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Verfahren zur Herstellung von auf chemischem Wege optisch vergütbaren
Gläsern Gegenstand der Erfindung sind neue bzw. verbesserte Gläser, die infolge
zweckmäßiger Zusammensetzung besonders gut für die Zwecke der optischen Vergütung
auf chemischem Wege geeigriet sind.
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Bekanntlich versteht rnan unter optisch vergüteten Gläsern solche,
die infolge geeigneter Maßnahmen Oberflächen mit verringerter Reflexion besitzen.
Die Reflexionserscheinung ist nämlich, so wertvoll sie an sich ist, da wir durch
sie in erster Linie Kenntnis von den uns umgebenden Objekten erhalten, in manchen
Fällen recht unerwünscht. So bemüht sich die optische Industrie seit langem, z.
B. die Reflexion an den Oberflächen der Linsen, aus denen Objektive zusammengesetzt
werden, zu vermindern, wodurch die Möglichkeit gegeben wird, die Lichtdurchlässigkeit
dieser Objektive unter Umständen bis auf das Doppelte zu erhöhen und das durch mehrfache
Reflexionen entstandene, sehr unerwünschte Streulicht auf einen praktisch nicht
mehr störenden Betrag herabzusetzen. Sehr unangenehm machen sich z. B. auch die
reflektierenden Oberflächen von Flachgläsern, wie Schaufenstergläsern, bemerkbar,
da die Auslagegegenstände, die sich hinter der Scheibe
befinden,
häufig gar nicht oder nur schlecht zu erkennen sind.
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Zur Vermeidung dieser schädlichen Reflexionen sind mehrere Verfahren
bekanntgeworden. So wurde, ausgehend von der Fresnelschen Formel für die Intensität
des reflektierten Lichtes in .Al>häncligkeit vom Brechungsindex bzw. auf der Grundlage
interferenz-physikalischer Überlegungen, vorgeschlagen, durch Aufbringen von Schichten
geeigneten Materials auf die reflektierenden Teile die Intensität (ges reflektierten
Lichtes herabzusetzen. Die Erzeugung dieser Schichten kann u. a. durch Überziehen
(ges Glases mit Filmen aus einem :Material mit möglichst kleinem Brechungsindex
oder durch Aufdampfen von dünnen Schichten z. B. aus Alkälißuoriden erfolgen.
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Diese aufgetragenen Schichten besitzen jedoch Nachteile, denn ihre
mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit ist nur gering. Ferner ist ihre
Herstellung technisch nicht einfach, (la das Aufdampfen z. 13. im Vakuum vorgenommen
wer(leit muß.
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Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, das in einer chemischen Behandlung
der Oberflächen der Gläser besteht. Die Gläser werden durch Herauslösen löslicher
Bestandteile auf chemischem Wege in einer Oberflächenschicht mit einer Dicke von
etwa 1/1 Wellenlänge (ges hindurchgehenden Lichtes optisch dünner g -niacht, so
daß die an den Grenzflächen der so gebil(eten neuen Oberflächenschicht entstehen-Z,
reflektierten Strahlen durch Interferenz- zur Auslö schung kommen. Das chemische
Verfahren, (las einen wertvollen Bestandteil der optischen Vergütungstechnik bildet
und das älteste bekannte Verfahren darstellt, ist auf Gläser beschränkt, die von
vornherein lösliche Bestandteile enthalten, und kommt daher heute im wesentlichen
