DE2729706C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft hochzirkonhaltige optische Borosilikatgläser mit mittleren bis hohen Brechzahlen, relativ niedrigen Abbe- Zahlen und negativen anomalen Teildispersionswerten sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Der Bedarf an optischen Gläsern mit speziellen physikalischen Parametern ist für den rechnenden Optiker in jüngster Zeit stark angestiegen. Für die Neurechnungen optischer Systeme, insbesondere Mikro- und Fotoobjektive, werden in zunehmendem Maße Gläser optischer Qualität mit hohen Brechzahlen n _e bei gleichzeitig möglichst geringeren Abbe-Zahlen _e benötigt, die als weiteren bestimmenden Parameter noch eine negative anomale Teildispersion "Δ _e " aufweisen. Durch den Einsatz dieser Spezial-Gläser gelingt es dem rechnenden Optiker wesentlich besser, die Abbildungsfehler von Optik- Systemen zu eliminieren bzw. den Korrektionszustand eines Objektives zu verbessern. Die anomalen Teildispersions-Werte spielen hierbei die entscheidende Rolle.

In der DE-PS 14 96 563 sind nähere Einzelheiten über die Bedeutung, die Anwendung und die Nomenklatur von optischen Gläsern mit anomalen Teildispersionen aufgeführt.

Neben diesen rein physikalischen Eigenschaften, die für moderne optische Gläser gefordert werden, muß der Glas-Fachmann jedoch auch die chemisch-technologischen Anforderungen berücksichtigen, d. h. die Gläser müssen möglichst großtechnisch herstellbar sein und sie dürfen keine ausgeprägte Kristallisationstendenz aufweisen. Für eine wirtschaftliche Herstellungsweise sind nicht zu hohe Schmelztemperaturen erforderlich. Schließlich spielen auch bearbeitungstechnische Faktoren bei der Auswahl und dem Einsatz derartiger Gläser eine große Rolle.

Es sind zwar bereits Zusammensetzungen für Gläser bekannt, die im wesentlichen aus Kieselsäure (SiO₂), Borsäure (B₂O₃), Zirkondioxid (ZrO₂) und Erdalkalioxiden bestehen; diese Gläser haben sich jedoch für eine gewerbliche Verwertbarkeit als nicht geeignet erwiesen, da sie wegen ihrer ausgeprägten Kristallisationsneigung nur in kleinen - und damit unwirtschaftlichen - Einheiten erschmolzen werden können. Würde man vergleichbare Gläser herstellen wollen, die anstelle der Alkalioxide Erdalkalioxide enthielten, so wären die negativen Abweichungen von der sogenannten "Normalgeraden", als die "Δ _e "-Werte, wesentlich geringer.

Aus der DE-PS 69 13 356 ist ein Verfahren zur Herstellung von optischen Gläsern mit hohen Brechzahlen und geringer Streuung bekannt, in welchen unter anderem ein oder mehrere Oxide der Elemente Titan, Yttrium, Zirkon, Niob, Lanthan, Tantal und Wolfram enthalten sind. Weitere Zusätze können Thorium und Hafnium sein. Diese bekannten Gläser haben jedoch andere Werte in ihren n _e / _e -Parameterpaaren. Außerdem sind keinerlei Angaben bezüglich der geforderten Anomalie der Teildispersion aufgeführt.

Die aus der US-PS 35 29 980 bekannten optischen Gläser liegen ebenfalls in anderen Bereichen des n _e / _e -Lageplans. Zudem weisen sie Summenanteile von (SiO₂ + B₂O₃) zwischen 47,5 und 67,0 Gew.-% auf und liegen damit wesentlich über den entsprechenden Werten in der vorliegenden Erfindung. Außerdem liegt der ZrO₂-Gehalt mit 2,0-7,5 Gew.-% deutlich unter dem erfindungsgemäßen Ansatz.

Darüber hinaus ist aus der GB-PS 8 12 576 ein Brillenglas geringer Dichte bekannt, über dessen Dispersionseigenschaften aber keine Angaben enthalten sind. Der Gesamtchemismus dieser bekannten Gläser weist jedoch gravierende Unterschiede zu den erfindungsgemäßen Beispielen auf.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Gläser zu beseitigen und solche optischen Gläser zu schaffen, die neben ihren aufeinander abgestimmten n _e / _e -Werten zusätzlich negative anomale Teildispersionen zur Korrektur des sekundären Spektrums optisch abbildender Systeme aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung derartiger optischer Gläser anzugeben.

Die Gläser gemäß vorliegender Erfindung haben die weiteren Vorteile, daß sie sich bis zu relativ niedrigen Abgußtemperaturen herrunterrühren lassen, ohne zu kristallisieren. Nur dadurch gelingt es, schlieren- und entmischungsfreie Gläser in größeren Einheiten zu erhalten.

