NL8104778A

NL8104778A - Met precisie geperste optische onderdelen uit glas en daarvoor geschikt glas.

Info

Publication number: NL8104778A
Application number: NL8104778A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-10-22
Filing date: 1981-10-22
Publication date: 1983-05-16
Also published as: JPS5879839A; EP0078082A1; EP0078082B1; JPH0229613B2; DE3260737D1; US4391915A

Description

{ Λ ΕΗΝ 10.174 1 N.V. Philips’ Gloeilampenfahrieken te Eindhoven "Met precisie geperste optische onderdelen uit glas en daarvoor geschikt glas"

De uitvinding heeft betrekking op met precisie geperste optische onderdelen uit glas welke voorwerpen zijn geperst uit een glas dat fosforpentoxide, een of meer alkali-oxiden en een of meer aardalkali-oxiden be vat. De uitvinding heeft tevens betrekking op, een glas.

5 De uitvinding heeft betrekking op optische onderdelen zoals lenzen van glas. De optische onderdelen volgens de uitvinding zijn door precisie persen vervaardigd, dat wil zeggen zij zijn met dusdanige nauw-keurigheid en met een dusdanige oppervlaktekwaliteit geperst dat na het persen niet meer geslepen en gepolijst hoeft te warden. Met "precisie geperst" wordt bedoeld dat het optische onderdeel na het persen zonder verdere nabewerking, op geen enkel punt van het lensoppervlak meer dan 0,5 micraneter afwijkt van de gewenste kratming en waarbij de opper-vlakteruwheid minder dan 0,02 micrometer bedraagt.

Optische onderdelen zoals lenzen warden in velerlei produkten 15 toegepast, waaronder filmoamera's en apparatuur voor het uitlezen van informatie met laser stralen.

Uit het Duitse Offenlegungsschrift 30 37 004 zijn glassamen-stellingen bekend waaruit voorwerpen kunnen warden geperst. De bekende glazen bevatten (in mol%) 25-55% P205, 0-45% Li20, 0-20% Na20, 0-10% 20 K20, 0-10% jygo, 0-15% CaO, 0-20% SrO, 0-20% BaO en 0,3-3 gew.% F.

Deze glazen kunnen verder tot 20% PbO, tot 7% La2C>3 en tot 12% ZnO bevatten. Bij een P205 gehalte groter dan 45% kunnen zij verder tot 5% B20^ bevatten.

De bekende glazen verweren wanneer zij meer dan vier uren 25 bij een tenperatuur van 50°C in een luchtstroom met een relatieve vochtigheid van 98% warden bewaard.

De uitvinding voorzien in met precisie geperste optische onderdelen welke voorwerpen zijn geperst uit een glas dat minder snel verweert dan het bekende glas.

30 De met precisie geperste optische onderdelen uit glas volgens de uitvinding warden gekenmerkt doordat het glas in gewichtsprocenten de volgende samenstelling bezit: P205 45-55 8104778 PHN 10.174 2 A1203 3,5-9 K20 5-20

Li20 0-3

BaQ 8-15 g ZnO 4,5-9

MgO 0-6

PbO 0-18

Si02 0-1 B2O3. 4 0—3 10 Ti02 0-2

Bij zander goed voldoet een glas met een samenstelling gelegen binnen het volgende traject P205 51-53 15 Al203 4,5-5,5 K20 10,5-12

Li20 - 1,5-2,5

BaO 10-11,5

ZnO 4,5-5,5 20 . MgO 1,5-2,5

PbO 8-9,5

Si02 0-1 B2°3 2-3

Ti02 0-2 25

Uit de Europese octrooiaanvrage 0 019 342 zijn met precisie geperste voorwerpen uit glas bekend, waarbij het toegepaste glas 45-55 mol% P2°5' 15-40 BaO, 5-35 mol.% PbO, 5-15 moll Li20 0-2 mol% Al2°3 611 0-5 ItD^% F.bevat. De chemische resistentie-van de 30 toegepaste glazen is goed. De uitvinding voorziet in toepassing van glazen met een nog betere chemische resistentie.

