DE2742539A1 - Glas fuer ultraschallverzoegerungsleitungen - Google Patents

Glas fuer ultraschallverzoegerungsleitungen

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DE2742539A1 DE19772742539 DE2742539A DE2742539A1 DE 2742539 A1 DE2742539 A1 DE 2742539A1 DE 19772742539 DE19772742539 DE 19772742539 DE 2742539 A DE2742539 A DE 2742539A DE 2742539 A1 DE2742539 A1 DE 2742539A1
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Description

Bisher hat man zum Zwecke der Miniaturisierung von Glasverzögerungsmedien in Ultraschallverzögerungsleitungen die Anzahl der Reflexionen der Schallwelle im Glasverzögerungsmedium erhöht. Wenn jedoch das Glasverzögerungsmedium unter Erhöhung der Anzahl der Reflexionen miniaturisiert wird, so kommt es aufgrund von Brechungen der Wellen im Verzögerungsmedium nachteiligerweise zu einem erhöhten Anteil an Störsignalen. Ein Glasverzögerungsmedium für eine Ultraschallverzögerungsleitung wurde in den folgenden Patentschriften beschrieben: US-PS 3 154 425; GB-PS 1 118 422; GB-PS 1 232 933 und GB-PS 1 290 213. Die Glasverzögerungsmedien gemäß diesen Druckschriften haben eine große Scherwellen-Fortpflanzungsgeschwindigkeit oder Schubwellen-Fortpflanzungsgeschwindigkeit (V), so daß es schwierig ist, das Glasverzögerungsmedium ohne Erhöhung des Anteils der Störsignale zu miniaturisieren.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallverzögerungsleitung mit einem miniaturisierten Glasverzögerungsmedium zu schaffen, welches im wesentlichen nicht zu Störsignalen führt, indem man ein Glas mit einer geringen Schubwellen-Fortpflanzungsgeschwindigkeit (V) verwendet. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Glasverzögerungsmedium für eine Ultraschallverzögerungsleitung zu schaffen, welches eine niedrige Schmelztemperatur hat und stabil ist sowie leicht verarbeitbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Glasverzögerungsmedium geschaffen, welches die folgenden Komponenten in Gewichtsprozent umfaßt: SiO 42 bis 27; PbO 71 bis 52;
PbF0 10 bis 0; BaF0 10 bis 0; KHF0 9 bis 0; K0SiF, 7 bis 0; / Z 2. 2. b
Na0SiF, 5 bis 0; K0O 12 bis 0; Na0O 6 bis 0; ZnO 6 bis 0; CdO 6 bis 0; BaO 10 bis 0; SrO 6 bis 0; ZrO 5 bis 0;
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5 bis 0; La3O3 7 bis 0; Al3O3 5 bis 0; O3 9 bis 0; Sb3O3 + As3O3 2 bis 0.
Herkömmliche Ultraschallverzögerungsleitungen umfassen im allgemeinen ein Verzögerungsmedium aus Glas sowie einen Eingangswandler zur Umwandlung der elektronischen Signale in die entsprechenden mechanischen Schwingungen, vorzugsweise Schubwellen und einen Ausgangswandler zur Umwandlung der mechanischen Schwingungen in die entsprechenden elektrischen Signale. Der Eingangswandler und der Ausgangswandler bestehen aus piezoelektrischem Material, z. B. aus Quartz oder Bleizirkonat-titanat. UltraschallVerzögerungsleitungen mit diesem Aufbau sind in Videobandaufzeichnungsgeräten (VTR) und Videoplattenspielern (VD) erforderlich. Verzögerungsleitungen in der Signalausfallkompensationsschaltung dieser Geräte müssen einen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit (TCDT) im Bereich von etwa - 6,7 χ 10 /°C (-10 bis 60 c) haben. Die anderen elektronischen Komponenten von Videogeräten bestehen bereits weitestgehend aus Festkörpereinrichtungen und integrierten Schaltungen. Daher besteht ein erhebliches Bedürfnis nach einer Miniaturisierung der Verzögerungsleitung.