In der nachfolgenden Tabelle sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht (in Gewichts-Prozent). Dabei wurden zusätzlich zu den einzelnen Komponenten auch Zwischensummen von Komponenten- Gruppen eingetragen, die wegen ihrer ähnlichen Wirkungen in komplexen anorganischen Mehrkomponentensystemen zweckmäßigerweise zusammengefaßt werden. Am Ende jeder Vertikalspalte sind die physikalischen Parameter angegeben:

n _e :Brechzahl; _e :Abbe-Zahl (Reziprok-Wert der Dispersion);δ _g :anomale Teildispersion, wobei gilt: dabei bedeuten die tiefgestellten Indizes:
g = blaue Quecksilberlinie (453,84 nm),
F′ = blaue Cadmiumlinie (479,99 nm),
C′ = rote Cadmiumlinie (643,85 nm); -Δ _e :Negativabweichung von der sog. "Normalgeraden", wie sie beispielsweise in der Zeichnung der DE-PS 14 96 563 graphisch dargestellt wurde.

In der Tabelle sind außer den glasbildenden Hauptbestandteilen Kieselsäure (SiO₂) und Borsäure (B₂O₃) sowie der essentiellen Komponente Zirkondioxid (ZrO₂) noch die Alkaliverbindungen Lithiumoxid (Li₂O) und/oder Natriumoxid (Na₂O), Bariumoxid (BaO), Germaniumoxid (GeO₂) sowie Tantal- und Nioboxid angegeben.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gläser wird anhand des folgenden Schmelzbeispiels näher erläutert:

Eine Einwaage von 5 kg, die aus

20 Gew.-%SiO₂ 23,8 Gew.-%B₂O₃ 17,7 Gew.-%ZrO₂ 17,9 Gew.-%Na₂O 20,6 Gew.-%Ta₂O₅

besteht, wird gut gemischt und danach portionsweise in einen auf 1380°C aufgeheizten Platintiegel eingelegt. Nach dem Einschmelzen des Gemengesatzes wird bei 1430°C 10 Minuten lang geläutert und anschließend bei 1385°C etwa 100 Minuten unter ständigem Rühren homogenisiert. Dann wird innerhalb weniger Minuten bis zur Abgußtemperatur von 1150°C heruntergerührt und in vorgewärmte Formen abgegossen.

Die optischen Parameter des nach obigem Verfahren erschmolzenen Glases lauten nach der Feinkühlung:

n _e = 1,641323 _e = 42,23 δ _g = 0,4970 Δ _e = -7,02.

In Abhängigkeit von der jeweils gewählten Einwaage variieren naturgemäß die anzuwendenden Schmelzbedingungen (Temperatur, Zeit), ohne die in Anspruch 2 angegebenen Intervalle für die Temperaturen bzw. die Reaktionszeiten zu unterschreiten bzw. zu überschreiten.

Tabelle (in Gew.-%)

Claims (2)

1. Zirkonhaltige Borosilikatgläser mit Brechzahlen n _e im Bereich von 1,6413 < n _e < 1,7054, Abbe-Zahlen _e im Bereich von 42,2 < _e < 35,8 sowie negativen anomalen Teildispersionswerten Δ _e zwischen -5,2 und -7,6, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus den folgenden Komponenten (in Gew.-%) zusammengesetzt sind:

• (a) 17,3 bis 24,8 SiO₂
  15,8 bis 23,8 B₂O₃,
  wobei die Summe (SiO₂ + B₂O₃) zwischen 33,2 und 43,8 beträgt;
• (b) 13,5 bis 17,7 ZrO₂,
  wobei die Summe (SiO₂ + B₂O₃ + ZrO₂) zwischen 48,4 und 61,5 beträgt;
• (c) 0 bis 1,0 Li₂O
  14,0 bis 19,8 Na₂O,
  wobei die Summe der Alkalioxide zwischen 14,9 und 19,8 beträgt;
• (d) 0 bis 2,0 BaO
• (e) 0 bis 5,0 GeO₂,
  wobei die Summe der vierwertigen Oxide (ZrO₂ + GeO₂) zwischen 13,5 und 20,6 beträgt;
• (f) 0 bis 5,0 Nb₂O₅
  20,6 bis 33,1 Ta₂O₅,
  wobei die Summe der fünfwertigen Oxide (Nb₂O₅ + Ta₂O₅) zwischen 20,6 und 36,1 beträgt.

2. Verfahren zur Herstellung von Gläsern nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• (a) Erhitzen des Gemenges in einem Platintiegel auf eine Temperatur zwischen 1345 und 1400°C;
• (b) Läutern des Schmelzgutes bei einerm Temperatur zwischen 1385 und 1450°C während einer Zeit von 7 bis 15 Minuten:
• (c) Homogenisieren unter ständigem Rühren bei einer Temperatur zwischen 1360 und 1400°C während einer Zeit von 80 bis 120 Minuten;
• (d) Herrunterrühren innerhalb einer Zeit von 3 bis 8 Minuten bis zur Abgußtemperatur zwischen 1135 und 1185°C;
• (e) Abgießen in vorgewärmte Form-Behälter.