De optische onderdelen volgens de uitvinding zijn ge-perst uit een fosfaatglas. Fosfaatglazen zijn op zich algemeen bekend. In het Amerikaanse octrooischrift 4,108,673 zijn fosfaatglazen voor 35 optische toepassingen beschreven welke, glazen zijn samengesteld uit (in gew.%) 27-55% P^03, 6-26% K20 10-50% BaO, K20 + BaOtneer dan 35%, 2-15% Al203; Ti02 + Nb^ + Ta^ 4-20%, 0-5% B203, 0-2% Li02, 0-5% Na20, 0-6% MgO, 0-8% CaO, 0-10% SrO, 0-10% ZnO, 0-1-3% PbO en 8104778 ♦ PHN 10.174 3 0-2% &s£)y Uit het Duitse Qffenlegungsschrift 2.806.274 zijn fosfaat-glazen bekend, die 39-65 mol% P^, 4-13 mol% A1203, 19-36 mol% K20, 3-18,5 mol% BaD, 0-3 mol% La203 en 8¾¾ 6 mol%) bevatten. Deze bekende glazen zijn chemisch resistent. Zij vertonen het nadeel dat 5 ze rekristalliseren bij verhitten tot temperaturen zoals noodzakelijk voor het per sen.

Aan glazen die men voor het persen van optische onderdelen gebruikt kan men de volgende eisen stellen.

Qm met voldoende precis ie te kunnen persen moet oxidatie 10 van het persgereedschap zoveel mogelijk vermeden warden. Daarcm wardt bij voorkeur bij zo laag mogelijke temperaturen geperst. Cm dat mogelijk te maken moet het glas een Amerikaanse verwekingstenperatuur (dat wil zeggen de tenperatuur waarbij de viscositeit van het glas 107'6 poise bedraagt) van minder dan 500°C bezitten. In verband met de 15 persbaarheid mag het glas ook bij verhitten tot de perstenperatuur, gewaonlijk + 50°C boven het Amerikaans verwakingspunt niet rakristal-liseren: het glas moet stabiel zijn. Cm het glas zonder problemen na het persen snel te kunnen afkoelen teneinde grote produktiesnelheden te verkrijgen is het gewenst dat het glas geen al te hoge lineaire 20 uitzettingscoefficient bezit: maximaal 160x 10 7, bij voorkeur minder dan 130x10~7 (van 30-200°C).

Bij de toepassing als optisch onderdeel is het noodzakelijk dat het glas chemisch voldoende resistent is dat wil zeggen niet ver-weert.

25 De glazen zoals toegepast in de optische onderdelen volgens de uitvinding voldoen aan de hierboven gestelde eisen.

De glazen zoals toegepast bij de uitvinding bevatten 45-55 gew% P2°5· Verraij^erin,3' van het P^ gehalte tot minder dan 45 gew% leidt tot te harde glazen. Bij een P203 gehalte boven 55 gew% neemt de 30 chemische resistentie af. Het A1202 gehalte is gekozen tussen 3,5 en 9 gew%; beneden 3,5 gew% zijn de glazen niet voldoende chemisch resistent, boven 9 gew% worden de glazen te hard. Een K20 gehalte van minder dan 5 gew% leidt tot te harde glazen; boven 20 gew% K20 wordt de chemische resistentie onvoldoende. Toevoegen van 0-3 gew% Li20 leidt 35 tot een verbetering van de stabiliteit van het glas. Een Li20 gehalte van meer dan 3 gew% geeft geen verdere verbetering. Het BaD gehalte is gekozen tussen 8 en 15 gew%. Buiten deze grenzen zijn de glazen niet voldoende chemisch resistent. Een ZnO gehalte van minder dan 4,5 gew% 8104778 \ t \ ...... ................................... ............. -- ________- .......

