DE69333593T2

DE69333593T2 - Ultraviolett absorbierende Gläser

Info

Publication number: DE69333593T2
Application number: DE69333593T
Authority: DE
Inventors: Roger Jerome Araujo; David William Morgan
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1993-06-14
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2013-06-15
Also published as: US5281562A; KR100254933B1; JP3177919B2; CA2094586C; JPH06166538A; US5322819A; BR9302758A; DE69333593D1; KR940005506A; TW254919B; EP0579945B1; CA2094586A1; EP0579945A1

Description

Gebiet der Erfindung
Das Gebiet ist eine Familie von Gläsern, die ultraviolette Strahlung stark absorbieren, jedoch nicht photochromatisch sind und im Wesentlichen farblos sein können.
Hintergrund der Erfindung
In letzter Zeit wurde viel Aufmerksamkeit auf die schädlichen Wirkungen von ultravioletter (UV-) Strahlung auf Menschen gerichtet. Viel Aufmerksamkeit betraf die Wirkung solcher Strahlung auf das Auge. Entsprechend wurde der Wert starker UV-Absorption durch Augengläser erkannt.
Es ist wohl bekannt, dass UV-Strahlung Zersetzung und Verfärbung in solchen Gegenständen, wie Farben, Stoffen und Kunststoffen, hervorrufen kann. Daher ist starke UV-Absorption bei architektonischen Glasmaterialien vorteilhaft. Die Sonne ist nicht die einzige Lichtquelle, die UV emittiert. Verschiedene Arten künstlicher Lichter, wie z. B. Halogenlampen, können auch UV-Strahlung emittieren. Demgemäß besteht ein Interesse daran, die UV-Strahlung, die durch künstliche Quellen emittiert wird, auch zu vermindern. Dies kann durch die Verwendung von UV-absorbierendem Glas bei der Herstellung von Lampenhüllen, Reflektoren und Linsen erreicht werden.
Es ist allgemein bekannt, dass photochromatische Gläser durch Absorption von UV-Strahlung aktiviert werden. Der offensichtlichste Gebrauch solcher Glaser bestand in der Regelung der Durchlässigkeit von sichtbarem Licht. Von Natur aus beeinflussen sie jedoch auch stark die Intensität der UV-Durchlässigkeit. Dieses Verhalten kann einfach mit dem Begriff des Grotthus-Draper-Gesetzes verstanden werden, das sagt: Nur absorbiertes Licht kann eine chemische Veränderung hervorrufen.
Photochromatische Gläser, die Silberhalogenidkristalle enthalten, absorbieren stark bei Wellenlängen kürzer als 320 nm, jedoch nur schwach in dem Bereich zwischen 320 und 400 nm.
Strahlung im Wellenlängenbereich von 320 bis 400 nm ist viel weniger schädlich, als das in dem Bereich kürzerer Wellenlänge. Dennoch wäre es für einige Zwecke erstrebenswert, die Transmission dieser Strahlung auch zu eliminieren. Daher wurde zum Ziel gesetzt, die obigen Gläser mit Ionen, die zusätzlich die Absorption von UV-Strahlung bereitstellen, zu versetzen.
Photochromatische Gläser, die Halogenide von Kupfer und/oder Cadmium enthalten, sind auch bekannt, jedoch nicht kommerziell erhältlich. Solche Gläser sind ursprünglich im US-Patent Nr. 3,325,299 (Araujo) offenbart. Der Transmissionscutoff bzw. die -grenze in diesen Gläsern tritt bei ungefähr 400 nm auf, und ist viel schärfer als der in Silberhalogenidgläsern. Daher ist der Schutz gegen UV-Strahlung in diesen Gläsern ohne zusätzliches Dotieren vollständig. Wir kennen kein anderes Material, das solch eine scharfe Transmissionsgrenze an der exakten Linie zwischen sichtbarer und UV-Strahlung bereitstellt. Die Ausfällung der Kupferhalogenidphase in diesen Gläsern ist wie die der Silberhalogenidphase in den silberhalogenidphotochromatischen Gläsern. Dies kann die Erhitzung von Gläsern erfordern, die in Lösung das Kupfer und die Halogenionen von Interesse enthalten. Wie im Patent gelehrt, wird das Glas für eine kurze Zeit bei einer Temperatur etwas oberhalb des Annealingpunktes gehalten.
Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen für Gläser, die die scharfe UV-Grenze besitzen, die den Kupfer- oder Kupfercadmiumhalogenidgläsern innewohnt. Oft verlangen solche Anwendungen jedoch das Vermeiden jeglicher Änderung in sichtbarer Absorption, wie sie in photochromatischen Glasern auftritt, die UV-Strahlung, wie z. B. Sonnenlicht, ausgesetzt sind. Daher wäre es höchst wünschenswert, die Eigenschaft der scharfen UV-Grenze der Kupfer- und Kupfercadmiumhalogenidgläser ohne das begleitende photochromatische Verhalten zu erreichen. Es wäre höchst wünschenswert, solche Gläser herzustellen, die im Wesentlichen farblos sind, da die gelbe Farbe, die mit den meisten UV-absorbierenden Materialien einhergeht, für viele Anwendungen unannehmbar ist. Verschiedene feste Farben sind jedoch für andere Anwendungen wünschenswert.
Es ist ein grundlegendes Ziel der vorliegenden Erfindung, UV-absorbierende Gläser bereitzustellen, die nicht photochromatisch sind. Ein weiteres Ziel ist es, Gläser bereitzustellen, die eine scharfe Grenze in der Transmission in dem Längenintervall zeigen, das sichtbare und UV-Strahlung trennt. Ein anderes Ziel ist es, ein Glas bereitzustellen, in dem die gewünschte sichtbare Farbe ohne Verminderung der Stärke der UV-Absorption erhalten wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Unsere Erfindung basiert auf einem nicht photochromatischen R₂O-B₂O₃-SiO₂ Glas, das eine ausgefällte Kupfer- oder Kupfercadmiumhalogenidkristallphase und bei ungefähr 400 nm eine scharfe Spektralgrenze aufweist, wobei die Glaszusammensetzung im Wesentlichen besteht aus, in Kationenprozent, 35 bis 73% SiO₂, 15 bis 45% B₂O₃, 0 bis 12% Al₂O₃, wobei Al₂O₃ weniger als 10% beträgt, wenn SiO₂ über 55% liegt, 0 bis 12% Li₂O, 0 bis 20% Na₂O, 0 bis 12% K₂O, wobei Li₂O + Na₂O + K₂O 4,75 bis 20% sind, 0 bis 5% CaO + BaO + SrO, 0,125 bis 1,0% Cu₂O, 0 bis 1% CdO, 0 bis 5% ZrO₂, 0 bis 0,75% SnO₂, 0 bis 1% As₂O₃ und/oder Sb₂O₃, wobei das Glas 0 bis 1,25% Cl, 0 bis 1,0% Br, 0,25 bis 2,0% Cl + Br, die mit dem Kupfer zur Bildung der Kupferhalogenidkristallphase kombiniert werden, und 0 bis 2% F nach Gewicht enthält, und einen R-Wert, berechnet in Mol-%, von 0,15 bis 0,45 aufweist, wobei der R-Wert 0,30 nicht überschreitet, ausgenommen wenn die Glaszusammensetzung zumindest einem Zustand entspricht, ausgewählt aus der Gruppe von: bis zu 12 Kationen-% Li₂O, weniger als 10 Kationen-% Al₂O₃, zumindest 0,3 Kationen-% Cu₂O und 0,50 bis 2,0% Cl + Br. Cadmium ist zur Sicherstellung der Absorption von ultravioletter Strahlung nicht notwendig. Wohingegen Cadmiumoxid die Wirkung von Cu₂O ergänzt, stellt es keinen außergewöhnlichen Nutzen zur Verfügung, der die gefährlichen Seiten seiner Verwendung aufgrund seiner extremen Toxizität wettmachen kann. Darüber hinaus kann CdO den Photochromatismus verstärken, dessen Erscheinung in der vorliegenden Erfindung unerwünscht ist. Daher sollte die eingeschlossene Menge streng begrenzt sein, das heißt nicht mehr als 1% und bevorzugt nicht mehr als 0,5%.
