DE4402537A1 - Bleifreies optisches Schwerflintglas - Google Patents
Bleifreies optisches SchwerflintglasInfo
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Description
Optische Gläser des Schwerflint-Typs enthalten in der Regel hohe Mengen an
PbO, um die gewünschten optischen Eigenschaften (Brechungsindex nd im Be
reich von etwa 1,61 bis 2.0 und Abbezahl ν im Bereich von etwa 18 bis 35)
zu erreichen.
Da einerseits durch den hohen Anteil an PbO das spezifische Gewicht dieser
Gläser erhöht wird und andererseits aufgrund eines sehr vorsorglichen
Umweltschutzes ist es von Vorteil, den PbO-Gehalt in diesen Gläsern zu
eliminieren.
Der einfache Ersatz des PbO durch in ihren Eigenschaften ähnliche Kompo
nenten ist nicht möglich, da sich diese Komponenten in ihren optischen
Wirkungen doch erheblich von denen des PbO unterscheiden. Weiterhin sind
die Ersatzstoffe in der Regel auch teurer als das PbO, so daß die Zahl der
möglichen Ersatzstoffe durch diese Nebenbedingungen stark eingeschränkt
wird. Ferner führen die Ersatzstoffe häufig zu unerwünschten Verlusten bei
der Transmission im blauen Bereich des Spektrums bzw. zu einer Braunfär
bung. Darüber hinaus sind diese Gläser häufig schwierig zu erschmelzen und
zeigen eine mangelnde Kristallisationsstabilität. Das alles führt dazu,
daß die Komposition eines bleifreien Schwerflintglases mit großen Schwier
igkeiten verbunden ist.
Aus JP-A 52-45 612 und JP-A 52-25 812 sind bleifreie Schwerflintgläser be
kannt, die allerdings durch einen hohen Gehalt von Nb₂O₅ in der Herstel
lung sehr teuer sind. Der in diesen Schriften erwähnte mögliche Austausch
von Nb₂O₅ durch Ta₂O₅ führt eher noch zu weiteren Preissteigerungen. Ähn
liches gilt auch für die Gläser der JP-A 53-16 718, bei denen der Mindest
gehalt an Nb₂O₅ zwar deutlich unter dem der in den beiden oben genannten
Schriften erwähnten Gläser liegt, die jedoch in Folge eines Maximalgehal
tes an SiO₂ von nur 45 Gew.-% nur eine geringe Kristallisationsstabilität
aufweisen. Darüber hinaus erhöht selbst eine geringe Zugabe an Nb₂O₅ den
Rohstoffpreis des Glases in unerwünschter Weise.
Bei den in JP-A 51-13 0414 werden mindestens 7 Gew.-% CaO eingesetzt, da
rüber hinaus ist die Obergrenze von SiO₂ bei 46 Gew.-% angesiedelt, so daß
sich eine sehr hohe Entglasungsneigung für das Glas ergibt, wodurch Pro
duktion und Verarbeitung dieser Gläser deutlich erschwert werden, was wie
derum zu hohen Kostensteigerungen führt.
In DE-PS 9 73 350 werden fluorhaltige Alkalisilikatgläser mit einem hohen
Gehalt an TiO₂ beschrieben. Der Fluorgehalt in diesen Gläsern birgt aber
die Gefahr in sich, daß es zu milchig-trüben Ausscheidungen kommt. Aus
diesem Grund sind diese Gläser für eine kostengünstige Produktion, die auf
einem hohen Qualitätsniveau angesiedelt ist und die mit hohen Ausbeuten
arbeiten muß, nicht geeignet.
DE-PS 19 62 433 beschreibt Tiefflint- bzw. Tiefschwerflintgläser, die
ebenfalls beträchtliche Mengen an Fluor enthalten, so daß es unter be
stimmten Umständen zu milchigen Trübungen kommen kann. Darüber hinaus be
sitzen diese Gläser nur sehr niedrige Abbezahlen.
