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Verfahren zur Verbesserung der Lichtdurchlässigkeit optischer Gläser
Die Möglichkeit, an optischen Flächen die Reflexionsverluste des Lichtes zu vermindern
(im folgenden kurz optische Vergütung genannt), hat in den letzten Jahren zu einer
ausgedehnten Behandlung der Probleme geführt. Die theoretische Erklärung der hierbei
auftretenden optischen Wirkungen ist schon seit langem bekannt. Es ist das Ziel
all dieser technischen Verfahren, die zu behandelnde Oberfläche mit einer dünnen
Schicht zu überziehen, deren Dicke so gewählt wird, daß durch Interferenz des Lichtes
an beiden Begrenzungsflächen eine möglichst weitgehende Auslöschung dieser Anteile
erfolgt.
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Neben den schon lange bekannten chemischen Arbeitsverfahren, die in
letzter Zeit wesentlich verbessert wurden,, finden hauptsächlich Verfahren Anwendung,
die diese optische Vergütung durch zusätzliches Aufbringen einer geeigneten Schicht
erreichen. Eine technische Schwierigkeit bei den zuletzt genannten Verfahren liegt
vor allem darin, daß es bis jetzt nicht voll befriedigend gelungen ist, diese zusätzlich
aufgebrachten Schichten mechanisch genügend fest zu bekommen. Es muß, um zu einem
endgültig befriedigenden Ergebnis zu kommen, erreicht werden, daß diese optisch
vergüteten Glasflächen die gleichen mechanischen Eigenschaften haben wie das unbehandelte
Glas. Bei den chemisch behandelten Oberflächen, bei denen die Wirkung im wesentlichen
dadurch erzielt wird, daß die optisch schwereren Bestandteile in einem für die zu
erzielende
Wirkung-günstigen Umfang aus der Oberfläche herausgelöst
werden, ist diese Forderung voll erfüllt. Die rein chemische Behandlung der Glasoberfläche
kann aber nur dann zum Erfolg 'führen, wenn das Glas auf einen chemischen Angriff
reagiert. Umgekehrt ist es aber das Ziel der technischen Glasenfwicklung; gerade
Gläser für die Praxis zu schaffen, die -chemisch. möglichst wenig angreifbar sind.
Als Vertreter im Gebiet der optischen Gläser mögen z. B. die Borkrongläser genannt
werden. Versuche mit den chemischen Verfahren führen bei ihnen zu keinem wesentliehen
Erfolg. Es läßt sich optimal eine Verminderung dies Reflexionsvermögens von 4 auf
3% erreichen. Die bekannten Verfahren besitzen also neben anderen den Nachteil,
diaß sie keine Möglichkeit für die Herstellung optisch vergüteter Gläser bieten,
deren die optische Vergütung bedingende Schichten chemisch so wenig angreifbar sind,
wie es -eben die in dieser Hinsicht besten unvergüteten Gläser selbst sind.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, (las die
Nachteile dieser bekannten Verfahren nicht besitzt. Mit ihm gelingt es; um bei obigem
Beispiel eines Borkronglases zu bleiben, das Reflexionsvermögen von 4 0/0 ganz wesentlich
zu vermindern, und zwar um 5o % und mehr, je nach den Verhältnissen im einzelnen.
Dabei besitzen die optisch vergüteten Flächen eine vorzügliche Haltbarkeit physikalischen
und chemischen' Angriffen gegenüber, die den Eigenschaften der unvergüteten besten
Gläser in nichts Das neue Verfahren gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß durch von außen angelegte elektrische Felder eine Wanderung von Ladungsträgern
durch das Glas hindurch erzeugt wird, wodurch z. B. eine Änderung in der Verteilung
der Ionen entsteht, die nun zur Bildung der optisch vergüteten Schichten führt:
Eine der verschiedenen Möglichkeiten bietet beispielsweise die Elektrölvse. Im Wesen
der hier beschriebenen Erfindung liegt es aber, daß der Stromdurchgang durchaus
nicht nach den die elektrolytische Leitung bestimmenden. Faradiayschen Gesetzen
erfolgen muß, sondern die-Elektrolyse wird hier nur als Beispiel zur Vereinfachung
der Beschreibung sowie zur Erleichterung des Verständnisses, herangezogen. Insbesondere
können also auch Elektronen am Leitungsmechanismus beteiligt sein. Wesentlich im
Sinne eher- Erfindung ist, daß innerhalb des Glases eine Bewegung von Ladungsträgern
erzeugt wird, die zur Bildung der gewünschten Schichten entweder unmittelbar oder
auf weiteren Umwegen führt.
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Im Fall der Elektrolyse erhält man eine Wanderung von Ladungsträgern,
wenn man über geeignete Elektroden eine elektrische Spannung an die beiden Grenzflächen
des Glases legt. Der so erzeugte Strom besteht dann größtenteils aus wandernden
Ionen, die von der Anodenseite (Glasseite) zur Kathodenseite streben, so daß die
Grenzschicht an der Anode an diesen Ionen verarmt. Hier bildet sich also eine (rrenzschicht
reit verändertem Brechungsexponenten aus. Da bei manchen Gläsern die so gebildete
Schicht ' trübe wird, verwendet man zweckmäßig in diesem Fall Elektroden, die lösliche
Bestandteile enthalten, durch deren Einwanderung in die Schicht ein Trübwerden-verhindert
wird. Die Einwanderung dieser Stoffe braucht durchaus nicht unter dem Einfluß des
elektrischen Feldies vonstatten zu gehen, sondern kann z. B. auch durch Hineindiffundieren
usw. hervorgerufen werden.
