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DE1496524C - Lead-free, devitrification stable optical glass with a refractive index of at least 1.65 and its use in particular in fiber optics - Google Patents

Lead-free, devitrification stable optical glass with a refractive index of at least 1.65 and its use in particular in fiber optics

Info

Publication number
DE1496524C
DE1496524C DE1496524C DE 1496524 C DE1496524 C DE 1496524C DE 1496524 C DE1496524 C DE 1496524C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
refractive index
glasses
lead
glass
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
Other languages
German (de)
Inventor
John Clifton Portuguese Bend Cahf Young (V St A)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bendix Corp
Original Assignee
Bendix Corp
Publication date

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Description

So muß bei der Herstellung von Faseroptiken das 10 wenigstens 1,65 zu schaffen, welches für optische Kernglas den höchstmöglichen Brechungsindex, einen Zwecke, insbesondere zur Herstellung von Fasermittleren bis hohen Erweichungspunkt, einen breiten optiken, geeignet ist und neben einem möglichst hohen Arbeitsbereich und für die meisten Anwendungszwecke Brechungsindex und einer geringen Verfärbungsten* einen verhältnismäßig hohen Wärmeausdehnungs- T denz eine sehr große Stabilität bei den Zieh- und koeffizienten aufweisen. Von besonderer Bedeutung 15 Arbeitstemperaturen aufweist und nicht zum Entsind auch eine große Stabilität bei den Zieh- und glasen neigt und welches weiterhin einen mittleren bis Arbeitstemperaturen und hohe Durchlässigkeit im hohen Erweichungspunkt und einen verhältnismäßig sichtbaren Spektrum. hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist.In the production of fiber optics, the 10 must be at least 1.65, which is suitable for optical core glass, the highest possible refractive index, a purpose, in particular for the production of fiber medium to high softening point, a wide optics, and in addition to the highest possible working range and for most applications, refractive index and a low Verfärbungsten * a relatively high thermal expansion tendency T a very great stability in the drawing and having coefficients. Of particular importance has 15 working temperatures and does not tend to have a high stability in the drawing and glass and which continues to have a medium to working temperature and high permeability in the high softening point and a relatively visible spectrum. has a high coefficient of thermal expansion.

Bisher enthalten Gläser mit hohem Brechungsindex ' Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein typischerweise große Mengen an Blei- und/oder Titan- a° Glas gelöst, welches folgende Zusammensetzung in oxiden oder aber ZrO2, WO3, HfO2 oder ThO2. Zur Gewichtsprozent aufweist: Verwendung in Faseroptiken ist ein größerer Anteil ■ · , 'So far, glasses with a high refractive index contain 'This object is achieved according to the invention by a typically large amount of lead and / or titanium a ° glass, which has the following composition in oxides or ZrO 2 , WO 3 , HfO 2 or ThO 2 . As a percentage by weight: Use in fiber optics is a larger proportion ■ ·, '

Bleioxid nachteilig, während wegen der praktischen Schwierigkeit, Titanoxid oder andere Titanverbindungen genügend frei von färbenden Verunreini- »5 gungen herzustellen, Gläser mit genügenden Anteilen Titan, um einen ausreichend hohen Brechungsindex zu ergeben, sich bei langen Faserlängen als zu stark gefärbt erweisen. Die weiteren oben genannten Schwermetalloxide ZrO2, WO3, HfO2 und ThO2 scheiden wegen ihrer leichten Verfärbbarkeit ebenfalls aus. Außerdem haben Gläser mit wesentlichen Anteilen Blei oder Titan im allgemeinen einen zu kleinen Arbeitsbereich oder entglasen leicht bei Arbeitstemperaturen. Lead oxide is disadvantageous, while because of the practical difficulty of producing titanium oxide or other titanium compounds sufficiently free from coloring impurities, glasses with sufficient amounts of titanium to give a sufficiently high refractive index turn out to be too strongly colored with long fiber lengths. The other above-mentioned heavy metal oxides ZrO 2 , WO 3 , HfO 2 and ThO 2 are also ruled out because of their easy discoloration. In addition, glasses with a significant proportion of lead or titanium generally have too small a working area or easily devitrify at working temperatures.

Bei Gläsern, welche für Faseroptiken Verwendung finden sollen, scheiden aus den üblichen, den Brechungsindex erhöhenden Zusätzen die oben erwähnten Schwermetalloxide, insbesondere das Bleioxid, aus. Man muß daher bei Faseroptikgläsern auf andere den Brechungsindex erhöhende Zusätze zurückgreifen. In the case of glasses that are to be used for fiber optics, the usual, the Refractive index-increasing additives the above-mentioned heavy metal oxides, especially lead oxide, out. In the case of fiber optic glasses, other additives that increase the refractive index must therefore be used.

