DE2820940A1 - Optisches glas - Google Patents

Optisches glas

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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Glas, das Brechungsindices (n[tief]D) von etwa 1,770 bis 1,875 und eine Abbé-Zahl (kleines Gamma[tief]D) von etwa 37,5 bis 28,5 aufweist und grundsätzlich aus dem System B[tief]2O[tief]3 - La[tief]2O[tief]3 - ZrO[tief]2 - Nb[tief]2O[tief]5 - PbO - BaO (und/oder ZnO) besteht. Im Vergleich zu bekannten optischen Gläsern mit den vorstehend genannten hohen Brechungsindices hat das optische Glas gemäß der Erfindung eine so ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit im Übergangsbereich vom ultravioletten Teil bis zum sichtbaren Teil des Lichts, dass das optische Glas im Wesentlichen frei von unerwünschter Färbung ist.
Als optische Gläser mit den vorstehend genannten optischen Eigenschaften sind die folgenden Gläser bekannt: Optisches Glas, das aus dem System SiO[tief]2 - B[tief]2O[tief]3 - La[tief]2O[tief]3 - ZrO[tief]2 - ThO[tief]2 - TiO[tief]2 - BaO - Nb[tief]2O[tief]5 bestehen und in der GB-PS 1 235 206 beschrieben werden; optisches Glas, das aus dem System B[tief]2O[tief]3 - SiO[tief]2 - La[tief]2O[tief]3 - TiO[tief]2 - CdO besteht und in der DE-PS 11 47 359 beschrieben wird; ein optisches Glas, das aus dem System B[tief]2O[tief]3 - La[tief]2O[tief]3 - ThO[tief]2 - ZrO[tief]2 - PbO - ZnO besteht und in der DE-PS 958 150 beschrieben wird; optisches Glas, das aus dem System SiO[tief]2 - La[tief]2O[tief]3 - ZrO[tief]2 (und/oder Ta[tief]2O[tief]5) - BaO besteht und in der JP-OS 73914/1975 beschrieben wird, und ein optisches Glas, das aus dem System B[tief]2O[tief]3 - SiO[tief]2 - La[tief]2O[tief]3 - ZrO[tief]2 (und/oder Ta[tief]2O[tief]5) - ZnO besteht und in der JP-OS 53413/1975 beschrieben wird. Das optische Glas, das CdO oder ThO[tief]2 enthält, ist giftig, während das optische Glas, das einen hohen Anteil SiO[tief]2 oder ZnO ohne CdO oder ThO[tief]2 enthält, etwas schwierig zu schmelzen ist. Optisches Glas, das keinen hohen SiO[tief]2- oder ZnO-Anteil, sondern eine verhältnismäßig große Menge TiO[tief]2 enthält, hat eine extrem niedrige Lichtdurchlässigkeit im Übergangsbereich vom Ultraviolettteil bis zum sichtbaren Teil des Spektrums, wodurch sich eine starke Neigung zu Färbung ergibt, die einen großen Nachteil für optische Gläser darstellt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein optisches Glas, das die vorstehend genannten Nachteile der bekannten optischen Gläser nicht aufweist, verfügbar zu machen.
Gemäß der Erfindung wurde gefunden, dass ein optisches Glas, das grundlegend aus dem System B[tief]2O[tief]3 - La[tief]2O[tief]3 - PbO mit zugesetztem ZrO[tief]2, Nb[tief]2O[tief]5 und BaO und/oder ZnO besteht, die vorstehend genannten optischen Eigenschaften aufweist, keine giftigen Bestandteile enthält, in der Lichtdurchlässigkeit im Übergangsbereich vom Ultraviolettteil bis zum sichtbaren Teil des Spektrums den bekannten optischen Gläsern überlegen, aufgrund einer genügend geringen Entglasungsneigung beständig und leicht zu homogenisieren ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Glas, das die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) hat:
3 bis 30 % B[tief]2O[tief]3, 0 bis 19,5 % SiO[tief]2, wobei die Summe von B[tief]2O[tief]3 und SiO[tief]2 18 bis 30 % beträgt, 9 bis 32 % La[tief]2O[tief]3, 1 bis 8 % ZrO[tief]2, 4 bis 25 % Nb[tief]2O[tief]5, 2 bis 50 % PbO, 0 bis 30 % BaO, 0 bis 9,5 % ZnO, wobei die Summe von BaO und ZnO 1 bis 33 % beträgt, 0 bis 3 % Li[tief]2O, 0 bis 3 % Na[tief]2O, 0 bis 3 % K[tief]2O, 0 bis 8 % MgO, 0 bis 10 % CaO, 0 bis 20 % SrO, 0 bis 5 % Al[tief]2O[tief]3, 0 bis 0,5 % As[tief]2O[tief]3, 0 bis 0,5 % Sb[tief]2O[tief]3, 0 bis 5 % Bi[tief]2O[tief]3, 0 bis 13 % TiO[tief]2, 0 bis 5 % GeO[tief]2 und 0 bis 10 % Ta[tief]2O[tief]5.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.
Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen die Durchlässigkeitskurven der erfindungsgemäß hergestellten optischen Gläser und der bekannten optischen Gläser zum Vergleich.
Die vorstehend genannte Zusammensetzung wurde für das erfindungsgemäße optische Glas aus den nachstehend genannten Gründen gewählt.
B[tief]2O[tief]3 und SiO[tief]2 sind bekanntlich wichtige glasbildende Bestandteile. Wenn der B[tief]2O[tief]3-Gehalt kleiner ist als 3 %, nimmt die Entglasungsneigung zu, und ein stabiles und widerstandsfähiges Glas ist nicht herstellbar. Wenn der B[tief]2O[tief]3-Gehalt 30 % übersteigt, sind die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erzielbar. SiO[tief]2 ist nicht nur ein wesentlicher glasbildender Bestandteil, sondern bewirkt auch einen Anstieg der Viskosität. Wenn jedoch der SiO[tief]2-Gehalt 19,5 % übersteigt, wird die Viskosität zu hoch, um ein keimfreies und homogenes Glas zu bilden. Wenn die Summe von B[tief]2O[tief]3 und SiO[tief]2 kleiner ist als 18 %, nimmt die Entglasungsneigung zu, während die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erzielbar sind, wenn die Summe von B[tief]2O[tief]3 und SiO[tief]2 30 % übersteigt.
La[tief]2O[tief]3 ist ein wesentlicher Bestandteil, der dem optischen Glas das gewünschten hohen Brechungsvermögen verleiht. La[tief]2O[tief]3 bewirkt ferner eine Verbesserung der chemischen Beständigkeit. Wenn der La[tief]2O[tief]3-Gehalt geringer ist als 9 %, sind die gewünschte Lichtdurchlässigkeit und die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erreichbar, während bei einer Erhöhung des Gehalts an La[tief]2O[tief]3 über 32 % hinaus die Entglasungsneigung zunimmt.
ZrO[tief]2 trägt dazu bei, den Brechungsindex zu erhöhen und die Neigung zu Entglasung zu verringern. Wenn der ZrO[tief]2-Gehalt kleiner ist als 1 %, werden die vorstehend genannten Wirkungen äußerst stark abgeschwächt, während bei einem ZrO[tief]2-Gehalt von mehr als 8 % der Rohstoff schwieriger zu schmelzen ist, wodurch Inhomogenität im hergestellten Glas auftritt.
Nb[tief]2O[tief]5 ist ein nützlicher Bestandteil zur Erhöhung des Brechungsindex, Senkung der Abbé-Zahlen und Verhinderung der Entglasung. Wenn der Nb[tief]2-O[tief]5-Gehalt geringer ist als 4 %, sind die vorstehend genannten Wirkungen von Nb[tief]2O[tief]5 äußerst stark abgeschwächt, während bei einem 25 % übersteigenden Nb[tief]2O[tief]5-Gehalt das hergestellte Glas in unerwünschtem Maße gefärbt ist.
PbO ist ein vorteilhafter Bestandteil zur Erhöhung des Brechungsindex, Senkung der Abbé-Zahlen und Erniedrigung der Viskosität der Schmelze. Wenn der PbO-Gehalt kleiner ist als 2 %, sinkt der Brechungsindex, so dass die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erzielt werden, während bei einem 50 % übersteigenden PbO-Gehalt die Entglasungsneigung zunimmt und das gebildete Glas unerwünscht farbig ist.
BaO trägt zur Erniedrigung der Viskosität der Schmelze, zur Erleichterung des Schmelzens des SiO[tief]2-Materials und zur Verringerung der Entglasungsneigung bei. Wenn der BaO-Gehalt 30 % übersteigt, wird die chemische Beständigkeit in unerwünschter Weise verschlechtert.
ZnO ist ein wirksamer Bestandteil zur Erniedrigung der Viskosität der Schmelze, zur Erleichterung des Schmelzens des SiO[tief]2-Materials, zur Verhinderung der Neigung zur Entglasung und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit. Wenn der ZnO-Gehalt 9,5 % übersteigt, nimmt die Entglasungsneigung zu.
