DE69602726T2 - Glas mit hohem brechungsindex - Google Patents
Glas mit hohem brechungsindexInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft Gläser mit einem Brechungsindex nahe 1,7, einer Abbe-Zahl nahe 35 und einer Dichte nahe 3,2.
- In der Vergangenheit wurden viele Gläser mit unterschiedlichen Zusammensetzungen offenbart, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, insbesondere zur Verwendung in optischen und augenoptischen Anwendungen. Diese Gläser wiesen jedoch verschiedene Nachteile auf, wie beispielsweise hohe Chargenkosten, geringe Viskosität bei der Liquidustemperatur, geringe chemische Beständigkeit und/oder Gelbfärbung.
- Beispielsweise beschreibt FR-2 427 309 Gläser mit den folgenden Zusammensetzungen, ausgedrückt in Gewichtsprozent auf Oxidbasis:
- SiO&sub2; 40-46
- Al&sub2;O&sub3; 0-3
- SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; 40-46
- TiO&sub2; 13-17
- ZrO&sub2; 4-11
- Nb&sub2;O&sub5; 2-10
- BaO 8-16
- SrO 0-4
- CaO 3-7
- MgO 0-2
- BaO + CaO + SrO 15-25
- CaO + MgO 4-8
- Li&sub2;O 0-3
- Na&sub2;O 2-7
- K&sub2;O 3-8
- Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 5-12.
- Zusätzlich dazu, daß die einen Brechungsindex von ungefähr 1,7 aufweisen, eine Abbe-Zahl von ungefähr 35 und eine Dichte im Bereich von 3,2, zeigen diese Gläser gute Beständigkeit gegenüber Säuren und Viskositäten beim Liquidus oberhalb von 22 Pa.s, was für deren Herstellung vorteilhaft ist, da es deren direktes Formen erlaubt. Diese Eigenschaften machen solche Gläser insbesondere für optische und augenoptische Anwendungen geeignet. Der hohe Nb&sub2;O&sub5;-Gehalt (2-10%) der Glaszusammensetzungen erhöht die Kosten dieser Gläser jedoch ziemlich.
- Demgemäß ist es ein Ziel dieser Erfindung, preiswerte Gläser bereitzustellen, mit ähnlichen Eigenschaften wie den oben beschriebenen und mit einer hohen Beständigkeit gegen Entglasung.
- Es wurde gefunden, daß es möglich ist, den in FR-A-2 427 309 beschriebenen Gehalt an Nb&sub2;O&sub5; der Gläser ohne irgendwelche wesentlichen nachteiligen Effekte auf deren Eigenschaften stark zu verringern. Insbesondere wurde gefunden, daß Glas mit ähnlichen Eigenschaften erhalten werden kann, indem Nb&sub2;O&sub5; durch TiO&sub2; und La&sub2;O&sub3; ersetzt wird. Bei einem Experiment wurde gezeigt, daß die Glaszusammensetzung, bei der Nb&sub2;O&sub5; so ersetzt wurde, folgende Eigenschaften aufwies:
- - Brechungsindex von 1,675 bis 1,72,
- - Abbe-Zahl von 33 bis 36,5,
- - Liquidus-Viskosität größer als 22 Pa.s,
- - gute chemische Beständigkeit,
- - geringe Färbung, und
- - Dichte unterhalb 3,25.
- Obwohl oben beschrieben wurde, daß es möglich ist, Nb&sub2;O&sub5; vollständig, ohne irgendeinen nachteiligen Effekt auf die gewünschten Glaseigenschaften, aus dem erfinderischen Glas zu entfernen, ist es für den Fachmann klar, daß, wenn er es wünscht, eine kleine Menge dieses Oxids (bis zu 2%) zugegeben werden kann, ohne den Umfang und den Zweck der Erfindung zu ändern. Breit definiert, besteht das Glas daher weitgehend aus folgender Zusammensetzung, ausgedrückt in Gewichtsprozent auf
- SiO&sub2; 38-45
- SiO&sub2; 38-45
- TiO&sub2; 15-< 20
- ZrO&sub2; 6-10
- La&sub2;O&sub3; 0,5-4
- Nb&sub2;O&sub5; 0-< 2
- BaO 12-19
- SrO 0-4
- CaO 3-8
- BaO + CaO + SrO 17-25
- Li&sub2;O 0-3
- Na&sub2;O 2-6
- K&sub2;O 4-8
- Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 6-10,5
- Al&sub2;O&sub3; 0-3
- B&sub2;O&sub3; 0-3
- MgO 0-3
- ZnO 0-3
- Al&sub2;O&sub3; + B&sub2;O&sub3; + MgO + ZnO 0-12
- As&sub2;O&sub3; + Sb&sub2;O&sub3; + F + Cl + Br 0-2.
