DE3427696C2

DE3427696C2 -

Info

Publication number: DE3427696C2
Application number: DE3427696A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Clarks Summit Pa. Us Mader; Reinhard 3220 Alfeld De Kassner; Lee M. West Pittstan Pa. Us Cook
Original assignee: Schott Glass Technologies Inc
Current assignee: Schott Glass Technologies Inc
Priority date: 1983-08-11
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1991-05-02
Also published as: GB2144734A; FR2550524B1; GB8418851D0; FR2550524A1; JPH0114184B2; GB2144734B; DE3427696A1; US4507393A; JPS60171243A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes optisches Glas mit der speziellen Anwendung als Segmentbrillenglas (oder Zusatzlinse) zum Gebrauch bei der Herstellung von verbundenen optischen Elementen wie Mehrfokalkorrekturbrillengläsern.

Mehrfokalbrillengläser werden normalerweise hergestellt durch Verschmelzen von einem oder mehreren Segmentbrillengläsern mit einem Hauptkronglas. Der Brechungsindex des Segmentbrillenglases ist höher als der des Hauptglases, aus dem der Linsenrohling hergestellt wird. Der Brechungsindex des Segmentbrillenglases bestimmt das Ausmaß der visuellen Korrektur, die erreicht wird.

Über den Brechungsindex hinaus muß das Segmentbrillenglas sehr genau zu einigen kritischen Eigenschaften des Grundglases passen. Dies schließt vergleichbare Werte des thermischen Expansionskoeffizienten, der Viskositätseigenschaften und des Erweichungspunktes ein. Darüber hinaus ist es notwendig, daß das Segmentbrillenglas einen relativ niedrigen Dispersionswert hat und im ganzen von hoher Qualität ist. Natürlich ist es ebenfalls wünschenswert, daß das Segmentbrillenglas von niedriger Dichte ist; dadurch werden Stücke mit niedrigerem Gewicht geliefert.

Viele solche Segmentbrillengläser sind bekannt und werden mit unterschiedlichen Typen von Krongläsern verschmolzen (z. B. US-PS 43 51 906). Das in dieser US-Patentschrift und anderen genannte Segmentbrillenglas ist jedoch ungeeignet für den Einsatz in dieser Erfindung, d. h., als Segmentbrillenglas in Verbindung mit einem Flintglas, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 79,5-10^-7/°C und einen Erweichungspunkt von 751°C aufweist. Dies wird klar aus der stark unterschiedlichen Zusammensetzung, die es beinhaltet.

Andere Veröffentlichungen zum Stand der Technik, die irgendwie verwandte Gläser offenbaren, sind US-PS 30 22 182, JP-PS 75 73 914 und JP-PS 78 28 448. Die erstgenannte ist deutlich anders, z. B. darin, daß sie nicht die Komponenten Bor oder Aluminium erlaubt. Die zweitgenannte unterscheidet sich z. B. darin, daß in ihr deutliche Mengen von Tantal und Zirkon gefordert werden. Die dritte unterscheidet sich darin, daß in ihr z. B. bedeutende Mengen von Lithium gefordert werden.

In der DE-OS 32 20 674 wird ein ophthalmisches Glas beschrieben, das zur Herstellung von Segmenten oder Einsatzstücken in multifokalen Augenlinsen geeignet ist, in dem weder Bor noch Aluminium vorkommt, für das aber Zirkonium ebenso wie deutliche Mengen von Natrium essentiell sind. Der thermische Ausdehnungskoeffizient liegt bei 90 bis 98×10^-7/°C und die Erweichungstemperatur zwischen 640 und 700°C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Segmentbrillenglas von hoher Qualität zur Verfügung zu stellen, welches im Vergleich mit den üblichen Zusammensetzungen von Brillengläsern einen relativ hohen Brechungsindex und eine relativ niedrige Dispersion hat, das eine niedrige Dichte aufweist und in einer Mehrfokalkorrekturbrille benutzt werden kann. Insbesondere soll das Segmentbrillenglas dafür geeignet sein, nach einem konventionellen Herstellungsverfahren mit einem Flintglas verschmolzen werden zu können, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 79,5×10^-7/°C und einen Erweichungspunkt von 751°C aufweist und es soll schon für sich allein als Brillenglas, zum Beispiel als Einelementbrillenglas, verwendet werden können.

