DE3235110C2 - Optisches Glas im System B↓2↓O↓3↓-SiO↓2↓-BaO-La↓2↓O↓3↓-ZrO↓2↓ - Google Patents

Optisches Glas im System B↓2↓O↓3↓-SiO↓2↓-BaO-La↓2↓O↓3↓-ZrO↓2↓

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Abstract

Optisches Glas, enthaltend in Gew.-%: 21,0 bis 35,0% SiO ↓2, 0 bis 10,0% B ↓2O ↓3, 0 bis 4,0% Al ↓2O ↓3; 0,5 bis 4,0% Li ↓2O; 33,0 bis 55,0% BaO + SrO + CaO + MgO + ZnO, mit dem Proviso 19,0 bis 45,0% BaO, 0 bis 15,0% SrO, 0 bis 20,0% CaO, 0 bis 5,0% MgO, und 1,5 bis 20,0% ZnO; 8,0 bis 23,0% La ↓2O ↓3; 2,0 bis 8,0% ZrO ↓2; 0 bis 10,0% TiO ↓2; 0 bis 4,5% Nb ↓2O ↓5 + Ta ↓2O ↓5; 0 bis 5,0% WO ↓3; und 0 bis 5,0% PbO.

Description

mit der Bedingung
19,0 bis 45,0% BaO:
O bis 15,0% SrO;
O bis 20,0% CaO;
O bis 5,0% MgO; und
1,5 bis 20,0% ZnO;
8,0 bis 23,0% La2O3;
2,0 bis 8,0% ZrO2;
O bis 10,0% TiO2;
O bis 4,5% Nb2O5+ Ta2O5;
O bis 5,0% WO3 und
O bis 5,0% PbO
besteht.
Die Erfindung betrifft ein optisches Glas mit einem Brechungsindex (nd) von 1,67 bis 1,75 und einer Abbezahl (yd) von 38 bis 52 des Systems B2O3-SiO2-BaO-La2O3-ZrO2.
Es besteht ein Bedarf nach einem optischen Glas mit einer hohen Schmelzviskosität und einer niedrigen
Kristallwachstumsrate bei einer Temperatur unterhalb der Flüssigphasentemperatur und das direkt aus einem kontinuierlichen Schmelzofen preßgeformt werden kann, wobei die Ausgangsmaterialien für das Glas billig sein sollen. Ebenso besteht ein Bedarf nach einem optischen Glas, bei dem während des Polierens im wesentlichen keine Verfärbung und Kratzer eintreten, und das eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit aufweist.
Zur Erzielung dieser Aufgabe ist ein Silikatglas im Vergleich zu Boratglas vorteilhaft. Ein Silikatglas mit großen Mengen an La2O3 hat jedoch den Nachteil, daß es nur wenig stabil ist und eine hohe Auflösungstemperatür hat. Deshalb sind zahlreiche übliche Gläser mit den vorerwähnten optischen konstanten Gläser mit einem niedrigen SiO2-Gehalt und einem hohen B2O3-Gehalt oder mit störenden Komponenten wie CdO oder ThO2. Eine Glaszusammensetzung die große Mengen B2O3, enthält läßt sich aber nur schwierig zu einem gleichmäßigen optischen Glas in guten Ausbeuten verarbeiten aufgrund der niedrigen Schmelzviskosität, so daß einige Komponenten verdampfen. Selbst wenn man dann ein optisches Glas erhält, hat dieses Glas keine ausreichende chemische Beständigkeit.
Wenn man andererseits B2O3 als Glasbildungsmaterial durch SiO2 ersetzt, wird die Flüssigphasentemperatur erhöht und die Löslichkeit erniedrigt in dem Maße wie die Substitution ansteiet. Um diese Nachteile zu verbessern hat man schon ein Glas das als wesentliche Komponente Nb2O5 oder Ta2O enthält vorgeschlagen und ein solches wird beispielsweise in der japanischen Patentveröffentlichung 7124/68 und in der JP-OS 88 106/73 beschrieben. Solche Gläser haben jedoch den Nachteil, daß die Rohmaterialien teuer sind und daß dort, wo die Menge an B2O3 über einen gewissen Grad abnimmt, die Schmelztemperatur nicht erniedrigt werden kann.
In der US-PS 41 19 471 wird ein optisches Glas des Systems B2O3-SiO2- La2O3-ZrO2-TiO2-ZnO-BaO beschrieben, das sich durch eine erniedrigte Schmelztemperatur und eine kürzere Schmelzzeit gegenüber herkömmlichen optischen Gläsern auszeichnet. SiO2 ist dort in einer Menge von 10 bis 19,5 Gew.-% vorhanden. Es wurde dort nicht erkannt, daß SiO2 in größeren Mengen, die bei der vorliegenden Erfindung zwischen 21,0 und 35,0% liegen, erforderlich ist, um eine Entglasung des Glases zu verhindern, und daß Li2O eine wesentliche Komponente ist, die erforderlich ist, um die Löslichkeit von SiO2 zu verbessern.
