DE3906280C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Glas und,
genauer gesagt, ein optisches Glas mit einem hohen
Brechungsindex und einer hohen Dispersion, das einen
Brechungsindex nd von 1,70 oder mehr und eine Abbe-Zahl νd
von 30 oder weniger besitzt.
Als solch ein optisches Glas sind z. B. ein Glas, das als
Hauptkomponenten P₂O₅, Na₂O, TiO₂ und WO₃ umfaßt, in der
Japanischen Patentanmeldung 17 409/1974, ein Glas, das aus
einem P₂O₅-R₂O (R ist ein monovalentes Metall)-ZnO-Nb₂O₅-artigen
Glas besteht, in der JP-PS 40 094/1981, und ein Glas, bei
dem BPO₄ und/oder Al(PO₃)₃ in ein SiO₂-TiO₂-Nb₂O₅-R₂O (R
ist ein monovalentes Metall)-artiges Glas eingearbeitet
sind, in der JP-PS 54 248/1985 offenbart.
Die in der japanischen Patentanmeldung 17 409/1974 und der
JP-PS 40 094/1981 offenbarten Gläser besitzen jedoch einen
niedrigen Entglasungswiderstand. Das in der JP-PS 54 247/1985
offenbarte Glas besitzt, wenn der Brechungsindex nd auf
1,70 oder mehr gehoben wird, eine hohe Entglasungstendenz
in der Nähe der Erweichungstemperatur und wird dementsprechend
entglast, wenn der Glasblock erhitzt und erweicht wird,
so daß das Preßformen schwierig wird.
Damit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
ein optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex und einer
hohen Dispersion zu schaffen, das einen Brechungsindex
nd von 1,70 oder mehr und eine Abbe-Zahl νd von 30 oder
weniger besitzt, und das gegenüber einer Entglasung sehr
widerstandsfähig ist und stabil ist.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung deutlich.
Der Erfinder betrieb Studien, um die obige Aufgabe zu lösen.
Als Ergebnis wurde gefunden, daß das optische Glas mit der
unten aufgeführten Zusammensetzung, das SiO₂,
Alkalimetalloxide, P₂O₅ und Nb₂O₅ umfaßt, optische
Eigenschaften besitzt, wie einen Brechungsindex von 1,70
oder mehr und eine Abbe-Zahl νd von 30 oder weniger, und
hinsichtlich der Entglasungswiderstandsfähigkeit und
Stabilität überlegen ist. Diese Erkenntnis führte zur
Vollendung der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung besteht in einem optischen Glas
mit hohem Brechungsindex und hoher Dispersion, umfassend
SiO₂ | ||
5-30 Gew.-% | ||
GeO₂ | 0-25 Gew.-% | |
die Summe von SiO₂ und GeO₂ beträgt | 5-30 Gew.-% | |
Na₂O | 0-19 Gew.-% | |
K₂O | 0-19 Gew.-% | |
die Summe von Na₂O und K₂O beträgt | 10-19 Gew.-% | |
P₂O₅ | 10-35 Gew.-% | |
Nb₂O₅ | 18-49 Gew.-% | |
TiO₂ | 0-14 Gew.-% | |
Ta₂O₅ | 0-20 Gew.-% | |
ZrO₂ | 0-10 Gew.-% | |
WO₃ | 0-5 Gew.-% | |
PbO | 0-20 Gew.-% | |
ZnO | 0-10 Gew.-% | |
Bi₂O₃ | 0-20 Gew.-% | |
die Summe von Nb₂O₅, Ta₂O₅, ZrO₂, WO₃, PbO, ZnO und Bi₂O₃ beträgt | 18-49 Gew.-% | |
B₂O₃ | 0-15 Gew.-% | |
Al₂O₃ | 0-5 Gew.-% | |
und weiterhin @ | As₂O₃ | 0-3 Gew.-% |
in bezug auf die Gesamtmenge der oben genannten Komponenten.
Die Rolle und Menge jeder Komponente, die das optische
Glas der vorliegenden Erfindung bilden, wird im folgenden
beschrieben.
