DE4242859C2

DE4242859C2 - Hochbrechendes ophtalmisches und optisches Leichtgewichtsglas

Info

Publication number: DE4242859C2
Application number: DE4242859A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr Clement; Danuta Grabowski; Volkmar Geiler
Original assignee: Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: DE4242859A1

Description

Für Brillengläser, insbesondere mit höheren Dioptriezahlen, werden Gläser mit hohem Brechungsindex angestrebt, da sich dadurch die Glasmasse und das Brillengewicht für den Brillenträger vermindern läßt. Darüber hinaus wird angestrebt, diese hochbrechenden Gläser noch mit einem möglichst niedrigen spezifischen Gewicht herzustellen.

Aus US-PS 41 20 732 ist ein Glas mit einem sehr hohen Brechungsindex be kannt. Nachteilig an diesem Glas ist jedoch, daß der hohe Brechungsindex nur durch eine Zugabe von verhältnismäßig viel WO₃ erreicht wird, so daß das Glas eine unerwünscht hohe Dichte besitzen muß.

US-PS 41 28 432 beschreibt ein optisches Glas mit guten Brechwerten, die jedoch durch einen Anteil von PbO hervorgerufen werden, so daß auch dieses Glas nicht als Leichtgewichtsglas bezeichnet werden kann.

US-PS 47 32 876 beschreibt ein ausgesprochenes Leichtgewichtsglas, bei diesem Glas sind jedoch die Brechwerte nicht befriedigend. Ein ähnliches Glas wird in Pat. Abstr. of Japan, C-815, March 18, 1991 Vol 15/No. 112 (JP 3-53 40 A) beschrieben. Auch hier sind die Brechwerte noch verbesserungsbedürftig. Schließlich wird noch in DE-PS 32 01 346 ein optisches Glas, das als Nahteil-Brillenglas geeignet ist, beschrieben. Auch dieses Glas befriedigt hinsichtlich seines Brechwertes nicht vollständig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Glas zu finden, dessen Dichte vorzugsweise 4,2 g pro cm³ oder niedriger ist und das über einen hohen Brechungsindex von wenigstens 1,85 verfügt. Darüber hinaus soll das Glas eine gute Kristallisationsstabilität besitzen und eine gute Resistenz ge gen chemische Angriffe haben.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Glas erreicht. In Anspruch 6 wird ein Glas mit einem geringfügig höheren spezifischen Ge wicht beschrieben, das sich von dem Glas gemäß Anspruch 1 vor allem durch einen etwas höheren Lanthanoxidgehalt und einen etwas niedrigeren Niob oxidgehalt unterscheidet und dadurch preiswerter herstellbar ist.

Aus der älteren Patentanmeldung EP-A 05 70 687 ist ein dem erfindungsgemäßen Glas ähnliches Glas bekannt, das allerdings keinen Fluorgehalt besitzt und dadurch eine schlechtere Erschmelzbarkeit besitzt. Ferner bewirkt der Fluorgehalt überraschenderweise eine Verbesserung der Transmission, insbesondere durch Verringerung des Gelbstiches, der bei Gläsern dieses Typs leicht auftritt.

Das Glassystem ist aus den Komponenten B₂O₃, La₂O₃ und CaO aufgebaut. Zur Erreichung der angestrebten Brechwerte werden die Komponenten TiO₂, Nb₂O₅ und ZrO₂ zugegeben. Zur Erhöhung der chemischen Beständigkeit und zur Ver besserung der Kristallisationseigenschaften kann dem Glas ferner noch SiO₂ und GeO₂ zugegeben werden. Die Grenzen für den B₂O₃-Gehalt werden bestimmt durch die Forderung nach einer ausreichenden chemischen Beständigkeit und durch seine Funktion als Netzwerkbildner. Wird ein Gehalt an B₂O₃ von 30 Gew.-% überschritten, so kann die erste der oben genannten Forderungen nur noch schwer erfüllt werden. Sinkt der Gehalt an B₂O₃ unter 13 Gew.-% so leidet darunter die Glasstabilität. Bevorzugt wird es daher, die Unter grenze für den Gehalt an B₂O₃ nicht unter 14 Gew.-% sinken zu lassen. Be vorzugte Bereiche für ein Glas mit sehr niedriger Dichte liegen bei 15 bis 19 Gew.-% B₂O₃ und für ein Glas mit etwas höherer Dichte bei 13 bis 23 Gew.-% B₂O₃.

