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Hintergrund der Erfindung
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bismuthoxid enthaltendes optisches
Glas. Noch präziser
betrifft die Erfindung ein Bismuthoxid enthaltendes optisches Glas
mit guter Entschäumbarkeit.
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Beschreibung des verwandten
Standes der Technik
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Die
jüngst
auftretende Tendenz in Richtung auf eine erhöhte Integration und verbesserte
Funktion für optische
Instrumente ist stark fortgeschritten, und für diese hat sich die Nachfrage
nach hochauflösenden
optischen Systemen mit geringem Gewicht und reduzierter Größe stark
erhöht,
und zur Realisierung der Nachfrage ist ein optisches Planen mit
nicht-sphärischen
Linsen aus Glas mit hohem Brechungsvermögen und hohem Dispersions-Vermögen eine
Hauptrichtung in diesem technischen Bereich mit dem Ziel einer Reduzierung der
notwendigen Zahl von Linsen. Nicht-sphärische Linsen werden allgemein
hergestellt durch Präzisions-Pressen,
wofür daher
ein optisches Glas mit niedrigem Tg erwünscht ist, das preiswert produzierbar
ist. Ein Vorteil des Präzisions-Press-Formens ist, dass
Linsen mit einer Endform hergestellt werden können, ohne die Notwendigkeit
einer maschinellen Bearbeitung und eines Polierens der Linse. Ein
weiterer Vorteil ist, dass selbst nicht-sphärische Linsen, die schwierig
maschinell zu bearbeiten und zu polieren sind, rein durch Präzisions-Pressen
hergestellt werden können.
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Viele
Typen von Gläsern
im Bereich hohen Brechungsvermögens
und hohen Dispersionsvermögens wurden
entwickelt, und die meisten von ihnen sind aus Phosphat-Glas, das
eine Nb2O5-Komponente
mit hoher Reinheit enthält.
Beispielsweise offenbaren die Patent-Druckschriften 1 und 2 P2O5-Nb2O5-WO3-(K2O,
Na2O, Li2O)-Glas,
und die Pa tent-Druckschrift 3 offenbart ein P2O5-Nb2O5-TiO2-Bi2O3-Na2O-Glas. Jedoch ist der Glas-Übergangspunkt
(Tg) dieser Typen optischen Glases nicht so niedrig, und ein anderer
Mangel dieser Gläser
ist, dass ihre Devitrifikations-Beständigkeit schlecht ist.
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Glas,
das eine große
Menge einer Bi2O3-Komponente
enthält,
wurde für
ein Glas entwickelt, das einen niedrigen Glas-Übergangspunkt (Tg) aufweist.
Beispielsweise offenbaren die Nicht-Patent-Druckschriften 1 bis 5
ein Glas des Bi2O3-Ga2O3-PbO-Typs, des
Bi2O3-Ga2O3-(Li2O,
K2O, Cs2O)-Typs
und des Bi2O3-GeO2-Typs. Diese Glas-Typen haben einen relativ
niedrigen Tg-Wert; jedoch ist das Absorptions-Ende des Glases auf
der Seite von Wellenlängen
länger
als 450 nm, und ihre optische Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich
ist unzureichend; und daher ist das Glas dieser Typen problematisch
dahingehend, dass sie nicht als optisches Glas verwendet werden
können,
von dem erforderlich ist, dass es im sichtbaren Bereich eine hohe
optische Durchlässigkeit
aufweist.