nur für Gläser in Frage, wie sie z. B. vom rechnenden Optiker für die Konstruktion
optischer Geräte benötigt werden. 1)iese Gläser sind nämlich mit den verschiedensten
Eigenschaften erschmolzen worden. So besitzen eiii.ige ein besonders hohes Brechungsvermögen
oder, z. 13. für die "Zwecke der Spektroskopie, eine besonders hohe Dispersion,
andere besitzen eine bestimmte spektrale Durchlässigkeitsverteilung usw. Infolge
dieser mannigfachen Zweckbestimmung besitzen diese Gläser auch ganz verschiedene
Zusammensetzungen, so daß es nicht verwunderlich ist, wenn unter ihriieti auch einige
sind, die einer chemischen Behandlung für die Zwecke der optischen Vergütung mehr
oder weniger zugänglich sind. Diese ihre Zusammensetzung ist jedoch vom Standpunkt
der optischen Vergütungstechnik betrachtet eine rein zufällige und außerhalb der
optischen Vergütungstechnik auch gar nicht erwünscht, da derartige Gläser gewöhnlich
nicht korrosionsbeständig sind. Da man andererseits auch gar keine allgemeinen auf
wissenschaftlicher Basis beruhenden Richtlinien für (iie 13@eurteilung von Gläsern
in Hinsicht auf ihre Vergiftung hatte oder gar allgemein gültige Regeln und formelmäßige
Beziehungen über die zwecki'
. ige Zusammensetzung zu erschmelzender Gläser,
i 'i fi so fehlt praktisch gesprochen bis heute das Aus-
| gangsmaterial, das die optische Vergiftungstechnik |
| zur Ausübung ihrer \"erfahren beniitigt, nämlich auf. |
| chemischem Wege vergiitl)ares Glas. |
| An dieser Stelle greift (lie vorliegende Erfindung, |
| ein, indem sie die Schaflttiig von vergütungstech- |
| nisch brauchbarem Ausgangsmaterial erniiiglicht, |
| also von Gläsern mit iitt(n. bestiininten chemischen |
| Eigenschaften. |
| Sie besteht darin, (1a1:3 bzw. Ilohlgläse r |
| und für optische Z\\-ecke geeignete Gläser ei-scliniol- |
| zen werden, die ein chemisch herausliisbares Oxy(1, |
| wie z. B. ein Oxyd (ier l:lenientc Al, 13a, Zii, Sb, As, |
| Cd, Pb, Na, K usw., in einem Betrag von wenigstens |
| io his höchstens 48 Molprozent oller mehrere solcher |
| herauslösbarei- Oxyde in einem Gesaintlxtrag von |
| io bis 48 Molprozent entlialteii. |
| Die Auffindung dieser treuen [.ehre gelang; im |
| wesentlichen auf (rund folgender (`1>erlegungen |
| (Schröder, H., ZS. techn. I'l1vsik, 22, 19.41, 38): |
| Ist bei einem Glas (gei- Gehalt a11 löslichen Oxyden |
| bekannt, so läßt sich (lie t\n(lerung (les Brechungs- |
| index n durch Lösung (lieser Bestandteile an der |
| Oberfläche und damit (lie \-rrgiitl)arkeit rin voraus |
| abschätzen. Nach (lcin I.cireiitz-1_(>renzschen Gesetz |
| verhalten sich nämlich die Refraktionen R = n --`-- |
| n= + i |
| wie die Quotienten aus Dichte s tind 3,folektilar- |
| gewicht :hl. Enthält also eiii Glas von inittlercin |
| :\Iolekulargewiclit ,1l = a, .Il 1 + a,.1/.= -i- . .
. (a, a .., . . . |
| Molbrüche) p, Gewichtsteile bzw. ai Molprozente |
| lösliches Oxyd, so ist nach (ler Lösung in der |
| Schicht die Dichte S = (i -- p) s nn(i (11e Refraktio11 |
M ist das inittlei-e Molekulargewicht der Schicht nach Entfernung der 1>eti-efteii(leii
Oxyde, )r ihr mittlerer 13reclitin;gsin(lex.
