DE3438625C2 - Optisches Glas - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Gläser geringer Dichte mit hohem
Brechungsindex, die besonders für optische und ophthalmische
Anwendungen geeignet sind.
Gläser mit erhöhtem Brechungsindex (normaler Index nd=1,523)
ermöglichen bei gleicher Brechkraft geringere Dicke in der
Mitte oder am Rand (negative bzw. positive Brechkraft). Höherer
Brechungsindex bedingt aber geringeren Abb´-Wert (größere
Dispersion). Wird die Dispersion zu stark, so entsteht
eine störende chromatische Aberration mit Farbrändern an den
Kanten des Glaskörpers. Zum Ausgleich muß der Abb´-Wert erhöht
werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil geringerer Dicke ist
geringeres Gewicht im gesamten Korrekturbereich (mit Ausnahme
sehr kleiner Korrekturen). Es ist daher von kritischer Bedeutung,
daß die Glasdichte nicht zu groß ist. Bevorzugt wird
insbesondere eine Dichte unter ca. 2,65 g/cm³.
Bei ophthalmischen Linsen ist dies sehr günstig für das Aussehen
und den Tragkomfort.
Die US-PS 2 901 365 beschreibt Gläser mit Dichten unter 2,7
g/cm³, vorzugsweise 2,55-2,65 g/cm³ und Brechungsindices
von 1,56-1,58. Diese Gläser enthalten in Gew.-%:
SiO₂ 58-64
Na₂O 0-17,5
K₂O 0-15,5
Li₂O 0-5
Na₂O+K₂O+Li₂O 12,5-17,5
CaO+MgO 7,5-14
TiO₂ 5-9
B₂O₃ 0-10
Al₂O₃ 0-3
Na₂O 0-17,5
K₂O 0-15,5
Li₂O 0-5
Na₂O+K₂O+Li₂O 12,5-17,5
CaO+MgO 7,5-14
TiO₂ 5-9
B₂O₃ 0-10
Al₂O₃ 0-3
Die Abb´-Werte der Ausführungsbeispiele betragen 48,4-53,2.
Der SiO₂- und TiO₂-Gehalt liegt außerhalb der Bereiche
der hier beanspruchten Gläser. Auch sind Li₂O und Na₂O wahlweise,
nicht zwingende Komponenten.
Aus der DE-PS 8 08 754 sind optische Gläser mit folgender
Zusammensetzung (in Gew.-%) bekannt:
SiO₂ 33 bis 60, B₂O₃ 1 bis 7, ZrO₂ 2 bis 15, BaO 0 bis 25,
mindestens ein Oxid aus der Reihe CaO, ZnO, SrO oder CdO bei
einem Gesamtgehalt von 3 bis 30, Li₂O 0,3 bis 5, Na₂O 1 bis 15,
wobei Natriumoxid durch Kaliumoxid ganz oder teilweise ersetzt
werden kann, und bis zu 10% oder mehr TiO₂.
Die bekannten
Gläser weisen Brechungsindices von 1,57 bis 1,7 und Abb´-Zahlen
von 46 bis 53 auf.
Diese Glaszusammensetzungen überschneiden sich entweder nicht
oder nur bezüglich einzelner Komponenten mit den erfindungsgemäß beanspruchten
Gläsern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches
Glas bereitzustellen, das einen hohen Brechungsindex und eine
geringe Dichte aufweist und die aus dem Stand der Technik
bekannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches Glas
mit der im Anspruch 1 in Gew.-% auf Oxidbasis angegebenen
Zusammensetzung gelöst.
Die Erfindung stellt somit ein diese Vorzüge aufweisendes und zudem
kontinuierlich herstellbares Glas zur Verfügung. Für die kontinuierliche
Produktion, z. B. durch Pressen von Linsen, ist
eine Liquidustemperatur unter 1000°C bei Viskositäten von
einigen 10 Pa·s wesentlich.