Zur Erhöhung der Glasstabilität können noch die Netzwerkbildner SiO₂ und GeO₂ in Mengen von insgesamt bis zu 12 Gew.-% zugegeben werden, wobei je doch der Gehalt an GeO₂ 3 Gew.-% nicht überschreiten soll. Für ein Glas mit niedriger Dichte wird ein Gehalt von 5 bis 9 Gew.-% SiO₂ bevorzugt. Dabei wird auf einen Gehalt von GeO₂ verzichtet. Falls man es zuläßt, daß man das Glas in seinem spezifischen Gewicht geringfügig höherliegt, so wird ein Gesamtgehalt von SiO₂ + GeO₂ von 0 bis 10 bevorzugt, wobei jedoch der Gehalt an GeO₂ in dieser Summe 2 Gew.-% nicht überschreiten soll. Be vorzugt wird auch hier das Glas GeO₂-freigehalten. Zur Verbesserung der Glasstabilität kann auch noch P₂O₅ in geringen Mengen in das Glas einge führt werden. P₂O₅ wirkt allerdings erniedrigend auf den Brechwert, so daß ein P₂O₅-Gehalt von 2 Gew.-% nicht überschritten werden sollte, bevorzugt wird auch hier, das Glas P₂O₅-freizuhalten.

Alkalioxide können den Gläsern zugesetzt werden, weil sie die Schmelzbar keit der Gläser erleichtern. Allerdings wirken sie stark brechwerternie drigend. Der Gesamtgehalt an Alkalioxiden (Summe M₂O) darf aus diesen Gründen 2 Gew.-% nicht überschreiten, wobei der Gehalt an Lithiumoxid vor zugsweise unter 0,5 Gew.-% liegen sollte, während die Oxide des Natriums, Kaliums und Cäsiums jeweils mit einer Maximalmenge von 2 Gew.-% vorhanden sein können. Bevorzugt wird jedoch, den Alkalioxidgehalt (Summe M₂O) auf insgesamt maximal 1 Gew.-% zu begrenzen. Besonders bevorzugt wird ein al kalioxidfreies Glas.

Die Komponente La₂O₃ trägt zum Erreichen der geforderten optischen Werte bei. Sie ist in einem Glas mit niedriger Dichte in Mengen von 20 bis 31 Gew.-%, bevorzugt 23 bis 27 Gew.-% vorhanden. Nimmt man eine geringfügige Erhöhung der Dichte des Glases in Kauf, so beträgt der La₂O₃-Gehalt auch größer als 23 bis max. 33 Gew.-%. La₂O₃ kann zur Verringerung der Glas dichte gegen Y₂O₃ ausgetauscht werden, allerdings sind einem solchen Aus tausch Grenzen gesetzt, da mit zunehmenden Y₂O₃-Gehalt der Glaspreis un verhältnismäßig schnell ansteigt. Aus diesen Gründen soll der Y₂O₃-Gehalt maximal 5 Gew.-% betragen, bevorzugt liegt er unter 3 Gew.-%. Der Gehalt von Lathan- und Yttriumoxid soll jedoch insgesamt 31 Gew.-%, insbesondere 27 Gew.-% nicht überschreiten, falls ein Glas mit besonders niedriger Dichte erwünscht wird. Läßt man eine geringfügige Dichtesteigerung zu, so soll der Gehalt an La₂O₃ + Y₂O₃ mehr als 28 bis maximal 33 Gew.-% betra gen. La₂O₃ und Y₂O₃ können in begrenztem Rahmen gegen Bi₂O₃ oder Gd₂O₃ ausgetauscht werden, allerdings erhöhen diese beiden Stoffe die Glasdichte in unerwünschter Weise, so daß eine Obergrenze für den Gehalt an Bi₂O₃ + Gd₂O₃ von insgesamt 2 Gew.-% nicht überschritten werden soll. Bevorzugt wird es, wenn das Glas weder Bi₂O₃ noch Gd₂O₃ enthält.

