DE3307497C2 - Optisches Glas im System Si0↓2↓ - B↓2↓0↓3↓ - La↓2↓0↓3↓ - Zr0↓2↓ - Alkalioxid - Erdalkalioxid - Zn0 - F mit Brechwerten ≥ 1,70, Abbezahlen ≥ 48, mit guter Entglasungsstabilität und guter chemischer Beständigkeit - Google Patents

Optisches Glas im System Si0↓2↓ - B↓2↓0↓3↓ - La↓2↓0↓3↓ - Zr0↓2↓ - Alkalioxid - Erdalkalioxid - Zn0 - F mit Brechwerten ≥ 1,70, Abbezahlen ≥ 48, mit guter Entglasungsstabilität und guter chemischer Beständigkeit

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Abstract

Ein neues optisches Glas mit der optischen Lage: nd ≥ 1,70 und vd ≥ 48, das sich durch gute Entglasungsstabilität und gute chemische Beständigkeit auszeichnet, hat folgende Zusammensetzung (in Gew.-%): SiO2 0,5-10; B2O3 15-35; La2O3 35-51; ZnO 0,5-10; ZrO2 2-8; F- 0,5-5; Alkalimetalloxide 0-25; Erdalkalimetalloxide 0-4,5.

Description

Ziel der Erfindung ist ein Zusammensetzungsbereich für ein optisches Glas im System
SiO tief2 B tief2 O tief3 La tief2 O tief3 ZrO tief 2 Alkalioxid Erdalkalioxid ZnO F
mit einem Brechwert größer gleich 1,70 und einer Abbezahl größer gleich 48, dessen Entglasungsstabilität so gut ist, dass auch große Gussstücke in hoher Ausbeute und entsprechend den üblichen Qualitätsanforderungen produziert werden können.
Der Stand der Technik ist in zahlreichen Patentanmeldungen wiedergegeben. So ist bereits vorgeschlagen worden, Fluorid-Ionen in das Glas einzubringen, wie in der DE-OS 27 56 160 beschrieben. Diese Gläser enthalten jedoch über 17 Gew.-% Gd tief2 O tief3, und die Entglasungsstabilität der Gläser ist sehr gering. In der DE-AS 26 33 946 werden fluorhaltige Gläser auf der Basis B tief2 O tief3 La tief2 O tief3 Y tief2 O tief3 beschrieben; diese Gläser enthalten jedoch notwendigerweise das sehr teure Ta tief2 O tief5.
In der JP-OS 78 04 023 beschriebene Gläser überschneiden zwar teilweise das Lagegebiet im n tiefd v tiefd-Diagramm der vorliegenden Anmeldung, enthalten jedoch notwendigerweise HfO tief2, und zwar bis 25 Gew.-%. In der DE-OS 31 38 138 beschriebene Gläser enthalten zwar 1 bis 4% F-Ionen, unterscheiden sich jedoch von der vorliegenden Anmeldung durch einen Gehalt an WO tief3 von bis 20%.
Ein allen genannten Anforderungen (gute Entglasungsstabilität, hoher Brechwert bei möglichst niedriger Dispersion, Freiheit von umweltbelastenden Stoffen, wie Cd, Th) genügendes Glas wird erfindungsgemäß mit dem neuen Zusammensetzungsbereich gemäß den Patentansprüchen erreicht. Die neuen Gläser enthalten 0,5 10 Gew.-% SiO tief2, 15 35 Gew.-% B tief2 O tief3, 35 51 Gew.-% La tief2 O tief3 als Hauptglasbildner, Alkalioxide (Li, Na, K) 0 2,5 Gew.%, bevorzugt jedoch 0,2 2 Gew.-%; ZnO 0,5 10 Gew.-%, bevorzugt jedoch bis 6 Gew.-%, Erdalkalioxide bis 4,5 Gew.-%, bevorzugt jedoch CaO 0,5 2,0 Gew.-%, ZrO tief2 2 8, und als weitere Komponenten: Y tief2 O tief3 2 12 Gew.-%, Gd tief2 O tief3 3 12 Gew.-%, schließlich als weitere Oxide:
CeO tief2 0 1 Gew.-%, Nb tief2 O tief5 0 3 Gew.-%, großes Sigma CeO tief2, SnO tief2 0 2 Gew.-%.
0,5 5 Gew.-% der Sauerstoffionen werden durch Fluorid-Ionen ersetzt. Die Fluorionen bewirken neben dem kristallisationshemmenden Effekt und einer leichteren Aufschmelzbarkeit des Gemenges Verbesserung der Transmission und Verschiebung der Absorptionskante zu kürzeren Wellenlängen. Die Fluorionen können beispielsweise durch LaF tief3, YF tief3, NaF oder KF ins Glas gebracht werden.
Das wesentliche bei den erfindungsgemäßen Gläsern ist, dass sie frei von umweltbelastenden Oxiden des Cd und Th sind und 0,5 bis 5 Gew.-% der Menge an O hoch2 -Ionen durch F hoch -Ionen ersetzt sind. Die erfindungsgemäßen Gläser charakterisieren gute chemische Beständigkeit und sehr gute Transmission im sichtbaren Spektralbereich.
Die erfindungsgemäßen Gläser erfüllen die Forderung nach guter Entglasungsstabilität bei einer Produktion nach den heute üblichen technischen Glasschmelzverfahren bei Brechzahlen größer gleich 1.70 und Abbezahlen größer gleich 48, wodurch sie sich von den alkalifreien Gläsern, die in den japanischen Patentanmeldungen, bzw. Patenten 75 006 326; 76 017 570, 7 804 023, 31 830 138 beschrieben sind, deutlich abheben. Das wesentliche ist, dass alle diese Forderungen erreicht wurden ohne Zusatz von umweltbelastenden Oxiden, wie CdO und ThO tief2. Die gute Kristallisationsstabilität wird erreicht durch bestimmte Anteile an SiO tief2, B tief2 O tief3, ZnO, ZrO tief2, Y tief2 O tief3, Nb tief2 O tief5 und Gd tief2 O tief3, sowie durch ausgewogene Zusätze von M tief2 O-Oxiden, CeO tief2 (bis 0,5 Gew.-%), SnO tief2 (bis 1,6 Gew.-%). Außerdem konnte auf den Einsatz sehr teurer Rohstoffe wie Ta tief2 O tief5 verzichtet werden, so dass die erfindungsgemäßen Gläser einen wesentlich niedrigeren Rohstoffkostenanteil haben als bisher bekannte Gläser (DE-OS 22 37 259 und JP-OS 50 14 712: mindestens 2 Gew.-% Ta tief2 O tief5).
Die verwendeten Komponenten ergeben bei den erfindungsgemäßen Gläsern eine ausgezeichnete Transmission (Reintransmission bei 400 nm und 25 mm Schichtdicke größer gleich 0,941), was mit bekannten Gläsern, die u.a. TiO tief2 und/oder PbO enthalten (DE-AS 26 52 747) nicht erreicht werden kann.
Tabelle 1 enthält 15 Ausführungsbeispiele im bevorzugten Zusammensetzungsbereich.
Die erfindungsgemäßen Gläser werden folgendermaßen hergestellt:
Die Rohstoffe (Oxide, bevorzugt Carbonate und Fluoride) werden abgewogen; ein Läutermittel, wie As tief2 O tief3 in Anteilen von 0,1 1 Gew.% wird zugegeben und anschließend wird gut gemischt. Das Glasgemenge wird bei ca. 1260 1300°C im Pt oder Keramiktiegel eingeschmolzen, danach geläutert und mittels eines Rührers gut homogenisiert. Bei einer Gusstemperatur von 1090 1200°C wird das Glas zu den gewünschten Abmessungen verarbeitet.
Schmelzbeispiel für 100 kg berechnetes Glas
Oxid Gew.-% Rohstoff Einwaage (kg)
SiO tief2 3.90 Quarzmehl 3,91 B tief2 O tief3 34,40 H tief3 BO tief3 60,94 Li tief2 O 0,40 Li tief2 CO tief3 1,00 CaO 1,40 CaCO tief3 2,49 ZnO 5,40 ZnO 5,43 La tief2 O tief3 45,80 La tief2 O tief3 42,07 LaF tief3 4,03 ZrO tief2 7,00 ZrO tief2 7,02 Nb tief2 O tief5 1,70 Nb tief2 O tief5 1,70 129,49 As tief2 O tief3 0,20 As tief2 O tief3 0,20 Läutermittel 129,69 Gemenge
Die Eigenschaften dieses Glases sind in Tabelle 1, Beispiel 6 angegeben.