- Wie oben angedeutet, kann ein Glas mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,7, einer Abbe-Zahl von ungefähr 35 und einer Dichte von ungefähr 3,2 erhalten werden, indem Nb&sub2;O&sub5; weitgehend aus der Glaszusammensetzung des FR '309-Patents entfernt wird. Insbesondere die Verwendung von TiO&sub2;, La&sub2;O&sub5; und ZrO&sub2; in den angegebenen Bereichen führt zu einem Glas mit dem benötigten Brechungsindex.
- Es wurde gefunden, daß mehr als 20% TiO&sub2; die Tendenz des Glases, zu entglasen, erhöht und die Viskosität bei der Liquidus temperatur erniedrigt. Überdies neigt das Glas bei über 20 Gew.-% dieses Oxids zu einer Gelbfärbung. Bei über 4 Gew.-% La&sub2;O&sub3; überschreitet die Dichte 3,25. Der Einfluß von ZrO&sub2; auf den Brechungsindex ist ähnlich dem, der für La&sub2;O&sub3; berichtet wird. Bei über 10 Gew.-% neigt das Glas jedoch dazu, zu entglasen.
- Zusätzlich dazu, daß sie zu einer Zunahme des Brechungsindex beitragen, bieten die Erdalkalimetalloxide den zusätzlichen Vorteil, daß sie einen sehr geringen Einfluß auf die Dispersion haben. Die Kombination aller Erdalkalimetalloxide (d. h. BaO + CaO + SrO) beträgt vorzugsweise mindestens 17%. Es wurde gefunden, daß Mengen oberhalb von 25 Gew.-% zu nicht akzeptabler Entglasung führen können. Unter den Erdalkalioxiden ist BaO bevorzugt, da dieses Oxid die geringste Neigung hat, zu entglasen.
- Alkalimetalloxide erleichtern das Schmelzen. Vorzugsweise beträgt die gesamte Menge an Alkalimetalloxiden (d. h. Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O) mindestens 6 Gew.-%. Oberhalb 10,5 Gew.-% haben diese Oxide die Neigung, die Viskosität des Glases zu erniedrigen, insbesondere die Liquidus-Viskosität.
- Das Glas kann außerdem kleine Mengen (jeweils bis zu 3%) anderer Oxide, wie beispielsweise Al&sub2;O&sub3;, B&sub2;O&sub3;, MgO und ZnO enthalten, so daß die gesamte Menge dieser Oxide 12 Gew.-% nicht überschreitet. Es ist jedoch bevorzugt, daß die Gläser weitgehend frei von diesen Oxiden sind. In der bevorzugtesten Ausführungsform ist die gesamte Menge dieser Oxide nicht größer als 1%.
- Es ist auch möglich und bevorzugt, die üblichen Läuterungsmittel, wie beispielsweise As&sub2;O&sub3;, Sb&sub2;O&sub3;, Fluoride, Chloride, Bromide zuzugeben, im allgemeinen so, daß die Gesamtmenge dieser Mittel weniger als 2 Gew.-% beträgt und bevorzugt weniger oder gleich 1 Gew.-%.
- Wenn relativ reine Rohmaterialien verwendet werden (beispielsweise zu einem maximalen Fe&sub2;O&sub3;-Gehalt von 60 ppm führend), ist das Glas nur sehr schwach gefärbt. Wenn weiterhin erwünscht, können Entfärbungsmittel zugegeben werden. Es ist möglich, diese Gläser durch Zugabe der üblichen Färbemittel, wie beispielsweise Übergangsmetalloxide oder Seltenerdmetalloxide, zu färben.
- Der bevorzugteste Bereich von Zusammensetzungen ist unten angegeben und beschreibt die Gläser, die die geringsten Chargenkosten und die größte Beständigkeit gegenüber Entglasung zeigen.
- SiO&sub2; 39-43
- TiO&sub2; 16-19
- ZrO&sub2; 7-10
- La&sub2;O&sub3; 1-3
- Nb&sub2;O&sub5; 0-< 1
- BaO 14-18
- SrO 0-2
- CaO 4-6
- BaO + CaO + SrO 19-24
- Li&sub2;O 0
- Na&sub2;O 2-5
- K&sub2;O 4-8
- Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 7-10
- Al&sub2;O&sub3; 0-1
- B&sub2;O&sub3; 0-1
- MgO 0-1
- ZnO 0-1
- Al&sub2;O&sub3; + B&sub2;O&sub3; + MgO + ZnO 0-1
- As&sub2;O&sub3; + Sb&sub2;O&sub3; + F + Cl + Br 0-1.
- Tabellen 1 und 2 zeigen eine Anzahl von Glaszusammensetzungen und Eigenschaften der erfinderischen Gläser. Die Zusammensetzungen sind in Gewichtsanteilen ausgedrückt, da jedoch die Summe der Bestandteile 100 ergibt oder sehr nahe bei 100 liegt, kann für praktische Zwecke angenommen werden, daß die einzelnen Werte Gewichtsprozent darstellen.
