DE2633946A1 - Optisches glas - Google Patents

Optisches glas

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DE2633946A1
DE2633946A1 DE19762633946 DE2633946A DE2633946A1 DE 2633946 A1 DE2633946 A1 DE 2633946A1 DE 19762633946 DE19762633946 DE 19762633946 DE 2633946 A DE2633946 A DE 2633946A DE 2633946 A1 DE2633946 A1 DE 2633946A1
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optical glass
oxide
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Kazufumi Ishibashi
Shizui Matsumaru
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00—Glass compositions
    • C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
    • C03C3/23—Silica-free oxide glass compositions containing halogen and at least one oxide, e.g. oxide of boron
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    • Y10S501/90—Optical glass, e.g. silent on refractive index and/or ABBE number
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  • Glass Compositions (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE A. GRUNECKER
OPI--ING
H. KINKELDEY
C Q Q Q / C W> STOCKMAiR
K. SCHUMANN
KlBERHAT-DlFt-PHYS
P. H. JAKOB
CHPU-If-IIi
G. BEZOLD
cn bsi rJAT- opl-chem.
8 MÜNCHEN
MAXIMILIANSTRASSE
28. Juli 1976 P 10 703-60/co
NIPPON EOGAEU E. E.
2-3, Marunouchi 3-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan
Optisches Glas
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Glas mit hohem Brechungsindex und niedriger Dispersion, insbesondere auf ein optisches Glas mit einem Brechungsindex nd in dem Bereich von 1,71 bis 1,85 und einer Abbeschen Zahl ^d in einem Bereich von 4o bis 57.
Ein optisches Glas von hohem Brechungsindex und niedriger Dispersion wurde bisher unter Verwendung von Thoriumoxid her gestellt, um ihm die Eigenschaften eines hohen Brechungsindexes und einer niedrigen Dispersion .zu verleihen. Jedoch. ist der Einsatz von Thoriumoxid als ein Bestandteil uner-
70 9807/1-01,0.
ORJGiNAL
2633346
wünscht, da Thorium radioaktiv und für den menschlichen Körper schädlich ist.
Es wurde vorgeschlagen, anstelle von Thoriumoxid Yttriumöxid zu verwenden, um dem Glas die Eigenschaften eines hohen Brechungsindexes und einer niedrigen Dispersion zu geben. Beispielsweise zeigt Glas eines Dreikomponentensystems B2O3-La2O3-Y3O3 einen hohen Brechungsindex und niedrige Dispersion. Jedoch führt der Einsatz dieser drei Komponenten allein leider zu einer sehr starken Entglasungstendenz und entsprechend ist der Glasbildungsbereich sehr eng, so daß Ss unmöglich wird, ein stabiles optisches Glas mit den gewünschten optischen Konstanten zu-erhalten. Ein Bestandteil, wie Ta3O5, ZrO2 oder CdO, der einen hohen .Brechungsindex vermittelt, kann zu dem Dreikomponentensystem B7O3-La7O-J-Y-O3 hinzugegeben werden. Wenn jedoch der Gehalt von derartigen zusätzlichen Bestandteilen 5% überschreitet, nimmt die Äbbesche Zahl ab, so daß daher die Menge derartiger Bestandteile auf einen sehr kleinen Prozentgehalt beschränkt werden Muß, was wiederum dazu führt, daß ein Glas mit einem weiten Brechungsindex-Bereich nicht erhalten werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Glas, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es Sauerstoff- und Fluorionen als Anionen und als Oxid berechnete Kationen in den folgenden öewichtsprozentbereichen
709807/1030
B2°3 Io - 44
La3O3 3o - 66
Y2°3 4 - 31
ZrO2 0 ■- 11
Ta2O5 0 - 21
Gd2O3 0 - 12
Nb2O5 0 - 19
RO 0 - 9
PbO 0 - 10
TiO2 0 - 8
und GeO2 0 - 26
enthält t
wobei RO einen Bestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen aus der Gruppe der Verbindungen MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO
darstellt und ein Teil der Sauerstoffionen zu 0,2 bis 10 Gewichtsprozent - bezogen auf das Glas - durch Fluorionen ersetzt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Glas von hohem Brechungsindex und niedriger Dispersion zur Verfügung gestellt, das grundsätzlich aus einem Vierkomponeni
tensystem B3O -La3O -Y 0_-F besteht und das frei von Thorium ist, aber das· einen Brechungsindex nd in dem Bereicn von 1,71 bis 1,85 und eine Abbesche Zahl ^d in dem Bereich von 4o bis 57 aufweist.