In der DE-OS 25 21 212 wird ein optisches Glas des Systems SiO2- B2O3- BaO- La2O3 beschrieben, welches Mi auch noch ZrO2 enthalten kann. Obwohl dort schon ein Anteil von SiO2 in einer Menge von 18 bis 36% offenbart wird, fehlt in dem dortigen System Li2O, das, wie schon erwähnt, zur Verbesserung der Löslichkeit von SiO2 erforderlich ist.
Weiterhin werden in der DD-PS 98 089 optische Borosilikatgläser beschrieben, welche folgende Zusammensetzung aufweisen:
19bis22Gew.-%SiO2
10bis15Gew.-%B2Oi
39 bis 43 Gew.-% BaO
8 bis 14 Gew.-% La2O3
4bisl0Gew.-%PbO
4 bis 8 Gew.-% CaO und
1 bis 5 Gew.-% TiO2
Auch diese Borosilikatgläser mit einem verhältnismäßig geringen Teil an SiO2 und einem verhältnismäßig hohen Anteil an B2O3 enthalten kein Li2O, welches dort bei den verhältnismäßig niedrigen Mengen an SiO2 auch nicht zur Verbesserung der Löslichkeit erforderlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein stabiles optisches Glas mit einem Brechungsindex (nd) von 1,67 bis 1,75 und einer Abbe-Zahl {yd) von 38 bis 52 mit hoher Viskosität und ausgezeichneter chemischer Beständigkeit zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch ein optisches Glas gemäß dem Patentanspruch gelöst.
Alle Prozente sind nachfolgend auf das Gewicht bezogen.
Liegt die Menge an SiO2 unterhalb 21,0%, dann neigt das Glas zur Entglasung und ist die Menge an SiO2 größer als 35,0%, so kann man nicht den gewünschten Brechungsindex erzielen.
B2O3 ist eine Komponente die zur Erhöhung der Löslichkeit des Glases dient und die die Flüssigphasentemperatur des Glases erniedrigt. Übersteigt die Menge an B2O3 10,0%, so wird die chemische Beständigkeit des Glases vermindert.
Al2O3 dient der Viskositätserhöhung des Glases. Übersteigt die Menge an AI2O3 4,0%, so wird die Tendenz zur Entglasung des Glases erhöht.
Li2O vermindert nicht merklich den Brechungsindex und auch nicht merklich die chemische Beständigkeit des Glases, obwohl es eine Alkalikomponente ist. Li2O stabilisiert wirksam das Glas und verbessert insbesondere die Löslichkeit von SiO2, und zwar schon in geringen Mengen so daß es in einer Menge von 0,5% oder mehr vorliegt. Übersteigt die Menge an Li2O jedoch 4,0%, dann neigt das Glas zum Kristallisieren und die chemische Beständigkeit wird verringert.
BaO, ZnO, SrO, CaO und MgO müssen in einer Gesamtmenge von 33,0 bis 55,0% vorliegen. Liegt die Gesamtmenge unterhalb 33,0%, so wird die Neigung des Glases zum Entglasen erhöht und übersteigt die Gesamtmenge 55,0%, so kann man nicht den gewünschten Brechungsindex erzielen.
BaO dient zur Stabilisierung des Glases und muß in einer Menge von 19,0% oder mehr vorliegen. Übersteigt die Menge von BaO jedoch 45,0%, so wird die Beständigkeit des Glases verringert.
ZnO dient zum Stabilisieren des Glases und verbessert ebenso die chemische Beständigkeit davon und soll deshalb in einer Menge von 1,5% oder mehr vorliegen. Übersteigt die Menge an ZnO jedoch 20,0%, so steigt die Neigung des Glases zum Entglasen an.
SrO. CaO und MgO machen das Glas nicht instabil, wenn die Mengen an SrO, CaO und MgO bis zu 15,0%, bis zu 20,0% bzw. zu 5,0% betragen und sie dienen zur Einstellung der optischen Konstanten.