Um sicherzustellen, dass das Glas eine gute chemische Beständigkeit aufweist, wird Al₂O₃ in einer Menge von mindestens 0,25% eingeschlossen. Die bevorzugte Glaszusammensetzung besteht im Wesentlichen, ausgedrückt in Kationenprozent, aus 40 bis 70% SiO₂, wobei Al₂O₃ weniger als 10% beträgt, wenn das SiO₂ über 55% liegt, 0 bis 12% Li₂O, 0 bis 20% Na₂O, 0 bis 12% K₂O, wobei Li₂O + Na₂O + K₂O 8 bis 20% beträgt, 0 bis 5% CaO + BaO + SrO, 0,2 bis 0,5% Cu₂O, 0 bis 5% ZrO₂, 0 bis 0,5% SnO₂, 0 bis 1% As₂O₃ und/oder Sb₂O₃, wobei das Glas 0 bis 1,0% Cl, 0 bis 1,0% Br, 0,5 bis 1,5% Cl + Br und 0 bis 2% F nach Gewicht enthält, und einen R-Wert aufweist, berechnet in Mol-%, von 0,15 bis 0,45, wobei der R-Wert 0,30 nicht überschreitet, ausgenommen wenn die Glaszusammensetzung zumindest eine der Bedingungen erfüllt, die aus der Gruppe ausgewählt sind: bis zu 12 Kationen-% Li₂O, weniger als 10 Kationen-% Al₂O₃, mindestens 0,3 Kationen-% Cu₂O und 0,5 bis 1,5% Cl + Br.
Stand der Technik
Zusätzlich zu dem bisher zitierten Stand wird die Aufmerksamkeit auch auf die folgende Patentliteratur gerichtet:
US-Patent Nr. 4,166,745 (Araujo et al.) offenbart photochromatische Kupfercadmiumgläser, die einen Brechungsindex von 1,52 bis 1,54 besitzen, und die durch einen Austausch von Natriumionen gegen Lithiumionen gestärkt werden können.
US-Patent Nr. 4,222,781 (Morse et al.) offenbart photochromatische Gläser, die auf Kupferhalogeniden basieren, worin gute optische Klarheit und photochromatische Eigenschaften durch Kontrolle der Alkalimetalloxide, der Al₂O₃- und der B₂O₃-Konzentrationen im Basisglas und/oder durch Zugabe von MoO₃ oder WO₃ zu der Zusammensetzung bereitgestellt werden.
Die europäische Veröffentlichung mit der Nummer 0 456 351 A2 [US-Patent Nr. 5,145,805] (Tarumi et al.) offenbart zwei Glasfamilien, die bis zu 15% Kupferhalogenid enthalten. Die nicht-Phosphatfamilie umfasst, in Gewichtsprozent, 20 bis 85% SiO₂, 2 bis 75% B₂O₃, bis zu 15% Al₂O₃, bis zu 30% Alkalimetalloxide, bis zu 10% zweiwertige Metalloxide und bis zu 10% von mindestens einem von ZrO₂, La₂O₃, Y₂O₃, Ta₂O₃ und Gd₂O₃. Die breiten Bereiche dieser Offenbarung können entscheidende Eigenschaften der vorliegenden Erfindung nicht offenbaren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die einzige Figur in den angehängten Zeichnungen ist eine graphische Darstellung, die die UV-Absorptionsspektren für drei Gläser vergleicht.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung begründet sich auf unsere Entdeckung einer Familie von R₂O-B₂O₃-SiO₂ Gläsern, die eine Kupfer- oder Kupfercadmiumhalogenidkristallphase enthalten, die nicht photochromatisch sind, die für sichtbare Strahlung transparent sind, und die eine scharfe Transmissionsgrenze zwischen den Bereichen von sichtbarer und UV-Strahlung besitzen, dies ist bei ungefähr 400 nm. Wie im Falle der photochromatischen Gläser, kann der Niederschlag der Halogenidkristallphase eine zusätzliche Hitzebehandlung nach der Bildung des Glasobjektes erfordern. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Glaser ungefärbt, das heißt sie sind frei von irgendeinem festen Farbton. Die Erfindung ist des weiteren auf die Entdeckung der Zusammensetzungsparameter, die notwendig für die Herstellung solcher Gläser sind, begründet.