- Patent-Druckschrift 1: JP-A 2003-321245
- Patent-Druckschrift 2: JP-A
8-157231
- Patent-Druckschrift 3: JP-A
2003-300751
- Nicht-Patent-Druckschrift 1: Physics and Chemistry of
Glasses, S. 119, Band 27, Nr. 3, Juni 1986
- Nicht-Patent-Druckschrift 2: American Ceramic Society,
S. 2315, Band 75, Nr. 9, Oktober 1992
- Nicht-Patent-Druckschrift 3: American Ceramic Society,
S. 10, Band 75, Nr. 9, Oktober 1992
- Nicht-Patent-Druckschrift 4: American Ceramic Society
Bulletin, S. 1543, Band 71, Nr. 10, Oktober 1992
- Nicht-Patent-Druckschrift 5: Glass Technology, S. 106,
Band 28, Nr. 2, April 1987
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Wie
oben angegeben, ist optisches Glas, das eine große Menge einer Bi2O3-Komponente
enthält,
exzellent hinsichtlich seiner thermischen Eigenschaften und optischen
Eigenschaften, konnte jedoch nicht das Problem der Produktions-Technologie lösen, und
daher ist seine Realisierung als optisches Glas schwierig. Insbesondere
ruft dann, wenn ein Platin-Tiegel zum Glas-Schmelzen verwendet wird,
Glas des Typs einige Probleme dahingehend hervor, dass Platin-Ionen
sich in der Glas-Schmelze lösen
können
und das Glas Platin-Legierungen bilden kann. Dank solcher Glas-Eigenschaften
können
nicht nur verwendete teure Platin-Tiegel beschädigt werden, sondern kann auch
die Platin-Komponente, die sich in Glas gelöst hat, die Lichtdurchlässigkeit
des Glases verschlechtern. Daher wurden zum Verhindern solcher Reaktionen
verschiedene Verfahrensweisen angewendet. Das einfachste Verfahren,
das im Stand der Technik herangezogen wurde, umfasst das Senken
der Glas-Schmelz-Temperatur soweit wie möglich und ein Schmelzen des
Glases bei einer relativ niedrigen Temperatur. Jedoch ist das Verfahren
problematisch dahingehend, dass eine große Menge an Blasen speziell
in dem produzierten optischen Glas bleiben kann, das eine große Menge
einer Bi2O3-Komponente enthält. Wenn
Blasen in optischem Glas bleiben, dann verschlechtern sie nach allem
die Lichtdurchlässigkeit des
Glases und senken dadurch stark den Wert des Produktes als optisches
Glas. Dementsprechend ist erwünscht
ein Verfahren, das in der Lage ist, Glas zu schmelzen, ohne eine
große
Menge an Blasen darin zurückzulassen,
selbst wenn optisches Glas, das eine große Menge einer Bi2O3-Komponente enthält, bei einer niedrigen Temperatur
geschmolzen wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung wurde gemacht im Hinblick auf die oben angesprochenen
Probleme, und sie besteht darin, Bismuthoxid enthaltendes optisches
Glas bereitzustellen, das eine ausgezeichnete Entschäumbarkeit
aufweist.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben fleißig nach dem Ziel zum Lösen des
obigen Problems gesucht und haben als Ergebnis gefunden, dass dann,
wenn Bi2O3 enthaltendem
Glas eine vorbestimmte Menge einer TeO2-
und/oder SeO2-Komponente zugesetzt wird,
dann ein gewünschtes
optisches Glas preiswert bei niedrigen Produktionskosten erhalten
werden kann, das einen gewünschten
Brechungsindex, eine gewünschte
Abbe-Zahl und einen ausreichend niedrigen Glas-Übergangspunkt aufweist und
das eine exzellente Entschäumbarkeit
aufweist, und sie haben die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Noch konkreter stellt die Erfindung folgendes bereit:
- (1) Optisches Glas, das – angegeben
als Massen-% – enthält: 10 bis
weniger als 90 % einer Bi2O3-Komponente
und wenigstens 0,1 % einer TeO2- und/oder
SeO2-Komponente,
das sich auf einem Qualitätsniveau von
Stufe 4 bis Stufe 1 in „JOGIS12-1994, Method for
Measuring Bubbles in Optical Glass" befindet.
Wenn das optische Glas
gemäß der vorliegenden
Erfindung von 10 % bis weniger als 90 % einer Bi2O3-Komponente enthält, kann es einen niedrigen
Glas-Übergangspunkt
aufweisen. Dementsprechend kann die Temperatur für ein Präzisions-Pressformen für dieses
Glas als Ganzes heruntergedrückt
werden, und als Ergebnis kann das Fortschreiten einer Form-Oberflächen-Verschlechterung
verhindert und die Standzeit der Form verlängert werden. Weiter kann deswegen,
weil es eine TeO2- und/oder SeO2-Komponente enthält, das
optische Glas eine gute Lichtdurchlässigkeit aufweisen und kann
durch ein Niedertemperatur-Schmelzen hergestellt werden.
- (2) Das gemäß den obigen
Erfordernissen (1) ausgestaltete optische Glas hat optische Konstanten
eines Brechungsindex [nd] von wenigstens 1,70 und einer Abbe-Zahl
[νd] von
wenigstens 10.
Das Glas gemäß dieser
Ausführungsform
hat ein hohes Brechungsvermögen
und ein hohes Dispersionsvermögen,
und daher kann die Zahl der Glasschichten, die in einem optischen
System sein müssen,
reduziert werden, und das Gerät,
das das optische System des Typs umfasst, kann von leichtem Gewicht
und geringer Größe sein.
- (3) Das gemäß den obigen
Punkten (1) oder (2) ausgestaltete optische Glas hat einen Glas-Übergangspunkt
(Tg) von nicht mehr als 530 °C.
Das
Glas dieser Ausführungsform
hat einen Glas-Übergangspunkt
von nicht mehr als 530 °C,
und daher kann seine Pressform-Temperatur niedriger sein als etwa
600 °C.
Dementsprechend
kann die Temperatur beim erneuten Aufheizen des Glases niedrig sein,
und die Standzeit der Präzisions-Press-Form
für dieses
Glas kann verlängert
werden.