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I-lieraus wird
| Die Erniedrigung (ges 13i-eclitingsindex in der |
| Oberfläche ist daher außer von (1<r llenge des Ge- |
| lösten nur noch abhiingig von R und (lamit vom tir- |
| sprünglichen 13rechungsin(l@ex )i. _\lit Hilfe (fieser |
| Funktion n (a,) kann man unter Heranziehung von |
| Iri,terferenzl>etraclittingc#n (lie maximale spektrale |
| Durchlässigkeit I)",.,.,. 111i(1 somit (gen t\tisdruck für |
| die relative Vergütung |
berechnen (."1 D,@"@ = maximale spektrale Durchlässigkeitserhöhung. 1)" = Durchlässigkeit
ini Ausgangszustand). Dann zeigt sich, (laß(@@,)"",,,rgegena, aufgetragen nahezu
unabhängig von ii, (lern Brechungsindex des unveränderten Ausgangsmaterials, wird.
Diese Kurve ist in (ler Abbil(hing gezeichnet.
Sie stellt eine ganz
allgemeine Beziehung, dar, die für alle Gläser, gleich welcher Zusammensetzung,
gültig ist.
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Die Ausdeutung dieser theoretischen Ergebnisse in `'erb» lidung mit
experimentellen Befunden gilt nun in Hinsicht auf die Vergütungstechnik die M(>glichkeit,
zu den neuen Vorschriften gemäß der Erfindung zti gelangen, d. 1i. also ganz bestimmte
Aussagen über die zweckmäßige Größe der Beimengungen zu machen und wie weit man
maximal überhaupt mit der Vergütung bei diesen bestimmten BeimengUngetl kommen kann.
So läßt sich, wie im, folgenden noch im einzelnen dargelegt werden wird, durch Aufteilung
der .\bbildung ein Gebiet abgrenzen, das 111111 die vergüttitigstechtlisch gegebenen
Möglichkeiten in sich einschließt als Stimme all der theoretischen und praktischen
Erfahrungen, die sich bisher ergaben. "\nalog zu anderen Verhältnissen möge dieses
Gebiet mit Vergütungsfläche bezeichnet werden.
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Nachdem inan nämlich infolge obiger Berechnung zur Darstellung der
in der Abbildung gezeichneten Kurve gekommen ist, erkennt man ganz allgemein, dal3
es unzweckmäßig ist, die Beimengungen herauslösbarer Stoffe in einem Gesamtbetrage
von weniger als co \lolprozent zti bemessen. In diesem Fall würde nämlich kein Weg
mehr offenstehen, um auf chemiscliein \\'ege zu brauchbaren Vergütungswerten zu
kommen; denn es wäre verfehlt, etwa mittels irgendwelcher chemischen Agenzien weitere
Bestandteile aus denn Glas herauszulösen, da hierdurch allenfalls z. 13. (las SI
O,-Gerüst des Glases abg<#hatit würde, so <laß es zu einer Zerstörung der
Vergütungsschicht, d.h. zu einerVerschlechterungder \'ei-giitungswerte käme. Man'
kann daher in der Abhildung das links von derOrdinate,die zu diesem als untere Grenze
der Beimengung zweckmäßig befundetienWerte gehört, liegende Gebiet als vergütungstechnisch
unbrauchbar bezeichnen und in der Abbildung durchSchraffierunghervorheben. DadieUnterschreitungdieses
bei coMolprozenterhaltenenVergütungswertes natürlich keinen Sinn hat, wenn sich
die Beimengung innerhalb der durch die Erfindung festgelegten Grenzen hält, so kaiirr
man durch obigen \'ei-gütungswert eine Parallele zur Abszisse ziehen und (las unterhalt>
dieser Grenzlinie liegende Gebiet ebenfalls als technisch nicht brauchbar bezeichnen,
also gleichfalls schraffieren. Andererseits kann die obere für zweckmäßig befundene
Grenze mit insgesamt etwa 48 Molprozent festgelegt werden. In der Allbildung wurde
daher das rechts von der zugehörigen Ordinate liegende Gebiet im obigen Sinne schraffiert.
1)ie Abbildung zeigt nämlich, daß die Vergütungskurve schließlich bei größeren Beiinengungen
in ein flaches Maximum übergeht, um da lrn bei noch größeren Werten wieder abzusinken.
