DE2625313C2

DE2625313C2 - Mittels Ionenaustausch gehärtete Brillenglaslinse

Info

Publication number: DE2625313C2
Application number: DE2625313A
Authority: DE
Inventors: Emil W. Woodstock Conn. Deeg; Robert E. Southbridge Mass. Graf; David A. Krohn
Original assignee: AO Inc SOUTHBRIDGE MASS US; Ao Inc Southbridge Mass
Current assignee: AO Inc 07950 SOUTHBRIDGE MASS US
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1986-11-27
Also published as: JPS6230401B2; GB1499716A; US3997250A; CA1073678A; JPS528017A; FR2356608A1; DE2625313A1; FR2356608B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine mittels Ionenaustausch gehärtete Brillenglaslinse im System
SiO₂-Al₂O₃-La₂O₃-Na₂O-K₂CK-ZnO-MgO-TiO₂)
wobei die unter Bruchspannung stehende Oberflächenzone eine Tiefe von wenigstens 60 μηι aufweist.

Der Erfindungsgegenstand liegt allgemein auf dem Gebiet der chemischen lonenaustauschbehandlung von Silikatgläsern zur Verstärkung der mechanischen Festigkeit der Oberflächenschicht des Glases. Durch den Austausch wird eine Druckspannung in der Oberflächenschicht erzeugt. Es werden Kaliumionen in diese Oberflächenschicht im Austausch für Natriumionen eingeführt.

Es ist bekannt, einen Natriumionen enthaltenden Glasgegenstand bezüglich seiner mechanischen Festigkeit dadurch zu verbessern, daß der Gegenstand mit einem Alkalimetallionen enthaltenden geschmolzenen Salz in Berührung gebracht wird, wobei diese Alkalimetallionen einen größeren Durchmesser als die Natriumionen in dem Glas aufweisen. An den Stellen, an denen Natriumionen gegen Kaliumionen ausgetauscht werden, entwikkelt sich in der Oberfläche des Glasgegenstandes eine Druckspannung, wie beispielsweise in dem Journal of the American Ceramic Society Band 45, Nr. 2 (Februar 1962), Seiten 59—68, beschrieben ist. Bei den in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren wird der Ionenaustausch bei einer Temperatur unterhalb der unteren Kühltemperatur des Glases durchgeführt, wodurch eine molekulare Rückordnung und ein viskoser Fluß während des Ionenaustausches der in die Glasoberflächen hineinwandernden einwertigen Metallionen verhindert werden. Die aus dem geschmolzenen Salz stammenden größeren Ionen werden praktisch in diejenigen Stellen hineingequetscht, die ursprünglich durch die kleineren Alkalimetallionen eingenommen wurden. Die

durch diesen Überfüllungseffekt bedingte Druckspannung führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Schlagfestigkeit des Glases.

In einer Veröffentlichung mit dem Titel "Strengthening by Ion Exchange" in dem Journal of the American Ceramic Society, Band 47, Nr. 5, Mai 1964, Seiten 215—219 werden Gläser beschrieben, die erhebliche Mengen an Aluminiumoxid oder Zirkonoxid enthalten. Bezüglich dieser Gläser wird ausgeführt, daß ihnen durch lonenaustausch verfahren bei Temperaturen unterhalb der unteren Kühltemperatur (strain point) eine wesentlich verbesserte mechanische Festigkeit vermittelt werden kann. Derartigge Gläser behalten auch nach einem Antrieb, wie er zur Simulation einer üblichen Benutzung durchgeführt wurde, noch eine sehr hohe mechanische Festigkeit bei.

Die lonenaustauschbehandlung von Alkalimetall-Silikatgläsern ist bei Temperaturen sowohl oberhalb der unteren Kühltemperatur des Glases als auch unterhalb der unteren Kühltemperatur des Glases durchgeführt worden. Nach einem Verfahren zur chemischen Vermittlung erhöhter mechanischer Festigkeit gemäß der US-PS 27 79 136 wird ein austauschbare Kalium- oder Natriumionen enthaltendes Silikatglas bei einer Temperatur oberhalb der unteren Kühltemperatur mit einer Lithiumionenquelle behandelt, z. B. unter Einsatz geschmolzenen Lithiumsalzes. Die Lithiumionen wandern in das Glas unter Austausch der Kalium- oder Natriumionen, die nach außen in das Lithiumsalz wandern. Während des Austauschverfahrens tritt in dem Glas eine molekulare Umordnung ein. da der Austausch be.\ eine·" Temperatur oberhalb der unteren Kühltemperatur des Glases erfolgt. Die kleineren Lithiumionen bilden eine neue Oberflächenschicht auf dem Glas, das einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als das ursprüngliche Glas besitzt. Bei Abkühlen des Gegenstandes werden durch die differentielle Wärmeausdehnung Druckspannungen aufgebaut.