La2O3 muß in einer Menge von 8,0 bis 23,0% vorliegen. Liegt die Menge an La2O3 unterhalb 8,0%, so kann man nicht den gewünschten Brechungsindex erzielen. Übersteigt die Menge an La2O3 23,0%, so erhöht sich die Tendenz zum Entglasen merklich.
ZrO2 dient zur Erhöhung des Brechungsindex, der Stabilität und der Viskosität des Glases, verbessert dessen chemische Beständigkeit und erhöht die Härte und muß deshalb in einer Menge von 2,0 bis 8,0% liegen. Übersteigt die Menge an ZrO2 8,0% so erhöht sich die Neigung des Glases zum Entglasen und die Kristallwachstumsrate wird in unerwünschter Weise erhöht.
TiO2, WO3 und PbO werden verwendet um die optischen Konstanten des Glases einzustellen und liegen in Mengen von bis zu 10,0%, bis zu 5,0% bzw. bis zu 5,0% vor.
Nb2O5 und Ta2O5 dienen hauptsächlich der Einstellung der optischen Konstanten des Glases. Da diese Materialien teuer sind, ist die Gesamtmenge von Nb2O5 und Ta2O5 auf 4,5% oder weniger beschränkt.
Die Erfindung wird nun in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert. Dabei werden die Glaszusammensetzungen jeweils in Gew.-% ausgedrückt.
Beispiele 1 bis 11
Rohmaterialien aus einem Silikatgesteinspulver, Borsäure, Lithiumcarbonal, Bariumcarbonat, Strontiumnitrat, Zinkblume, Titanoxid und Zirkoniumoxid wurden gleichmäßig vermischt und die Mischung in einem Platintiegel bei etwa 1300°C geschmolzen, raffiniert und gerührt. Die Schmelze wurde in eine vorerhitzte Form gegossen und allmählich abkühlen gelassen, wobei man Gläser der in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Zusammensetzung erhielt. Der Brechungsindex und die Abbezahl eines jeden Glases werden gleichfalls in der Tabelle gezeigt.
Beispiel 2 3 4 32 35 110 7 8 9 10 11
Tabelle 1 26,9 27,4 32,4 21,9 24,8 25,0 21,7 22.3
Kompo 32,2 2,8 5.3 2,8 8,4 8,0 8,4 8.4 9.5
nente — 2,0 — — 5 6 — — — — —
SiO2 — 1,5 1,0 1,0 27,4 28,0 0,5 2.0 !,0 1.0 0,5
/B2O3 3,0 35,1 35,1 24.2 5,8 3,9 23.0 19,4 21,7 32,4 36.8
A12O3 32,9 — 5,0 — — — 5,0 5,0 — 5.0 5.0
ti-,Ο — 3,0 — 17,0 1,0 1,6 — — — _ —
BaO- 3,0 11,2 2,3 4,2 20,1 33,0 17,5 11,5 12,5 2,5 3,2
SfO 11,2 11,3 13.8 11.3 10,0 — 17,7 23,0 18,2 18,1 14.7
CaO 11,1 5,1 2,5 5,1 — 4,6 6.0 5,2 5,2 5,2 5,0
ZnO 5,1 1,1 7,1 2,0 12,3 9,6 — 1,1 — — —
La2O3 1,3 — — — 13,8 8.3 — — — 3,8 _
ZrO2 — — — — 5,1 5,2 — — — — —
TiO2 — — — — 4,5 4,2 — — 3,0 — —
Nb2O5 — — 1,1
Ta2O5 — 0,5
WO3 — —
nd 1,699 1,675 1,735 1,672 1,720 1,720 1,716 1,717 1,704 1,714 1,687
yd 47,4 48,6 39,9 49,2 44,0 43,6 47,8 48,7 48,4 47,7 51,5
Die in der Tabelle gezeigten Gläser haben eine niedrige Kristallwachstumsrate bei einer Temperatur unter-25 halb der Flüssigphasentemperatur und infolgedessen kann man die Glasschmelze in eine Metallform durch eine Beschickungsvorrichtung einbringen und Linsen durch Preßverformen herstellen.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Optisches Glas mit :-inem Brechungsindex (nd) von 1.67 bis 1,75 und einer Abbe-Zah! (j-d) von 38 bis 52 des Systems B2O3-SiO2-BaO-La2O3-ZrO2, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß es aus (in Gew.-°/o):
    21,0 bis 35,0% SiO2;
    O bis 10,0% B2O3;
    O bis 4,0% Al2O3;
    0,5 bis 4,0% Li2O;
    ίο 33,0 bis 55,0% BaO+ SrO+CaO+ MgO+ ZnO,
DE3235110A 1981-10-01 1982-09-22 Optisches Glas im System B↓2↓O↓3↓-SiO↓2↓-BaO-La↓2↓O↓3↓-ZrO↓2↓ Expired DE3235110C2 (de)

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