Eine Ausgangsüberlegung ist der Niederschlag einer Kupferhalogenidkristallphase. Dies ist wesentlich, um die gewünschte scharfe Transmissionsgrenze bereitzustellen. Für diesen Zweck sollte das Glas in seiner Zusammensetzung mindestens 0,125 Kationen-% Kupferoxid (Cu₂O) enthalten. Der Anteil kann bis zu ungefähr 1% reichen, aber die Kupfer(I)-Ionen neigen dazu, in Kupfer(I)-Ionen und neutrale Atome bei solch einem hohen Anteil zu disproportionieren. Daher ziehen wir es vor, nicht mehr als ungefähr 0,5% zu verwenden.
Die Absorption in dem roten Bereich des Spektrums, die zur Entwicklung einer blaugrünen Färbung des Glases führt, gehört zu den Übergängen zwischen „d" Zuständen in einem Kupfer-(Cu+²)-ion. Die „d"-Zustände sind in einem Kupferion (Cu⁺) vollständig besetzt. Daher trägt dieses Ion keine sichtbare Farbe bei. Da nur das Kupfer(I)-Ion zur Bildung von Kupfer(I)-halogeniden notwendig ist, kann ein farbloses Glas mit einer scharfen UV-Grenze durch entsprechende Anpassung der Oxidationsstufe des Kupfers erhalten werden.
Die Oxidationsstufe des Kupfers, die in Glas beobachtet wird, wird durch die Temperatur der Schmelze, durch den Partialdruck des Sauerstoffs, dem die Schmelze ausgesetzt ist, durch die Konzentration von mehrwertigen Ionen in dem Glas und durch die Basizität (dem R-Wert) des Glases beeinflusst. As₂O₃, Sb₂O₃ und SnO₂ sind mehrwertige Metalloxide, die besonders geeignet sind, da sie dem Glas nicht direkt eine Farbe verleihen. Dennoch muss bei der Wahl des Reduktionsmittels und der verwendeten Menge Sorgfalt aufgewendet werden.
Untersuchungen haben ergeben, dass Arsen nur schwach reduzierend in Bezug auf das Oxidationspaar Kupfer(I)/Kupfer(II) wirkt und Kupfer(I)-ionen nicht zu neutralen Atomen reduziert. In der Gegenwart von hohen Konzentrationen an Fluor fördert Arsen jedoch die Ausfällung von Kupfer(II)-oxidkristallen, die dem Glas eine starke orange Farbe verleihen. Im Gegensatz dazu neigt Zinn dazu, Kupfer(II)-ionen stark zu reduzieren, und kann, in hohen Konzentrationen, das Kupfer bis ganz zum Metall reduzieren. Kolloidales Kupfermetall verleiht dem Glas eine rote Farbe. Das Verhalten von Antimonoxid ist dem des Zinnoxids ähnlich.
Zusätzlich zu dem Kupfer in der Kupfer(I)-stufe sind mindestens 0,25 Gew.-% Chlor oder Brom notwendig, um sich mit dem Kupfer zu verbinden und die erforderliche Kristallphase zu bilden. Die Gegenwart von Fluor kann hilfreich sein, führt jedoch nicht zur Bildung einer Kupfer(I)-halogenidphase in Abwesenheit von anderen Halogenen. Die Halogenide werden in Gewichtsprozent ausgedrückt, da sie sich offensichtlich nicht für den Ausdruck in Kationenprozent eignen. Der Rest der Zusammensetzungsbestandteile wird wegen der Ungleichheit der Atomgewichte der Kationen in Kationenprozent ausgedrückt.
