DE2755899A1 - Optisches glas - Google Patents

Optisches glas

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DE2755899A1
DE2755899A1 DE19772755899 DE2755899A DE2755899A1 DE 2755899 A1 DE2755899 A1 DE 2755899A1 DE 19772755899 DE19772755899 DE 19772755899 DE 2755899 A DE2755899 A DE 2755899A DE 2755899 A1 DE2755899 A1 DE 2755899A1
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DE
Germany
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weight
glass
sio
optical
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DE19772755899
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English (en)
Inventor
Fujio Komorita
Muneo Nakahara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ohara Inc
Original Assignee
Ohara Inc
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Publication date
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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
    • C03C3/04—Glass compositions containing silica
    • C03C3/062—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight
    • C03C3/064—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron
    • C03C3/068—Glass compositions containing silica with less than 40% silica by weight containing boron containing rare earths
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S501/00—Compositions: ceramic
    • Y10S501/90—Optical glass, e.g. silent on refractive index and/or ABBE number
    • Y10S501/903—Optical glass, e.g. silent on refractive index and/or ABBE number having refractive index less than 1.8 and ABBE number less than 70

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler ή- 1973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln
Ke/Ax 5 Köln ι , 14. Dezember 1977
DfclCHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF
KABUSHIKI KAISHA OHARA KOGAKU GARASU SEIZOSHO, 1-15-30, Oyama, Sagamihara-shi, Kanagawa-ken (Japan)
Optisches Glas
541 -4 -Telex
Telefon: {02 21) 23 45 41 -4 ■ Telex :8OT?S07MoM ** #lc0· omm : Dompoitnt Köln
Optisches Glas
Die Erfindung betrifft ein optisches Glas mit einem j
Brechungsindex (Nd) von etwa 1,71 bit 1,80 und Abbe- : Werten (Vd) von etwa 46 bis 38, das im wesentlichen aus einem B_0_ - SiO_ -La-O- - ZrO- - TiO- - ZnO - BaO -' System besteht.
Auf dem Gebiet des optischen Glases mit den vorstehend j genannten optischen Eigenschaften sind Gläser bekannt, ; die aus dem System B-O- - SiO- - La-O3 - ZrO- - TiO- - I Ta5O1- (und/oder Nb2O5 und/oder WO3) - zweiwertiger Metalloxide bestehen und in der US-PS 3 143 432, in der DT-OS 14 96 524 und in den japanischen Offenlegungsschriften 59116/1973, 88106/1973 und 101414/1975 beschrieben j werden. Diese optischen Gläser enthalten als wesentliche j Bestandteile das B2O3 - SiO2 - La2O3 - System zweiwertiger Metalloxide und außerdem ZrO3, TiO3 und eine verhältnismäßig große Menge Ta.Oc usw., die zur Verhinderung der Entglasung und zur Erzielung gewünschter optischer Eigenschaften zugesetzt werden. Die optischen Gläser dieses bekannten Systems haben jedoch den Nachteil, daß sie eine verhältnismäßig hohe Schmelztemperatur und eine lange Schmelzdauer erfordern, und daß es schwierig ist, ein homogenes optisches Glas, das im wesentlichen frei von Blasen ist, herzustellen.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein optisches Glas« das die vorstehend genannten Nachteile der bekannten optischen Gläser nicht aufweist, zur Verfügung zu stellen.
Es wurde gefunden, daß ein optisches Glas aus einem B2O3-SiO2-La2O3-ZrO2-TiO2-ZnO-BaO-SyStCm, in dem Ta2O5,
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Nb-O1. und W0~, die bei den bekannten optischen Gläsern verwendet werden, durch ZnO ersetzt sind, ohne Einbuße an gewünschten optischen Eigenschaften niedrige Viskosität aufweist und im wesentlichen frei von Blasen und äußerst homogen und stabil ist. j
Das optische Glas gemäß der Erfindung hat die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%): 8,5 bis 20% B-O-, 10 bis 19,5% SiO2, wobei die Summe von B3O3 und SiO- 24 bis 33% beträgt, 13 bis 25% La3O3, 3 bis 7'5% Zr02' 1 bis 8% Ti02' 5 bis 26% ZnO, 25,5 bis 37% BaO, 0 bis 5% MgO, 0 bis weniger als 6% CaO, 0 bis 10% SrO, wobei die Summe von ZnO, BaO, flgO, CaO und SrO 36 bis 53% beträgt, 0 bis 5% PbO, bis 5% Al3O3, 0 bis 2% Li3O, 0 bis 2% Na3O, 0 bis 2% K_0, wobei die Menge bzw. die Summe der Mengen eines oder mehrerer der Bestandteile Li3O/ Na3O und K3O 0 bis 2% beträgt, und 0 bis 1% mindestens eines der Oxide As_0, und Sb-O-.
