DE2820940B2 - Optisches Glas mit den optischen Daten Brechungsindex nD gleich 1,770 bis 1375 und Abbe-Zahl vD gleich 373 bis 283 - Google Patents

Optisches Glas mit den optischen Daten Brechungsindex nD gleich 1,770 bis 1375 und Abbe-Zahl vD gleich 373 bis 283

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Description

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.
F i g, 1 bis F i g. 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
B2O3 und S1O2 sind bekanntlich wichtige glasbildende Bestandteile. Wenn der B2O3-Gehalt kleiner ist als 3%, nimmt die Entglasungsneigung zu, und ein stabiles und widerstandsfähiges Glas ist nicht herstellbar. Wenn der B2O3-Gehalt 30% übersteigt, sind die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erzielbar. SiO2 ist nicht nur ein wesentlicher glasbildender Bestandteil, sondern [5 bewirkt auch einen Anstieg der Viskosität Wenn jedoch der SiOrGehalt 19,5% übersteigt, wird die Viskosität zu hoch, um ein keimfreies und homogenes Glas zu bilden. Wenn die Summe von B2O3 und SiO2 kleiner ist als 18%, nimmt die Entglasungsneigung zu, während die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erzielbar sind, wenn die Summe von B2O3 und SiO2 30% übersteigt
La2Oj ist ein wesentlicher Bestandteil, der dem optischen Glas das gewünschte hohe Brechungsvermögen verleiht La2O3 bewirkt ferner eine Verbesserung der chemischen Beständigkeit Wenn der La2O3-GeIIaIt geringer ist als 9%, sind die gewünschte Lichtdurchlässigkeit und die gewünschten optischen Eigenschaften nicht erreichbar, während bei einer Erhöung des J0 Gehalts an La2O3 über 32% hinaus die Entglasungsneigung zunimmt
ZrO2 trägt dazu bei, den Brechungsindex zu erhöhen und die Neigung zu Entglasung zu verringern. Wenn der ZrO2-Gehalt kleiner ist als 1 %, werden die vorstehend « genannten Wirkungen äußerst stark abgeschwächt während bei einem ZrO2-Gehalt von mehr als 8% der Rohstoff schwieriger zu schmelzen ist, wodurch Inhomogenität im hergestellten Glas auftritt
Nb2O5 ist ein nützlicher Bestandteil zur Erhöhung des 4(, Brechungsindex, Senkung der Abbe-Zahlen und Verhinderung der Entglasung. Wenn der Nb2O5-GeIIaIt geringer ist als 4%, sind die vorstehend genannten Wirkungen von Nb2Os äußerst stark abgeschwächt, v/ährend bei einem 25% übersteigenden Nb2Os-GeIIaIt ^ das hergestellte Glas in unerwünschtem Maße gefärbt ist.
PbO ist ein vorteilhafter Bestandteil zur Erhöhung des Brechungsindex, Senkung der Abbe-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 γ,
BaO trägt zur Erniedrigung der Viskosität der Schmelze, zur Erleichterung des Schmelzens des SiOi-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 SiO2-Materials, zur Verhinderung der Neigung zu Entgasung und zur Verbesserung der (,5 chemischen Beständigkeit. Wenn der ZnO-Gehalt 93% übersteigt, nimmt die Lntglasungsneigung zu.
Wenn die Summe von BaO und ZnO kleiner ist als 1 %, ist es schwierig, ein optisches Glas zu erzielen, das der Entgiasungsneigung widersteht, während bei eiuer 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.
Li2O, Na2O und K2O sind vorteilhaft für die Erleichterung des Schmelzens des SiO2-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^MaterL.s in das Glas zu erleichtern. Ferner ist MgO vorU-ilhaft für die Steigerung der chemischen Beständigkeit, während CaO und SrO eine Erhöhung der Abbe-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.
Al2O3 ist vorteilhaft zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit und zur Erleichterung des Schmelzens des SiOrMaterials, jedoch wird durch Erhöhung des Al^-Gehalts über 5% hinaus die Neigung zu Entglasung verstärkt
As2O3 und Sb2O3 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 verlorengeht
Bi2O3 ist ein für die Erhöhung des Brechungsindex und für die Erniedrigung der Abbe-Zahlen vorteilhafter Bestandteil. Wenn der Bi2O3-GeIIaIt 5% übersteigt, ist das hergestellte Glas in unerwünschter Weise farbig.