Es wurde nun gefunden, daß diese Schwierigkeiten
durch Weglassen von Blei und Titan sowie solcher
Schwermetalle, wie Zirconium, Hafnium und Tho-. 45 unterdrückt werden kann. Es ist besonders erstaunlich, rium, außer in verhältnismäßig geringen Mengen, daß das erfindungsgemäße Glas nebeneinander 5 bis und ihren Ersatz durch verhältnismäßig große Mengen 40 Gewichtsprozent Nioboxid und 15 bis 45 Gewichtsan Nioboxid als hauptsächlich für den hohen Bre- prozent Bariumoxid enthalten kann und dennoch chungsindex verantwortlicher Bestandteil vermieden nicht zum Entglasen neigt. Ein derartiges stabiles, werden können. Die Anwesenheit von Tantaloxid, der 5° Niob und Barium in der angegebenen Menge nebenin im Handel verfügbaren Niobverbindungen haupt- einander enthaltendes Glas ist bisher nicht bekannt.
It has now been found that these difficulties
by omitting lead and titanium as well as such
Heavy metals such as zirconium, hafnium and tho-. 45 can be suppressed. It is particularly astonishing, except in relatively small amounts, that the glass according to the invention can contain 5 to and their replacement by relatively large amounts 40 percent by weight of niobium oxide and 15 to 45 percent by weight of niobium oxide as mainly for the high percent of barium oxide and still chung index responsible ingredient avoided does not tend to devitrify. Such a stable one, can be. The presence of tantalum oxide, the glass containing 5 ° niobium and barium in the specified amount in addition to commercially available niobium compounds, is not yet known.

Lanthanoxid ist in seinem Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften der Faseroptik-Kerngläser, abgesehen vom Brechungsindex, dem Bariumoxid sehr ähnlich, so daß beide Oxide innerhalb ziemlich breiter Bereiche der Glaszusammensetzungen austauschbarLanthana is apart in its influence on the physical properties of the fiber optic core glasses in terms of refractive index, very similar to barium oxide, so that both oxides are fairly broader within Glass composition ranges interchangeable

5 bis 40 Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit mindestens 9O°/o dieser Menge an Nb2O5,5 to 40 Nb 2 O 5 and optionally Ta 2 O 5 , with at least 90% of this amount of Nb 2 O 5 ,

25 bis 40 SiO2 und wahlweise B2O3, mit mindestens 70 % dieser Menge an SiO2,25 to 40 SiO 2 and optionally B 2 O 3 , with at least 70% of this amount of SiO 2 ,

15 bis 45 BaO,15 to 45 BaO,

O bis 36 La2O3, .O to 36 La 2 O 3,.

O bis 15 CaO und/oder SrO,O to 15 CaO and / or SrO,

O bis 10 ZnO und/oder CdO,O to 10 ZnO and / or CdO,

O bis 5 Na2O und/oder K2O und/oder Li2O,O to 5 Na 2 O and / or K 2 O and / or Li 2 O,

höchstens 5 TiO2 und/oder ZrO2 und/oder HfO2 und/oder ThO2.at most 5 TiO 2 and / or ZrO 2 and / or HfO 2 and / or ThO 2 .

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß mit dieser hinsichtlich der ausgewählten Bestandteile und Mengenverhältnisse ganz speziellen Glaszusammensetzung die Entglasungstendenz von Nioboxid und Bariumoxid enthaltenden Gläser weitgehendIt has now surprisingly been found that with this in terms of the selected ingredients and proportions of very special glass composition, the devitrification tendency of niobium oxide and glasses containing barium oxide largely

sächlich vorhandenen natürlichen Verunreinigung, in Mengen nicht über 10 Gewichtsprozent der Niobmenge, ist ohne Nachteil und verbessert in geringeren Mengen die Stabilität der Gläser.any natural contamination present, in amounts not exceeding 10 percent by weight of the amount of niobium, has no disadvantage and improves the stability of the glasses in smaller quantities.