In dem optischen Glas der vorliegenden Erfindung ist SiO₂
eine Komponente, die wirksam hinsichtlich der Steigerung
der Viskosität des erhaltenen Glases und hinsichtlich der
Reduzierung der Entglasungstendenz ist, und geeignet ist,
die chemische Beständigkeit zu steigern und den
Expansionskoeffizienten zu reduzieren. Wenn die SiO₂-Menge
weniger als 5 Gew.-% beträgt, dann werden die obigen
Wirkungen nicht erhalten. Wenn die Menge mehr als 30 Gew.-%
beträgt, dann besitzt das erhaltene Glas nicht die gewünschten
optischen Eigenschaften. Deshalb ist die SiO₂-Menge auf einen
Bereich von 5 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise auf einen Bereich
von 5 bis 26 Gew.-%, beschränkt. GeO₂ ist eine Komponente,
die wirksam hinsichtlich der Steigerung des Brechungsindexes
des erhaltenen Glases ist. Wenn die GeO₂-Menge mehr als
25 Gew.-% beträgt, dann ist das erhaltene Glas stark gefärbt
und besitzt eine hohe Entglasungstendenz bei tiefen Temperaturen.
Aus diesem Grund ist die GeO₂-Menge auf einen Bereich von
0 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 18 Gew.-%, beschränkt.
Wenn die Gesamtmenge an SiO₂ und GeO₂ mehr als 30 Gew.-%
beträgt, dann besitzt das erhaltene Glas nicht die gewünschten
optischen Eigenschaften. Deshalb ist die Gesamtmenge an
SiO₂ und GeO₂ auf einen Bereich von 5 bis 30 Gew.-%,
vorzugsweise 5 bis 26 Gew.-%, beschränkt.
Na₂O und K₂O sind jeweils eine Komponente, die wichtig
hinsichtlich der Verbesserung der Schmelzbarkeit des
erhaltenen Glases und hinsichtlich der Kontrolle der
Entglasungstendenz ist. Wenn die entsprechenden Mengen an
Na₂O und K₂O mehr als 19 Gew.-% betragen, dann besitzt das
erhaltene Glas nicht die gewünschten optischen Eigenschaften.
Dementsprechend ist die Menge an Na₂O auf einen Bereich von
0 bis 19 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 19 Gew.-%, beschränkt, und
die Menge an K₂O ist auf einen Bereich von 0 bis 19 Gew.-%,
vorzugsweise 5 bis 18 Gew.-%, beschränkt. Wenn die Gesamtmenge
an Na₂O und K₂O weniger als 10 Gew.-% beträgt, dann ist ihre
Wirkung sehr niedrig. Wenn die Gesamtmenge mehr als 19 Gew.-%
ist, dann besitzt das erhaltene Glas nicht die gewünschten
optischen Eigenschaften. Deshalb ist die Gesamtmenge an
Na₂O und K₂O auf einen Bereich von 10 bis 19 Gew.-%,
vorzugsweise 13 bis 19 Gew.-%, beschränkt.
P₂O₅ ist eine Komponente, die wirksam ist, um ein Glas mit
hoher Dispersion zu erhalten. Wenn die P₂O₅-Menge weniger
als 10 Gew.-% ist, dann besitzt das erhaltene Glas nicht
die gewünschten optischen Eigenschaften. Wenn die Menge mehr
als 35 Gew.-% beträgt, dann besitzt das erhaltene Glas eine
hohe Entglasungstendenz und eine niedrige chemische
Beständigkeit. Deshalb ist die P₂O₅-Menge auf einen Bereich
von 10 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%,
beschränkt.
Nb₂O₅ ist eine Komponente, die wirksam ist, um ein Glas mit
einem hohen Brechungsindex und einer hohen Dispersion zu
erhalten. Wenn die Nb₂O₅-Menge weniger als 18 Gew.-% beträgt,
dann besitzt das erhaltene Glas nicht die gewünschten
optischen Eigenschaften. Wenn die Menge mehr als 49 Gew.-%
beträgt, dann besitzt das erhaltene Glas eine hohe
Entglasungstendenz. Aus diesem Grund ist die Menge an
Nb₂O₅ auf einen Bereich von 18 bis 49 Gew.-%, vorzugsweise
22 bis 42 Gew.-%, beschränkt.