In der US-Patentanmeldung Ser.Nor. 3 90 742 wird ein Verfahren zur Behandlung eines Alkalimetallsilikat-Brillenglases vermittels eines lonenaustauschverfahrens beschrieben, bei dem ein Baß aus geschmolzenem Kaliumnitrat bei einer Temperatur von 405—515°C verwendet wird. Diese letztere Temperatur liegt über der unteren Kühltemperatur dieses Brillenglases, jedoch erheblich unter dem Erweichungspunkt des Glases. Das

Verfahren hat den Vorteil, daß hierdurch der Ionenaustausch in einer kürzeren Zeit möglich ist

Die bei Hochtemperatur- und Niedrigtemperatur-Ionenaustauschverfahren erhaltenen Vergleichsergebnisse zeigen, daß das Niedrigtemperatur-Ionenaustauschverfahren zu einem Glas führt, das eine recht dünne unter Druckspannung stehende Oberflächenschicht aufweist Um ein tieferes Eindringen der Ionen in die Oberflächenschicht zu ermöglichen, werden längere Behandlungszeiten benötigt Bei dem Hochtemperatur-Ionenaustauschverfahren, erhält man eine relativ dicke unter Druckspannung stehende Schicht, jedoch werden aufgrund molekularer Umordnungen geringere Druckspannungen aufgebaut

Damit eine in ihren mechanischen Festigkeitswerten verbesserte Brillenglaslinse als zufriedenstellend angesprochen werden kann, muß sie nicht nur einem Zerbrechen durch Schlageinwirkung kurz nach ihrer Herstellung widerstehen, sondern muß auch nach längerer Benutzung und Abrieb eine hinreichende Schlagfestigkeit aufweisen.

Es hat sich herausgestellt, daß die Tiefe des Eindringens der Ionen in die Oberflächenschicht von gleicher Wichtigkeit wie die Verbesserung der Druckspannung ist Dies gilt insbesondere, wenn durch den Ionenaustausch ein zufriedenstellender Wert von etwa 1,05 χ 10⁸Pa-1,4 χ 10⁸Pa Druckspannung erreicht worden ist Die in der US-PS 37 90 260 beschriebene Brillenlinse hoher mechanischer Festigkeit wird dadurch erhalten, daß der Calciumoxidgehalt der Glasmasse begrenzt wird, da gefunden wurde, daß der Einsatz von Calciumoxid eine nachteilige Wirkung auf die mechanische Festigkeit nach einem Abrieb bewirkt Dies liegt an einer Verrringerung der EiDdringtiefe der unter Druckspannung stehenden Oberflächenschicht Gemäß der Lehre der US-PS 37 90 260 werden lediglich sehr geringe Mengen an Calciumoxid bis zu etwa 3% eingesetzt.

Die Brillenglashersteller haben bislang vorzugsweise Natriumoxid-Calciumoxid-Siliziumdioxid-Gläser mit einem Calciumgehalt von 8 bis 15% zum Herstellen von Brillenlinsen eingesetzt. Das Glas von Calciumoxidtyp ist bevorzugt worden, da die Rohmateralien hohen Reinheitsgrades relativ preiswert zur Verfügung stehen. Ferner wird Calciumoxid benötigt, um ein gutes Schmelzen und Verformen sowie gute Verarbeitungseigenschaften des Glases zu gewährleisten.

Aus dem Aufsatz von W. J. Behr, G. Gliemeroth und O. Gott, Brillenglas mit höherer Festigkeit durch Härtung, GlasEmail-Keramo-Technik, Heft 5, Mai 1973, Seiten 149 bis 158, sind zahlreiche Gläser bekannt, die einer chemischen Härtung unterworfen worden sind. Dazu zählen auch Gläser des Systems
SiO₂ - Al₂O₃ - La₂O₃ - La₂O₃ - Na₂O - K₂O.