P aller steht hei größeren Beträgen der 13eimengungell schließlich der Gewinn an
Vergiftung in keinem \@t@i-liältnis zu dem Aufwand an herauslösbaren 1Iatcrialien,
bis sogar schließlich bei noch höheren Bedie Vergütung all sich schon wieder zu
kk#inecen Werten übergeht. Entscheidend aber ist, dal3 die Glasstrilktur des üliriggeliliel>c#necL'Materialgeriistes
in Frage gestellt wäre, wenn die :Menge des Herausgelösten einen gewissen Betrag
überschreitet, so daß also Durchsichtigkeit und vor allein die Festigkeit der ausgelaugten
Materialschichten in sich sowie auch ihr Zusammenhalt mit den unveränderten Materialschichten
nicht mehr gewährleistet werden könnte.
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Bedenkt man noch, d'aß die in der Abbildung dargestellte Kurve, natürlich
innerhalb der Genauigkeitsgrenze, die ihr auf Grund obiger Ableitung zukommt, den
jeweilig für eine bestimmte Gesamtbeitnengung möglichen maximalen Vergütungswert
kennzeichnet, so gehört auch noch der oberhalb der Kurve liegende Teil mit zu den
nicht erreichbaren Gebieten. Auch hier würde etwa die Verwelidung besonders stark
wirkender Chemikalien höchstens die Wirkung des Abbaues des unlöslichen Materialgerüstes
besitzen, also zu einer Zerstörung der Vergütungsschicht führen, da das im Sinne
der Vergü tungstechnik Herauslösbare schon als herausgelöst an lnenommen wurde.
Das Gebiet oberhalb der- Kurve muß also ebenfalls schraffiert werden. So kommt man
erfindungsgemäß zur Vergütungsfläche, innerhalb deren die vergütungstechnisch brauchbaren
Möglichkeiten liegen.
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Auf Grund dieser neuen Lehre ist man also in der Lage, beim Erschmelzen
von Gläsern, die die Eigenschaft Nahen sollen, chemisch vergiitbar zu sein, von
vornherein planvoll vorzugehen und die Zusammensetzung des Rohmaterials bzw. der
Gläser auf Grund zahlenmäßig festgelegter Vorschriften optimal zu tcemessen.
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Darüber hinaus ergibt sich noch die Möglichkeit, bei eitlem vorhandenen,
an sich für einen ganz anderen Zweck erschmolzenen Glase auf Grund seiner bekannten
Zusammensetzung beurteilen zu können, ob es in die Vergütungsfläche der Abbildung
fällt, mit anderen Worten, ob es überhaupt sinnvoll erscheint, das Glas auf chemischem
Wege optisch zti vergüten. Da ferner das anzuwendende chemische `'erfahren sich
ganz nach der Zusammensetzung des zu vergütenden Glases richtet, so hat man auch
eine einfache Kontrolle dafür, ob das angewandte chemische Verfahren überhaupt geeignet
ist, indem man feststellt, ob der erhaltene Vergütungswert in die Nähe der oberen
Begrenzung der Vergütungsfläche fällt, da hier die maximal erreichbaren Werte gemäß
der Ableitung der Vergütungskurve liegen; denn es ist klar, daß der Gebietsstreifen
in der Nähe der Kurve den wertvollsten Bereich der Vergütungsfläche darstellt.
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Es sei noch darauf hingewiesen, claß diese Vergütungsfläche ganz allgemeine
Gültigkeit besitzt, und zwar für alle Glassorten und denkbaren ZusaminenSetzungen.
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Insgesamt hat man also auf Grund dieser neuen Lehre erstmalig die
Möglichkeit, von vornherein ganz bestimmte Aussagen darüber zu machen, in welcher
mengenmäßigen Zusammensetzung die Gläser zu erschmelzen sind, damit man Gläser mit
der gewünschten Eigenschaft erhält, nämlich auf cheinischeinWeg optisch vergütbar
und auf (rund der nach der \''ergiitutig erfolgenden Wärmebehandlung
auch
völlig korrosionsbeständig und mechanisch schwer angreifbar zu sein.