Ein besonders wichtiger Kontrollfaktor ist der, der als R-Wert bekannt geworden ist. Dieser Wert ist ein Maß für die Basizität eines Glases und wird durch die folgende Formel bestimmt:
wobei M₂O Alkalimetalloxide darstellt und MO Erdalkalimetalloxide darstellt. Niederschlag einer Kupfer(I)-halogenidkristallphase wurde in Gläsern mit einem R-Wert unter 0,15 beobachtet. Es wurde jedoch kein besonderer Vorteil in solchen Gläsern gesehen, und sie neigen dazu, schwierig zu schmelzen zu sein oder schlechte chemische Beständigkeit zu zeigen.
In den meisten Fällen sollte der R-Wert ungefähr 0,35 nicht überschreiten. Der Wert kann jedoch bis zu 0,45 durch die Regelung anderer Bestandteile ausgedehnt werden. Diese schließen die Anwendung eines Li₂O-Niveaus bis zu 12 Kationen-%, Aufrechterhaltung des Al₂O₃-Niveaus unterhalb 10% und Anwendung über 0,3% Cu₂O und/oder eines Cl + Br-Niveaus bis zu 1,5% ein. Im Allgemeinen finden wir jedoch, dass optimale physikalische Bedingungen in Verbindung mit guter UV-Absorption festgestellt werden, wenn der R-Wert ungefähr 0,25 beträgt. Dieser Wert kann als ein optimaler Wert angesehen werden.
Wie oben erwähnt, kann die blaugrüne Farbe, die mit der Absorption der Kupfer(II)-ionen im roten Bereich des Spektrums einhergeht, durch chemische Reduktion des Kupfers zur Kupfer(I)-stufe verhindert werden. Unter dem Umstand, dass eine grüne Farbe erwünscht ist, kann sie durch unvollständige Reduktion erhalten werden. Natürlich können kleine Mengen (bis zu ungefähr 1%) der Übergangsmetallionen oder Seltenerdmetallionen, die oft als Färbemittel in der Glaskunst eingesetzt werden, verwendet werden, um Farbe ohne nachteilige Effekte zu verlei hen. Es wurde schon erwähnt, dass die Verwendung großer Mengen von Arsen-, Antimon- oder Zinnoxiden oranges, braunes oder rotes Glas erzeugen kann. Während farbloses Glas in den meisten Umständen bevorzugt ist, mag es Anwendungen geben, bei denen die Farbe, die durch hohe Anteile der Reduktionsmittel hervorgerufen wird, wünschenswert sind.
Jedes der Materialien, wie z. B. Titandioxid, Zirkondioxid, Nioboxid, Bleioxid und die Erdalkalimetalloxide, die verwendet wurden, um den Brechungsindex von Glas zu erhöhen, können in geringen Mengen verwendet werden, ohne ernsthaften Verlust an UV-Absorption. Viele dieser Materialien, wie z. B. TiO₂, führen zu einer mäßigen bis starken gelben oder goldenen Farbe in Gegenwart von Kupfer in solchen Gläsern, die einen R-Wert besitzen, der zur Ausfällung von Kupferchlorid führt. Zirkondioxid und die Erdalkalimetalle sind besonders hilfreich, da sie nicht zu solch einer gelben Farbe beitragen und in Mengen bis zu ungefähr 5 Kationen-% verwendet werden können. Dieser Umstand ist wichtig, da ein hoher Wert des Brechungsindex für Augenlinsen notwendig ist, wobei der übliche Standard 1,523 beträgt. Wenn CaO und/oder BaO verwendet werden, ist es bevorzugt, dass sie in ungefähr gleichen Mengen verwendet werden, da Calciumoxid allein zu Lichtundurchlässigkeit führen kann und BaO alleine den Niederschlag der Halogenidphase verhindern kann.
Wohingegen MoO₃ und WO₃ eingeschlossen werden können, um den Brechungsindex des Glases ohne nachteiligen Effekt auf die Fähigkeit des Glases, ultraviolette Strahlung zu absorbieren anzupassen, sollte die Menge dieser Oxide auf Niveaus unterhalb ungefähr 0,5 Kationen-% gehalten werden, da sie Photochromatismus verstärken, wobei die vorliegenden erfinderischen Zusammensetzungen dahingehend ausgelegt sind, diesen zu unterdrücken.