Trotz zahlreicher bekannter Gläser besteht ein Bedarf nach weiteren Brillenglaslinsen mit einer dickeren, unter Druckspannung stehenden Oberflächenschicht und mit verbesserten Eigenschaften.

Aufgabe der Erfindung war es somit, eine mittels Ionenaustausch gehärtete Brillenglaslinse im System
SiO₂-AI₂O₃-La₂O₃-Na₂O-K₂O(-ZnO-MgO-TiO₂)

wobei die unter Druckspannung stehende Oberflächenzone eine Tiefe von wenigstens 60 μΐη aufweist, zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Glas folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist:

40 45 50

In einer bevorzugten Glaszusammensetzung gemäß der Erfindung beträgt der Gehalt an SiO₂ 60 bis 68 Gew.-%.

Die erfindungsgemäße Brillenglaslinse weist ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf, insbesondere eine hohe Festigkeit, und kann bei Bearbeitungstemperaturen oberhalb oder unterhalb der unteren Kühltemperatur des Glases hergestellt werden. Der Druckspannungswert an der Oberfläche der Brillenglaslinse liegt im Bereich von etwa 1,05 χ 10⁸Pa-1,4 χ 10⁸Pa.

Es wurde gefunden, daß Lanthanoxid in den erfindungsgemäß eingesetzten Gläsern ein schnelles Erreichen einer zufriedenstellenden Eindringdichte der Ionenaustauschschicht dann fördert, wenn es als teilweiser oder vollständiger Ersatz für Zinnoxid eingesetzt wird, das in derartigen Gläsern ebenfalls die Funktion hat, die Tiefe der neutralen Zone bei dem Ionenaustausch zu erhöhen.

Die ertindungsgemäüen Zusammensetzungen führen zu einem Brillenglas, das zum Herstellen von Briiieniinsen mit hoher mechanischer Festigkeit durch chemischen Ionenaustausch im Anschluß an das Gießen, Schleifen, Polieren und Einarbeiten der Kanten in einen Linsenrohling geeignet ist. Es wurde gefunden, daß eine Lanthanoxid enthaltende Brillenglasmasse sich besonders für eine weitere Behandlung zur Verbesserung der mechanisehen Festigkeit des Glases durch chemischen Ionenaustausch eignet.

Die Stärke der dem Ionenaustausch unterworfenen Oberflächenschicht beträgt mindestens 60 μπι und kann Ι50μΐπ oder eine größere Stärke erreichen. Unter dieser Voraussetzung bleiben die guten mechanischen

Na₂O	7-10
K₂O	7-11
La₂O₃	3-15
AI₂O₃	0,2-4
ZnO	0-4
TiO₂	0-5
MgO	0-4
Läuterungsmittel
(Sb₂O₃/As₂O₃/CeO₂)	0-2
SiO₂	Rest
2"Na₂O + K₂O	12-20
J¹MgO + Al₂O₃	0,2-5

Eigenschaften der erfindungsgemäßen Brillenglaslinse auch unter normalen Abriebbedingungen über einen langen Zeitraum erhalten.