Nach weiterem Studium der Beschreibung und der Ansprüche, werden jedem Fachmann weitere Ziele und Vorteile dieser Erfindung klar werden.

Diese Ziele der vorliegenden Erfindung wurden durch Herstellung eines optischen Qualitätsglases erreicht, welches geeignet ist zum Gebrauch in Brillengläsern, besonders als Segmentbrillenglas in Multifokalbrillengläsern, und welches einen Brechungsindex n_D von mindestens 1,730, bevorzugt 1,733-1,750 hat; eine Abbezahl Vd von mindestens 33, bevorzugt 35-40; eine Dichte nicht größer als 4,45 g/cm³, bevorzugt 4,37-4,41 g/cm³, und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (20-300°C) von nicht mehr als 83×10^-7 pro °C und nicht weniger als 77×10^-7 pro °C, bevorzugt 79-81×10^-7 pro °C, und welches mindestens 90 Mol-% von SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Bao, PbO, TiO₂, La₂O₃ und Nb₂O₅ hat und hauptsächlich in Gew.-% besteht aus:

Σ BaO+La₂O₃, 28-50%, typisch um 40%
Σ TiO₂+Nb₂O₅, 0.5-11%, typisch um 4%

Wie an den folgenden typischen Eigenschaften des verwendeten Flintglases zu sehen ist, ist das Glas dieser Erfindung als Segmentbrillenglas dafür besonders zweckmäßig und geeignet:

Brechungsindex
1.601
Abbezahl	40.7
thermischer Ausdehnungskoeffizient	79.5×10^-7
Dichte (g/cm³)	2.62
Erweichungspunkt (°C)	751
Untere Entspannungstemperatur (°C)	587
Obere Kühltemperatur	609

Die Erweichungspunkte Ts der Gläser dieser Erfindung liegen normalerweise in dem Bereich von 730-740°C. Typische untere Entspannungstemperaturen und obere Kühltemperaturen der Gläser dieser Erfindung sind 585-595°C und 610-616°C.

Die Glaszusammensetzung dieser Erfindung sind dadurch charakterisiert, daß sie niedrige Kosten und ausgezeichnete optische Eigenschaften, wie oben diskutiert, haben. Darüber hinaus sind sie wichtig, da sie keine Alkalimetalloxide enthalten, welche normalerweise in verwandten Gläsern erforderlich sind, um den gewünschten Brechungsindex und die Viskositätswerte zu erreichen. Bei den Gläsern dieser Erfindung wurde jedoch entdeckt, daß diese Alkalimetalloxide weggelassen werden können, während trotzdem die erstaunlichen Eigenschaften dieser Erfindung erzielt werden, und ebenso, daß die Anwesenheit von einigen Alkalimetalloxiden, z. B. Li₂O, die wichtigen Eigenschaften entgegengesetzt beeinflussen können, besonders den thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Die Gläser enthalten darüber hinaus kein Zirkon und kein Tantal. Dies trägt besonders zu ihren niedrigen Kosten und zu den niedrigen Dichten bei.

Zusätzlich zu den oben genannten Bestandteilen kann das Glas dieser Erfindung natürlich konventionelle Läutermittel in den konventionell benötigten Mengen enthalten. Solche Mittel beinhalten besonders As₂O₃ und Sb₂O₃, typische Mengen sind 0.1-1.0 Gew.-%.

Der Gehalt an SiO₂ in dem Glas dieser Erfindung ist 23-32%, bevorzugt 26-28%. SiO₂ ist notwendig für die Stabilität des Glases. Zu wenig SiO₂ (Beträge unter 23%) bewirkt eine geringe chemische Beständigkeit und Kristallisationseffekte, welche unerwünscht sind, sowohl bei der Herstellung als auch bei dem Verschmelzen zu Multifokalelementen. Ein zu hoher SiO₂-Gehalt (über 32%) führt zu unakzeptierbar hohen oberen Kühltemperaturen und Erweichungspunkten für einen erfolgreichen Einsatz mit dem bevorzugten Hauptglas.