PHN 10.174 4 leidt tot glazen met een onvoldoende chemische resistentie. Eea ZnO gehalte van ireer dan 9% leidt tot onstabiele glazen. MgO en PbO kunnen warden toegevoegd cm de stabiliteit van het glas te verbete-ren; bij meer dan 6 gew% MgO respectievelijk meet: dan 18 gew% PbO 5 neernfc de chemische resistentie af. Toevoeging van S1O2 en B2O2 ver-betert de stabiliteit van de glazen; Si02 lost slechts tot een maximum van 1 gew% op. Toevoegen van meer dan 3 gew% B2O2 leidt tot te harde glazen. Toevoegen van 0-2 gew% T1O2 bevordert het smeltge-drag en maakt het glas langer waardoor het beter te vervormen is 10 ("langer" dat wil zeggen dat de viscositeittemperatuur kratme minder steil verloopt). De glazen volgens de uitvinding bevatten zo weinig mogelijk Na20 of CaO. Nafl leidt tot een slechte chemische resistentie; CaO beinvloed de stabiliteit in ongunstige zin.

De samenstelling van de glazen volgens de uitvinding is 15 steeds berekend op basis van de hoeveelheid en de aard van de bij de bereiding van de glazen toegepaste uitgangsmaterialen.

Voorbeelden

Uit de oxiden van zink, magnesium, lood, silicium, boor en titaan, de carbonaten van lithium, kalium en barium en aluminiumfosfaat weed -20 voor zover de betreffende ccnoponenten in het glas gewenst zijn - een droog gemeng bereid. Dit gemaig ward toegevoegd aan een geconcen-treerde waterige oplossing van fosforzuur (H^PO^, 85%ig). De verkregen brij werd 24 uren bij 220°C gedroogd. De zo gevormde koek ward in stukjes gebroken en de stukjes werden in een platina kroes tot het 25 gewenste glas gesmolten. Zo werden de glazen 1 t/m 9 volgens de hieronder volgende tabel verkregen.

30 8 1 0 4 7 7 8 35 EHN 10.174 ___5_' _ dp ο γ1· τρ o vo oo o pj . ^ . . ^ .

§ιησιθΜτρσιοοοθχ-θθ

«τρ CM VO CM

σ\ [— —..... ....... ......— tp r1» ?r- tji co o inr1 in TPCOr^r^CMLflOOOOO CP ΙΩ r- r- ______ do o vo vo in oo |—I ·· · «· >. «. o §νοσ\τροσΐοοοο - ο o

το ™ m CO TP

5 00 (1— ...................... m VO

dP O x- CM r- VO O ^ ^ 5 » «. »

CD TpCOCPOCMinOOx-OO

_ tp in r- t— ______ _____ dP iDvfffliniflWONmmoo

govinmr'r^-cTiin'd'omcN

^ oo CM

Γ» l~___________________ ^ dP σισιοοοοοσιοοοιητρο 1“ ^ in 3 IU cdcptpocmovocmcoocmcm 0Ί TP x“ Γ—

oP 0^ VO vo CM TP

iH ' “ ' 1 v

Qr»cpooox-coooooo ^ S ^ ^ 1“ in οί

vo ..... x— tP

fm ο σ» o in «•Ns s s qj τροοοοοτριηοοοοο cn m r— x— 15---- dP cpvopovocoovopoox-qo p oinnrsnsr^inTPr-TPfM ,_ 0 B -¾1 »- cm σι in ----------- ———‘ T- tp fooooinootnmino

SSSSSSSSSSS

x-inx-CMOinCMCOOCMCM

cp in T- i—_ ______ dP CN CO TP 00 tp O Tp iU Qnipsonor^oooooo m ^ ε tp cvj T- co co

Tp x— TP

fo o o o o o o s s s s s s s Φ ΜΓ'Γ^τ— «cpinrooo oo Οι in x— t— ______________ _____ <#> χ- o r1 σι on o o j—J s s v v s ^ ^ ginonacncpoooor-oo tp t- cm cm oo oc on _ tp tp | « u n ο o in in <D TPCOCOr-CMinOOOOO CP in x- x- dP minnvomoT-ps

|—{ ^SLS.Hh^VkV'S

Q cOTppsp-t^niTPcoooo g 00 x— x— cm _ r~ on Γ x“1 00 fmoooonoo «- τρ ου οι r'Tpvocnocomr^ooo CP TP x— x— dp cMr'r^oocMr'inoon gcNtnnr^oor^m^r-^o ^ ^ _^_1“1 CM τρ r- r— ^

<gj r-r-CNOr-r-Or^mMD

<D CMtnx-CMOinCMCCOCMO 35 ο» in r— x— 8104778 r~ o Ο ο o cm x- o u ω mOO cMoncMCM o (0 OCMOiMQQOQOOO «I Eh i—I CM H CM «Η tu G jjp 2 ·Η CM ·Η -ο O J> O__(¾ <! i4 >4 ffl pq g ft to Λ Eh O ^ <

V

i » * --.