In Gläsern, die aufgrund der Gegenwart von Kupferhalogeniden photochromatisch sind, kann durch mehrere einfache Zusammensetzungsanpassungen die UV-Absorption beibehalten und der Photochromatismus unterdrückt oder ganz eliminiert werden. Eine leichte Abnahme an Kupfer wird den Photochromatismus ohne einen schweren Verlust an UV-Absorption unterdrücken. Alternativ unterdrückt eine Zunahme der Konzentrationen von Chlorid und Bromid, möglicherweise durch eine Abnahme in der Konzentration an Fluorid begleitet, den Photochromatismus bei gewöhnlichen Temperaturen.
Die Erfindung ist im Weiteren mit Verweis auf spezielle Ausführungsformen beschrieben. Tabelle 1A legt in Kationenprozent die Zusammensetzungen verschiedener Gläser dar, mit Aus nahme der Halogene, die notwendigerweise in Gewichtsprozent ausgedrückt sind. Diese Gläser zeigen eine scharfe UV-Transmissionsgrenze, die charakteristisch für eine Kupferhalogenidkristallphase ist. Des weiteren sind sie nicht photochromatisch und zeigen keine festgelegte Färbung. Die Gläser 5 und 7 verdeutlichen den Gebrauch von ZrO₂, um den Brechungsindex zu verbessern, während die Einführung einer gelben Farbe vermieden wird. Die R-Werte der Gläser sind auch gezeigt.
Tabelle 1A
Tabelle 1B legt die selben Glaszusammensetzungen, wie in Tabelle 1A, dar, allerdings in Gewichtsprozent. Die Basiszusammensetzung (ausschließlich Halogene, Kupfer und Zinnoxide) erreicht genau oder ungefähr 100 in Tabelle 1A. Die gesamte Zusammensetzung nähert sich 100 in Tabelle 1B an. Das selbe trifft auf Tabellen 2A und 2B zu. CuO wurde als Gemengematerial verwendet, wobei die Gegenwart von Reduktionsmitteln in dem Gemenge dessen Reduktion zu Cu₂O sicherstellt. Cu₂O umfasst ungefähr 56% einer Konzentration von CuO.
Tabelle 1B
Tabelle 2A legt in Kationenprozent, wieder mit Ausnahme der Halogene, die Zusammensetzungen verschiedener Gläser dar. Diese Gläser zeigen auch eine scharfe UV-Transmissionsgrenze, die charakteristisch für eine Kupferhalogenidkristallphase ist und die nicht photochromatisch sind. Sie zeigen jedoch keinen festen Farbton, wie angedeutet. Die R-Werte für diese Gläser sind in die Tabelle eingeschlossen.
Tabelle 2B legt die Glaszusammensetzungen von Tabelle 2A in Gewichtsprozent dar.
Tabelle 2A
Tabelle 2B
Ein Vergleich der Beispiele 13 und 14 zeigt die Wirkung von Zinnoxid, die oben erwähnt wurde. In ähnlicher Weise zeigt ein Vergleich der Beispiele 15 und 16 die Wirkung eines veränderten Alkalimetalloxidinhalts.
Tabelle 3 legt die Zusammensetzung dreier Gläser dar, die mit Ausnahme des CuO-Anteils in ihrer Zusammensetzung gleich sind. Sie gibt auch die R-Werte der Zusammensetzungen wie auch die UV-Grenzencharakteristika der Gläser an.
Tabelle 3
Wie angedeutet, besitzt das Glas mit einem CuO-Anteil von 0,36% [~0,20% Cu₂0] (Glas A) eine scharfe UV-Transmissionsgrenze bei 400 nm, wodurch die Gegenwart einer Kupferhalogenidkristallphase gezeigt wird. Das Glas mit 0,28% CuO [~0,16% Cu₂O] (Glas C) zeigte eine schwache Absorption bei Wellenlängen von 325 bis 400 nm. Das Glas mit einem CuO-Anteil von 0,20% [~0,11% Cu₂O] (Glas B) zeigte im Wesentlichen keine maßgebliche Absorption von Strahlung oberhalb 325 nm, wodurch keine Niederschlagung einer Kupferhalogenidphase gezeigt wird.