Aus DE-PS 22 59 183 ist ein hochbrechendes Brillenglas mit einem Brechwert
nd von 1,7 und höher bekannt, das mit einem SiO₂-Gehalt von 40-45 Gew.-%
bei verhältnismäßig hohem TiO₂-Gehalt nur eine relativ geringe chemische
Beständigkeit und Kristallisationsfestigkeit besitzt. Eine Verringerung
des Brechwertes nd auf unter 1,7 kann nur durch die Erhöhung des B₂O₃-Ge
haltes oder anderer brechwertsenkender Netzwerkwandler-Komponenten er
folgen, was entweder die chemische Beständigkeit oder die Glasstabilität
negativ beeinflußt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein bleifreies Schwerflintglas zu
finden, das einen Brechwert nd zwischen 1,6 und 1,7, eine Abbezahl νd zwi
schen 30 und 40 besitzt, das eine gute chemische Resistenz und eine sehr
gute Entglasungsstabilität besitzt und dadurch die Produktion z. B. von
Preßlingen erlaubt, und das ferner bei der Herstellung nur die Verwendung
preiswerter Rohstoffe erfordert.
Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 beschriebene Glas gelöst.
Das Glas besteht aus einem optischen Flintglas mit einem Brechwert nd zwi
schen 1,60 und 1,70, einer Abbezahl νd zwischen 30 und 40 und besitzt fol
gende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):
SiO₂ < 46-70; GeO₂ 0-5; Σ SiO₂+GeO₂ < 46-70; B₂O₃ 0-6; P₂O₅ 0-2; Li₂O 0-4;
Na₂O 5-15; K₂O 4-12,5; Cs₂O 0-3; Σ Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O 10-25; MgO 0-5; CaO
0-6; SrO 0-6; BaO 0-10; ZnO 0-5; Σ MgO+CaO+SrO+ZnO 12; Al₂O₃ 0-3; La₂O₃
0-5; Y₂O₃ 0-5; Bi₂O₃ 0-5; Gd₂O₃ 0-5; Σ La₂O₃ + Gd₂O₃ + Bi₂O₃ 3-5; TiO₂ 20-35;
ZrO₂ 0-5; Nb₂O₅ 0-<5; Ta₂O₅ 0-5; WO₃ 0-5.
Der Gehalt an SiO₂ muß größer als 46 Gew.-% sein, damit das Glassystem die
angestrebten optischen Zielwerte erreicht. Die Obergrenze von 70 Gew.-%
SiO₂ sollte nicht überschritten werden, da der Brechwert dann sehr stark
absinkt und große Mengen an hochbrechenden Komponenten wie TiO₂ und ZrO₂
notwendig sind, um eine entsprechende Kompensation durchzuführen, wodurch
dann allerdings die Glasstabilität stark leidet.
Der B₂O₃-Gehalt soll 6 Gew.-% nicht überschreiten, damit eine ausreichende
chemische Stabilität erhalten bleibt. Ein gewisser Mindestanteil an B₂O₃
ist aber anzustreben, da es sich gezeigt hat, daß die Schmelztemperaturen
dadurch günstig beeinflußt werden.
SiO₂ kann durch GeO₂ in Gewichtsmengen von bis zu 5 Gew.-% ersetzt werden,
jedoch wird man davon aus Kostengründen im allgemeinen Abstand nehmen, zu
mal durch die Einführung des GeO₂ in das Glas kein besonders bemerkenswer
ter Effekt erzielbar ist.