- In jedem Fall wurden 3000 Gramm Rohmaterialien 2 Stunden bei 1400ºC in einem Platintiegel geschmolzen. Anschließend wurden die geschmolzenen Gläser zu Barren von ein Zentimeter Dicke geformt und es wurden Messungen mit den abgekühlten/vergüteten Gläsern durchgeführt. Obwohl diese Beispiele nur Laborexperimente wiedergeben, können die Gläser dieser Erfindung in Industrieanlagen unter Verwendung herkömmlicher Verfahren zum Schmelzen und Formen von Glas hergestellt werden.
- Die Glasfärbung wurde erhalten, indem die Transmission bei 400 nm von polierten Proben mit 10 mm Dicke gemessen wurde. Die chemische Beständigkeit der Gläser wurde bestimmt, indem Tests zur hydrolytischen Beständigkeit zur Säurebeständigkeit sowie zur Alkalibeständigkeit durchgeführt wurden. Für eine zufriedenstellende Beständigkeit muß der nach dem Wasserangriff im Hydrolysebeständigkeitstest analysierte Na&sub2;O-Gehalt weniger als 50 ug/g betragen. Der beim Säurebeständigkeitstest gemessene Halbgewichtsverlust (half-weight loss) muß weniger als 120 mg/dm² betragen. Schließlich muß der beim Alkalibeständigkeitstest gemessene Halbgewichtsverlust weniger als 30 mg/- dm² betragen.
- Hohe Alkalimetalloxidanteile, hohe ZrO&sub2;- und SrO-Anteile sowie geringe Anteile an K&sub2;O neigen dazu, die Liquidus-Viskosität auf unter 22 Pa.s zu erniedrigen. Wenn der La&sub2;O&sub3;-Gehalt 4 Gew.-% überschreitet, neigt die Dichte des Glases dazu, auf unakzeptabel hohe Werte zu steigen.
- Bezogen auf die Gesamtbalance der erwünschten Glaseigenschaften und der Chargenkosten werden Beispiele 1 und 2 als beste Ausführungsformen der Erfindung angesehen. BEISPIELE TABELLE 1 TABELLE 2
Claims (3)
1. Gas mit
- einem Berechnungsindex zwischen 1,675 und 1,72
- einer Abbe-Zahl zwischen 33 und 36,5
- einer Viskosität an der Liquiduskurve von mehr als
22 Pas
- einer guten chemischen Beständigkeit
- einer geringen Verfärbung und
- einer Dichte unterhalb 3,25
und das weitgehend besteht, ausgedrückt in
Gewichtsprozent auf Oxidbasis, aus:
SiO&sub2; 38-45
TiO&sub2; 15-< 20
ZrO&sub2; 6-10
La&sub2;O&sub3; 0,5-4
BaO 12-19
CaO 3-8
BaO + CaO + SrO 17-25
Na&sub2;O 2-6
K&sub2;O 4-8
Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 6-10,5
2. Glas mit
- einem Brechungsindex zwischen 1,675 und 1,72
- einer Abbe-Zahl zwischen 33 und 36,5
- einer Viskosität an der Liquiduskurve von mehr als
22 Pas
- einer guten chemischen Beständigkeit
- einer geringen Verfärbung und
- einer dichte unterhalb 3,25
und das weitgehend besteht, ausgedrückt in
Gewichtsprozent auf Oxidbasis, aus:
SiO&sub2; 38-45
TiO&sub2; 15-< 20
ZrO&sub2; 6-10
La&sub2;O&sub3; 0,5-4
Nb&sub2;O&sub3; 0-< 2
BaO 12-19
SrO 0-4
CaO 3-8
BaO + CaO + SrO 17-25
Li&sub2;O 0-3
Na&sub2;O 2-6
K&sub2;O 4-8
Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 6-10,5
Li&sub2;O 0-3
B&sub2;O&sub3; 0-3
MgO 0-3
ZnO 0-3
Al&sub2;O&sub3; + B&sub2;O&sub3; + MgO + ZnO 0-12
As&sub2;O&sub3; + Sb&sub2;O&sub3; + F + Cl + Br 0-2.
3. Glas nach Anspruch 2, weitgehend bestehend, ausgedrückt
in Gewichtsprozent auf Oxidbasis, aus:
SiO&sub2; 39-43
TiO&sub2; 16-19
ZrO&sub2; 7-10
L&sub2;O&sub3; 1-3
Nb&sub2;O&sub5; 1-3
BaO 14-18
SrO 0-2
CaO 4-6
BaO + CaO + SrO 19-24
Li&sub2;O 0
Na&sub2;O 2-5
K&sub2;O 4-8
Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O 7-10
Al&sub2;O&sub3; 0-1
MgO 0-1
ZnO 0-1
Al&sub2;O&sub3; + B&sub2;O&sub3; + MgO + ZnO 0-1
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