Zwar sind aus der Vcrveröffentlichung S c hm i d t-V ο s s, »Die Rohstoffe zur Glaserzeugung«, Leipzig, 1958, eine Reihe von Glasrohstoffen bekannt, welche einen hohen Brechungsindex des Glases bewirken, darunter auch BaO, Nb2O5, Ta2O5 und La2O3. Ein wesentliches Problem bei der Verwendung von Niob in optischen Gläsern besteht jedoch gerade in der hohen Entglasungsneigung solcher Gläser. Dasselbe gilt auch für hohe Bariumoxidgehalte von etwa 20 Gewichtsprozent und mehr. Letzteres geht deutlich aus der obengenannten Vorveröffentlichung, S. 199, Zeilen 31 und 32, hervor. Es sind zwar schon Bariumgläser mit bis zu 42 Gewichtsprozent BaO bekanntgesind. Ihr Einfluß auf den Brechungsindex ist jedoch ganz verschieden, und der Index wächst mit dem größeren La: Ba-Verhältnis.From the publication S c hm id tV ο ss, "Die Rohstoffe zur Glaserzeugung", Leipzig, 1958, a number of glass raw materials are known which cause the glass to have a high refractive index, including BaO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 and La 2 O 3 . A major problem with the use of niobium in optical glasses, however, is precisely the high tendency of such glasses to devitrify. The same also applies to high barium oxide contents of around 20 percent by weight and more. The latter is clear from the above-mentioned prior publication, p. 199, lines 31 and 32. Barium glasses with up to 42 percent by weight BaO are already known. However, their influence on the refractive index is quite different, and the index increases with the larger La: Ba ratio.

Besonders brauchbar sind Gläser, die bei im übrigen gleicher Zusammensetzung 20 bis 40 Gewichtsprozent Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit mindestens 90°/0 dieser Menge an Nb2O5, jedoch kein oder 10 bis 36 Gewichtsprozent La2O3 enthalten.Particularly useful are glasses with the same in the remaining composition is 20 to 40 weight percent Nb 2 O 5 and, optionally, Ta 2 O 5, with at least 90 ° / 0 of this amount of Nb 2 O 5, but no, or 10 to 36 percent by weight La 2 O 3 included.

Die folgende Tabelle führt eine Anzahl von Beispielen erfindungsgemälJer optischer Glaser auf, wobei die Anteile der Oxide jeweils in Gewichtsprozent angegeben sind:The following table lists a number of examples of optical glasses according to the invention, with the proportions of the oxides are given in percent by weight are:

Beispiel
3 I 4
example
3 I 4

SiO2 SiO 2

B2O3 B 2 O 3

BaO BaO

CaO CaO

ZnO ZnO

Nb2O3 Nb 2 O 3

La2O3 La 2 O 3

Na2O Na 2 O

Li2O Li 2 O

Brechungsindex Refractive index

V (Abbe-Dispersionswert)
Spezifisches Gewicht
V (Abbe dispersion value)
specific weight

2525th

1010

4242

1010

1,70
48
3,8.
1.70
48
3.8.

2222nd

4545

5 205 20

1,78 39 4,4 251.78 39 4.4 25

3030th

1010

2828

1,79
36
3,9
1.79
36
3.9

1,81
33
3,8
1.81
33
3.8

2222nd

3131

17
20
17th
20th

1,78
29
4,4
1.78
29
4.4

3131

4343

5
15
5
15th

1,68
43
4,1
1.68
43
4.1

Die erfindungsgemäßen Gläser können hergestellt werden, indem man eine Mischung der Bestandteile in üblichen, von schädlichen verunreinigenden Stoffen freien Tiegeln schmilzt. Besonders geeignet sind Platintiegel. Der Einsatz besteht aus Oxiden oder Verbindungen, die sich unter den Schmelzbedingungen zu Oxiden zersetzen, in entsprechenden Anteilen, um die angegebene Zusammensetzung zu erhalten. Im allgemeinen werden Niob, Lanthan, Zink und Cadmium als Oxide zugesetzt. Barium kann als Oxid oder Carbonat oder teilweise oder ganz als Peroxid zugesetzt werden; Calcium, Strontium, Natrium, Kalium und Lithium können zweckmäßigerweise als Carbonate zugesetzt werden. Siliziumdioxid kann als hochwertiger Quarzsand und Bor als Borsäure zugeführt werden.The glasses according to the invention can be produced by mixing the ingredients melts in common crucibles free of harmful contaminants. Are particularly suitable Platinum crucible. The insert consists of oxides or compounds that develop under the melting conditions decompose to oxides, in appropriate proportions, to obtain the specified composition. in the in general, niobium, lanthanum, zinc and cadmium are added as oxides. Barium can be used as an oxide or carbonate or partly or wholly as peroxide are added; Calcium, strontium, sodium, Potassium and lithium can expediently be added as carbonates. Silicon dioxide can be used as high quality quartz sand and boron are added as boric acid.