Der Alkaligehalt in dem Glas liegt zwischen 10 und 25 Gew.-%. Der Alka
lianteil in dem Glas ist vor allem nötig, um die Schmelztemperaturen abzu
senken. Unterschreitet man einen Gehalt an Alkalioxiden von 10 Gew.-%, sind
sehr hohe Schmelztemperaturen für das Glas erforderlich, was die Herstel
lungskosten steigert und unter Umständen die UV-Transmission negativ be
einflussen kann. Steigt der Alkaligehalt über 25 Gew.-% an, so kann die
chemische Beständigkeit des Glases negativ beeinflußt werden. Aus Kosten
gründen werden als Alkalioxide Na₂O und K₂O bevorzugt verwendet und zwar
K₂O in Mengen von 4-12,5 Gew.-%, und Na₂O in Mengen von 5-15 Gew.-%.
Neben Kalium- und Natriumoxid können auch noch Lithium- und Cäsiumoxid in
Mengen von 0-4 bzw. 0-3 Gew.-% in dem Glas vorhanden sein, was al
lerdings zu einer Erhöhung des Glaspreises führt.
Zur Modifizierung der optischen Lage können noch die zweiwertigen Kompo
nenten MgO in Mengen von 0-5 Gew.-%, CaO in Mengen von 0-6 Gew.-%, SrO
in Mengen von 0-6 Gew.-%, BaO in Mengen von bis zu 10 Gew.-% und ZnO in
Mengen von bis zu 5 Gew.-% dem Glas zugegeben werden. Die Gesamtmenge die
ser zweiwertigen Komponenten soll jedoch 12 Gew.-% nicht überschreiten, da
ansonsten eine deutliche Erhöhung der Entglasungsneigung des Glases ein
tritt.
Der Gehalt an TiO₂ bestimmt wesentlich den Brechwert und die Abbezahl des
Glases. Diese Komponente ist der Hauptträger der optischen Eigenschaften
der ersetzten Komponente PbO. Gleichzeitig erhöht TiO₂ die Säurebeständig
keit des Glases deutlich. Überschreitet man die Obergrenze von 35 Gew.-%,
so macht sich eine deutlich Entglasungsneigung des Glases bemerkbar, un
terschreitet man die Grenze von 20 Gew.-%, können die gewünschten opti
schen Eigenschaften des Glases nicht mehr erreicht werden. Die positive
Wirkung des TiO₂ auf Brechwert und Abbezahl kann durch eine ZrO₂-Zugabe
von bis zu 5 Gew.-% noch weiter unterstützt werden, wobei zusätzlich noch
die Laugenbeständigkeit des Glases verbessert wird. Jedoch sollte ein An
teil von 5 Gew.-% ZrO₂ nicht überschritten werden, da dann wieder die Ent
glasungsneigung des Glases ansteigt.
Das Glas kann ebenfalls noch geringe Mengen von Al₂O₃ bis zu einem Anteil
von maximal 3 Gew.-% enthalten, wodurch die chemischen Eigenschaften
positiv beeinflußt werden.
Weitere hochbrechende Komponenten wie La₂O₃, Y₂O₃, Bi₂O₃, Gd₂O₃, Ta₂O₅ und
WO₃ können dem Glas in Mengen von jeweils bis zu 5 Gew.-% beigegeben wer
den, die hochbrechende Komponente Nb₂O₅ in Mengen von unter 5 Gew.-%. Da
bei soll die Summe der Bestandteile La₂O₃ + Gd₂O₃ + Bi₂O₃ insgesamt 5
Gew.-% nicht überschreiten. Durch diese hochbrechenden Komponenten wird
der Glasgemengepreis deutlich erhöht und man wird üblicherweise auf ihren
Zusatz verzichten.
Innerhalb dieses breiten Bereichs gibt es zwei besonders bevorzugte Glas
zusammensetzungsbereiche, einen der Zusammensetzung von:
SiO₂ < 46-55; B₂O₃ 2-6; Na₂O 6-15; K₂O 5-12,5; Σ Na₂O + K₂O 11-20; SrO 1-
5; BaO 0-10; TiO₂ 20-25; ZrO₂ 0-5; Nb₂O₅ 0-<3
und zum anderen den Bereich mit der Zusammensetzung:
SiO₂ 50-65; B₂O₃ 0-3; Na₂O 6-15; K₂O 4-10; Σ Na₂O + K₂O 10-20; CaO 0-7;
SrO 0-6; BaO 0-3; TiO₂ 20-25; ZrO₂ 0-3.