Das Grundglassystem besteht aus einem Kalium-Titan-Borsilikat,
das im Vergleich zu Lithium- oder Natrium-Borsilikaten
besonders gute Entglasungsfestigkeit aufweist. Zur Steigerung
des Brechungsindex dient in erster Linie TiO₂.
Möglich sind hierzu auch Zusätze von CaO
und ZrO₂, jedoch nur unter den weiter unten erläuterten
Bedingungen, damit die Dichte so gering wie möglich bleibt.
Das Glas enthält ferner die Alkalimetalloxide Li₂O
und Na₂O. Außer einem geringeren Beitrag zur Dichte verleihen
diese Zusätze dem System größere Freizügigkeit bei der Zusammensetzung
mit guten physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Die Gläser der Erfindung haben einen Brechungsindex von
1,595-1,607, einen Abb´-Wert von 40-47 und eine Dichte
geringer als 2,65 g/cm³. Ihre Durchlässigkeit im sichtbaren
Bereich (400 nm) bei Dicken von 10 mm liegt über ca.
83%. Auch haben sie eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit
(AO-Versuch).
Der Zusammensetzungsbereich ist wichtig für die erforderlichen
chemischen und physikalischen Eigenschaften. Der SiO₂-Gehalt
von 50-55% ergibt sich zwingend aus der Wahl der sonstigen
Komponenten mit ihren kritischen Grenzen.
Ein wesentlicher Bestandteil ist B₂O₃. Es trägt ein wenig zur
Dichte bei und erhöht die Viskosität, wenn es SiO₂ ersetzt.
Dieser Einfluß auf die Viskosität und die leichte Schmelz-
und Formbarkeit trägt auch zu der geringen Verfärbung des
Glases bei. Sein Anteil muß daher wenigstens 7,5% betragen.
Al₂O₃ erhöht die Glasviskosität und verbessert seine chemische
Beständigkeit, aber bedingt eine rasche Verschlechterung der
Entglasungsfestigkeit. Sein Anteil übersteigt daher nicht 2%.
Unter den Alkalimetalloxiden erzeugt K₂O eine besonders gute
Entglasungsfestigkeit. Soweit es SiO₂ ersetzt, erhöht es nicht
nur die Dichte, sondern auch den Brechungsindex. Es kann bis
zu 16% betragen. Darüber hinaus bedingt die Kompensierung des
Brechungsindex im Falle von TiO₂ einen starken Abfall des Abb´-Wertes
oder im Falle von Erdalkalimetalloxiden eine Erhöhung
der Dichte. K₂O kann teilweise durch äquivalent Oxide wie
Li₂O und Na₂O ersetzt werden, jedoch fördern größere Mengen
derselben die Entglasung. Das Glas enthält daher über 10% K₂O.
Li₂O ist das günstigste Alkalimetalloxid für den Brechungsindex.
In größeren Mengen verringert es aber die Viskosität und erhöht
die Entglasungsgefahr. Sein Anteil übersteigt daher nicht
7,5%.
Na₂O wird die Li₂O verwandt, ist aber weniger günstig für die
Dichte und den Brechungsindex.
Sein Anteil darf 4% nicht überschreiten.
Allgemein wird die Kombination der drei Oxide Li₂O, Na₂O und
K₂O bevorzugt. Ihre Summe liegt zwischen 17 und 23%.
TiO₂ ergibt den günstigsten Kompromiß von Dichte und Brechungsindex.
In größeren Mengen verringert es aber die sichtbare
Durchlässigkeit, begünstigt die Entglasung, steigert die
Dichte, und senkt sehr rasch den Abb´-Wert. Ein Mindestgehalt
an 9,5% TiO₂ wird benötigt, aber er darf nicht mehr als
17,5% betragen.
Desgleichen erhöht ZrO₂ den Brechungsindex und die Glasdichte,
senkt aber den Abb´-Wert nicht so rasch wie TiO. Es verbessert
auch die Alkalienbeständigkeit. Daher enthalten bevorzugte
Gläser wenigstens 1%, aber nicht mehr als 3%, weil darüber
hinaus eine nennenswertere Kristallbildung einsetzt.