TiO2 ist vorteilhaft zur Erhöhung des Brechungsindex, Senkung der Abbe-Zahlen, Verbesserung der chemischen Beständigkeit und Verhinderung der Entglasungsneigung. Wenn der TiOrGehalt 13% übersteigt, ist die gewünschte Verbesserung der Durchlässigkeit im Übergangsbereich vom Ultravioletteil bis zum sichtbaren Teil des Spektrums nicht erzielbar.
GeO2 ist vorteilhaft für die Erhöhung der Viskosität und Verhinderung der Entglasungsneigung. Wenn jedoch der GeO2-Gehalt 5% übersteigt, nimmt die En'jtasungsneigung zu anstatt ab.
Ta2O5 trägt zur Erhöhung des Brechungsindex und zur Bildung einjs stabilen und widerstandsfähigen optischen Glases bei. Wenn der Ta2O5-Gehalt 10% übersteigt bleibt nach dem Schmelzen ungeschmolzenes Material rurück, so daß das gebildete Glas nicht homogen ist
In der folgenden Tabelle I sind 36 Beispiele für Zusammensetzungen des optischen Glases gjmäß 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 (Gewichtsprozent)
Nr. B2O3 ι SiO2 Tabelle 1-b "D La2O3 ZrO2 Nb2O5 PbO 5% I I 80% BaO ZnO Li2O 3.0 15099 As2O1 34.7 0.5 MgO 8,0 . nm Durch- <..9
1 7.0 195 Optische Eigenschaften 175 55 13.0 13.0 175 7.0 Na2O 3.0 15094 Sb2O1 35.4 0.5 CaO 10,0 lässig 431
2 20.0 4.0 23.0 5.0 10.0 29.0 Durch 9.0 K2OS1O 1.7971 373 SrO 20,0 keit 5% keit 80°/ 428
3 5.0 15.0 1.8P5 13.0 55 11.0 19.0 lässig 225 9.0 15133 36.1 CaO 5,0 429
4 30.0 Nr. 1.8479 195 5.0 105 28.0 keit 7.0 Li2O 2,0 1.7999 35.7 SrO 10.0 352 431
5 13.0 15.0 15515 9.0 6.(1 10.0 15.0 433 23.0 9.0 15236 33.1 354 443
6 13.0 11.0 1.7900 32.0 5.0 6.0 30.0 439 3.0 15261 33.1 349 437
7 14.0 11.0 1.7917 18.0 8.0 9.0 29.0 441 13.0 15251 333 359 445
8 20.0 4.0 1 15544 23.0 1.0 14.0 29.0 438 9.0 AI2Oi 5,0 15580 30.4 Ta2O5 10,0 354 445
9 19.0 7.0 2 15389 195 5.0 24.0 25.0 442 165 4.0 15115 TiO,- 35.4 ♦5 364 427
10 5.5 19.0 3 15615 14.5 55 25.0 2.0 428 19.0 95 UtO 2,0 15248 TiO, 33.4 13.0 Bi2Oi 5,0 358 436
11 18.0 6.0 4 1.7976 24.0 5.0 7.0 33.0 437 7.0 1.7931 36.4 374 412
12 7.5 19.0 5 15217 12.0 55 13.0 13.0 439 30.0 15727 GeO2 31.2 5,0 358 443
13 3.0 17.0 6 15515 135 55 15.0 15.0 438 23.0 8.0 15359 305 As2Oi 0,4 350 425
14 19.0 11.0 7 1.7988 19.0 6.0 125 16.0 427 165 15122 28.6 As2O) 0,1 358 448
!5 17 η 1 IQ 8 15555 28.0 5.0 7.0 3!.O 441 LO 1.7961 TiO2 295 11.5 As2O) 0,2 347 442
16 8.0 15.0 9 1.7736 14.0 55 75 17.0 445 25.0 8.0 15356 30.6 As2Oi 0,4 365 424
17 6.0 19.0 10 15274 135 55 125 10.0 437 21.0 9.0 15021 34.6 375 435
18 5.0 19.0 11 15144 125 55 13.0 13.0 434 205 8.0 Ai2Oi 1.3 Wellenlänge des
durchgehenden		 375
19 5,5 19,0 12 1.7931 125 55 13,0 13,0 440 195 9,0 Li2O1 2,6 Lichts 371
20 12,5 12,0 13 1.7943 125 55 13,0 13,0 445 155 8,0 Durch 369
21 12,0 13,5 14 135 55 125 10,0 412 14,0 7,0 Optische Eigenschaften lässig- 355
22 15,0 95 15 125 55 13,0 13,0 441 115
23 14,5 10,0 16 105 55 10,0 17,0 185 9,0 Nr.
