DE976231C

DE976231C - Glaeser mit hohem Brechungsvermoegen

Info

Publication number: DE976231C
Application number: DER11277A
Authority: DE
Inventors: Fritz Rickmann
Original assignee: Rickmann & Rappe Dr
Current assignee: Rickmann & Rappe Dr
Priority date: 1953-03-26
Filing date: 1953-03-26
Publication date: 1963-05-16

Description

Gläser mit hohem Brechungsvermögen Die Erfindung betrifft Gläser, die neben einem hohen Brechungsvermögen (Brechungszahl über 2,1) gute Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften besitzen. Erfahrungsgemäß wird das Brechungsvermögen durch einen großen Gehalt an Metalloxyden von hohem Molekulargewicht erhöht. Derartige Oxyde sind z. B. die Oxyde von Blei, Wismut, Thallium, Kadmium, Caesium, Barium. Andererseits bewirken die üblichen sauren Glas-Bildner, wie Kieselsäure, Borsäure und Phosphorsäure, meistens eine Verringerung des Brechungsvermögens. So, hat beispielsweise ein Glas mit 5o Molprozent Kieselsäure und 5o Molprozent Bleioxyd einen Brechungsindex von etwa i,9, während der Brechungsindex eines Glases mit 54 Molprozent Kieselsäure und 46 Molprozent Bleioxyd etwa 1,77 beträgt.
Man war deshalb. bisher bestrebt, Gläser unter Verwendung möglichst geringer Mengen an sauren Glasbildnern herzustellen. Diesem Bestreben sind jedoch Grenzen gezogen. So ist es beispielsweise nicht gelungen, den S'02 Gehalt von Bleioxyd-Kieselsäure-Gläsern wesentlich unter 35 Molprozent zu senken, da bei weiterer Verminderung des Kieselsäuregehaltes vorwiegend kristalline Stoffe, aber keine Gläser erhalten werden. Einem sehr hohen Bleigehalt steht weiterhin entgegen, daß die Gläser nicht farblos, sondern gelb oder braun sind, weil ein hoher Bleigehalt mit einem sehr niedrigen Gehalt an sauren Glasbildnern einhergeht. Ein niedriger Gehalt an sauren Glasbildnern und ein hoher Bleigehalt führen zu kristallinen Stoffen oder auch, bei anderer Zusammensetzung, zu verfärbten Gläsern. Enthalten Gläser neben Bleioxyd noch andere geeignete Schwermetalloxyde, dann kann ihr Gehalt an sauren Oxyden gegebenenfalls weniger als 2o Molprozent betragen. Ein Glas aus go Molprozent Blei+Wismutoxyd und ro Molprozent Bor-+Phosphorsäure hat z. 'B. den. Brechungsindex 2,3. Einderartiges Glas ist jedoch chemisch wenig widerstandsfähig und im übrigen teuer. Gläser mit einem wesentlich d'arüberliegenden Wert sind bisher noch nicht bekanntgeworden.
Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß Gläser, bestehend aus 30 bis 7o Molprozent Titandioxyd, o bis 5 Molprozent der üblichen glasbildenden, erfahrungsgemäß das Brechungsvermögen herabsetzenden Oxyde, wie Kieselsäure, Borsäure, Phosphorsäure, Natriumoxyd, und im übrigen aus Bleioxyd und gegebenenfalls anderen Oxyden mit hohem Molekulargewicht, die erfahrungsgemäß das Brechungsvermögen erhöhen, wie Wismutoxyd, Tantaloxyd, Bariumoxyd, Antimonoxyd, ein ganz besonders hohes Brechungsvermögen aufweisen. So zeigte z. B. ein Glas, das 5o Molprozent Bleioxyd und 5o Molprozent Titandioxyd enthielt, den erstaunlich hohen Brechungsindex von 2,7. Ein anderes Glas mit ¢8 Molprozent Bleioxyd, 48 Molprozent Titandioxyd und q. Molprozennt Borsäure hatte z. B. einen Brechungsindex von 2,q.. In den vorstehend beispielsweise angegebenen Zusammensetzungen ist als basisches Oxyd Bleioxyd enthalten, dem gegebenenfalls gemäß der Erfindung noch weitere Oxyde mit hohem Molekulargewicht beigefügt werden können. Der Gehalt der Gläser an sauren. oder basischen Oxyden, welche das Brechungsvermögen erfahrungsgemäß herabsetzen, soll erfindungsgemäß 5 Molprozent nicht übersteigen.
Die erfindungsgemäß in den Grenzen 30 bis 70 Molprozent TiO2, 25 bis 7o Molprozent Pb0 und o bis 5 Molprozent B20. liegende Glaszusammensetzung unterscheidet sich grundsätzlich von einem bekannten Vorschlag zur Herstellung eines Glases mit Brechungsindex größer als 2 aus 3 bis 12 Gewichtsprozent T'02, 66 bis 95 Gewichtsprozent PbO und 2 bis 3o,Gewichtsprozent B20.. Der schon bei einem Vergleich der vorstehenden Werte auffallende Unterschied wird noch deutlicher, wenn man die in Gewichtsprozent angegebenen Werte der bekannten Glaszusammensetzungen in Molprozent umrechnet. Im nachfolgenden sind die Molprozentwerte von zwei Versätzen unter Zugrundelegung des bei der bekannten Zusammensetzung niedrigsten in Betracht kommenden Borsäuregehaltes von 2% und des höchsten und niedrigsten in Betracht kommenden T'itandioxydgehaltes wiedergegeben:

1 M01-

2 Mo1-

prozent prozent

B20. ...............:.. 10,9 9,6

T'02 .................. 7,3 2513

Pb0 .................. 81,8 65,1

Wie aus den vorstehenden Werten ersichtlich ist, liegt der Titandioxydgehalt der bekannten Glaszusammensetzung in jedem Falle wesentlich unter demjenigen erfindungsgemäß zusammengesetzter Gläser, während der Borsäuregehalt bei der bekannten Zusammensetzung mindestens doppelt so groß ist als im Falle derErfindung. Die erfindungsgemäße Erkenntnis, daß man mit erheblich weniger als 1o Molprozent Bor auskommen kann, wenn man den Gehalt an Titandioxyd zwischen 30 und 70- Molprozent hält, ist somit aus der bekannten Glaszusammensetzung nicht herleitbar. Erfindungsgemäß kann man bei Einhaltung eines derartigen Titandioxydgehaltes sogar ganz ohne Borsäure auskommen. Die bekannte Zusammensetzung entspricht durchaus der allgemein herrschenden Meinung, daß eine gewisse Menge an sogenannten Glasbildnern erforderlich ist, um ein stabiles Glas zu erhalten. Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Feststellung, daß diese allgemeine bisherige Auffassung falsch ist und daß unter bestimmten Voraussetzungen überhaupt keine sogenannten Glasbildner erforderlich sind.
Gläser nach der Erfindung fallen je nach den Herstellungsbedingungen und je nach ihrer Zusammensetzung, insbesondere ihres Titandioxydgehaltes, transparent oder getrübt aus. Ein hoher Anteil an Titandioxyd verursacht ein hohes Brechungsvermögen, begünstigt aber auch das Auftreten einer Trübung. Auch durch langsames Abkühlen der Glasschmelze wird Trübung bewirkt, während schnelles Abkühlen (Abschrecken) des schmelzflüssigen Glases entgegengesetzt wirkt. Man kann durch schnelles Abkühlen auch in schwierigen Fällen, d. h. bei Gläsern, die bei normaler Abkühlung kräftig weißgetrübt ausfallen, noch klare Kugeln, Stäbe, Röhren bzw. von höchstem Brechungsvermögen herstellen.
Daß es möglich ist, derartig stark brechende Gläser herzustellen, war nicht vorauszusehen. Das vorstehend als Beispiel aufgeführte Glas mit 5o Molprozent PbO und 5o Molprozent T'02 -entsprechend rund 7.4 Gewichtsprozent PbO und 26 Gewichtsprozent T'02 - müßte nach den bekannten Faktoren, nämlich 0,0179 für jedes Hundertteil PbO und o,o2o für jedes Hundertteil T'02, rechnungsmäßig eine Brechungszahl von 1,86 haben. In Wirklichkeit beträgt sie etwa 2,7.
Besonders überraschend ist die Tatsache, daß man bei völligem oder fast völligem Fehlen der üblichen sauren Glasbildner überhaupt klare und stabile Gläser bekommt. Die Verbindung Pb0 - TiO2 ist bekannt, daß aber auch ein Glas dieser Zusammensetzung existiert, widerspricht allen Erwartungen.
Gläser gemäß Erfindung mit hohem Brechungsvermögen lassen sich auf vielen Gebieten mit Erfolg verwenden. Vorzugsweise eignen sich derartige Gläser für Zwecke der Optik oder auch für di.eHerstellung von kleinenKugeln für hochwertige Rückstrahler. Sie können auch wie Edelsteine geschliffen werden und in dieser Form z. B. zur Herstellung von nachgeahmtem Schmuck für Theaterzwecke u. dgl. dienen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Gläser mit hohem Brechungsvermögen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 30 bis. 70 MOlprozent Titandioxyd, o - bis 5 Molprozent der üblichen glasbildenden, erfahrungsgemäß das Brechungsvermögen herabsetzenden Oxyde, wie Kieselsäure, Borsäure, Phosphorsäure, Natriumoxyd, und im übrigen aus Bleioxyd und gegebenenfalls anderen Oxyden mit hohem Molekulargewicht, die erfahrungsgemäß das Brechungsvermögen erhöhen, wie Wismutoxyd, Tantaloxyd, Bariumoxyd, Antimonoxyd, bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 865 105, 855 766; USA.-Patentschriften Nr. 2 472 447, 2 15o 694 (I?. 21175), 2 225 161.