709807/1030 ORIGINAL INSPECTED
Das Fluor enthaltende Vierkomponentensystem gemäß der Erfindung enthält Fluor in einem Bereich von o,2 bis Io Gewichtsprozent. Es hat gegenüber dem Dreikomponentensystem B3O3-La2O^-Y2O3, den Vorteil, daß es eine sehr niedrige Schmelztemperatur ("liquidus temperature") schafft. Bei dem erfindungsgemäßen Glas ist die Tendenz zu entglasen bemerkenswert reduziert, was zu einem Glas führt, das stabil ist und leicht hergestellt werden kann. Bei einer Glaszusammensetzung gemäß der Erfindung ist der Glasbildungsbereich weit ausgedehnt und entsprechend ist der Bereich des Brechungsindexes stark ausgeweitet. Insbesondere ermöglicht es die erfindungsgemäße Zusammensetzung im Vergleich zu dem Dreikomponentensystem B3O3-La2O3-Y2O3, das lediglich einen Brechungsindex im Bereich von 1,727 bis 1,751 liefert, ein stabiles Glas herzustellen, das einen Brechungsindex zwischen 1,713 und 1,758 aufweist.
Obwohl das B3O3-La2O3-Y5O3-F - System als ein Vierkomponentensystem einen weiten Glasbildungsbereich zeigt, gestattet die vorliegende Erfindung auch die Herstellung eines optischen Glases unter weiterem Zusatz wesentlicher Mengen eines Bestandteils, wie Ta2O5, ZrO3, Gd3O3, Ub3O5, RO (wobei RO einenBestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen aus MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO darstellt), PbO, TiO2 oder GeO3, die den Brechungsindex ohne beachtenswerte Verminderung der Abbeschen Zahl vergrößern. Einige optische Gläser, die diese Bestandteile enthalten, haben
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einen Brechungsindex bis zu 1,848. Herkömmliche Systeme, die Oxide alleine enthalten, führen bei einem Brechungsindex in der Größenordnung von 1,85 zu einem instabilen Glas. Das Fluor enthaltende System gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung eines stabilen Glases. Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung zeigt eine bemerkenswert niedrige Entglasungstendenz, was auf das darin enthaltene Fluor zurückzuführen ist, und entsprechend wird ein weiter Glasbildungsbereich geschaffen und der Einschluß eines Bestandteiles zur Erhöhung des Brechungsindexes möglich gemacht.
Ein erfindungsgemäßes optisches Glas hat nicht nur einen hohen Brechungsindex und eine niedrige Dispersion, sondern auch hervorragende Eigenschaften im Hinblick auf den Transmissionsfaktor, die chemische Beständigkeit, die maschinelle Bearbeitbarkeit usw.
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Glases wird nun anhand von fünf Zusammensetzungsbereichen gezeigt. Es soll darauf hingewiesen werden, daß die angegebenen Prozentwerte der Oxide Werte darstellen, die durch Berechnung der in dem Glas enthaltenen positiven Ionen als Oxide erhalten wurden. · In dem wirklichen Glas sind die Sauerstoffionen unter diesen positiven Ionen durch Fluorionen gemäß der folgenden Gewichts-
pro z ent angaben ersetzt..