- (4) Das gemäß den obigen
Punkten (1) bis (3) ausgestaltete optische Glas enthält eine
RO-Komponente (R steht für
wenigstens ein Element, das gewählt
ist aus einer Gruppe, die besteht aus Zn, Ba, Sr, Ca, Mg).
Da
es ein Erdalkalimetalloxid und ZnO enthält, kann das Glas gemäß dieser
Ausführungsform
eine hohe Stabilität
aufweisen.
- (5) Das gemäß den obigen
Punkten (1) bis (4) ausgestaltete optische Glas enthält – angegeben
als Massen-% – eine
Rn2O-Komponente (Rn steht für wenigstens
ein Element, das gewählt
ist aus einer Gruppe, die besteht aus Li, Na, K, Cs) in einer Menge
von wenigstens 0,1 %.
Da das Glas gemäß dieser Ausführungsform
eine Alkalimetall-Komponente enthält, kann die Glas-Schmelz-Viskosität gesenkt
werden, und die Blasenvergrößerungs-Geschwindigkeit kann
für ein
effizienteres Entschäumen
erhöht
werden.
- (6) Das gemäß den obigen
Punkten (1) bis (5) ausgestaltete optische Glas enthält – angegeben
als Massen-% – mehr
als 0 % bis 30 % einer B2O3-Komponente
und mehr als 0 % bis 30 % einer SiO2-Komponente.
Da
das Glas gemäß dieser
Ausführungsform
eine vorbestimmte Menge einer B2O3-Komponente
und einer SiO2-Komponente enthält, kann
das Glas gemäß dieser
Ausführungsform
eine erhöhte
Devitrifikations-Beständigkeit
aufweisen.
- (7) Das gemäß einem
der obigen Punkte (1) bis (6) ausgestaltete optische Glas enthält die folgenden
Komponenten als wahlfreie Komponenten, angegeben in Massen-%:
Al2O3 0 bis 20 %; und/oder
TiO2 0 bis 20 %; und/oder
Nb2O5 0 bis 20 %; und/oder
WO3 0
bis 15 %; und/oder
Ta2O5 0
bis 15 %; und/oder
ZrO2 0 bis 15 %;
und/oder
ZnO 0 bis 20 %; und/oder
MgO 0 bis 20 %; und/oder
CaO
0 bis 30 %; und/oder
SrO 0 bis 40 %; und/oder
BaO 0 bis
40 %; und/oder
Li2O 0 bis 20 %; und/oder
Na2O 0 bis 20 %; und/oder
K2O
0 bis 20 %; und/oder
Cs2O 0 bis 20
%; und/oder
Y2O3 0
bis 10 %; und/oder
La2O3 0
bis 10 %; und/oder
Gd2O3 0
bis 10 %; und/oder
Yb2O3 0
bis 10 %; und/oder
P2O5 0
bis 10 %; und/oder
Sb2O3 0
bis 3 %; und/oder
GeO2 0 bis 20 %;
und
es enthält
die Komponenten in der Weise, dass die Gesamtmenge an F bei einer
Fluorid-Substitution eines Teils oder aller oben genannten Oxide
im Bereich von 0 bis 5 Massen-% liegen kann, bezogen auf 100 Massen-%
der oben angegebenen Oxid-Standard-Zusammensetzung;
worin RO (worin R für
wenigstens ein Element steht, das gewählt ist aus einer Gruppe, die
besteht aus Zn, Ba, Sr, Ca, Mg) und Rn2O (worin
Rn für
wenigstens ein Element steht, das gewählt ist aus einer Gruppe, die
besteht aus Li, Na, K, Cs) höchstens
50 % beiträgt
und Y2O3 + La2O3 + Gd2O3 + Yb2O3 höchstens
10 % beiträgt.
Das
optische Glas mit der obigen Zusammensetzung, das erfindungsgemäß hergestellt
wird, kann einen gewünschten
Brechungsindex, eine gewünschte
Abbe-Zahl, einen zufriedenstellend niedrigen Glas-Übergangspunkt
und eine ausgezeichnete Entschäumbarkeit
aufweisen, und das gewünschte
optische Glas kann preiswert bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
- (8) Eine Vor-Form für
ein Präzisions-Pressformen,
die das optische Glas gemäß den obigen
Ausgestaltungen (1) bis (7) umfasst.
- (9) Eine optische Vorrichtung, die durch Präzisions-Pressformen mit der
Präzisions-Pressform-Vor-Form gemäß (8) gebildet
wurde.