Im allgemeinen kann die chemische lonenaustauschbehandlung oberhalb der unteren Kühltemperatur des herkömmlichen Brillenglases durchgeführt werden, indem eine Linse einem Bad aus flüssigem Kaliumnitrat oder Kaliumsulfat bei einer Temperatur oberhalb von etwa 510⁰C ausgesetzt wird. Diese Temperatur liegt oberhalb der unteren Kühltemperatur des Brillenglases, jedoch erheblich unter dem Erweichungspunkt des Glases. Indem das erfindungsgemäße Glas dem Ionenaustausch oberhalb und nicht unter der unteren Kühltemperatur des herkömmlichen Brillenglases unterworfen wird, ergibt sich eine Neigung zu einem stärkeren Eindringen der Kaliumionen in die Oberfläche des Glases, so daß eine tiefere und unter Druckspannung steinende ionenausgetauschte Oberflächenzone innerhalb einer kürzeren Ionenaustauschzeitspanne erhalten wird. Da eine gewisse Relaxation oder molekulare Umordnung während des Ionenaustauschverfahrens bei der angewandten Temperatur oberhalb der unteren Kühltemperatur des herkömmlichen Brillenglases eintritt, liegt eine Neigung zur Entwicklung einer geringeren Druckspannung vor, wie es durch einen verringerten Bruchmodul gemessen wird. Man nimmt jedoch an, daß bezüglich der zwei Parameter, und zwar der Tiefe des Eindringens und der Druckspannung an der Oberfläche, das Erreichen einer ausreichenden Eindringtiefe der unter Druckspannung stehenden Schicht wichtiger ist als das Erreichen eines besonders hohen Wertes der Oberflächendruckspannung, und zwar unter der Voraussetzung, daß eine Oberflächendruckspannung von etwa 1,0SxIO⁸Pa — 1,4XlO⁸Pa erreicht wird. Unter den Bedingungen der praktischen Benutzung, wo die unter Druckspannung stehende Schicht relativ flach ist, können winzige Kratzer diese unter Druckspannung stehende Oberflächenschicht durchdringen und hierdurch das Glas ausreichend dergestalt schwächen, daß dasselbe nicht mehr eine erhöhte mechanische Festigkeit aufgrund der lonenaustauschbehandlung zeigt Die lonenaustauschbehandlung bei einer Temperatur unter der unteren Kühltemperatur des Brillenkronglases ist weiterhin in der US-PS 37 90 260 beschrieben, und hierbei erfolgt ein Austausch bei Temperaturen von 20° bis 120⁰C unter der unteren Kühltemperatur unter der Voraussetzung, daß die Temperatur, bei der der Ionenaustausch zur Durchführung kommt, sich auf wenigstens etwa 350⁰C beläuft Eine übliche Behandlung in geschmolzenem Kaliumnitrat erfolgt über eine Zeitspanne von 16 Stunden bei einer Temperatur von etwa 450° C.

Den erfindungsgemäßen Brillenglaslinsen kannn ein geeigneter Brechnungsindex zusätzlich zu besonders zweckmäßigen Zusammensetzungen, wie sie für den chemischen Ionenaustausch geeignet sind, vermittelt werden. Im allgemeinen soll Brillenkronglas einen Brechnungsindex in dem Bereich von etwa 1,51 bis etwa 1,530 aufweisen. Der übliche Industriestandard des Brechungsindexes beläuft sich zur Zeit auf 1,523. Das erfindungsgemäß eingesetzte Glas weist einen Brechnungsindex innerhalb des obigen Bereiches auf.

Allgemein können die Glasmassen die folgenden Anteile der Bestandteile auf prozentualer Gewichtsgrundlage enthalten:

Ein nicht ausreichender Gehalt an Siliziumdioxid führt zu einer leichten Entglasung und macht das Ausformen

so der Brillenlinse schwierig. Ein zu hoher Gehalt an Siliziumdioxid führt jedoch dazu, daß das Glas hart wird, so daß sich entsprechende Schwierigkeiten bei dem Erschmelzen und Verformen ergeben. Der Gehalt an Siliziumdioxid sollte sich auf etwa 60 bis 68 Gew.-%, vorzugsweise auf etwa 62 bis 66 Gew.-% belaufen.

Aluminiumoxid wird traditionell entweder allein oder in Kombination mit Zirkonoxid in Glas eingesetzt, das einem Ionenaustausch unterworfen wird. Ee wurde gefunden, daß das Ausmaß der erreichbaren Verbesserung der mechanischen Festigkeit wesentlich bei Vorliegen erheblicher Mengen dieser Oxide verbessert wird. So ist beispielsweise aus der US-PS 35 33 888 bekannt, daß bei Vorliegen von 5 bis 25% Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid in einem Glas, das dem chemischen Ionenaustausch unterworfen werden soll, ein Glas erhalten wird, das für eine derartige Behandlung besonders geeignet ist. Es ist deshalb völlig unerwartet, daß ein Lanthanoxid enthaltendes Glas zu einer Brillenglaslinse führt, die nach einem bei einer Temperatur oberhalb oder unter der unteren Kühltemperatur des Glases ausgeführten Ionenaustauschverfahren einen geeigneten mechanischen Festigkeitswert besitzt. Aluminiumoxid braucht nicht angewandt zu werden, um eine Verbesserung der durch Ionenaustausch bedingten mechanischen Festigkeit zu erreichen, dasselbe wird jedoch zweckmäßigerweise in der erfindungsgemäß eingesetzten Glasmasse in Mengen von etwa 0,2 bis etwa 4 Gew.-°/o angewandt, um so eine zufriedenstellende Lebensdauer des Glases zu erreichen. Dies bedeutet Widerstandsfestigkeit gegenüber Erosion unter der Einwirkung von Feuchtigkeit, Säuren und Alkalien.