Wenn die Summe von BaO und ZnO kleiner ist als 1 %, ist es schwierig, ein optisches Glas zu erzielen, das der Entglasungsneigung widersteht, während bei einer 33 % übersteigenden Summe von BaO und ZnO eine Senkung des Brechungsindex oder eine Zunahme der Entglasungsneigung die Folge ist.
Gemäß der Erfindung ist es durch Zusatz der nachstehend genannten Bestandteile zu den vorstehend genannten wesentlichen Bestandteilen möglich, das Schmelzverhalten und die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des hergestellten Glases zu verbessern und seine optischen Eigenschaften zu variieren.
Li[tief]2O, Na[tief]2O und K[tief]2O sind vorteilhaft für die Erleichterung des Schmelzens des SiO[tief]2-Materials und zur Erniedrigung der Viskosität des Glases. Wenn jedoch der Anteil eines dieser Oxide 3 % übersteigt, wird die chemische Beständigkeit geringer und die Neigung zu Entglasung stärker.
MgO, CaO und SrO haben die Aufgabe, die Viskosität des Glases während des Schmelzens zu erniedrigen und das Schmelzen des SiO[tief]2-Materials in das Glas zu erleichtern. Ferner ist MgO vorteilhaft für die Steigerung der chemischen Beständigkeit, während CaO und SrO eine Erhöhung der Abbé-Zahlen bewirken. Zur Herstellung eines stabilen und widerstandsfähigen Glases mit genügend geringer Entglasungsneigung muss der MgO-Gehalt bis zu 8 %, der CaO-Gehalt bis zu 10 % und der SrO-Gehalt bis zu 20 % betragen.
Al[tief]2O[tief]3 ist vorteilhaft zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit und zur Erleichterung des Schmelzens des SiO[tief]2-Materials, jedoch wird durch Erhöhung des Al[tief]2O[tief]3-Gehalts über 5 % hinaus die Neigung zur Entglasung verstärkt.
As[tief]2O[tief]3 und Sb[tief]2O[tief]3 haben die Aufgabe, die Entfernung von Keimen beim Schmelzen des Glases zu erleichtern, jedoch sollte ihr Anteil nicht höher sein als 0,5 %, da andernfalls die Beständigkeit gegen Entglasung verloren geht.
Bi[tief]2O[tief]3 ist ein für die Erhöhung des Brechungsindex und für die Erniedrigung der Abbé-Zahlen vorteilhafter Bestandteil. Wenn der Bi[tief]2O[tief]3-Gehalt 5 % übersteigt, ist das hergestellte Glas in unerwünschter Weise farbig.
TiO[tief]2 ist vorteilhaft zur Erhöhung des Brechungsindex, Senkung der Abbé-Zahlen, Verbesserung der chemischen Beständigkeit und Verhinderung der Entglasungsneigung. Wenn der TiO[tief]2-Gehalt 13 % übersteigt, ist die gewünschte Verbesserung der Durchlässigkeit im Übergangsbereich vom Ultraviolettteil bis zum sichtbaren Teil des Spektrums nicht erzielbar.
GeO[tief]2 ist vorteilhaft für die Erhöhung der Viskosität und Verhinderung der Entglasungsneigung. Wenn jedoch der GeO[tief]2-Gehalt 5 % übersteigt, nimmt die Entglasungsneigung zu anstatt ab.
Ta[tief]2O[tief]5 trägt zur Erhöhung des Brechungsindex und zur Bildung eines stabilen und widerstandsfähigen optischen Glases bei. Wenn der Ta[tief]2O[tief]5-Gehalt 10 % übersteigt, bleibt nach dem Schmelzen ungeschmolzenes Material zurück, so dass das gebildete Glas nicht homogen ist.
In der folgenden Tabelle 1 sind 36 Beispiele für Zusammensetzungen des optischen Glases gemäß der Erfindung aufgeführt (Tabelle 1-a) und die optischen Eigenschaften der hergestellten Gläser und die Wellenlängen des Lichts angegeben, die eine Durchlässigkeit von 5 % bzw. 80 % in einer Glasprobe aufweisen, die eine Dicke von 10 mm hat und auf beiden Seiten poliert ist (Tabelle 1-b).