TiO₂ ist eine Komponente, die wirksam ist, um ein Glas mit
einem hohen Brechungsindex und einer hohen Dispersion zu
erhalten. Wenn die TiO₂-Menge mehr als 14 Gew.-% beträgt,
dann besitzt das erhaltene Glas eine hohe Entglasungstendenz.
Deshalb ist die Menge an TiO₂ auf einen Bereich von 0 bis
14 Gew.-%, vorzugsweise 4 bis 14 Gew.-%, beschränkt. Ta₂O₅,
ZrO₂, WO₃, PbO, ZnO und Bi₂O₃ können hinzugegeben werden,
um einen Teil an Nb₂O₅ oder TiO₂ zu ersetzen, wobei die
optischen Konstanten des erhaltenen Glases angepaßt werden
können. Wenn jedoch die Mengen an Ta₂O₅, ZrO₂, WO₃, PbO,
ZnO und Bi₂O₃ mehr als 20 Gew.-%, 10 Gew.-%, 5 Gew.-%, 20 Gew.-%,
10 Gew.-% bzw. 20 Gew.-% betragen, dann besitzt das erhaltene
Glas eine hohe Entglasungstendenz und eine niedrige
Dispersion, und es kann das gewünschte Glas nicht erhalten
werden. Deshalb ist die Menge an Ta₂O₅ auf einen Bereich
von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 15 Gew.-%; die Menge
an ZrO₂ auf einen Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise
0 bis 5 Gew.-%; die Menge an WO₃ auf einen Bereich von 0 bis
5 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 3 Gew.-%; die Menge an PbO auf
einen Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 15 Gew.-%;
die Menge an ZnO auf einen Bereich von 0 bis 10 Gew.-%,
vorzugsweise 0 bis 5 Gew.-%; und die Menge an Bi₂O₃ auf
einen Bereich von 0 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 15 Gew.-%;
beschränkt. Des weiteren ist die Gesamtmenge an Nb₂O₅, Ta₂O₅,
ZrO₂, WO₃, PbO, ZnO und Bi₂O₃ auf 18 bis 49 Gew.-%,
vorzugsweise 22 bis 44 Gew.-%, begrenzt.
B₂O₃ ist eine Komponente, die wirksam ist, um ein Glas mit
einer verbesserten Schmelzbarkeit und einer vergleichsweise
hohen Dispersion zu erhalten. Wenn die B₂O₃-Menge mehr als
15 Gew.-% beträgt, dann besitzt das erhaltene Glas eine hohe
Entglasungstendenz. Deshalb ist die Menge an B₂O₃ auf einen
Bereich von 0 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 15 Gew.-%,
beschränkt.
Al₂O₃ ist eine Komponente, die wirksam ist, um ein Glas mit
einer hohen Dispersion und einer verbesserten chemischen
Beständigkeit zu erhalten. Wenn die Al₂O₃-Menge mehr als
5 Gew.-% beträgt, dann besitzt das erhaltene Glas eine hohe
Entglasungstendenz. Dementsprechend ist Al₂O₃ auf einen
Bereich von 0 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 3 Gew.-%,
beschränkt.
As₂O₃ ist eine Komponente, die als achromatisches Mittel
wirksam ist, wenn die Menge an Nb₂O₅ und TiO₂ hoch ist.
Wenn die Menge an As₂O₃ mehr als 3 Gew.-% beträgt, dann
besitzt das erhaltene Glas eine hohe Entglasungstendenz.
Deshalb ist die Menge an As₂O₃ auf einen Bereich von 0 bis
3 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Gew.-%, beschränkt. Die Menge
an As₂O₃ ist in bezug auf das Gesamtgewicht aller
Glaskomponenten, außer As₂O₃ bestimmt.
Üblicherweise können kleine Mengen an Sb₂O₃, F usw. zum
Zwecke der Achromatisierung, der Entgasung usw. hinzugegeben
werden.
Die vorliegende Erfindung wird im Detail mit Hilfe der
folgenden Beispiele beschrieben.
Es wurden insgesamt 19 Arten an optischen Gläsern mit hohem
Brechungsindex und hoher Dispersion gemäß der vorliegenden
Erfindung wie folgt hergestellt.