Erfindungsgemäß wird ein Glas mit einer Fortpflanzungsgeschwindigkeit (V) der Schubwelle oder der Scherwelle von nicht mehr als 2,40 Km/sec und vorzugsweise nicht mehr als 2,3O Km/sec als Verzögerungsmedium für die Ultraschallverzögerungsleitung verwendet. Daher kann das Verzögerungsmedium miniaturisiert werden, ohne daß die Anzahl der Reflexionen erhöht wird, d. h. ohne Steigerung der Störsignale. Die Schmelztemperatur des Glases ist bemerkenswert niedrig und beträgt nur 990 bis 1150 °C, so daß die Herstellung des Verzögerungsmediums äußerst einfach ist. Ferner hat das Glas eine erhebliche Stabilität.
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Das erfindungsgemäße Glasverzögerungsmedium für die Ultraschallverzögerungsleitung besteht im wesentlichen aus den folgenden Komponenten in Gewichtsprozent:
SiO2 42 bis 27
PbO 71 bis 52
PbF2 10 bis O
BaF2 10 bis O
KIIF2 9 bis O
K2SiF6 7 bis O
Na2SiF6 5 bis O
K2O 12 bis O
Na2O 6 bis O
ZnO 6 bis O
CdO 6 bis O
BaO 10 bis O
SrO 6 bis O
ZrO2 5 bis O
TiO2 5 bis O
La2O3 7 bis O
Al2O3 5 bis O
B2O3 9 bis O
Sb3O3 + As2O3 2 bis O
Das Glas besteht vorzugsweise im wesentlichen aus den folgenden Komponenten (Gewichtsprozent):
SiO2 37 bis 27
PbO 71 bis 57
PbF2 10 bis O
BaF2 10 bis O
KIIF2 9 bis O
K2SiF6 7 bis O
Na2SiF6 5 bis O
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K2O 10 bis 0
Na2O 5 bis 0
ZnO 5 bis 0
CdO 5 bis 0
BaO 9 bis 0
SrO 5 bis 0
ZrO2 4 bis 0
TiO2 4 bis 0
La2O3 6 bis 0
Al2O3 4 bis 0
B2O3 7 bis 0
Sb2O3 + As2O3 1 bis 0
Das Glas der oben genannten Zusammensetzung sowie der bevorzugten Zusammensetzung kann zusätzlich zu den angegebenen Komponenten noch Verunreinigungen enthalten,sowie kleine Mengen von zufälligen Nebenbestandteilen. Im folgenden sollen die Gründe für die Auswahl der einzelnen Bereiche angegeben werden: Dabei läßt man sich von dem Gesichtspunkt leiten, daß das Glas eine geringe Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schubwelle haben soll, sowie eine ausgezeichnete Homogenität, Beständigkeit und Stabilität sowie eine niedrige Schmelztemperatur und eine leichte Verarbeitbarkeit. Der TCDT-Wert des Glases liegt außerhalb des Bereiches von - 6,7 χ 10~5/°C im Falle SiO3 < 27 % oder PbO > 71 %. Ferner ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schubwelle oder Scherwelle zu groß im Falle SiO_ ^ 42 % oder PbO ^ 52 %, so daß die Miniaturisierung Schwierigkeiten bereitet. Der Gehalt an SiO beträgt vorzugsweise 37 bis 27 % und insbesondere 36 bis 30 %. Der Gehalt an PbO beträgt vorzugsweise 71 bis 57 % und speziell 64 bis 58 %.