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- 6 Erster Zusammensetzungsbereich
B2O3 ' - 10-44 Gew, %
La2O3 30 - 66 Gew. %
Y2O3 4 - 31 Gew. %
ZrO2 0-11 Gew.%
Ta2O5 0-21 Gew,%
Gd2O3 0-12 Gew, %
25 0-19 Gew. %
RO 0-9 Gew. %
PbO 0 - 10Gew,%
0-8 Gew,%
GeO2 0-26 Gei?,%
F 0,2-10 Gew»%
(RO ist ein Bestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen der Verbindungen MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO)
B3O3 führt zu einer Entglasung, wenn es weniger als Io Gewichtsprozent ausmacht. Und es führt zu einer Auftrennung in zwei Phasen, wenn es den Wert von 44% überschreitet. La3O3 erhöht die Dispersion, wenn es weniger als 30% ausmacht und verursacht eine Entglasung, wenn es den Wert von 66% überschreitet. ^2°3 bewirkt eine Entglasung, wenn es unter 4%
liegt und wenn es den Wert von 31% überschreitet. ZrO-,
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OFUGlNAL iNSPECTED
O5, Gd3O3, Nb2O5, R0f PbO, TiO2 und GeO2 verursachen eine Entglasung, wenn sie die Werte 11%, 21%, 12%, 19%, 9%, 10%, 8% bzw. 26% überschreiten. Fluor führt zu einer Entglasung, wenn es weniger als o,2% ausmacht, während ein homogenes Glas nicht erhalten werden kann, wenn der Wert von 10% überschritten wird.
Ein Glas, das gegen die Erscheinung der Entglasung stabiler als das Glas des ersten Zusammensetzungsbereiches ist, hat die folgende Zusammensetzung:
Zweiter Zusammensetzungsbereich
B2O3 Io - 44 Gew.%
La3O3 30-66 Gew.%
Y3O3 4-31 Gew.%
ZrO2 1-11 Gew.%
Ta3O5 1-21 Gew.%
RO 0-9 Gew.%
GeO2 0-26 Gew,.%
F o,2 - 10 Gew.%
Ein Glas, das eine weiter gesteigerte Stabilität gegen Entglasung zeigt, hat die folgende Zusammensetzung: ·
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Dritter Zusaittmensetzungsbereich
B2°3 12 - 34 Gew.%
La2O3 40 - 48 Gew.%
Y2°3 9 - 12 Gew.%
ZrO2 L - 9 Gew.%
Ta2O5 3 - 14 Gew.%
RO O - 4 Gew.%
GeO2 O - 23 Gew.%
P 0,2 - Ir 5 Gew.%
Ein Glas, das eine gesteigerte Stabilität gegenüber der Erscheinung der Entglasung zeigt und bei dem die optischen Konstanten des Brechungsindexes nd in einem Bereich von 1,76 - 1,79 und der Abbezahl Vd zwischen 47 und 5o liegen, hat die folgende Zusammensetzung.
Vierter Zusainmensetzungsbereich
B2°3 29 - 34 Gew.%
La2O3 40 - 45 Gew.%
Y2°3 8 - 12 Gew.%
ZrO2 4 - 9 Gew.%
Ta2O5 3 - 10 Gew.%
RO 1 - 4 Gew.%
F o,4 - O ,7 Gew.%
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Ein Glas, das verbesserte Stabilität gegenüber dem Entglasen zeigt und dessen optische Konstanten des Brechungsindexes nd in einem Bereich von 1,80 bis 1,84 und der Abbeschen Zahl Vd in einem Bereich von 43 bis 47 liegen, hat die folgende Zusammensetzung:
Fünfter Zusammensetzungsbereich
B2°3 12 - 26 Gew.%
La2O3 41 - 48 Gew.%
Y2O3 8 - 11 Gew.%
ZrO2 1 - 8 Gew.%
Ta2O5 6 - 14 Gew.%
GeO2 6 - 23 Gew.%
F o,6 - 1 ,5 Gew.%
Eins optisches Glas gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung von Oxiden, Carbonaten, Nitraten oder Fluoriden als Material für jeden Bestandteil hergestellt werden. Diese Materialien werden in dem gewünschten Verhältnis abgewogen, ausreichend gemischt, um die Verbindung zu bilden, die in einen Platintiegel eingebracht in einem elektrischen Ofen auf eine Temperatur von 1200 bis 1350° C erhitzt wird, um das Material zu schmelzen und aufzubereiten. Danach wird das Material zur Homogenisierung gerührt und dann in eine Gießform gegossen. Das Fluormaterial kann
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• - Io -
ein Fluorid mit einem Kation sein. Die Art des Kations kann frei in Übereinstimmung mit der Art des Glases gewählt werden. Lanthanfluorid oder Yttriumfluorid werden bevorzugt.
