhältnis bestimmen,
um eine geeignete Opazität ohne Verformung zu erreichen.
Man stellt fest, daß die Variationsbreite der Mischungsverhältnisse
besonders schmal im Hinblick auf BaO und Na2O ist.
So haben z.B. bei gleichem Gehalt an BaO, -die Gläser No. 3 '
und 4, die 1,9 % Na2O besitzen, eine sehr viel höhere Haltbarkeit
als die Gläser No. 11, 17, 14 und 15, die jeweils:
2,0 -.2,1 - 2,1 - 2, 4 # Na2O enthalten. Das gleiche gilt
für den Gehalt an Na2O. So besitzen die Gläser No. 3, 7 und
15 bei einem einheitlichen Gehalt an Na2O eine Haltbarkeit,
die in dem Maß abnimmt, in dem der Gehalt von BaO von 2,8
über 3,1 bis auf 3,7 % "ansteigt. Im allgemeinen gilt indem
hier betrachteten Bereich der Mischungsverhältnisse, daß
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1 - 11 -
eine Veränderung von BaO "bzv/. Na2O, die die ¥iderstandsfähigkeit
verbessert, die Opazität verringert; z.B. verändert sich das Glas No. 17, das 2,1 % Na2O enthält, sehr ·
viel stärker und ist in höherem Maße opak als das Glas No. 8, das 1,7 ?4 Na2O enthält, wobei der Gehalt der anderen
Komponenten gleich bleibt; das gleiche gilt für das gut brauchbare Glas No. 11, das 2, 8 % BaO aufweist und das
sich sehr viel leichter verändert und stärker opak ist als das Glas No. 10, das 2,5 % BaO enthält, während der
Gehalt der anderen Bestandteile gleich bleibt. Man wird feststellen, daß gewisse Gläser der Gruppe D, AIpO, in
einem Anteil enthalten, der 1 % nicht übersteigt (Beispiele
18, 19 und 20), während Beispiel 21 gleichzeitig Li2O und
Na2O in einer Menge enthält, die 2 ■% nicht übersteigt.
In allen den genannten Beispielen weisen die erhaltenen Produkte exzellente Opazitätswerte auf und eine sehr hohe
Haltbarkeit bei der gewünschten Anwendung. - .
Die Abbildung 2 zeigt ein Glas der Zusammensetzung No,-der
Tabelle I. Man kann feststellen, daß die regelmäßig runde Form der Partikel die Ausbreitung eines
chemischen Angriffes wenig wahrscheinlich macht. Die Fig. 3 entspricht einem Glas der Zusammensetzung No. 17,
dessen Struktur weniger gleichmäßig und dessen Haltbarkeit geringer ist, wie sich Tabelle II entnehmen läßt. ..
Im Inneren des oben angegebenen Bereiches ist es also
möglich, gleichzeitig eine gute Opaleszenz und eine hohe
Widerstandsfähigkeit gegenüber Spül- bzw. Reinigungsmitteln
zu erhalten, wie dies die Beispiele 3 bis 12 zeigen. ¥ill man Gläser erhalten, die gleichzeitig.sehr widerstandsfähig
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sincl (d.h. das Einwirkungsniveau A nach Ablauf von Stunden nicht überschreiten) und sehr hell sind (zumindest
bei Abwesenheit von Farbstoffen, wenn nicht gar
sehr opak, d.h. daß sie einen diffusen Reflektionskoeffizienten
von über 80 % aufweisen), so muß man die Grenzen der Mischungsverhältnisse noch enger .ziehen; innerhalb
derer man die Beispiele No. 3t ^ "^ä- 5 findet,
Mischungsverhältnisse, deren Anteile folgende Gewichtsprozente aufweisen:
SiO2 : | 72 | bis | ν 5 ψ. |
B2O3 : | 12 | bis | 13 % |
ZnO^ : | 8, | 4 bis | Q c' |
BaO : | 2, | 6 bis | 3 % |
Na?0 : | 1, | 8 bis | 1,95 So |
Selbstverständlich kann man zugeben, daß diese sehr
enge Variationsbreite der Mischungsverhältnis-se die
Zugabe von bis zu ungefähr. 3- /5 verträglicher und bekannter
Oxyde in Form von Farbstoffen oder ähnlichem erlaubt.
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73P65 | 73,1 | 72,2 | 73t9 | 74,0 | 74,5 12,7 |
||
B2°3 ZnO 3a0 U2V Ma7D |
12p7 | 12,7 | 12,7 | 12P7 | 12,7 | ca* | |
Oj.25 | OfS | 1f 0 | ca | "7,5 | |||
.0,6 | B, 6 | GP6 | 8t6 | 8f6 | 3P5 | ||
2.8 | 3/1 | 2pO | 2,0 0yD 1,5 |
2,0 | - | ||
2p0 | 1,8 | ||||||
2 „Ό | ' 1,9 |
Haltbarkeit
Zeit (h.)
Niveau
Zeit (h.)
Niveau
Opazität
10 60
00
GO
60
22
60
8
23
B2
T~
309846/0925
Patentansprüche
- 17
Claims (3)
1. Opalisierendes Borsilikatglas mit opakem Aussehen
oder starkem Opalisieren, dadurch gekennzeichnet,
daß es eine sehr hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Spül- bzw. Reinigungsmitteln-aufweist und daß seine Zusammensetzung
im wesentlichen die folgende ist:
2. Opalisierendes Borsilikatglas einer Zusammensetzung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die
Struktur der entmischten Glasphase sich aus annähernd kugelförmigen Tröpfchen zusammensetzt, die untereinander keine Verbindung
besitzen.
3. Opalisierendes Borsilikatglas nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es bevorzugt innerhalb der
folgenden Mischbereiche liegt:
SiO2 : 72 bis 75 Gew.-%
B2O^ : 12 bis 13 Gew.-#
Zno" : 6,4 bis 9 Gew.-^
BaO : 2,6 bis 3 Gew.-?S
Na2O : 1,6 bis 1,95 Ge\i.-%
309846/0926
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