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Einen weiten Spielraum lassen auch Form und Art der Elektroden zu.
Die Auswahl der Elektroden richtet sich u. a. nach der ()1>erflächenform der zu
vergütenden Gläser. Hier stehen feste, z. B. aufgedampfte Metalle, ferner flüssige,
z. B. geschmolzene Salze, Quecksilber, oder auch gasförmige, z. B. Quecksilberdampf,
zur Verfügung. So läßt sich, um ein Beispiel zu nennen, irr einem bestimmten Fall
bei Verwendung von Graphitpulver und aufgedampften Metallen als Elektroden pro Fläche
ein Gewinn an Lichtdurchlässigkeit von absolut 2,5 % erhalten, beidseitig also über
5 %, und zwar bei einem chemisch praktisch unangreifbaren Glas.
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Infolge der engen Berührung, die die Elektroden im allgemeinen mit
den zu vergütenden Flächen besitzen, können unter Umständen neben der Änderung der
Trägerverteilung im Glas gegenseitige chemische Einwirkungen zwischen dem Elektrodenmaterial
und den Glasbestandteilen stattfinden, die der Bildung der gewünschten Schichten
förderlich sind. Darüber hinaus können natürlich auch zusätzlich zum Elektrodenmaterial
noch Stoffe anwesend sein, die eine in diesem Sinn fördernde Wirkung ausüben. Zeitlich
gesehen können die erwähnten chemischen Einwirkungen des Elektrodenmaterials auch
vor oder nach dien die Trägerverteilung beeinflussenden Vorgängen stattfinden. Die
zweckmäßige Kopplung der physikalischen mit den chemischen Vorgängen stellt somit
eine wichtige Möglichkeit dar, den Wirkungsgrad des Vergütungsprozesses zu erhöhen.
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Neben der Höhe der angelegten elektrischen Spannung hat die Temperatur
einen wesentlichen Einfluß auf dien Verlauf des Vergütungsprozesses. Die Zufuhr
von Wärme wirkt sich einerseits so aus, daß das Glasgefüge aufgelockert wird und
so z. B. der Ionentransport infolge erhöhter Ionenbeweglichkeit leichter vonstatten
geht. Die erhöhte Ionenbeweglichkeit läßt sich außer durch @%'ärmezufuhr z. B. auch
noch durch Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge, durch Zuführung von TJlti#aschallenergie
sowie Beschießung mit Korpuskularstrahlen erreichen. Andererseits bewirkt die Zuführung
von Wärme sowie anderer Energie natürlich auch eine Aktivierung der chemischen Bestandteile
sowohl des Glases wie der sonstigen beteiligten Stoffe. Diese Aktivierung kann auch
durch die Anwesenheit von Stoffen erfolgen, die an dem bei der Vergütung erfolgenden
Stoffumsatz selbst nicht unmittelbar beteiligt sind (Katalysatoren).
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Ein bemerkenswerter Umstand ist die Tatsache. daß zugleich mit der
Vergiftung der Anodenseite des Glases beim Stromdurchgang die Kathodenseite, in
der sonst keinerlei sichtbare Veränderung zu bemerken war, für den chemischen Angriff
bei einer
anschließenden chemischen Behandlung zugänglicher geworden
ist, so daß sich hier die Möglichkeit ergibt, die Gläser für den chemischen Angriff
vorzubereiten. Auf diese Weise konnten bei Baier bestimmten Glassorte, bei der man
1>e1 einem nicht vorbehandelten Glas nach zweistündiger Einwirkung von 9o° C heißer
Salpetersäure eine Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit um 1,5 1/o pro Fläche erhielt,
bei einem entsprechend behandelten Glas schon nach .einer nur etwa 2 Minuten dauernden
chemischen Behandlung die Lichtdurchlässigkeit um über 2010 je Fläche gesteigert
werden, wenn diese Fläche zuvor elektrolytisch präpariert war.
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Neben der zweckmäßigen Herstellung geeigneter Schichten ist auch das
`-erhalten dieser Schichten unter den verschiedensten Umständen von Wichtig-].zeit.
Durch geeignete, an sich bekannte Temperaturbehan(llung lassen sich die nach dem
beschriebenen Verfahren Hergestellten Schichten in einen sehr beständigen lustand
iiberführen, so daß sie gegen physikalische und chemische Angriffe bedeutend widerstandsfähiger
geworden sind. Die Forderung (ler Technik nach N'erwendung möglichst wenig angreifbarer
Gläser braucht also im Hinblick auf die Verwendung optisch vergüteter Gläser keine
Einschränkung zu erfahren, da es nach vorstehendem Verfahren möglich geworden ist,
auch diese Gläser optisch zu vergüten und darüber hinaus vergütete Glasflächen zu
schatten, die die gleichen vorzüglichen Eigenschaften wie (las unlx°handelte Glas
besitzen.
die zweckmäßige, sich im einzelnen nach der jeweils vorliegenden Aufgabe richtende
Kombination der bekannten Verfahren die Möglichkeit, die Lichtdurchlässigkeit auf
das mit den heutigen Mitteln erreichbare größtmögliche Maß ztt bringen.