Das Magnesiumoxid trägt dazu bei, eine Verbesserung der Schmelzeigenschaft des Glases zu erzielen oder die lonenaustauschgeschwindigkeit zu erhöhen. Lanthanoxid bewirkt eine Verbesserung der Schmeizeigenschaft des Glases und fördert auch eine Erhöhung der lonenaustauschgeschwindigkeit.

Bestandteil	Gew.-⁰/	bis	Ό
Natriumoxid	7	bis	10
Kaliumoxid	7	bis	11
Lanthanoxid	3	!bis	15
Aluminiumoxid	*o,:*	bis	4
Zinkoxid	0	bis	4
Titanoxid	0	bis	5
Magnesiumoxid	0	bis	4
Läutermittel (Antimonoxid, Ceroxid,	0		2
Arsenoxid und Gemische derselben)
Siliziumdioxid		Rest

Bei der Durchführung des chemischen lonenaustauschverfahrens unter Anwendung eines Kaliumsalzes kann ein üblicherweise eingesetztes Salz, wie Kaliumnitrat, durch Kaliumsulfat oder ein Gemisch desselben mit Kaliumnitrat ersetzt werden, und es können zufriedenstellende Ergebnisse ebenfalls dadurch erhalten werden, daß eine Paste angewandt wird, die aus einem Gemisch aus einem inerten festen Material, wie Ton, und einem Kaliumsalz besteht, die auf die Oberfläche des Glasgegenstandes aufgebracht wird. Anschließend wird der Glasgegenstand erhitzt

Ein Nachteil des nach dem Stand der Technik durchgeführten lonenaustauschverfahrens besteht bei der Durchführung bei einer Temperatur unterhalb der unteren Kühltemperatur des Glases darin, daß eine relativ flache unter Druckspannung stehende Schicht gebildet wird. Wenn somit die lonenaustauschbehandlung nicht über eine erhebliche Zeitspanne hin zur Ausführung kommt, und zwar vorzugsweise 16 Stunden oder mehr, um so eine ausreichende Tiefe der durch Ionenaustausch behandelten Oberflächenschicht zu erzielen, kann der Vorteil einer Verbesserung der mechanischen Festigkeitseigenschaften dann vollständig verlorengehen, wenn diese Oberfläche selbst nur sehr milden abreibenden Einflüssen unterworfen wird, wie dies während einer normalen Benutzung praktisch unvermeidbar ist. Bestimmte Ausführungsformen der erfindungsgemäß eingesetzten Glasmassen ermöglichen eine ausreichende mechanische Festigkeit und Tiefe des Eindringens der ionenausgetauschten Oberflächenschicht, und zwar sogar nach einer Behandlungszeit von nur 6 Stunden bei einer Temperatur unterhalb der unteren Kühltemperatur des Brillenkronglases. in jedem Fall ergibt sich eine in geeigneter Weise bezüglich ihrer mechanischen Festigkeitseigenschaften verbesserte Brillenglaslinse, die ihre mechanische Festigkeit unter den Bedingungen einer normalen Benutzung aufrechterhält. Die Tiefe der unter Druckspannung stehenden Oberflächenschicht beträgt mindestens 60 μπι und vorzugsweise 80 bis 150 μπι.