24 13,0 11,0 17 155 5,Ci 23,0 145 8,0
25 13,0 9,0 18 225 5,0 105 21,0 5,0 9,0
26 19,0 7,0 195 5,Ci 45 20,0 165 4,0
27 5,0 17,5 195 75 6,0 5,0 245 19
28 22,0 45 125 55 10,0 13,0 165 6,0 20
29 20,0 3,0 20,0 5,0 10,0 20,0 10,0 7,0 21
30 20,5 5,0 135 Vi 125 5,0 25,0 8,0 22
31 16,0 6,0 19,0 6,0 11,0 30,0 10,0 2,C 55 23
32 16,0 11,0 13,0 3,0 115 12,0 16,0 6,0 24
33 18,1 10,0 10,0 3,0 45 50,0 4,0 25
34 18,0 11,0 115 3,0 65 455 4,4 26
35 11,0 7,0 11,0 15 10,0 31.0 27,0 27
36 55 19,0 125 55 13,0 13,0 20,0 85 60 28
29
Wellenlänge des 30
durchgehender 31
Lichts, nm 32
Durch 65 33
lässig 34
keit 35
35.4 352 36
320 364
315 363
328 363
345 362
313 351
315 363
31.0 364
35.6 362
33.4 338
30.6 361
353 359
31.7 362
365 356
321 362
343 366
36.2 347
345 359
In Tabelle 2 sind Beispiele (Nr. Γ bis 5') für Zusammensetzungen von optischen Gläsern des Standes der Technik genannt, die den Zusammensetzungen 2, 8, 20, 35 und 36 in Tabelle 1 entsprechen. Ferner sind die Wellenlängen des Lichts genannt, bei denen die
Tabelle 2
Durchlässigkeit 5% und 80% beträgt. In F i g. 1 bis F i g. 5 sind die Lichtdurchlässigkeilskurven für die Zusammensetzungen 2,8, 20, 35 und 36 im Vergleich zu den entsprechenden bekannten Zusammensetzungen dargestellt
La2Oi
Nb2O,
As2O3
Sb2O,
Optische Eigenschaften
Wellenlänge des durchgehenden Lichts, nm
Durchlässigkeit, 5%
Durchlässigkeit, 80%
Wie diese Tabellen und Abbildungen zeigen, liegen die Lichtdurchlässigkeitskurven der erfindungsgemäß hergestellten optischen Gläser sämtlich auf der Seite der kürzeren Wellenlängen der Lichtdurchlässigkeitskurven der bekannten optischen Gläser. Ferner ist festzustellen, daß das erfindungsgemäß hergestellte optische Glas den bekannten optischen Gläsern in der Lich'durchlässigkeit deutlich überlegen ist.
Das optische Glas gemäß der Erfindung wird hergestellt, indem die Rohstoffe in einem Platintiegel od. dgl. bei 1200" bis 13500C geschmolzen werden, die Schmelze durchgemischt und die Keime daraus entfernt v/erden, 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
Bekannte optische Gläser (Gewichtsprozent) 3' 4' 5'
Nr. 5,5 23,5 24,5
Γ 2' 16,0 2,0
22,7 14,0 19,6 10,8 8,6
9,0 4.9 5,4
20,4 18,0 10,0 6,0 13,1
7,2 6,0 1,0 2,0
7,1 11,0 7,1 13,1
2,0 0,3
12,0
0,1 40,3 28,6 33,4
0,1 1,5 9,8 13,0
28,4
23,0 1.8052 1.8347 1.8001
19,0 35,3 30,3 34,8
1.8491 1.8641 365 372 359
32,0 31,2 463 460 470
365 364
471 464
gemäß der Erfindung durch Brechungsindices (rto) von etwa 1,770 bis 1,875 und Abbe-Zahlen (Vojvon etwa 37,5 bis 28,5 gekennzeichnet. Seine wesentlichen Bestandteile sind B2O3, La2O3, ZrO2, Nb2O5, PbO und BaO und/oder ZnO ohne Verwendung von giftigem CdO oder ThO2, 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.