Verschiedene Beispiele eines erfindungsgemäßen optischen Glases werden nachfolgend im Hinblick auf die Zusammensetzungen (analysierte Werte; Gewichtsprozentangaben der Oxide werden erhalten, wenn die positiven Ionen des Glases als Oxide berechnet werden; die Gewichtsprozente des Fluors sind auf Glas bezogen)/ auf den Brechungsindex nd und die Abbesehe Zahl Vd gezeigt.
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709807/1030
CD CO CX) O
CD CO O
Beispiel 9 10 11 12 13 14 - * - 15 16 •
B2°3 . 31.36 33.46, 34.31 16.28 12.01 13.30 _ - 12.77 18.82 12.58
La2O3 47.16 50.33 51.62 5O.96 32.13 46.70 - 42.01 43-84 0.88
Y2°3 7.26 7.75 7.95 12.26 · 8.49 9.95 . 15.19 9.8I 9.74 1.8207
ZrO2 - 8.46 · - 6.26 2.11 1.5 - 4.19 44.6
Ta2O3 14.22. - - - 7-95 12.75 I.8356 I9.OO 10.83
Gd2O3 - - - - 9.4i • 43.5 - -
MgO • - - 0.57 - - - -
CaO - - 0.79 - - -
SrO - - 1.46 - - - -
BaO - - 2.16 - - -
ZnO - ,- 1.15 - - -
GeO2 - - 2O.5O 1 23.76 . 16.41
F 0.86 0.93 0.97 1.3 0.80 . O.62
nd 1.7723 1.7712 1.7423 1.8015 1.8399 1.8477
If d 48.7 50.9 54.0 47.5 42.6 41.8
Γ- (V. m ΙΛ ri I I • I • I ΙΛ I * I I CM • ■ I Γ CM * ON VD ft - !>!,
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■
709807/1030
OBJGiNAL INSPECTED
Beispiel 24 25 26 1 - - 17.42
B2°3 32.57 30.6'i 13.8** LOS
La2O3 43.85 42.30 V3.32 1.8404
Y2°3 9.22 7.72 10.42 43.3
ZrO2 6.28 7.86 2.00
Ta2°5 6.23 10.01 13.00
Nb2O5 - -
BaO 0.61 0.85
ZnO 1.2'* 0.62
PbO - -
TiO2 . - -
GeO2 - -
F O.5O 0.48
nd I.7728 1.7880
U el 4,:* '.7.5.
709807/1030
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ein optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex und einer niedrigen Dispersion, insbesondere mit einem Brechungsindex nd in dem Bereich von 1,71 bis 1,85 und einer Abbezahl \?d in einem Bereich' von 40 bis 57 in industriellem Maßstab hergestellt werden, um stabile Produkte zu liefern.
Es wird angenommen, daß die mit der erfindungsgemäßen optischen Glaszusammensetzung erzielbaren Vorteile und verbesserten Ergebnisse anhand der verschiedenen, vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung erkennbar sind. Es können jedoch vielfältige Abänderungen und Modifikationen der Erfindung vorgenommen werden, ohne sich von deren Wesen oder aus deren Rahmen zu lösen, der sich aus den folgenden Ansprüchen ergeben soll.
- Patentansprüche -
709807/1030 "
ORIGINAL INSPECTEO

Claims (9)

  1. - 16 Patentansprüche
    Optisches Glas, dadurch gekennzeichnet, daß es Sauerstoff- und Fluorionen als Anionen und als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    B2°3 La2O3 Y2O3 ZrO2 Ta2O5 Gd2O3 Nb2O5, RO
    PbO
    TiO2
    und GeO. 0-26
    enthält, wobei RO einen Bestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen aus der Gruppe der Verbindungen MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO
    darstellt und ein Teil der Sauerstoffionen zuo,2 bis 10 Gewichtsprozent - bezogen auf das Glas - durch Fluorionen ersetzt ist.