Für die erfindungsgemäß hergestellten optischen Gläser
wird die vorstehend genannte Zusammensetzung aus den nachstehend genannten Gründen gewählt.
Bekanntlich sind B-O3 und SiO- wesentliche glasbildende Bestandteile. Wenn der Gehalt an B-O- geringer ist als 8,5%, nimmt die Neigung zur Entglasung zu, während bei einem Gehalt an B3O3 von menr als 20* der Brechungsindex niedriger wird, so daß die gewünschten optischen Eigenschäften nicht erzielt werden können. Wenn der SiO--Gehalt niedriger ist als 10%, nimmt die Neigung zur Entglasung zu, während bei einem SiO~-Gehalt von mehr als 19,5% der Brechungsindex niedriger wird, so daß die erforderlichen optischen Eigenschaften nicht erreicht werden können. Wenn die Summe von B-O- und SiO- kleiner ist als 24%, wird die Glasbildung schwierig, während bei einer 33% übersteigenden Summe von B2O- und SiO- die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erzielt werden können.
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La-O, trägt zur Erhöhung des Brechungsindex und zu einer Verringerung der Entglasungsneigung bei. Wenn der LapO-j-Gehalt niedriger ist als 13%, können die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erreicht werden, während bei einem 25% übersteigenden Gehalt an La-O, die Entglasungsneigung zunimmt, so daß ein stabiles optisches Glas nicht herstellbar ist.
ZrOp trägt zu einer Erhöhung des Brechungsindex und zu j einer Verringerung der Entglasungsneigung bei. Wenn der ZrOp-Gehalt kleiner ist als 3%, nimmt die Neigung zur Entglasung zu, während bei einem 7,5% übersteigenden Gehalt an ZrO_ der Rohstoff schwieriger schmelzbar wird, j wodurch Inhomogenität im hergestellten Glas auftritt. !
p ist ein wertvoller Bestandteil, der die Entglasung '.
verhindert, die chemische Beständigkeit verbessert und die gewünschten optischen Eigenschaften aufrecht erhält. ; Wenn der TiO2-Gehalt kleiner ist als 1%, werden die vor- ' stehend genannten Wirkungen von TiO2 äußerst stark abge- \ schwächt, während bei einem 8% Übersteigenden Gehalt an ;
TiO2 das hergestellte Glas in unerwünschtem Maße farbig ist.
ZnO trägt dazu bei, die Viskosität des Glases beim Schmelzprozeß zu erniedrigen und erleichtert hierdurch die Verhinderung der Bildung von Blasen im Glas. Ferner trägt ZnO zur Erleichterung des Schmelzens von SiO2 in das Glas oc bei und verhindert hierdurch Entglasunq und verbessert die
chemische Beständigkeit des Glases. Wenn der ZnO-Gehalt kleiner ist als 5%, werden die vorstehend beschriebenen Wirkungen von ZnO äußerst stark verringert, während bei einem 26% Obersteigenden Gehalt an ZnO die Neigung zur
Entglasung steigt.
BaO ist ein wertvoller Bestandteil für die Erhöhung des Brechungsindex. Wenn der BaO-Gehalt kleiner ist als 25,5%, kann der gemäß der Erfindung erforderliche Brechungsindex nicht erreicht werden, während ein 37% übersteigender Gehalt an BaO die Neigung zur Entglasung
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J* -
steigert, so daß ein stabiles optisches Glas nicht hergestellt werden kann.