Der Gehalt an B₂O₃ in dem Glas dieser Erfindung ist 4-7%, bevorzugt 5,0-6%. Boroxid ist eine notwendige Komponente, um die geeigneten Schmelzeigenschaften, Viskositätseigenschaften und die Steuerung der thermischen Expansion sicherzustellen. Boroxidbeträge unter 4% führen zu unakzeptierbar hohen oberen Kühltemperaturen und Erweichungspunkten, während Beträge über 7% zu unerwünscht niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten führen können.

Der Gehalt als Al₂O, ist 0,5-3 Gew.-%, bevorzugt 0,9-1,1 Gew.-%. Dieser Bestandteil ist notwendig, um sowohl geeignete Ausdehnungseigenschaften als auch eine hohe chemische Beständigkeit zu erzielen. Beträge über diesen Grenzen bewirken eine geringe zusätzliche Zunahme in der chemischen Beständigkeit, hingegen eine starke Zunahme in der Anlaß- und Erweichungspunkten.

BaO wird in Mengen von 23-30 Gew.-% gefordert, bevorzugt 25-27 Gew.-%. Seine Hauptfunktion ist, einen richtigen Brechungsindex und Viskositätseigenschaften sicherzustellen. BaO-Beträge unter 23% bewirken einen zu kleinen Brechungsindex, während BaO-Beträge über 30% unerwünscht hohe obere Kühltemperaturen und Erweichungstemperaturen bewirken.

PbO ist normalerweise in Mengen von 15-30 Gew.-% enthalten, bevorzugt 20-24 Gew.-%, und seine Funktion liegt hauptsächlich darin, den Brechungsindex zu erhöhen und die Viskosität zu erniedrigen. Die obere und untere Grenze zu PbO ist aus demselben Grund wie bei BaO festgelegt.

TiO₂ ist in den Gläsern dieser Erfindung in den üblichen Mengen von 0,5-10 Gew.-% enthalten, bevorzugt 2-4 Gew.-%. Es ist eine zusätzliche Komponente, deren Haupteffekt darin liegt, Gläser mit niedriger Dichte herzustellen, die gleichzeitig einen hohen Brechungsindex haben. TiO₂-Mengen unter 0,5% haben keine bemerkenswerten Auswirkungen, wo hingegen zu hohe Mengen (größer als 10%) unerwünscht hohe Kristallisationsgeschwindigkeiten bewirken können, ein schwerwiegendes Problem bei Multifokalverschmelzprozessen.

Der Gehalt an La₂O₃ ist 5-20 Gew.-%, bevorzugt 13-15 Gew.-%. Lanthanoxid dient der Hebung des Brechungsindex, während es eine niedrige Dispersion (großes vd) aufrecht erhält. Mengen unter 13% erlauben es nicht, den gewünschten Brechungsindex und die Dispersion zu erzielen, während höhere Mengen (über 15%) zu Kristallisationseffekten führen.

Typische Gehalte an Nb₂O₅ sind 0-1 Gew.-%, bevorzugt 0,9-1,0 Gew.-%. Nioboxid dient hauptsächlich der Erhebung des Brechungsindexes, während es eine niedrige Dispersion gewährleistet. Ein Nb₂O₅-Gehalt über 1% bewirkt ein deutliches Ansteigen der Viskosität, der Dichte und der Glaskosten.