Weiterhin kann dem Glas noch Al₂O₃ zur Verbesserung der chemischen Eigen schaften zugegeben werden. Die Obergrenze des Al₂O₃-Gehaltes von 2 Gew.-% sollte aber nicht überschritten werden, da die Entglasungsstabilität des Glases mit zunehmenden Al₂O₃-Gehalt sinkt. Bevorzugt wird ein Gehalt von bis zu 0,2 Gew.-%.

Zur Erzielung des gewünschten hohen Brechungsindex enthält das Glas die Komponente TiO₂ in Mengen von 6 bis 14 Gew.-%. Bevorzugt wird für Gläser mit niedrigerem spezifischem Gewicht ein TiO₂-Gehalt von 6 bis 10 Gew.-%, für Gläser mit etwas höherem spezifischem Gewicht ein TiO₂-Gehalt von 7 bis 12 Gew.-%. Für Gläser mit niedrigem spezifischem Gewicht wird Nb₂O₅ in Mengen von < 20 bis 30 Gew.-%, bevorzugt < 20 bis 25 Gew.-% zugegeben. Läßt man ein etwas höheres spezifisches Gewicht zu, so kann man auch mit einem Gehalt an Nb₂O₅ von 13 bis 21 Gew.-% auskommen. Zirkondioxid ist in dem Glas in Mengen von 2 bis unter 8 Gew.-% vorhanden. Für Gläser mit nie driger Dichte wählt man einen Zirkongehalt von 5 bis unter 8, während für Gläser mit einer etwas höheren Dichte ein Zirkondioxidgehalt von 4 bis un ter 8 zulässig ist. Von den Komponenten TiO₂, Nb₂O₅ und ZrO₂ wirkt die Komponente TiO₂ bei starker Brechwerterhöhung am geringsten dichteerhö hend. Allerdings sollte ein Gehalt von 14 Gew.-%, insbesondere 10 Gew.-% bei leichtgewichtigen Gläsern und von 12 Gew.-% bei etwas höhergewichtigen Gläsern nicht überschritten werden, da sonst die Gefahr besteht, daß die angestrebten Abbewerte nicht mehr erreicht werden können. ZrO₂ führt bei hohen Gehalten zu einer Erhöhung der Entglasungsneigung, so daß die Oberg renze des ZrO₂-Gehaltes unterhalb 8 Gew.-% liegen soll. Die Untergrenze für leichtgewichtige Gläser liegt bei ZrO₂ bei 2 Gew.-%, bevorzugt jedoch bei 5 Gew.-%, während für etwas höhergewichtige Gläser eine Untergrenze von 4 Gew.-% angestrebt wird. Die drei Komponenten TiO₂, ZrO₂ und Nb₂O₅ sollen gemeinsam verwendet werden, da das Weglassen einer Komponente, auch wenn sie durch Erhöhung des Gehaltes der beiden übrigen Komponenten kom pensiert wird, die Entglasungsneigung verstärkt. Für das etwas höherge wichtige Glas, das einen Anteil von Nb₂O₅ von 13 bis 21 Gew.-% besitzt, ist es von Vorteil, wenn man das Verhältnis von La₂O₃ zu Nb₂O₅ so wählt, daß es unterhalb 1,44 liegt. Andere, ebenfalls brechwerterhöhende Stoffe wie Ta₂O₅ können in Mengen von bis zu 5 Gew.-%, bevorzugt bis zu 3 Gew.-% und WO₃ in Mengen von bis zu 2 Gew.-% vorhanden sein. Allerdings ist zu berücksichtigen, daß diese Komponenten die Dichte des Glases erhöhen, so daß normalerweise Ta₂O₅- und WO₃-freie Gläser bevorzugt werden.

Das Glas besitzt ferner einen Anteil von 11 bis 22, bevorzugt 12 bis 15 Gew.-% CaO bei leichtgewichtigen und bevorzugt 10 bis 20 Gew.-% bei etwas höhergewichtigen Gläsern, während die übrigen Erdalkalioxide sowie Blei oxid und Zinkoxid in Mengen von insgesamt maximal 2 Gew.-% in dem Glas vorhanden sein sollen. Dabei wird bevorzugt, wenn der Gehalt an Barium oxid, Bleioxid und Magnesiumoxid jeweils 1 Gew.-% nicht überschreitet. Be vorzugt wird jedoch, wenn das Glas bis auf unvermeidbare Verunreinigungen frei ist von MgO, BaO, SrO und PbO.