Die Figur in den angehängten Zeichnungen verdeutlicht den Vergleich sogar noch plastischer. Die Figur ist eine graphische Darstellung, worin die Wellenlänge in nm entlang der horizontalen Achse und der Grad der Absorption (ABS) entlang der vertikalen Achse aufgetragen sind. Die drei Kurven basieren auf Absorptionsmessungen, die mit Proben der drei Gläser aus Tabelle 3 gemacht wurden. Die Kurven werden durch die Beispielnummern in Tabelle 3 bestimmt. Es kann beobachtet werden, dass die Kurve für das Glas A, das Glas mit 0,36% CuO, eine scharfe Transmissionsgrenze bei ungefähr 400 nm besitzt. Die Kurve C zeigt eine schwache Absorption und Grenze, während die Kurve B im Wesentlichen keine Absorption oberhalb ungefähr 325 nm zeigt.
Tabelle 4 legt Zusammensetzungen in Kationenprozent für verschiedene Gläser mit unterschiedlichen R-Werten aufgrund von Veränderungen in R₂O, RO und B₂O₃ Gehalten dar sowie die folgenden Effekte auf die UV-Grenze. Die Tabelle legt die R-Werte, die UV-Grenze bei 400 nm und die Farbe für jedes Glas dar.
Tabelle 4
Glas F aus Tabelle 4 zeigt keine UV-Grenze. Dies zeigt die gemeinsame Wirkung von fehlendem Lithiumoxid und dem hohen R-Wert. Im Gegensatz dazu zeigen die Glaser D und E starke UV-Absorption. Die Unterschiede sind, dass Glas E einen Li₂O-Gehalt besitzt, während Glas D einen niedrigen R-Wert aufgrund eines hohen B₂O₃-Anteils und eines verminderten Na₂O-Anteils besitzt.
Glas G zeigt keine UV-Grenze, wohingegen die Glaser H und I, die die selben R-Werte besitzen, eine zeigen. Die Glaser G und I zeigen die Wichtigkeit, die Niveaus von Aluminiumoxid und Siliciumoxid innerhalb der vorher beschriebenen Bereiche sogar für Gläser, in denen der R-Wert nahe an dem optimalen Wert gehalten wurde, beizubehalten.
Tabelle 5 legt Zusammensetzungen in Kationenprozent für mehrere Gläser dar, die kleine Zusammensetzungsänderungen beinhalten. Diese Gläser zeigen Zusammensetzungsänderungen, die vorgenommen werden können, um ein Glas nicht photochromatisch zu machen.
Tabelle 5
In Tabelle 5 ist Glas J ein photochromatisches Glas. Es kann durch einen Anstieg des Halogenanteils, wie durch Glas K gezeigt, nicht photochromatisch gemacht werden. Es kann auch durch Verminderung des Cu₂O-Niveaus, wie durch Glas L gezeigt, nicht photochromatisch gemacht werden.
Glas N ist auch ein photochromatisches Glas, das durch kleinere Zusammensetzungsänderungen nicht photochromatisch gemacht werden kann. Glas M zeigt die Wirkung einer geringen Erhöhung des SnO₂-Anteils. Sorgfalt muss aufgewandt werden, um den SnO₂-Anteil nicht bis zu dem Punkt zu erhöhen, an dem eine Reduktion zu Kupfermetall auftritt. Glas O zeigt das Erreichen des selben Ziels durch Verminderung des R-Wertes durch Verändern der Na₂O- und B₂O₃-Anteile. Die Beispiele M, N und O sind auch für das Darstellen der Mitwirkung von WO₃ zu Photochromatismus von Interesse. Die Beispiele P und Q zeigen UV-Grenzen und verdeutlichen, dass CdO Photochromatismus in bestimmten Glaszusammensetzungen fördern kann, sodass dessen Verwendung auf niedrige Werte begrenzt werden muss, wenn es überhaupt zugegen ist.