Claims (5)

1. Optisches Glas im System
SiO tief2 B tief2 O tief3 La tief2 O tief3 ZrO tief2 Alkalioxid Erdalkalioxid ZnO F
mit einem Brechwert größer gleich 1.70 und einer Abbezahl größer gleich 48, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):
Si O tief2 0,5 10 B tief2 O tief3 15 35 großes Sigma SiO tief2, B tief2 O tief3 20 43
großes Sigma M tief2 O 0 2,5 (M = Li, Na, K)
La tief2 O tief3 35 51 ZnO 0,5 10
großes Sigma MO 0 4,5 (M = Mg, Ca, Sr, Ba)
ZrO tief2 2 8
F 0,5 5
2. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):
SiO tief2 1 8 B tief2 O tief3 26 35 großes Sigma SiO tief2, B tief2 O tief3 27 43
Na tief2 O 0,3 1,5 K tief2 O 0,2 2 Li tief2 O 0 1 großes Sigma M tief2 O 0,5 2,5 (M = Li, Na, K)
ZnO 0,5 6 CaO 0,5 2 La tief2 O tief3 39 46 ZrO tief2 2 8 Y tief2 O tief3 2 12 Gd tief2 O tief3 3 12 F 0,5 5
3. Glas nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es enthält (in Gew.-%):
CeO tief2 0 1
4. Glas nach einem der Ansprüche 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass es enthält (in Gew.-%):
Nb tief2 O tief5 0 3
5. Glas nach einem der Ansprüche 1 4, dadurch gekennzeichnet, dass es enthält (in Gew.-%):
CeO tief2 + SnO tief2 0 2
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