Das Glas enthält ferner 0,06-2 Gew.-% F sowie falls erforderlich, noch geringe Mengen von maximal 2 Gew.-% SO₃. Bevorzugt wird jedoch, wenn diese Komponenten in einer Menge von bis zu jeweils maximal 1 Gew.-%, insbeson dere im Fall von SO₃ überhaupt nicht, vorhanden sind. Ferner kann das Glas noch übliche Läutermittel (z. B. Oxide des As, Sb oder Ce) in den üblichen Mengen (0,1 bis 0,6 Gew.-% im allgemeinen um ca. 0,3 Gew.-%) enthalten.

Beispiele

Aus üblichen Glasrohstoffen wurden 5 Gläser (Nr. 1 bis 5) erschmolzen. Zu sammensetzung und Eigenschaften sind in der Tabelle zusammengefaßt. Die Gläser Nr. 1 bis 4 besitzen Dichten von 4 oder darunter, während das Glas Nr. 5 eine Dichte von geringfügig über 4 besitzt.

Beispiele

Claims

1. Ophtalmisches und optisches Glas, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf Oxidbasis SiO₂ 0-12 GeO₂ 0-3 ΣSiO₂+GeO₂ 0-12 B₂O₃ 14-30 P₂O₅ 0-2 Li₂O 0-2 Na₂O 0-2 K₂O 0-2 Cs₂O 0-2 ΣM₂O 0-2 CaO 11-22 ΣMgO+SrO+BaO+ZnO+PbO 0-2 Al₂O₃ 0-2 La₂O₃ 20-31 Y₂O₃ 0-5 ΣBi₂O₃+Gd₂O₃ 0-2 ΣLa₂O₃+Y₂O₃ <31 TiO₂ 6-14 ZrO₂ 2-<8 Ta₂O₅ 0-5 Nb₂O₅ <20-30 WO₃ 0-2 F 0,06-2 SO₃ 0-2

sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält (Gew.-%) SiO₂ 5-9 B₂O₃ 15-19 Li₂O 0-1 Na₂O 0-1 K₂O 0-1 Cs₂O 0-1 ΣM₂O 0-1 MgO 0-1 CaO 12-15 SrO 0-2 BaO 0-1 ZnO 0-2 PbO 0-1 ΣMgO+SrO+BaO+PbO+ZnO 0-2 Al₂O₃ 0-2 La₂O₃ 23-27 Y₂O₃ 0-3 ΣLa₂O₃+Y₂O₃ <27 TiO₂ 6-10 ZrO₂ 5-<8 Ta₂O₅ 0-3 Nb₂O₅ <20-30 WO₃ 0-2 F 00,6-2

sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.

3. Glas nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es < 20,5-25 Gew.-% Nb₂O₅ enthält.

4. Glas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es frei ist von MgO, BaO, SrO, PbO und WO₃.

5. Glas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Brechwert nd von größer als 1,88, eine Abbezahl vd von 30 und eine Dichte von < 4.00 g/cm³.

6. Ophtalmisches und optisches Glas, gekennzeichnet durch die folgende Zusammensetzung (Gew.-%) SiO₂ 0-10 GeO₂ 0-2 ΣSiO₂+GeO₂ 0-10 B₂O₃ 13-23 P₂O₅ 0-2 Li₂O 0-2 Na₂O 0-2 K₂O 0-2 Cs₂O 0-2 ΣM₂O 0-2 CaO 10-20 ΣMgO+SrO+BaO+ZnO+PbO 0-2 Al₂O₃ 0-2 La₂O₃ <28-33 Y₂O₃ 0-5 ΣBi₂O₃+Gd₂O₃ 0-2 ΣLa₂O₃+Y₂O₃ <28-33 TiO₂ 7-12 ZrO₂ 4-<8 Ta₂O₅ 0-5 Nb₂O₅ 13-21 WO₃ 0-2 F 0,06-1 SO₃ 0-1

sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.

7. Glas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es frei ist von MgO, BaO, SrO, PbO und WO₃.

8. Glas nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis La₂O₅: Nb₂O₅ < 1,44 ist.

9. Glas nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch einen Brechwert nd von größer als 1,88, eine Abbezahl vd von mehr als 31 und eine Dichte von 4,15 g/cm³.