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Unter dem Gesichtspunkt der Senkung der Schmelztemperatur ist es bevorzugt, KO und/oder Na 0 als zusätzliche Komponenten vorzusehen, vorzugsweise im Bereich von KO + Na 0 von 1 bis 10 %. Die Beständigkeit des Glases ist bei der praktischen Verwendung als Verzögerungsmedium nicht gut im Bereich K3O> 12 % oder Na 0 > 6 %. Ein Gehalt einer kleinen Menge ZnO, CdO, BaO, SrO, ZrO2, TiO_, La_0 , Al3O oder B3O ist wirksam zur Verbesserung der Beständigkeit der Stabilität des Glases. Wenn jedoch der Gehalt zu hoch ist, so ist die Fortpf lanzungsgeschv/indigkeit der Schubwelle zu hoch. Demgemäß ist ein Gesamtgehalt von 1 bis 10 % bevorzugt. Ein Gehalt einer kleinen Menge PbF, BaF , KHF , K3SiF oder Na-SiF, ist wirksam zur Senkung der Schmelztemperatur um mehr als 50 °c ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften des Glasverzögerungsmediums. Wenn jedoch der Gehalt zu hoch ist, so neigt das Glas leicht zur Entglasung. Demgemäß ist es bevorzugt, einen Gesamtgehalt von 1 bis 10 % vorzusehen. Als Läuterungsmittel können Sb2O3 und As3O einverleibt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Tabellen 1,2, 3 und 4 sind die Zusammensetzungen, die Geschwindigkeiten der Schubwellen-Fortpflanzung (V) und die Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit sowie die Schmelztemperaturen zusammengestellt.
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/9
Tabelle 1
Probe Nr. (Csw SiO2 SiO, 11 Temperatur-* 1 2 3 4 15 5 16 6 7 8 ΰ 10
Zusam- PbO PbO 33 koeffizient
d.VErzöge- 3· 5 		27 30 30 30 33 33 33 33 33 36 39 42
menset- > K 0 KoO 61 rungszeit 71 67 64 61 61 64 61 61 58 58 55 52
zunq IL2. . ZnO 3 Schmelztempe 2 3 6 9 3 3 3 6 9 6 6 6
V (Km/sec) CdO 3 ratur (oc) π so
Temperatur UaO 2. 03 2.09 2. 09 2.08 2. 17 2. 16 2. 15 2.27 2. 34 2. 3ί)
koeffizient d. SjO
Verzögerungszej 1
(x10"5/°C)		 ZrO2
Schmelztempe TiO2 :6.2 5 5.5 5.6 3 3.5 4.5 4.8 3. 5 2.5 1.5
ratur ,0 Al2O3 3
Lu2O3 1080 1100 1050 1050 1150 1100 1100 1150 J ί200 1250
Prob* Nr. Na2O Tabelle 2
V (Km/sec) 12 13 17 18 Ii) 20 21
Zu- 3. .5 33 33 14 2.24 2.23 33 33 33 29 28
sam- 61 61 33 62 60 61 63 64
men-
set-		 3 3 61 3.9 3.8 3 3 3 2
zung 3
3 Q
(Gew. 3 1200 1200 O
%)
3
2 6
4
3
2. 18 2.21 2.21 2.23 2. 15 2. 08 2. 27
2.23
3. 9 3.8 4.5 4.0 5.0 5.5 4.5
4.0
1150 1180 1200 1200 1100 1080 lOOC
1180
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Tabelle 3
Probe Nr. SiO2 V (Km/sec) 22 23 24 25 26 27 28 29
PbO Temperaturkoeffizient der
Verzögerungszeit
(χ 10"5/°C) 		27 30 30 30 33 33 33 36
Zusammensetzung K2O Schmelztemperatur (0C) 71 67 64 53 51 61 58 58
(Gew.-%) Na2O 1 1 2.5 9 8 1 2 3
809812 PbF2
"^
ο		 BaF2 8 1
ro KHF2 8
K2SiF6 2 7
Na2SiF6 1 3.5 5 2
2.13 2.03 2.24 2.05 2.13 2.22 2.13 2.32
4.0 4.5 6.0 4.8 3.0 3.5 4.0 2.5
1020 1020 990 1000 1100 1030 1040 1100
Tabelle 4
Probe Nr. SiO2 V (Km/see) 30 31 32 33 34 35 36 ■ 4
PbO Temperaturkoeffizient der Ver
zögerungszeit
(x 10"5/°C)		 39 42 33 33 33 33 33
Zusammensetzung K2O Schmelztemperatur (°c) 55 52 61 61 57 61 61 2.05
OO (Gew.-%) Na2O 3 3 4 4.5 5 1 2 2.5
O
(O
00		 PbF2 1 1 1000
is> BaF2 4
^.