Von sonstigen Oxiden kann
CaO in Mengen bis zu
8% anwesend sein.
Es erhöht die
Dichte und den Brechungsindex. Um den Index zu erhalten, muß
dabei der TiO₂-Anteil entsprechend herabgesetzt werden, wobei
der Abb´-Wert rasch ansteigt. CaO wird aber infolge seines
starken Beitrags zur Dichte nur begrenzt eingesetzt.
Zur besseren Erläuterung können die üblichen Zusätze dienen,
z. B. As₂O₃, aber zwecks Vermeidung zu starker
Verfärbung in Mengen von max. 0,6%.
Die erfindungsgemäßen Gläser mit den Eigenschaften:
Brechungsindex 1,595-1,607,
Dichte gleich oder weniger als 2,65 g/cm³,
Abb´-Wert 40-47 haben die folgende Zusammensetzung:
Brechungsindex 1,595-1,607,
Dichte gleich oder weniger als 2,65 g/cm³,
Abb´-Wert 40-47 haben die folgende Zusammensetzung:
SiO₂ 50-55
B₂O₃ 7,5-12
Al₂O₃ 0-2
Li₂O 2-7,5
Na₂O 1-4
K₂O <10-16
Li₂O+Na₂O+K₂O 17-23
CaO 0-8
ZrO₂ 0-3
TiO₂ 9,5-17
TiO₂+ZrO₂+CaO 15-22
As₂O₃ 0-0,6
B₂O₃ 7,5-12
Al₂O₃ 0-2
Li₂O 2-7,5
Na₂O 1-4
K₂O <10-16
Li₂O+Na₂O+K₂O 17-23
CaO 0-8
ZrO₂ 0-3
TiO₂ 9,5-17
TiO₂+ZrO₂+CaO 15-22
As₂O₃ 0-0,6
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Die Tabelle gibt die Glasbestandteile und die Ansatzstoffe
wieder:
| Oxide | |
| Ansatzstoffe | |
| SiO₂ | |
| SiO₂ | |
| B₂O₃ | B(OH)₃ |
| Al₂O₃ | Al(OH)₃ |
| Li₂O | Li₂CO₃ |
| Na₂O | Na₂CO₃, NaNO₃ |
| K₂O | K₂CO₃, KNO₃ |
| CaO | CaCO₃ |
| ZrO₂ | ZrO₂ |
| TiO₂ | TiO₂ |
| As₂O₃ | As₂O₃ |
Der Ansatz enthält zur Erzielung möglichst "weißer" Gläser
einen Mindestzusatz Fe₂O₃.
Die Ansatzstoffe wurden in üblicher Weise gewogen und gemischt,
dann bei 1100°C in einen Platintiegel gegeben, zum Schmelzen
gebraucht und durch weiteres Erhitzen auf 1300-1400°C und
Halten während 3-5 Std. homogenisiert und geläutert, dann
auf eine zur Formung und Kühlung in Stahlformen geeignete
Viskosität gekühlt.
Der Brechungsindex und die Abb´-Werte wurden an angelassenen
Probestücken in üblicher Weise gemessen (für nd wurde die
gelbe He-Spektrallinie verwendet). Die Dichte wurde durch Eintauchen
bestimmt (als g/cm³).
Die chemische Beständigkeit wurde nach dem A. O. Test gemäß
Applied Optics, Bd. 7, No. 5, Seite 847 (Mai 1968) bestimmt,
indem eine polierte Probe bei 25°C 10 Min. in ein 10%iges
HCl-Bad getaucht und der Gewichtsverlust gemessen wurde (in
mg/cm²).
Die Liquidustemperatur wurde nach 17stündiger Behandlung im
Gradientenofen und mikroskopische Untersuchung der Anwesenheit
von Kristallen bestimmt.
Mit einem Rotationsviskometer wurde die Hochtemperaturviskosität
(=Liquidusviskosität) (in Pa·s) gemessen.
