NL7903842A

NL7903842A - Werkwijze voor het bereiden van gedoteerd kwartsglas en daaruit vervaardigde voorwerpen.

Info

Publication number: NL7903842A
Application number: NL7903842A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1980-11-18
Also published as: EP0019327B1; US4336048A; JPS55154338A; BR8002948A; JPS5948774B2; EP0019327A1; DE3060820D1

Description

> PHN 9454

N.V. PHILIPS' GLOEILAMPENFABRIEKEN TE EINDHOVEN

"Werkwijze voor het bereiden van gedoteerd kwartsglas en daaruit vervaardigde voorwerpen".

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van gedoteerd kwartsglas, waarbij kwarts-poeder samen met toeslagstoffen wordt gesmolten en afgekoeld. De uitvinding heeft tevens betrekking op voor-5 werpen vervaardigd uit het zo verkregen kwartsglas.

De uitvinding voorziet in een werkwijze voor het bereiden van zacht kwartsglas d.w.z. kwartsglas met een verlaagde viscositeit.

Voor vele toepassingen, zoals de ballon van 10 halogeengloeilampen, is gewoon glas te zacht. In derge lijke gevallen wordt meestal kwartsglas toegepast. Zuiver kwartsglas was echter moeilijk in een goede optische kwaliteit, zoals vereist voor lampenglas, te smelten.

Voor dergelijke toepassingen heeft men toen het Vycor 15 glas ontwikkeld. De werkwijze voor het vervaardigen van dit glas is nogal gecompliceerd; daarbij wordt een alkali-borosilicaatglas gesmolten en in de gewenste vorm gebracht. Dan wordt een warmtebehandeling uitgevoerd, waarbij twee fasen ontstaan. Een van deze twee fasen wordt 20 met warme minerale zuren uitgeloogd, waarbij een fase met ongeveer 96 mol.^o SiO,, en 3 mol.$ achterblijft, die dicht wordt gesinterd (het Vycorglas).

Sedert kort kan men volgens het zogenaamde He/Hg procédé zuiver kwartsglas in een optisch goede kwa-25 lüeit verkrijgen: bij deze werkwijze wordt kwartspoeder onder een atmosfeer van helium plus waterstof gesmolten.

Deze werkwijze vindt men beschreven in het Amerikaanse 785 3 8 42

P

? 2 PHN 9454 octrooischrift 3-764.286 dat door deze verwijzing wordt geacht in deze beschrijving te zijn opgenomen.

Het kwartsglas dat men met het He/H2 procédé verkrijgt is echter veel harder dan het Vycorglas. Toe-5 passing van het He/H^ procédé voor het verkrijgen van optisch goed kwartsglas zou het daarom noodzakelijk maken de ontwikkelde technologie (en de bijbehorende inrichtingen) voor het verwerken van Vycorglas aan te passen.

Volgens het He/H^ procédé heeft men al gedo-10 teerd kwartsglas bereid met 50 tot 200 x ΙΟ-'* mol,°/o kalium- en/of magnesiumoxyde en/of 5 tot 200 x 10 J mol,°/o calcium-, barium- en/of strontiumoxyde. De genoemde oxiden worden toegevoegd teneinde minder belvorming in het kwarts te verkrijgen (Duitse octrooiaanvrage 15 25.50.929)· Teneinde de oxiden in het kwarts te introdu ceren -gaat men uit van kwartspoeder dat bevochtigd is met een oplossing van het nitraat van het betreffende kation. Uit de nitraten ontstaan door ontleding bij hoge temperaturen (circa 1000°c) oxiden. Deze oxiden zijn 20 vaak hygroscopisch en kunnen CO^ opnemen, hetgeen tot schuimvorming in de smelt kan leiden, wanneer men deze oxiden niet vochtvrij opslaat en verwerkt.·

De uitvinding stelt zich ten doel een werkwijze voor het bereiden van gedoteerd kwartsglas met een 25 ten.opzichte van zuiver kwartsglas verlaagde viscositeit, waarbij de hierboven genoemde schuimvorming wordt vermeden en waarmede ook hygroscopische toeslagstoffen kunnen worden toegevoegd.