    10 - 44 30 - 66, 4 - 31, 0 - 11, 0 - 21, 0 - 12, 0 - 19, 0 - 9, 0 - 10, 0 - 8
    709807/1030
  2. 2. Optisches Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen in·den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    B2°3
    La2O3     10 -
    30 -     44
    t
    66<         Y2°3 4 - 31, ZrO2 1 - 11« Ta2O5 1 - 21k RO 0 - 9 und
    GeO2     O - 26
    enthält,
    wobei RO einen Bestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen aus der Gruppe der Verbindungen MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO
    darstellt und ein Teil der Sauerstoffionen zu ο,2 bis 10 Gewichtsprozent - bezogen auf das Glas - durch Fluorionen ersetzt ist.
  3. 3. Optisches Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    709807/1030 ORIGINAL INSPECTED
    B2°3 und GeO2 12 - 34, La2O3 40 - 48, Y2O3 8 - 12, ZrO2 1 - 9, Ta2O5 3 - 14, RO O - 4 O - 23
    enthält, wobei RO einen Bestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen von
    MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO
    darstellt und ein Teil der Sauerstoffionen zu o,2 bis 1,5 Gewichtsprozent - bezogen auf das Glas - durch Fluorionen ersetzt ist.
  4. 4. Optisches Glas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    B2°3 und RO 29 - 34, La2°3 40 - 45, Y2°3 8 - 12, ZrO2 4 - 9 , Ta2O5 3 - Io 1 - 4 enthält,
    ORIGINAL INSPECTED 709807/1030
    wobei RO einen Bestandteil oder eine Kombination von zwei oder mehreren Bestandteilen von
    MgO, GaO, SrO, BaO und ZnO
    darstellt, und ein Teil der Sauerstoffionen zu ο,4 bis ο,7 Gewichtsprozent - bezogen auf das Glas - durch Fluorionen ersetzt ist.
  5. 5. Optisches Glas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    B2°3 12 - 26, La2O3 41 - 48, Y2°3 8 - 11, ZrO2 1 - 8t Ta2O5 6 - 14 und
    GeO     6 - 23
    enthält,
    wobei ein Teil-der Sauerstoffionen durch o,6 bis 1,5 Gewichtsprozent Fluorionen - bezogen auf das Glas τ ersetzt ist,
  6. 6. Optisches Glas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    709807/1030
    - 2ο -
    Β2°3 24,97, La2°3 43,47, Υ2°3 9,θ7, ZrO2 6,71, Ta2O5 8,51 GeO2 7,21
    und
    enthält, wobei ein Teil der Sauerstoffionen durch o,67 Gewichtsprozent Fluorionen- bezogen auf das Glas - ersetzt ist.
  7. 7. Optisches Glas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen In den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    B2°3 32,57, La2O3 43,85, Y2°3 9,22, ZrO2 6,28, Ta2°5 6,23, BaO 0,61 und
    ZnO     1,24
    enthält, wobei ein Teil der Sauerstoffionen durch o,5 Gewichtsprozent Fluorionen - bezogen auf das Glas - ersetzt ist.
    709807/1030
  8. 8. Optisches Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen ■ ;
    B2°3 30,64t La2O3 42,3Of Y2°3 7,72 / ZrO2 7,86 f Ta2O5 10,01 / BaO 0,85 Und ZnO 0,62
    enthält, wobei ein Teil der Sauerstoffionen durch o,48 Gewichtsprozent Fluorionen - bezogen auf das" Glas - ersetzt ist.
  9. 9. Optisches Glas nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß es als Oxid berechnete Kationen in den folgenden Gewichtsprozentbereichen
    B2°3 13,84, La2O3 43,32,. - Y2°3 10,42/ ZrO2 2,00/ Ta2O5 ■
    und
    GeO2     13,00
    17,42
    enthält, wobei ein Teil der Sauerstoffionen durch I,o8 Gewichtsprozent Fluorionen - bezogen auf das Glas - ersetzt
    ist* 709807/1030
DE2633946A 1975-07-28 1976-07-28 Thoriumfreies optisches Glas des Systems B&darr;2&darr;O&darr;3&darr;-La&darr;2&darr;O&darr;3&darr; mit einer Brechung von n&darr;d&darr; gleich 1,71 bis 1,85 bei v&darr;d&darr; gleich 40 bis 57 Expired DE2633946C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP50091161A JPS5215510A (en) 1975-07-28 1975-07-28 Optical glass

Publications (3)

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DE2633946A1 true DE2633946A1 (de) 1977-02-17
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