Tabelle 1-a
Tabelle 1-a Fortsetzung
Tabelle 1-b
Tabelle 1-b Fortsetzung
In Tabelle 2 sind Beispiele (Nr. 1´ bis 5´) für Zusammensetzungen üblicher optischer Gläser genannt, die den Zusammensetzungen 2, 8, 20, 35 und 36 in Tabelle 1 entsprechen. Ferner sind die Wellenlängen des Lichts genannt, bei denen die Durchlässigkeit 5 % und 80 % beträgt. In Fig. 1 bis Fig. 5 sind die Lichtdurchlässigkeitskurven für die Zusammensetzungen 2, 8, 20, 35 und 36 im Vergleich zu ihren entsprechenden üblichen Zusammensetzungen dargestellt.
Tabelle 2
Wie diese Tabellen und Abbildungen zeigen, liegen die Lichtdurchlässigkeitskurven der erfindungsgemäß hergestellten optischen Gläser sämtlich auf der Seite der kürzeren Wellenlängen der Lichtdurchlässigkeitskurven der üblichen optischen Gläser. Ferner ist festzustellen, dass das erfindungsgemäß hergestellte optische Glas den üblichen optischen Gläsern in der Lichtdurchlässigkeit deutlich überlegen ist.
Das optische Glas gemäß der Erfindung wird hergestellt, indem die Rohstoffe in einem Platintiegel od. dgl. bei 1200° bis 1350°C geschmolzen werden, die Schmelze durchgemischt und die Keime daraus entfernt werden, bis die Schmelze homogenisiert ist, die Temperatur auf eine geeignete Höhe gesenkt, die Schmelze in eine Form gegossen und anschließend getempert wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist das optische Glas gemäß der Erfindung durch Brechungsindices (n[tief]D) von etwa 1,770 bis 1,875 und Abbé-Zahlen (kleines Gamma[tief]D) von etwa 37,5 bis etwa 28,5 gekennzeichnet. Es besteht grundsätzlich aus dem System B[tief]2O[tief]3 - La[tief]2O[tief]3 - ZrO[tief]2 - Nb[tief]2O[tief]5 - PbO - BaO (und/oder ZnO) ohne Verwendung von giftigem CdO oder ThO[tief]2, die in den bekannten optischen Gläsern mit praktisch gleichen optischen Eigenschaften enthalten sind. Das optische Glas gemäß der Erfindung hat eine höhere Lichtdurchlässigkeit im Übergangsbereich vom UV-Teil bis zum sichtbaren Teil des Spektrums als die bekannten optischen Gläser und ist daher vorteilhaft für optische Instrumente. Ferner weist das optische Glas gemäß der Erfindung eine niedrige Viskosität auf, die das Schmelzen der Rohstoffe, die Entfernung von Keimen und die Homogenisierung der Schmelze erleichtert.
Leerseite

Claims (1)

  1. Optisches Glas, bestehend aus 3 bis 30 Gew.-% B[tief]2O[tief]3, 0 bis 19,5 Gew.-% SiO[tief]2, wobei die Summe von B[tief]2O[tief]3 und SiO[tief]2 18 bis 30 % beträgt, 9 bis 32 Gew.-% La[tief]2O[tief]3, 1 bis 8 Gew.-% ZrO[tief]2, 4 bis 25 Gew.-% Nb[tief]2O[tief]5, 2 bis 50 Gew.-% PbO, 0 bis 30 Gew.-% BaO, 0 bis 9,5 Gew.-% ZnO, wobei die Summe von BaO und ZnO 1 bis 33 % beträgt, 0 bis 3 Gew.-% Li[tief]2O, 0 bis 3 Gew.-% Na[tief]2O, 0 bis 3 Gew.-% K[tief]2O, 0 bis 8 Gew.-% MgO, 0 bis 10 Gew.-% CaO, 0 bis 20 Gew.-% SrO, 0 bis 5 Gew.-% Al[tief]2O[tief]3, 0 bis 0,5 Gew.-% As[tief]2O[tief]3, 0 bis 0,5 Gew.-% Sb[tief]2O[tief]3, 0 bis 5 Gew.-% Bi[tief]2O[tief]3, 0 bis 13 Gew.-% TiO[tief]2, 0 bis 5 Gew.-% GeO[tief]2 und 0 bis 10 Gew.-% Ta[tief]2O[tief]5.
DE2820940A 1977-05-19 1978-05-12 Optisches Glas mit den optischen Daten Brechungsindex nD gleich 1,770 bis 1,875 und Abbe-Zahl vD gleich 37,5 bis 28,5 Expired DE2820940C3 (de)

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