PHN 10.174 £

In de tabel zijn van alle glazen tevens de lineaire uitzet- tingscoefficient en het Amerikaanse verwekingspunt AVT aangegeven.

Bij herverhitting tot 550°C vertoonden deze glazen geen neiging tot re- kristallisatie. De verschillende glazen werden als volgt beproefd on hun 5 chemische resistentie te bepalen. Van alle glazen warden monsters ge- durende 7 dagen iedere 24 uur aan de volgende invloeden blootgesteld: 8 uren op 45°C in een atmosfeer met een relatieve vochtigheid van 100% gevolgd door 16 uren op 25°C in een atmosfeer met een relatieve vochtig— heid van 90%. Bij de glazen volgens de uitvinding trad onder deze om- 10 standigheden geen enkele verwering op.

Uit de glazen no. 1, 5 en 9 werden optische onderdelen, met name lenzen geperst. Daarbij werd uitgegaan van een sferische voorvorm met een diameter van 8 mm. Deze voorvorm werd in een stalen mal tot een sferische lens geperst. Daarbij werd de mal voorverhit op 250°C. De 15 voorvorm werd samen met een drager gedurende vier minuten in een oven verwarmd (de oventemperatuur bedroeg 600°C). De drager en de voorvorm warden tussen twee persmallen geperst. Bij het persen werd een druk 2 toegepast van 110 kg/cm . De verkregen lenzen voldeden aan de hierboven gestelde "precisie" eisen. Hun kromming week nergens meer dan 0/05 20 micrometer af van het gewenste profiel en hun oppervlakte-ruwheid bedroeg minder dan 0,02 micrometer.

25 30 8 1 0 4 7 7 8 35

Claims

1. Mat precisie geperste qptische onderdelen uit glas, welke voorwarpen zijn geperst uit een glas dat fosfcrpentoxide (P2°5^ · een of meer alkalioxiden en een of xneer aardalkali-oxiden be vat, met het kenmerk, het glas in gewichtsprocenten de volgende samenstelling bezit: 5 P2°5 45-55 A1203 3,5-9 K20 5-20 Li20 0-3

10 BaO 8-15 ZnO 4,5-9 MgO 0-6 PbO 0-18 Si02 0-1 15 ^2¾ 0—3 Ti02 0-2

2. Met precisie geperste glazen voorwarpen volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat het glas in gewichtsprocenten de volgende samen- ... stelling bezit: 20 P205 51-53 Al^s 4,5-5,5 K20 10,5-12 Li20 1,5-2,5

25 BaO 10-11,5 ZnO 4,5-5,5 MgO 1,5-2,5 PbO 8-9,5 Si02 0-1

30 B203 2-3 Ti02 0-2

3. Glas dat f osf orpentoxide, een of meer alkali-oxiden en een of meer aardalkali-oxiden bevat, net het kenmerk, dat het glas in gewichtsprocenten de volgende samenstelling bezit: P205 45-55 ZL203 3,5-9 K20 5-20 8104778 35 BHN 10.174 8 Li20 0-3 BaO 8-15 ZnO 4,5-9 MgO 0-6

5 PbO 0-18 Si02 0-1 B2°3 °™3 Ti02 0-2

4. Glas volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het glas in gewichtsprocenten de volgende samenstelling tezit: P205 51-53 AI2O3 4,5-5,5

15 K20 10,5-12 Li20 1,5-2,5 BaO 10-11,5 ZnO 4,5-5,5 MgO 1,5-2,5

20 Pb0 8-9,5 Si02 0-1 B2°3 2“3 Ti02 0-2 25 30 35 8 1 0 4 7 78