Zur Läuterung des Glases können dem Gemenge an sich bekannte Läutermittel
z. B. Fluoride, Chloride oder Sulfate oder As₂O₃, Sb₂O₃ oder CeO₂ in den
üblichen Mengen zugegeben werden. Die Restgehalte dieser Läutermittel kön
nen im erschmolzenen Glas bis zu 0,2 Gew.-% betragen.
Das erfindungsgemäße Glas kann aus einfachen und preiswerten Rohstoffen
erschmolzen werden, besitzt eine ausgezeichnete Kristallisationsstabili
tät und ist auch aufgrund seines Schmelz- und Viskositätsverhaltens ein
fach und preiswert zu verarbeiten.
Es wurden 6 Gläser unterschiedlicher Zusammensetzung erschmolzen, die in
der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt sind. Die Konzentrationsangaben
beziehen sich auf Gew.-% auf Oxidbasis, die Daten nd und νd beziehen sich
auf mit 7°C pro Stunde abgekühlte Glasproben.
Claims (3)
1. Optisches Flintglas mit einem Brechwert nd zwischen 1,60 und 1,70,
einer Abbezahl νd zwischen 30 und 40 mit guter chemischer Resistenz
und sehr guter Entglasungsstabilität,
gekennzeichnet durch
folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):
SiO₂
< 46-70
GeO₂ 0-5
Σ SiO₂+GeO₂ < 46-70
B₂O₃ 0-6
P₂O₅ 0-2
Li₂O 0-4
Na₂O 5-15
K₂O 4-12,5
Cs₂O 0-3
Σ Li₂O+Na₂O+K₂O+Cs₂O 10-25
MgO 0-5
CaO 0-6
SrO 0-6
BaO 0-10
ZnO 0-5
Σ MgO+CaO+SrO+ZnO 12
Al₂O₃ 0-3
La₂O₃ 0-5
Y₂O₃ 0-5
Bi₂O₃ 0-5
Gd₂O₃ 0-5
Σ La₂O₃+Gd₂O₃+Bi₂O₃ 0-5
TiO₂ 20-35
ZrO₂ 0-5
Nb₂O₅ 0-<5
Ta₂O₅ 0-5
WO₃ 0-5
sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.
2. Optisches Flintglas nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es enthält (in Gew.-%):
SiO₂
< 46-55
B₂O₃ 2-6
Na₂O 6-15
K₂O 5-12,5
Σ Na₂O+K₂O 11-20
SrO 1-5
BaO 0-10
TiO₂ 20-25
ZrO₂ 0-5
Nb₂O₅ 0-<3
sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.
3. Optisches Flintglas nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es enthält (in Gew.-%):
SiO₂
50-65
B₂O₃ 0-3
Na₂O 6-15
K₂O 4-10
Σ Na₂O+K₂O 10-20
CaO 0-7
SrO 0-5
BaO 0-3
TiO₂ 20-25
ZrO₂ 0-3
sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19944402537 DE4402537C2 (de) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | Bleifreies optisches Schwerflintglas |
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DE19944402537 DE4402537C2 (de) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | Bleifreies optisches Schwerflintglas |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4402537A1 true DE4402537A1 (de) | 1995-08-03 |
DE4402537C2 DE4402537C2 (de) | 1996-07-25 |
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ID=6508903
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944402537 Expired - Lifetime DE4402537C2 (de) | 1994-01-28 | 1994-01-28 | Bleifreies optisches Schwerflintglas |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SCHOTT GLAS, 55122 MAINZ, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SCHOTT AG, 55122 MAINZ, DE |
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R071 | Expiry of right | ||
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