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele erläutern verschiedene erfindungsgemäße Aspekte; die Zahlenwerte sind Gewichtsprozente.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Gläser werden in Platintiegeln unter Anwenden herkömmlicher Verfahren der Glasherstellung hergestellt Die Rohmaterialien bestehen aus hochreinem Siliziumdioxid, Aluminiumhydroxid, Magnesiumoxid, Nitraten und Karbonaten des Natriums und Kaliums, Titandioxid, Lanthanoxid, Arsenoxid 2s und Antimonoxid usw. Alle diesse Bestandteile werden vor dem Schmelzen gründlich vermischt. Bei der Herstellung der Gläser wird ein Platintiegel mit einem Fassungsvermögen von 2,5 1 in einem elektrischen Ofen auf 1425° C vorerhitzt. Der Ansatz wird sodann in Anteilen von 400—500 g in den Tiegel überführt. Nachdem der Tiegel ausreichend gefüllt ist wird die Temperatur 3 Stunden lang auf 1480⁰C erhöht. Die Schmelze wird 16 Stunden bei 1370⁰C gehalten und sodann 6 Stunden bei 134O⁰C gerührt. Das Glas wird anschließend bei dieser Temperatur in eine Scheibe gegossen, in einen Temperofen überführt und gemäß der folgenden Arbeitsweise getempert

Das Glas wird bei einer Temperatur von etwa 565° C über eine Zeitspanne von etwa 1 Stunde gehalten und sodann mit einer Geschwindigkeit von etwa 15° C bis etwa 5O⁰C pro Stunde abgekühlt, bis das Glas Raumtemperatur erreicht hat Sodann werden aus diesem Glas Stangen geschnitten und einer lonenaustauschbehandlung in einem Kaliumnitratbad 6 Stunden lang bei 510⁰C und 16 Stunden lang bei 454°C unterworfen. Die erstere Temperatur liegt oberhalb der unteren Kühltemperatur des herkömmlichen Brillenkronglases und die letztere Temperatur liegt unterhalb der unteren Kühltemperatur dieses Glases. Es wird eine photoelastische Analyse durchgeführt wobei die Oberflächendruckspannung anhand von Glasscheibe gemessen wird, die aus den genannten Stangen herausgeschnitten werden. Es wird ein Polarisationsmikroskop verwendet, das mit einem Quarzkeil-Kompensator ausgerüstet ist. Die Tiefe der Druckspannungsschicht wird mit einem Polarisationsmikroskop in einer Freidel-Konfiguration zusammen mit einem Filar-Okular gemessen.

Beispiel 1 und 2

Die in der nachfolgenden Tabelle I wiedergegebenen Glasproben werden durch Verschmelzen von Siliziumdioxidsand, Salzen des Natriums und Kaliums, Lanthanoxid usw. unter Anwendung der in der Tabelle I wiedergegebenen Anteile hergestellt

Nachdem die gegossene Scheibe gemäß der oben angegebenen Verfahrensweise getempert worden ist, werden aus der Scheibe Stangen geschnitten und bezüglich ihrer physikalischen Eigenschaften ausgewertet die in der Tabelle II wiedergegeben sind. Es erfolgt sodann ein Ionenaustausch bei einer Temperatur entweder oberhalb der unteren Kühltemperatur des herkömmlichen Brillenglases 6 Stunden lang oder bei einer Temperatur unterhalb der unteren Kühltemperatur über eine Zeitspanne von 16 Stunden, und zwar unter Anwenden von Temperaturbedingungen, die in der Tabelle III wiedergegeben sind.

Tabelle I
Glaszusammensetzungen für den Ionenaustausch

C	Bestandteile	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
J				(Kontrolle)	(Konirolle)
	SiO₂	Rest	Rest	Rest	63,7
	Na₂O	9,0	9,0	8,2	8,3
IO	K₂O	10,0	10,0	8,9	8,1
	CaO	—	_	8,5	—
	MgO	_		_	3,2
	La₂O₃	15,0	15,0	_	—
	Al₂O₃	0,2	2,5	1,9	3,0
15	ZnO	—	—	3,0	10,7
	B₂O₃	—	_	_	1.1
	TiO₂	—		0,5	1.1
	Läuterungsmittel
	Sb₂O₃	0,25	0,25	0,5	0,5
20	As₂O₃	0,25	0,25	0,5	—

Tabelle II
Physikalische Eigenschaften der Gläser für den Ionenaustausch (vor dem Ionenaustausch)

Physikalische Eigenschaften

Beispiel 1 Beispiel 2

Beispiel 3 (Kontrolle)

Beispiel 4 (Kontrolle)

Brechnungsindex (no)	1,525	1,527	1,523	1,523
untere Kühltemperatur (⁰C)	497	484	500	499
Erweichungspunkt (⁰C)	727	746	731	735
Ausdehnungskoeffizient (⁰C χ 10⁶)	10,7	10,1	10,3	10,4