De werkwijze berust op het inzicht dat men 30 een mengsel van kwartspoeder met een concentraat van kwarts plus de gewenste toeslagstoffen zonder problemen kan smelten. Door de toeslagstoffen in de vorm van een concentraat toe te voegen treden de bovengenoemde problemen ten aanzien van hygroscopiciteit en schuimvorming 35 niet op.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft het 790 3 8 42

A

3 PHN 9454 kenmerk, dat de toeslagstoffen in de vorm van een met kwarts voorgesinterd of voorgesmolten concentraat worden toegepast. Het toepassen van concentraten is op zich voor het smelten van gewoon glas bekend wanneer men vluchtige toe-5 slagstoffen in een glassmelt wil opnemen (Britse octrooi- schriften 1.036.477 en 1.202.852).

Om de verweringseigenschappen van het concentraat te verbeteren kan dit bovendien AlgO^, TiO^ eiybf Zr0? bevatten. Gebleken is dat de oxiden van een of meer van 10 de volgende elementen: alkalimetalen of aardalkalimetalen, reeds in kleine hoeveelheden een belangrijke daling van de viscositeit bewerkstelligen.

Uit het Nederlandse octrooischrift 52053 is een werkwijze voor het sinteren van kwartspoeder bekend, 15 waarbij aan het te sinteren kwartspoeder 2 gew.fo alkali-oxidenworden toegevoegd. Volgens genoemd octrooischrift worden de fysische eigenschappen van de gesinterde produk-ten praktisch niet beïnvloed.

Kwartsglas met maximaal 3 mol.c/o toeslagstoffen 20 bereid met de werkwijze volgens de uitvinding vertoont echter reeds een sterk verlaagde viscositeit. Geheel onverwachts bleek zelfs dat gedoteerd kwartsglas met niet meer dan 0,5 mol.jé toeslagstoffen een visclosteitsgedrag vertoont overeenkomend met dat van het bekende Vycorglas 25 of nog beduidend zachter is.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van een figuur waarin de viscositeit van enkele glazen volgens de uitvinding (nrs. 1, 2,4,12, 13) van zuiver kwartsglas (q), van Vycorglas (V) en van een borosilicaatglas 30 (b) is aangegeven als functie van de temperatuur. Daarbij is langs de horizontale as de temperatuur in graden Celsius en langs de vertikale as het logarithme van de viscositeit (in poise) aangegeven.

De werkwijze volgens de uitvinding voorziet in 35 het bereiden van gedoteerd kwartsglas, dat wil zeggen glas dat minimaal 0,035 mol.^ en maximaal 3 mol.$ toeslagstoffen (op basis van de oxiden berekend) bevat. Bij de 790 3 8 42 7 k PHN 9k$k - werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgegaan vaii kwarts-poeder met een zuiverheid van minimaal 99,99 mol.0/ SiO^. Geheel onverwachts is gebleken dat dergelijke lage gehalte's aan toeslagstoffen een sterke vermindering van de visco-5 siteit bewerkstelligen. Concentraties toeslagstoffen tot 0,5 mol ,°/o resulteren reeds in een gedoteerd kwarts-glas met viscositeitseigenschappen overeenkomend met die van Vycorglas (met k mol.$ toeslagstoffen). De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur uitgevoerd volgens 10 het He/Hg procédé. Bij dit procédé wordt kwartspoeder continu aan een smeltoven toegevoerd, terwijl gesmolten kwartsglas continu uit de oven wordt afgevoerd. Deze werkwijze wordt onder een atmosfeer van He/üg uitgevoerd.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt het kwarts-15 poeder vermengd met fijn gemalen concentraat. Dit concentraat is verkregen door sinteren of samensmelten van kwarts met de gewenste toeslagstoffen. Geschikte toeslagstoffen zijn de oxiden van Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba of mengsels daarvan. Verder kan Ti02, Al^O^ en/of Zr02 20 worden toegevoegd. Dergelijke concentraten kunnen keramisch of gïasachtig van aard zijn.