In den optischen Gläsern der Beispiele 1 bis 19 wurden die
folgenden Verbindungen als Rohmaterialien für die Komponenten
verwendet. Als Rohmaterial für P₂O₅ wurde eine wäßrige
o-Phosphorsäurelösung (H₃PO₄) oder ein Phosphat, wie
Kaliummetaphosphat oder dergleichen, verwendet; und als
Rohmaterialien für die anderen Komponenten wurde ein Oxid,
ein Carbonat, ein Phosphat, ein Nitrat oder dergleichen
hinsichtlich jeder Komponente verwendet. Zum Beispiel wurden
in dem optischen Glas des Beispiels 5, das 5,0 Gew.-% SiO₂,
18,0 Gew.-% GeO₂, 5,0 Gew.-% Na₂O, 10,0 Gew.-% K₂O, 17,4 Gew.-%
P₂O₅, 29,3 Gew.-% Nb₂O₅, 6,7 Gew.-% TiO₂ und 8,6 Gew.-% B₂O₃
(die Gesamtmenge der obigen Komponenten ist 100 Gew.-%) und
des weiteren als Entgasungsmittel 0,2 Gew.-% As₂O₃ in bezug
auf die obigen Komponenten umfaßt, als Rohmaterialien
entsprechende Oxide für SiO₂, GeO₂, Nb₂O₅, TiO₂ und As₂O₃,
entsprechende Nitrate für Na₂O und K₂O, eine wäßrige
o-Phosphorsäure (H₃PO₄)-Lösung für P₂O₅ und Borsäure (H₃BO₃)
für B₂O₃ verwendet. Die optischen Gläser der Beispiele 1 bis
19 wurden hergestellt, indem man die oben erwähnten Rohmaterialien
in solchen Anteilen miteinander vermengt, daß sie eine
Zusammensetzung, wie sie in Tabelle 1 oder 2 gezeigt ist,
ergibt, die Mischung in einem Platintiegel bei 1200 bis
1400°C schmilzt, anschließend entgast und rührt, die
Schmelze in eine Form gießt und die Schmelze in der Form
langsam abkühlt.
Die so erhaltenen optischen Gläser der Beispiele 1 bis 19
wurden hinsichtlich ihrer optischen Konstanten
(Brechungsindex nd und Abbe-Zahl νd), der Liquidustemperatur
LT und der Entglasungs-Widerstandsfähigkeit gemessen. Die
Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Die Gläser
des Stands der Technik (Vergleichsbeispiele A bis G) wurden
auch unter denselben Testbedingungen gemessen und die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. In Tabelle 3
entspricht das Glas des Vergleichsbeispiels A dem Glas des
Beispiels 357 der oben aufgeführten japanischen Patentanmeldung
17 409/1974; das Glas des Vergleichsbeispiels B entspricht
dem Glas des Beispiels 7 der JP-PS 40 094/1981; und die
Gläser der Vergleichsbeispiele C, D, E, F und G entsprechen
den Gläsern der Beispiele 1, 3, 8, 9 und 10 der oben
genannten JP-PS 54 247/1985.
Aus Tabelle 1 geht hervor, daß das Glas des Beispiels 5
einen Brechungsindex nd von 1,73114, eine Abbe-Zahl νd von
26,92 und eine Liquidustemperatur LT von 890°C aufweist und
eine gute Entglasungswiderstandsfähigkeit besitzt, und
dementsprechend ein Glas mit hohem Brechungsindex, hoher
Dispersion und hoher Stabilität darstellt, was schwierig war,
in der Vergangenheit zu erhalten. Aus Tabelle 1 geht auch
hervor, daß die optischen Gläser der Beispiele 1 bis 4 und
6 bis 19 auch einen Brechungsindex nd von 1,70 oder mehr und
eine Abbe-Zahl νd von 30 oder weniger besitzen, frei von
Entglasung und transparent sind und eine ausgezeichnete
Entglasungswiderstandsfähigkeit aufweisen. Die Gläser der
Vergleichsbeispiele A bis G waren hingegen alle entglast. In
gewöhnlichen Gläsern ist, wenn die Liquidustemperatur LT
eines Glases höher liegt, das Glas weniger stabil und
wird leichter entglast. Deshalb wurde in den Tabellen 1 bis 3
die Liquidustemperatur LT als ein Maßstab für die
Entglasungswiderstandsfähigkeit aufgeführt. Die optischen
Gläser der Beispiele 1 bis 19 besaßen eine niedrigere
Liquidustemperatur als die Gläser der Vergleichsbeispiele
A bis G, was eine überlegene Entglasungswiderstandsfähigkeit
anzeigte.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
ein optisches Glas mit einem hohen Brechungsindex und einer
hohen Dispersion erhalten werden, das einen Brechungsindex
nd von 1,70 oder mehr und eine Abbe-Zahl νd von 30 oder
weniger besitzt und hinsichtlich der Entglasungswiderstandsfähigkeit
und der Stabilität ausgezeichnet ist. Wenn man dieses
optische Glas mit einem optischen Glas niedriger Dispersion
kombiniert, so ist es möglich, eine achromatische Linse mit
einem hohen Öffnungsverhältnis zu erhalten. Die vorliegende
Erfindung ermöglich auch die Massenherstellung eines
optischen Glases, das gleichmäßig und frei von Entglasung
ist, wie im Fall der Herstellung gewöhnlicher optischer
Gläser. Damit kann die vorliegende Erfindung bei der
Herstellung verschiedener optischer Produkte verwendet
werden, und sie besitzt einen hohen praktischen Wert.