Claims

Nicht-photochromatisches R₂O-B₂O₃-SiO₂ Glas, das eine ausgefällte Kupfer- oder Kupfer-Cadmium-Halogenid-Kristallphase und bei ungefähr 400 nm einen scharfen Spektral-Cut-off aufweist, wobei die Glaszusammensetzung im wesentlichen aus in Kationenprozent, 35 bis 73% SiO₂, 15 bis 45% B₂O₃, 0 bis 12% Al₂O₃, wobei Al₂O₃ weniger als 10% beträgt, wenn SiO₂ über 55% liegt, 0 bis 12% Li₂O, 0 bis 20% Na₂O, 0 bis 12% K₂O, wobei Li₂O + Na₂O + K₂O 4,75 bis 20% sind, 0 bis 5% CaO + BaO +SrO, 0,125 bis 1,0% Cu₂O, 0 bis 1% CdO, 0 bis 5% ZrO₂, 0 bis 0,75% SnO₂, 0 bis 1% As₂O₃ und/oder Sb₂O₃, besteht, wobei das Glas 0 bis 1,75% Cl, 0 bis 1,0% Br, 0,25 bis 2,0% Cl + Br und 0 bis 2% F nach Gewicht enthält, und einen R-Wert, berechnet in Mol-Prozent, von 0,15 bis 0,45 aufweist, wobei der R-Wert 0,30 nicht überschreitet, ausgenommen, wenn die Glaszusammensetzung zumindest einem Zustand entspricht, ausgewählt aus der Gruppe von: bis zu 12 Kationen-% Li₂O, weniger als 10 Kationen-% Al₂O₃, zumindest 0,3 Kationen-% Cu₂O und 0,50 bis 2,0% Cl + Br, die mit dem Kupfer zur Bildung der Kupferhalogenidkristallphase kombiniert werden.
Glas nach Anspruch 1, wobei das Glas bis zu 5 Kationen-% ZrO₂ oder bis zu 5 Kationen-% CaO, BaO und/oder SrO enthält, wobei die vorliegenden Mengen dazu wirksam sind, den Brechungsindex des Glases zu erhöhen, und/oder wobei das Glas bis zu 12 Kationen-% Li₂O oder bis zu 0,5 Kationen-% Cu₂O enthält, oder wahlweise bis zu 0,5 Kationen-% CdO, wobei die vorliegenden Mengen dazu wirksam sind, bei 400 nm einen scharfen UV-Cut-off bereit zu stellen.
Glas nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glas einen R-Wert von über 0,15, jedoch nicht über 0,35, aufweist.
Glas nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Glas zumindest 0,25% Al₂O₃ enthält.
Glas nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Gehalt an Cl + Br 0,5 bis 1,5 Gew.-% ist.
Glas nach Anspruch 1, wobei das Glas keinen fixierten Farbton aufweist und seine Zusammensetzung im wesentlichen aus 40 bis 70% SiO₂, 20 bis 35% B₂O₃, 2 bis 10% Al₂O₃, 8 bis 20% R₂O, ausgewählt aus 0 bis 12% Li₂O, 0 bis 20% Na₂O und 0 bis 12% K₂O, 0,2 bis 0,5% Cu₂O und 0,25 bis 1,5% nach Gewicht Cl und/oder Br besteht.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das bis zu 1% eines Übergangsmetalloxides enthält, wobei ein Teil des Kupfers im Kupfer (II)-Zustand vorliegt, wobei dem Glas ein fixierter Farbton verliehen wird.
Glas nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das bis zu 2% eines Oxids enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die aus TiO₂, Nb₂O₃ und PbO besteht, und/oder bis zu 0,5% eines Oxides, ausgewählt aus der Gruppe, die aus WO₃ und MoO₃ besteht, wobei der Brechungsindex erhöht wird und dem Glas ein fixierter Farbton verliehen wird.