Hierzu 3 Blau Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Optisches Glas mit den optischen Daten Brechungsindex no= 1,770 bis 1,875 und Abbe-Zahl vd=37,5 bis 28,5, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:
    mit der Bedingung 3-30 B2O3 0-19,5 SiO2 18-30 B2O3-I-SiO2 9-32 La2O3 1-8 ZrO2 4-25 Nb2O5 2-50 PbO 0-30 BaO 0-9,5 ZnO mit der Bedingung i—33 BaO+ ZnO 0-3 Li2O 0-3 Na2O 0-3 K2O 0-8 MgO 0-10 CaO 0-20 SrO 0-5 Al2O3 0-0,5 As2O3 0-0,5 Sb2O3 0-5 Bi2O3 0-13 TiO2 0-5 GeO2 O-'O Ta2O5
    Die Erfindung betrifft ein optisches Glas, das Brechungsindices (nD)von etwa 1,770 bis 1,875 und eine Abbe-Zahl (vd) von etwa 37,5 bis 28,5 aufweist und ein optisches System mit den wesentlichen Bestandteilen B2O3, La2O3, ZrO2, Nb2O5, PbO und BaO und/oder ZnO darstellt. 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 wesentlichei, 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
    SiO2-B2O3-La2O3-ZrO2-ThO2 -TiO2-BaO-Nb2O5
    bestehen und in der GB-PS 12 35 206 beschrieben wird; optisches Glas, das aus dem System
    B2O3 - SiO2 - La2O3 - TiO2 - CdO
    besteht und in der DE-PS 11 47 359 beschrieben wird; ein optisches Glas, das aus dem System
    B2O1-La2O3-ThO2-ZrO2-PbO-ZnO besteht und in der DE-PS 9 58 150 beschrieben wird; optisches Glas, das aus dem System
    SiO2-La2O3-ZrO2 (und/oder Ta2O5) -BaO
    besteht und in der JP-OS 73 914/1975 beschrieben wird, und ein optisches Glas, das aus dem System
    B2O3-SiO2-La2O3-ZrO2 (und/oder Ta2O5) -ZnO
    besteht und in der JP-OS 53 413/1975 beschrieben wird. Das optische Glas, das CdO oder ThO2 enthält, ist giftig, während das optische Glas, das einen hohen Anteil an SiO2 aufweist, dazu neigt, ungeschmolzene Bereiche beim Schmelzvorgang zu zeigen, während das einen hohen Anteil an ZnO ohne CdO oder ThO2 aufweisende Glas während des Schmelzens Phasentrennung zeigt Beim Versuch des Homogenisierens des Glases bei höheren Temperaturen innerhalb längerer Zeiträume wird dieses färbungsanfällig infolge thermischer Reduktion und die Lichtdurchlässigkeit nimmt ab. Optisches Glas, das keinen hohen SiO2- oder ZnO-Anteil, sondern eine verhältnismäßig große Menge TiO2 enthält, hat eine extrem niedrige Lichtdurchlässigkeit im Übergangsbereich vom Ultravioletteil 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.
    Die Lösung dieser Aufgabe ist ein optisches Glas mit den wesentlichen Bestandteilen B2O3, La2O3, PbO, ZrO2, Nb2O5 und BaO und/oder ZnO, das die vorstehend genannten optischen Eigenschaften aufweist, keine giftigen Bestandteile enthält, in der Lichtdurchlässigkeit im Übergangsbereich vom Ultravioletten bis zum sichtbaren Teil des Spektrums den bekannten optischen Gläsern überlegen, aufgrund einer genügend geringen Entglasungsneigung beständig und leicht zu homogenisieren ist.
    Dieses Glas ist gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten:
    mit der Bedingung 3-30 B2O3 0-19,5 SiO2 18-30 B2O3+ SiO2 9-32 La2O3 1-8 ZrO2 4-25 Nb2O5 2-50 PbO 0-30 BaO 0-9,5 ZnO mit der Bedingung 1-33 BaO+ ZnO 0-3 Li2O 0-3 Na2O 0-3 K2O 0-8 MgO 0-10 CaO 0-20 SrO 0-5 AI2O3 0-0,5 As2O3 0-0,5 Sb2O, 0-5 Bi2O3 0-13 TiO2 0-5 GeO2 0-10 Ta2O5
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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