Die Gläser schmelzen und raffinieren leicht bei Temperaturen zwischen 1344 und 1427°C. Sie können wieder erhitzt und bei 816° C oder darunter zu Stäben oder Fasern gezogen werden. Die erfindungsgemäßen Gläser sind selbst in langen Faserlängen praktisch farblos und bei den Arbeitstemperaturen sehr stabil.The glasses melt and refine easily at temperatures between 1344 and 1427 ° C. You can reheated and drawn into rods or fibers at 816 ° C or below. The invention Glasses are practically colorless even in long fiber lengths and are very stable at working temperatures.

Obgleich die erfindungsgemäßen Gläser als Kernglaser für Faseroptiken besonders brauchbar sind, ist ihre Verwendung keineswegs darauf beschränkt. Die optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Gläser sind vergleichbar denen der sogenannten »Lanthan-Flintgläser«, und sie stellen daher ausgezeichnete optische Gläser dar. Wegen ihrer verhältnismäßig großen Härte und Beständigkeit gegen chemische Angriffe sind sie auch für Abbe-Refraktometer verwendbar, deren Prismen bisher aus weichen, leicht verkratzbaren und blindwerdenden bleihaltigen Gläsern hergestellt werden. Die erfindungsgemäßen Gläser mit höherem Niobgehalt sind erheblich leichter als ihnen entsprechende übliche optische Gläser und bieten daher Vorteile für massive optische Elemente, bei denen das Gewicht eine erhebliche Rolle spielt.Although the glasses according to the invention are used as core glasses are particularly useful for fiber optics, their use is by no means limited thereto. The optical properties of the glasses according to the invention are comparable to those of the so-called "Lanthanum flint glasses," and they are therefore excellent optical glasses. Because of their relative proportions They are also extremely hard and resistant to chemical attack for Abbe refractometers can be used, the prisms of which were previously made of soft, easily scratched and blinding lead-containing glasses getting produced. The glasses according to the invention with a higher niobium content are considerably lighter than customary optical glasses corresponding to them and therefore offer advantages for solid optical elements, in which weight plays a significant role.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Bleifreies, gegen Entglasung stabiles optisches Glas mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,65, welches insbesondere für die Herstellung von Glasfaseroptiken geeignet ist, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 1. Lead-free, devitrification stable optical glass with a refractive index of at least 1.65, which is particularly suitable for the production of glass fiber optics by the following composition in percent by weight: 5 bis 40 Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit mindestens 90 % dieser Menge an Nb2O5,5 to 40 Nb 2 O 5 and optionally Ta 2 O 5 , with at least 90% of this amount of Nb 2 O 5 , 25 bis 40 SiO2 und wahlweise B2O3, mit mindestens 70% dieser Menge an SiO2,25 to 40 SiO 2 and optionally B 2 O 3 , with at least 70% of this amount of SiO 2 , 15 bis 45 BaO,15 to 45 BaO, 0 bis 36 La3O3,0 to 36 La 3 O 3 , 0 bis 15 CaO und/oder SrO,0 to 15 CaO and / or SrO, 0 bis 10 ZnO und/oder CdO,0 to 10 ZnO and / or CdO, 0 bis 5 Na2O und/oder K2O und/oder Li2O,0 to 5 Na 2 O and / or K 2 O and / or Li 2 O, höchstens 5 TiO2 und/oder ZrO2 und/oder HfO2 und/oder ThO2.at most 5 TiO 2 and / or ZrO 2 and / or HfO 2 and / or ThO 2 . 2. Glas gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei im übrigen gleicher Zusammensetzung 20 bis 40 Gewichtsprozent Nb2O5 und wahlweise Ta2O5, mit mindestens 90% dieser Menge an Nb2O5, jedoch kein La2O3 enthält.2. Glass according to claim 1, characterized in that it contains 20 to 40 percent by weight of Nb 2 O 5 and optionally Ta 2 O 5 , with at least 90% of this amount of Nb 2 O 5 , but no La 2 O 3, with otherwise the same composition contains. 3. Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich 10 bis 36 Gewichtsprozent La2O3 enthält.3. Glass according to claim 2, characterized in that it additionally contains 10 to 36 percent by weight of La 2 O 3 . 4. Verwendung von Gläsern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Faseroptik-Kernglas.4. Use of glasses according to one of claims 1 to 3 as fiber optic core glass. 5. Verwendung von Gläsern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 als Prismen in Abbe-Refraktometern. 5. Use of glasses according to one of claims 1 to 3 as prisms in Abbe refractometers.

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19631581C1 (en) * 1996-08-05 1997-11-27 Schott Glaswerke Barium flint glass used in optical applications

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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