Tabelle III
Mechanische Festigkeit der Glasmassen nach dem Ionenaustausch¹)

Physikalische Eigenschaften

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4

(Kontrolle) (Kontrolle)

Oberflächendruckspannung 10⁸ Pa

a) b)

nach 16 Std. bei 454° C nach 6 Std. bei 51O⁰C

Tiefe der neutralen Zone²) (μπη)

a) nach 16 Std. bei 454° C

b) nach 6 Std. bei 510° C

c) % Zunahme gegenüber Beispiel 3 50 (Kontrolle)

2,09
1,37

163
150
a)154
b)183

2,36 1,715

151 140 134 164

2,24 1,98

64 53

') KNO₃-Bad

²) gibt die Dicke der ionenausgetauschten Oberflächenschicht wieder.

Beispiele 3 und 4 (Kontrollen)

betreffen nicht den Erfindungsgegenstand

Es werden Gläser nach dem Stand der Technik aus einem herkömmlichen Brillenkronglas (Beispiel 3) und einem Glas hergestellt, das demjenigen nach der US-PS 37 90 260 (Beispiel 4) entspricht Diese Gläser werden hergestellt, sodann dem Ionenaustausch unterworfen und unter Anwendung der gleichen Verfahrensweisen, wie weiter oben beschrieben, bewertet. Die Zusammensetzungen und Prüfergebnisse sind in den Tabellen I —III

wiedergegeben.

Weiterhin werden die Gläser nach den Beispielen 3 und 4 bezüglich deren Widerstandsfähigkeit gegenüber Zerbrechen bewertet, und zwar unter Anwendung des herkömmlichen Kugelfalltests, nachdem 16 Stunden lang ein Ionenaustausch bei 454°C in einem Kaliumnitratbad ausgeführt worden ist. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV zusammengefaßt. Bei diesem Test wird eine Stahlkugel mit einem Durchmesser von 16 mm auf die nach oben gerichtete äußere Oberfläche einer aus dem Glas hergestellten Linse fallengelassen. Die Höhe in cm,

26 25 313	5
bei der die Linse zerbricht, wird als die Kugelfallhöhe wiedergegeben. Die für das Zerbrechen der Linse erforderliche Kraft ausgedrückt in mxkg kann anhand der gemessenen Höhe berechnet werden und ist ebenfalls für jede Linse angegeben. Man sieht, daß die für das Zerbrechen der Linse erforderliche Energie in m χ kg in etwa proportional der Tiefe der neutralen Zone dieser Gläser, siehe Tabelle III, ist. Es wird davon ausgegangen, daß dieses Verhältnis eine grobe Approximierung der wahrscheinlichen mechanischen Festigkeit der erfindungsgemäß eingesetzten Gläser (Beispiele 1 und 2) unter den Testbedingungen des Kugelfalltests ermöglicht.	10
Tabelle IV Widerstand gegenüber Zerbrechen; Bewertung anhand des Kugelfalltests
Beispiel3 Beispiel 4	15
I Kugelfallhöhe bei Zerbrechen (cm) 575 965 I erforderliche Kraft für das Zerbrechen der 0,049 0,083 Linse vermittels Kugelfalltest (m χ kg)	20
	25
	30
E	35 40
■ s f j 1	45
i	50
j	55
J

Claims

Patentansprüche

1. Mittels Ionenaustausch gehärtete Brillenglaslinse im System SiO₂-Al₂O₃- La2C>3—Na₂O-K₂O(—ZnO-MgO-TiO₂) wobei die unter Druckspannung stehende Oberflächenzone eine Tiefe von wenigestens 60μπι aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas folgende Zusammensetzung in Gew.-% aufweis':

Na₂O 7-10 K₂O 7-11 La₂O₃ 3-15 Al₂O₃ 0,2-4 ZnO 0-4 TiO₂ 0-5 MgO 0-4 Läuterungsmittel (Sb₂O₃/As₂O₃ZCeO₂) 0-2 SiO₂ Rest .JNa₂O + K₂O 12-20 2"MgOH-Al₂O₃ 0,2-5

2. Brillenglaslinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an SiO₂ 60 bis 68Gew.-°/o beträgt