Die Glasdurchlässigkeit wurde bei 400 nm an polierten, 10 mm
dicken Stücken mit einem Spektralphotometer gemessen.
Claims (4)
1. Optisches Glas mit hohem Brechnungsindex und geringer Dichte,
gekennzeichnet durch die in Gew.-% auf Oxidbasis ausgedrückte
Zusammensetzung
SiO₂ 50-55
B₂O₃ 7,5-12
Al₂O₃ 0-2
Li₂O 2-7,5
Na₂O 1-4
K₂O <10-16
Li₂O+Na₂O+K₂O 17-23
CaO 0-8
ZrO₂ 0-3
TiO₂ 9,5-17
TiO₂+ZrO₂+CaO 15-22
As₂O₃ 0-0,6
und die Eigenschaften
Dichte weniger als 2,65 g/cm³,
Brechungsindex 1,595-1,607,
Abb´-Wert 40-47.
B₂O₃ 7,5-12
Al₂O₃ 0-2
Li₂O 2-7,5
Na₂O 1-4
K₂O <10-16
Li₂O+Na₂O+K₂O 17-23
CaO 0-8
ZrO₂ 0-3
TiO₂ 9,5-17
TiO₂+ZrO₂+CaO 15-22
As₂O₃ 0-0,6
und die Eigenschaften
Dichte weniger als 2,65 g/cm³,
Brechungsindex 1,595-1,607,
Abb´-Wert 40-47.
2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens
1% ZrO₂ enthält.
3. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung
SiO₂ 54,4
B₂O₃ 7,9
Al₂O₃ 0,5
Li₂O 4,2
Na₂O 2,5
K₂O 13,7
ZrO₂ 1,0
TiO₂ 15,5
As₂O₃ 0,3
und die Eigenschaften
Dichte 2,61 g/cm³,
Brechungsindex 1,6040,
Abb´-Wert 41.
B₂O₃ 7,9
Al₂O₃ 0,5
Li₂O 4,2
Na₂O 2,5
K₂O 13,7
ZrO₂ 1,0
TiO₂ 15,5
As₂O₃ 0,3
und die Eigenschaften
Dichte 2,61 g/cm³,
Brechungsindex 1,6040,
Abb´-Wert 41.
4. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung
SiO₂ 54,4
B₂O₃ 7,9
Al₂O₃ 0,5
Li₂O 6,5
Na₂O 1,5
K₂O 10,3
CaO 6,0
ZrO₂ 1,0
TiO₂ 11,9
und die Eigenschaften
Dichte 2,62 g/cm³,
Brechungsindex 1,6030,
Abb´-Wert 44,4.
B₂O₃ 7,9
Al₂O₃ 0,5
Li₂O 6,5
Na₂O 1,5
K₂O 10,3
CaO 6,0
ZrO₂ 1,0
TiO₂ 11,9
und die Eigenschaften
Dichte 2,62 g/cm³,
Brechungsindex 1,6030,
Abb´-Wert 44,4.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843438625 DE3438625C2 (de) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | Optisches Glas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843438625 DE3438625C2 (de) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | Optisches Glas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3438625A1 DE3438625A1 (de) | 1986-04-24 |
| DE3438625C2 true DE3438625C2 (de) | 1995-01-05 |
Family
ID=6248469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843438625 Expired - Lifetime DE3438625C2 (de) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | Optisches Glas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3438625C2 (de) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE23049E (en) * | 1946-08-19 | 1948-11-23 | Ophthalmic glass | |
| US2901365A (en) * | 1957-11-25 | 1959-08-25 | Pittsburgh Plate Glass Co | Glass composition |
| GB2115403B (en) * | 1982-02-20 | 1985-11-27 | Zeiss Stiftung | Optical and opthalmic glass |
-
1984
- 1984-10-22 DE DE19843438625 patent/DE3438625C2/de not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3438625A1 (de) | 1986-04-24 |
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