MgO, CaO und SrO haben die Aufgabe, die Viskosität des \
schmelzenden Glases zu erniedrigen sowie das Schmelzen j des SiO„-Rohstoffε zu erleichtern. Ferner ist MgO vor- j teilhaft für die Verringerung der Neigung zur Entglasung j und zur Steigerung der Wasserbeständigkeit, während CaO und SrO in vorteilhafter Weise die Streuung des Brechungsindex verringern. Zur Herstellung eines stabilen und widerstandfähigen Glases mit genügend geringer Entglasungsneigung muß der MgO-Gehalt bis zu 5%, der CaO-Gehalt weniger als 6% und der SrO-Gehalt bis zu 10% betragen.
Wenn die Summe von ZnO, BaO, MgO, CaO und SrO kleiner ist als 36%, können die für ein optisches Glas gemäß der Erfindung erforderlichen optischen Eigenschaften nicht erzielt werden, während bei einer 53% übersteigenden Summe dieser Bestandteile die Entglasungsneigung zunimmt und die chemische Beständigkeit geringer wird.
PbO ist vorteilhaft für die Senkung des Brechungsindex und die Erleichterung des Schmelzens von SiO-, jedoch ist das Glas in unerwünschtem Maße farbig, wenn der \ PbO-Gehalt 5% übersteigt.
AIpO- ist vorteilhaft für die Verbesserung der chemisehen Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit und zur Erleichterung des Schmelzens des SiOp-Rohstoffs, erhöht jedoch die Neigung zur Entglasung, wenn der Al-,0,-Gehalt 5% übersteigt.
Li2O/ Na2° und K2° erleicntern in vorteilhafter Weise das Schmelzen des SiO2, jedoch wird die chemische Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit geringer und die Neigung zur Entglasung größer, wenn der Gehalt eines dieser Oxide oder die Summe von zwei oder mehreren dieser Oxide 2% über-
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steigt.
As2O3 und/oder Sb-O- haben die Aufgabe, die Blasenbildung beim Schmelzen des Glases zu verhindern, jedoch
sollte der Gehalt an diesen beiden Stoffen bis zu 1%
betragen.
Zusammensetzungen von erfindungsgemäß hergestellten
optischen Gläsern sind als Beispiel in Tabelle 1 ge- ! nannt. Zusammensetzungen von bekannten optischen Gläsern, die im wesentlichen die gleichen optischen Konstanten I (Nd, Vd) haben und Ta2O5, Nb2O5 und W0_ usw. enthalten, ■ sind in Tabelle 2 genannt. In diesen Tabellen sind die ' Anteile der Komponenten in Gew.-% ausgedruckt. Diese i Tabellen geben die Zahlen der Blasen an, die in den · Gläsern 1,5 bzw.2,5 Stunden nach dem Eintragen der
glasbildenden Stoffe in einen Platintiegel, der bei
konstanter Temperatur von 1300°C gehalten wird, enthalten sind. Alle Blasenzahlen in diesen Tabellen sind die
Durchschnittszahlen der Blasen in jeder Abschnitts- 1 einheit. Diese Abschnittseinheit wird !
erhalten, indem eine Glasprobe, die durch Mischen von
1 kg der glasbildenden Stoffe, Schmelzen des Gemisches, i Eingießen in eine Form und anschließendes Tempern der j Schmelze erhalten worden ist, in Stücke mit einem Volumen von je 50 cm geteilt wird. |
Die Werte in Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen, daß die | Gläser gemäß der Erfindung allgemein eine viel geringere 1 Zahl von Blasen, die nach dem Schmelzen zurückbleiben,
als die bekannten optischen Gläser aufweisen und daher
leicht vergütet werden können. Ferner wurde gefunden,
daß die Glasmassen gemäß der Erfindung bei 1300°C eine
um 0,5 bis 0,7 niedrigere Viskosität (log.tt) haben als
die bekannten Gläser.
Weitere Beispiele für Zusammensetzungen der optischen
Gläser gemäß der Erfindung sind in Tabelle 3 in der
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gleichen Weise wie in Tabelle 1 genannt, wobei jedoch die Zahl der Blasen 2,5 Stunden nach dem Einfüllen der glasbildenden Stoffe in den Tiegel ermittelt wurde. Die Werte in Tabelle 3 zeigen, daß die in Tabelle 3 genannten optischen Gläser ebenso leicht wie die in Tabelle 1 genannten optischen Gläser vergütet werden können.