Claims (5)
1. Optisches Glas mit hohem Brechungsindex und hoher
Dispersion, umfassend
SiO₂
5-30 Gew.-%
GeO₂ 0-25 Gew.-%
die Summe von SiO₂ und GeO₂ beträgt 5-30 Gew.-%
Na₂O 0-19 Gew.-%
K₂O 0-19 Gew.-%
die Summe von Na₂O und K₂O beträgt 10-19 Gew.-%
P₂O₅ 10-35 Gew.-%
Nb₂O₅ 18-49 Gew.-%
TiO₂ 0-14 Gew.-%
Ta₂O₅ 0-20 Gew.-%
ZrO₂ 0-10 Gew.-%
WO₃ 0- 5 Gew.-%
PbO 0-20 Gew.-%
ZnO 0-10 Gew.-%
Bi₂O₃ 0-20 Gew.-%
die Summe von Nb₂O₅, Ta₂O₅, ZrO₂, WO₃, PbO, ZnO und Bi₂O₃ beträgt 18-49 Gew.-%
B₂O₃ 0-15 Gew.-%
Al₂O₃ 0- 5 Gew.-%
und weiterhin As₂O₃ mit 0- 3 Gew.-%
in bezug auf die Gesamtmenge der oben genannten Komponenten.
2. Optisches Glas mit hohem Brechungsindex und hoher
Dispersion nach Anspruch 1, umfassend
SiO₂
5-26 Gew.-%
GeO₂ 0-18 Gew.-%
die Summe von SiO₂ und GeO₂ beträgt 5-26 Gew.-%
Na₂O 5-19 Gew.-%
K₂O 5-18 Gew.-%
die Summe von Na₂O und K₂O beträgt 13-19 Gew.-%
P₂O₅ 10-30 Gew.-%
Nb₂O₅ 22-42 Gew.-%
TiO₂ 4-14 Gew.-%
Ta₂O₅ 0-15 Gew.-%
ZrO₂ 0- 5 Gew.-%
WO₃ 0- 3 Gew.-%
PbO 0-15 Gew.-%
ZnO 0- 5 Gew.-%
Bi₂O₃ 0-15 Gew.-%
die Summe von Nb₂O₅, Ta₂O₅, ZrO₂, WO₃, PbO, ZnO und Bi₂O₃ beträgt 22-44 Gew.-%
B₂O₃ 3-15 Gew.-%
Al₂O₃ 0- 3 Gew.-%
und weiterhin As₂O₃ mit 0- 1 Gew.-%
in bezug auf die Gesamtmenge der oben genannten Komponenten.
3. Optisches Glas mit hohem Brechungsindex und hoher
Dispersion nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin Sb₂O₃
und/oder F in einer kleinen Menge umfaßt.
4. Verwendung des optischen Glases gemäß einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung
optischer Produkte.
5. Verwendung des optischen Glases gemäß einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung
achromatischer Linsen mit einem hohen Öffnungsverhältnis
durch Kombination mit einem optischen Glas niedriger
Dispersion.
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