Voorbeelden;

Er werden veertien verschillende monsters gedoteerd kwartsglas bereid uitgaande van kwartspoeder 25 en een van de volgende concentraten (tabel A). Het meng sel van kwartspoeder en gemalen concentraat kon zonder problemen volgens het He/H2 procédé worden s'amenge smolt en tot een optisch goed kwartsglas. Daarbij hoefden geen bijzondere maatregelen te worden getroffen om aantrekken jq van H^O en C02 te voorkomen.

790 3 8 42 PHN 9454 \ 5 T_A_B_E_L__A (mol.°() . - , " * " ' samenstelling (mol.^) concen- aard SiÖ^ Πζ0 fifeO CaO BaÖ traat A keramiek 66,63 “ “ 33»37 B glas 75,30 20,0 4,70 - -- C glas 72,26 21,56 - - 6,18 D glas 70,31 20,01 -- - 9,68 E glas 69,2720,28 9,81 - 1,94 F glas 71,94 22,18 - - 3,76 2,12 G glas 73,00 11,46 2,01 7,82 3,52 2,18 H glas 75,72 11,89 2,08 2,25 5,80 2,27

Da samenstelling van de verkregen kwartsglazen alsmede het voor ieder kwartsglas toegepaste concentraat zijn aangegeven in de hieronder volgende tabel B.

790 3 8 42 6 7 PHN 9b5h

Ο H

4) p -- 3 oi

2 -P- uo w -> O

4 1¾

ft1 O

H

P

0¾------ ·· ΟΡΟ o td jd φ H· 0 0¾ 00108^85111¾¾ ¾^^ ®φ P 43 0¾ d- p H 4 Oi P p d- 01 P3 id o-- •

-1 UOUOOOVO^OOUOOVOUOOOVO

00 00 00 UOV£>UOONOV£>UOOVOUONO m -------------- μ· s. MUPU^^OVOVOVOVOPONP o

2 OPUMN-'-'P-P'^UO'^O W

2.__«__ σ'

Φ -V

ff UO ^3 -ff £- W -A -» ff

P PMMPOMJUlPUMP-* O W

H' ‘ - ,.--------- - I I I j\j f> <1 θΝΟ-3^00θυι->-*ΟΟ.ρ-0 wo ® —- ω ff --’ ff (Ο et —s a ff ·

Λ W -ff W Μ _ P

0 w -ff w woo -* g 3 O I-- - II-- - lllll OW® td

P Ui P 4" -¾ P Ui I O P

O W 01 Φ w d- 3 ----®

d- H

4 -v H

P . . H O H- P I I I I I I I W O I I I I I -I P 3 d- - - 0 0 0¾

-> ON I

O W Λ -& --p~ i p I? Γ o Uo —* —1 bd 'c^.

0¾ -aioO -i-iO-i-^UJ-iOp·—' | | I — — i — — — — — — — | o

!> 00 NO OUiUiW-OOOOW

H - w o ----------------------------------------------------- U® -v - -

H

4" WW -i i>

o U\ Ch -ffWOOOOO-' OH

φ --1I--------II | W

0¾ hj o\ -p Vjj on on on w on w wo Φ -✓w <i o Φ 0¾ - p.

790 3 8 42

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van gedoteerd kwartsglas waarbij kwartspoeder samen met toeslagstoffen wordt gesmolten en afgekoeld, met het kenmerk, dat de toeslagstoffenia de vorm van een met kwarts voorgesihterd of voorgesmolten concentraat worden toegepast.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk,dat een concentraat wordt toegepast dat een oxyde van een of meer van de volgende elementen bevat: alkalimetalen of aardalkalimetalen.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met 25 het kenmerk, dat gedoteerd kwartsglas wordt bereid met 0,035-3 mol. jé toeslagstoffen (op basis van de oxyden berekend) en wordt uitgegaan van kwartspoeder met een zuiverheid van minimaal 99,99 mol .jé.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het 30 kenmerk, dat gedoteerd kwartsglas wordt bereid met maxi maal 0,5 mol.jé toeslagstoffen (op basis van de oxyden berekend) .

5· Voorwerpen geheel of gedeeltelijk vervaar digd' uit het kwartsglas verkregen door toepassing van de 35 werkwijze volgens conclusies 1-4. 790 3 8 42