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Tabelle
B2 °3 SiO2 ,0 Gewichts-% ZrO2 TiO2 ZnO BaO O Al2 °3 Li2O Optische
Eigenschaften 		Vd 7 Zahl der Blasen
Nr. 15 ,0 14 ,0 La2°3 6,0 5,0 7,0 31, O
I		 Nd 42, 3 1,5 Std.
nach dem
Schmelzen 		2,5 Std.
nach dem
Schmelzen
1 15 ,0 17 ,0 22,0 5,0 7,0 14,0 26, 5 2, O 1,7619 38, 6 14 2
2 14 rO 11 ,5 14,0 7,0 2,5 15,0 26, O 1,7328 45, 6 57 3
3 13 ,0 12 ,5 24,0 6,0 8,0 8,0 28, O 1,7553 38, O 8 0
4 8 ,5 18 ,0 24,5 6,0 i»o 26,0 26, O 0,5 1,7999 45, 2 10 0 %
5 14 ,0 17 ,5 13,5 3,0 7,5 10,0 30, O 1,7318 39, O 16 2
6 9 ,5 19 18,5 5,0 2,0 19,0 25, 5, O 1,7604 43, 31 2
7 15,0 1,7118 38 4
CT! OO
OO O CD ÖD NJ Oi ^. O
Bekannte SiO2 Gläser (Gev TiOn Ta2O5 T a Nb2O5 WO3 lie 2 CaO
3.0		 Optische
Eigenschaften		 Vd Zahl der I 3lasen
B2O3 17.5 La2O3 ZrO2 5.5 3.0 ι b e Al2O3
3.0		 Nd 42.6 1,5 Std.
nach dem
Schmelzen		 2,5 Std.
nach dem
Schmelzen
Nr. 14.5 16.0 24.5 6.0 5.0 9.0 2.0 BaO CaO
3.0		 1.7620 |38.3 unzählbar unzählbar
I1 17.0 10.0 17.0 7.0 10.0 4.0 26.0 CaO
2.0		 1.7328 45.6 Il 73
2' 25.5 13.0 39.5 8.0 8.3 3.0 24.0 Al2O3
1.0		 1.7551 38.6 " 90
14.0 6.5 24.7 8.0 8.0 2.5 2.5 MnO
5Γθ		 1.8014 45.1
I		 Il 54
I
4* 27.0 16.0 25.5 2.0 6.0 5.5 3.0 27.0 SrO
5.0		 1.7316 39.2
I		 Il 82 ,«
g, 15.0 19.0 21.0 3.5 2.0 3.0 2.0 1.0 25.0 1.7609 42,9 Il unzählbar
6· 18.5 24.5 5.0 25.0 1.7123 Il It
\
V 20.0
CO CD (0
OO O (O 00 ISJ CD
B2O3 SiO2 (Gewichts-%) ZrO2 TiO2 ZnO T a bei BaO CaO
5.5
SrO
6.0		 1 e 3 Optische
Eigenschaften		 Vd 44.0
44.6		 Zahl der
Blasen
10.0
20.0		 17.5
10.0		 La2O3 6.0
7.0		 3.5
3.5		 8.0
10.0		 28.0
26.5		 MgO
5.0
CaO
2.5		 Nd 43.2
44.8
43.4		 2,5 Std.