Die Gläser dieser Erfindung können hergestellt werden, indem man die konventionellen Techniken benutzt, die normalerweise für Gläser dieser Typen gebraucht werden. Zum Beispiel werden die üblichen Rohmaterialien, die den Oxiden, die in den Gläsern dieser Erfindung gefordert werden, entsprechen, z. B. Oxide als solche, Karbonate, Nitrite, Hydroxide usw. in der Schmelze in Mengen gemischt, die den gewünschten Mengen in dem Endglas entsprechen. Typische Schmelztemperaturen sind 1000-1200°C. Es können konventionelle Schmelztiegel oder Wannen, z. B. keramische Behälter oder Platinbehälter genutzt werden. Die homogene Schmelze wird dann konventionell weiterbehandelt, z. B. geläutert, in Formen abgegossen, allmählich abgekühlt, zu Linsenrohlingen verschmolzen usw.

Es wird angenommen, daß ohne weitere Ausarbeitung ein Fachmann, der die vorhergehende Beschreibung benutzt, die vorliegende Erfindung völlig verwerten kann. Die folgenden bevorzugten speziellen Ausführungsformen sind deshalb mehr zur Illustration dargelegt und nicht dafür, um den Rest der Offenbarung in irgendeiner Weise einzuschränken. In den folgenden Beispielen werden alle Temperaturen in °C benannt; wenn nicht anders darauf hingewiesen wird, sind alle Mengen und Prozente auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Das Folgende beschreibt die Herstellung des Glases, welches weiter unten als die bevorzugte Zusammensetzung G bezeichnet wird. Entsprechende Verfahren werden benutzt, um die anderen Glaszusammensetzungen, die in der folgenden Tabelle zusammengefaßt sind, herzustellen.

Glasherstellung

Der folgende Gemengesatz wurde gewogen und dann sorgfältig gemischt:

Gemengesatz
Menge (kg)
Siliziumdioxid
0.271
Borsäure	0.093
Aluminiumhydrat	0.016
Bariumnitrat	0.437
Mennige	0.233
Titandioxid	0.027
Lanthanoxid	0.146
Niobpentoxid	0.010
Asentrioxid	0.001

Das gemischte Gemenge wird dann in einem 0,5 l Platinschmelztiegel geschmolzen, der durch Induktionsheizung auf 1250°C erhitzt wird. Nach dem Schmelzen wird das Glas homogenisiert und bei 1450°C drei Stunden lang geläutert. Nachdem die Temperatur auf 1100°C reduziert wurde, wird das Glas in graphitausgekleidete Stahlformen gegossen und getempert, wobei eine Anlaßtemperatur von 615°C und eine Kühlgeschwindigkeit von 30°C pro Stunde benutzt wird. Nach dem Anlassen werden die Bifokalbrillensegmente aus den Rohlingen hergestellt, unter Benutzung von konventionellen Schleif- und Poliermethoden.

Die folgende Tabelle enthält verschiedene Beispiele der Gläser dieser Erfindung sowie ihre Eigenschaften. Die Beispiele A, E und G sind bevorzugt.

Tabelle

Die vorgenannten Beispiele können mit einem ähnlichen Erfolg wiederholt werden, wenn die allgemeinen oder speziell beschriebenen Reaktanten und/oder Arbeitsbedingungen dieser Erfindung durch solche ersetzt werden, die in den vorausgehenden Beispielen benutzt wurden.

Claims

1. Ein Glas mit einem Brechungsindex von wenigstens 1.730, eine Abbezahl von wenigstens 33, einer Dichte nicht größer als 4,45 g/cm³, einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten nicht größer als 83 und nicht kleiner als 77×10^-7/°C zwischen 20-300°C, dadurch gekennzeichnet, daß es, ausgedrückt in Gewichtsprozenten auf Oxidbasis, aus SiO₂ 23-32 B₂O₃ 4-7 Al₂O₃ 0.5-3 BaO 23-30 PbO 15-30 TiO₂ 0.5-10 La₂O₃ 5-20 Nb₂O₅ 0-1

besteht.

2. Ein Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es in Gew.-% aus SiO₂|26-28% B₂O₃ 5.0-6.0% Al₂O₃ 0.9-1.1% BaO 25-27% PbO 20-24% TiO₂ 2-4% La₂O₃ 13-15% Nb₃O₅ 0.9-1.0%

besteht.