CD		 K2SiF6 1 4
ro KHF2 2 2 2
Na2SiF6
1 1.5
2.39 , 2.38 2.17 2.26 2.21 2.27
1.5 2.0 2.0 4.0 3.5 3.0
1140 1150 1020 1020 1040 1050
cn co co
Man erkennt aus den vorstehenden Beispielen, daß das erfindungsgemäße Glasverzögerungsmedium für eine Ultraschallverzögerungsleitung eine bemerkenswert niedrige Geschwindigkeit der Schubwellen-Fortpflanzung (V) aufweist. Bei herkömmlichen Gläsern beträgt der entsprechende Wert 2,80 bis 2,60 Km/sec. Daher kann das erfindungsgemäße Glasverzögerungsmedium miniaturisiert werden, ohne daß die Anzahl der Reflexionen erhöht werden muß. Somit kann eine Steigerung der Bildung von Störsignalen vermieden werden. Die Schmelztemperaturen des Glases liegen im Bereich von 990 bis 1150 °C und sind demnach recht niedrig. Das erfindungsgemäße Glasverzögerungsmedium kann leicht hergestellt werden.
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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE
1. Glas für eine Ultraschallverzögerungsleitung mit einer Geschwindigkeit der Schubwellen-Fortpflanzung von nicht mehr als 2,40 Km/sec, bestehend im wesentlichen aus den folgenden Komponenten (in Gewichtsprozent):
SiO2 42 - 27 - O PbO 71 - 52 O PbF2 10 - O - O BaF2 10 - O O KIIF2 9 - O O K2SiF6 7 ■ O Na2SiF6 5 - - O K2O 12 O Na2O 6 - O ZnO 6 - O CdO 6 - O BaO 10 O SrO 6 - O ZrO2 5 - O TiO2 5 - La2O3 7 - Al2O3 5 - B2O3 9 - Sb2O3 + As2O3 2 -
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ORIGINAL INSPECTED
2. Glas nach Anspruch 1 mit einer Geschwindigkeit der Schubwellen-Fortpflanzung von nicht mehr als 2,30 Km/sec, bestehend im wesentlichen aus den folgenden Komponenten (in Gewichtsprozent):
SiO2 37 - 27 PbO 71 - 57 PbF2 10-0 BaF2 10 - O KIIF2 9-0 K2SiF6 7 - O Na2SiF6 5- O K2O 10-0 Na9O 5-0 ZnO 5-0 CdO 5-0 BaO 9 - 0 SrO 5-0 ZrO2 4-0 TiO9 4-0 6-0 Al2O3 4-0 B2O3 7-0 Sb2O +As2O3 1-0
3. Glas nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch 30 - 36 Gew.-% SiO .
4. Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch 58 - 64 Gew.-% PbO.
5. Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch 1 bis 10 Gew.-% K3O + Na3O.
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6. Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Gesamtgehalt von 1 bis 1O Gew.-% einer oder mehrerer der folgenden Komponenten:
ZnO + CdO + BaO + SrO + ZrO2 + TiO2 + La3O3 + Al3O3 + B 2°3'
7. Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Gesamtgehalt von 1 bis 10 Gew.-% einer oder mehrerer der folgenden Komponenten:
PbF0 + BaFn + KHF. + K0SiF, + Na0SiF,. Z Z ZZb Zb
8. Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Gesamtgehalt von 1 bis 20 Gew.-% einer oder mehrerer der folgenden Komponenten:
PbF0 + BaF0 + KHF0 + K0SiF, + NaoSiFc + K0O + Na0O + Z Z ZZb ZbZ Z
ZnO + CdO + BaO + SrO + ZrO3 + TiO3 + La3O3 + Al3O3 + B3O3.
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DE2742539A 1976-09-21 1977-09-21 Verwendung eines Alkali-Blei-Silicatglases für Ultraschallverzögerungsleitungen Expired DE2742539C2 (de)

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