nach dem
Schmelzen
Nr. 11.5
10.5
10.5 		15.5
17.0
14.0 		20.5
17.0		 6.0
3.5
4.5		 3.0
3.5
3.0		 18.0
5.0
15.0		 27.5
32.5
36.0		 1.7442
1.7399		 41.2
43.0		 4
1
1
2 		12.0
16.5		 17.5
10.5		 13.0
25.0
17.0		 4.0
4.0		 3.0
4.0		 8.0
21.0		 31.5
28.0		 Al2O3
1.0		 1.73.81
1.7460
1.7490 		41.6
3
4
5		 10.5 18.0 18.9
14.0		 4.5 5.0 13.5 30.0 Al2O3
0.5		 As2O3
0,5		 1.7605
1.7331		 40.7 3
6
2
6
7		 14.0 13.5 17.0 6.0 6.0 7.5 30.0 TbO
5.0		 As-O1
OTT3
K2O		 1.7455 45.9 4
0 V
8 12.5 15.0 23.0 6.0 1.0 20.0 26.0 Na2O 2,0 1.7767 42.0 5 >
9 10.0 14.0 19.5 5.0 4.0 14.0 35.0 Li-O
0.5		 1.5 1.7378 43.0
: 43.7		 0 *
10 18.0
11.5 		15.0
14.0		 18.0 6.0
4.0		 4.5
2.5		 12.0
16.0		 26". 0
37.0		 1.7590 44.3 1 3
11 14.5 16.5 17.0
15.0		 7.5 3.5 12.0 25.5 SrO
10.0		 1.7275
1.7385		 43.6
40.8		 1
12
13		 12.0
14.5		 13.5
13.5		 20.5 4.5
5.0		 3.0
4.0		 14.0
18.0		 26.0
28.0		 Na O
0.5		 K-O
075		 1.7421 0
14 17.0
16.0		 1.7315
1.7448		 cn
3 CO
15
16		 Sb2O3
1 ,0
Ul
1 CO
1
l/t
Wie vorstehend beschrieben, haben die optischen Gläser gemäß der Erfindung als optische Eigenschaften einen Brechungsindex (Nd) von etwa 1,71 bis 1,80 und Abbe-Werte (Vd) von etwa 46 bis 38. Sie bestehen im wesentliehen aus einem B2O3-SiO2-La2O3-ZrO2-TiO2-ZnO-BaO-System ohne Verwendung von Ta-O,., Nb-O5, VVO- und anderen Oxiden, die in den bekannten optischen Gläsern mit im wesentlichen gleichen optischen Eigenschaften enthalten ' sind. Das optische Glas gemäß der Erfindung hat eine niedrigere Viskosität als die bekannten optischen Gläser1 und ermöglichen eine Senkung der Schmelztemperatur von j etwa 135O°-14OO°C auf etwa 1250° bis 135O°C. Das optische j Glas gemäß der Erfindung zeigt ferner genügend Homogen!- ! tat und eine Verringerung der Blasen bei einer Verkür- !
zung der Schmelzzeit einschließlich der zum Rühren er- ' forderlichen Zeit um etwa 30 bis 50% ohne Beeinträchtigung der Schmelzzeit. Demgemäß kann der Verschleiß der j Glasschmelzapparaturen verringert und die Ausbeute an j Glas erhöht werden. Ferner werden Einsparungen im Wärme-j verbrauch und in der Arbeitszeit erzielt, und die Kosten |
der Rohstoffe können stark gesenkt werden.
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Optisches Glas, bestehend aus 8,5 bis 20 Gew.-% BpO-,
    10 bis 19,5 Gew.-% SiO«, wobei die Summe von B3O3 und f SiO2 24 bis 33% beträgt, 13 bis 25 Gew.-% La3O3, 3 bis j 7,5 Gew.-% ZrO2, 1 bis 8 Gew.-% TiO3, 5 bis 26 Gew.-% j ZnO, 25,5 bis 37 Gew.-% BaO, O bis 5 Gew.-% MgO, O bis
    weniger als 6 Gew.-% CaO, O bis 10 Gew.-% SrO, wobei ' die Summe von ZnO, BaO, MgO, CaO und SrO 36 bis 53 Gew.-% beträgt, O bis 5 Gew.-% PbO, O bis 5 Gew.-% Al3O3, O bis
    2 Gew.-% Li2O, O bis 2 Gew.-% Na3O, O bis 2 Gew.-% K2O, i wobei die Menge oder die Summe der Mengen eines oder : mehrerer der Bestandteile Li3O, Na3O und K_0 O bis
    2 Gew.-% beträgt, und O bis 1 Gew.-% mindestens einem : der Oxide As3O3 und Sb3O3.
    809826/0693 ORIGINAL INSPECTED
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