- (10) Ein Verfahren zum Herstellen von optischem Glas, das – angegeben
als Massen-% – 10
bis weniger als 90 % einer Bi2O3-Komponente
enthält,
welches ein Zusetzen – angegeben
als Oxid – von
wenigstens 0,1 % einer Te- und/oder Se-Komponente zu dem Ausgangsmaterial
umfasst.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann optisches Glas, das eine gute Lichtdurchlässigkeit aufweist, effizient
ohne Zurücklassen
von Blasen in dem Schritt eines Schmelzens des Glases hergestellt
werden, das eine Bi2O3-Komponente
als ihre Haupt-Komponente umfasst.
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Der
Begriff „Zugeben – angegeben
als ihr Oxid – von
wenigstens 0,1 % einer Te- und/oder
Se-Komponente" bedeutet,
dass dann, wenn irgendeine andere Komponente als ein Oxid als die
Te- und/oder Se-Komponente verwendet wird, wie in dem schmelzenden
Glas-Material zugegen ist, dann ihre Menge wenigstens 0,1 % ist,
umgewandelt in den Gehalt an TeO2 und SeO2. Dies kann deswegen so sein, weil das Glas-Material irgendeine
andere Verbindung der Te- und/oder Se-Komponente als ihre Oxide
enthalten kann, jedoch können sie
alle in Oxide umgewandelt werden, während das Glas geschmolzen
wird.
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Wenn
sie die oben angegebenen Bestandteil-Erfordernisse umfasst, kann
die Erfindung ein optisches Glas mit guter Entschäumbarkeit
liefern.
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Bei
seiner Herstellung kann das optische Glas gemäß der Erfindung effizient in
dem Schritt des Klärens
und Vitrifizierens des Glases entschäumt werden, während es
ein hohes Brechungsvermögen
und ein hohes Dispergiervermögen
beibehält,
wie es für
optisches Glas auf Bi2O3-Basis
nötig ist,
und es weist einen niedrigen Glas-Übergangspunkt
auf. Beispielsweise kann die Klärungs-
und Vitrifizierungs-Temperatur für
das Glas bei dessen Schmelzen erniedrigt werden, und die Klär- und Vitrifizier-Zeit
kann verkürzt
werden. Weiter kann die Schmelz-Zeit verkürzt werden und kann die Schmelz-Temperatur
erniedrigt werden, und daher kann die Reaktivität des Glases mit Metall-Tiegeln
gesenkt werden.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Das
optische Glas der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
seine konkreten Ausführungsformen
beschrieben.
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[Glas-Komponente]
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Der
Zusammensetzungs-Bereich jeder Komponente, aus der das optische
Glas gemäß der Erfindung besteht,
wird nachfolgend beschrieben. Jede Komponente ist angegeben in Massen-%.
Die Glas-Zusammensetzung, ausgedrückt in dieser Beschreibung
als Massen-%, versteht sich in allen Fällen als Massen-% als Oxid-Standard
der Komponente. Der Begriff „als
Oxid-Standard",
wie er in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bedeutet,
dass dann, wenn das Oxid, das Komposit-Salz, das Metall-Fluorid und andere
Verbindungen, die als Ausgangsmaterialien für die Komponenten verwendet
werden, aus denen das Glas besteht, im Rahmen der vorliegenden Erfindung
so angesehen werden, dass sie alle zersetzt und in ihre Oxide umgewandelt
werden, wenn man sie schmilzt, dann jede Komponente des Glases in
Massen-% angegeben wird, bezogen auf die Gesamtsumme der Masse der
produzierten Oxide, die 100 Mas sen-% ist, und die Gesamtmenge an
F bei einer partiellen oder vollständigen Fluorid-Substitution der
obigen Oxide bedeutet, dass der Fluor-Gehalt, der in der Glas-Zusammensetzung gemäß der Erfindung
besteht, ausgedrückt
wird in Massen-% F-Atom,
bezogen auf die Oxid-Standard-Zusammensetzung als 100 %.
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<Essentielle
Komponenten, optionale Komponenten>
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Die
Bi2O3-Komponente
ist eine für
die Realisierung der Verbesserung der Stabilität des Glases, die Erhöhung des
Brechungs-Vermögens
und des Dispergier-Vermögens
des Glases, die Erniedrigung von dessen Tg und die Verbesserung
der Haltbarkeit davon unentbehrliche Komponente. Jedoch kann sich
dann, wenn seine Menge zu groß ist,
die Durchlässigkeit
des Glases selbst vor dem Pressen verschlechtern, und wenn seine
Menge zu gering ist, dann kann es schwierig sein, das Erfordernis
hoher Werte der optischen Konstanten, wie sie für eine breite optische Planungsbreite
nötig sind,
zu erfüllen.
Demenstprechend ist die unterste Grenze der Menge der Bi2O3-Komponente vorzugsweise
10 %, noch mehr bevorzugt 15 %, am meisten bevorzugt 20 %, und dessen
oberste Grenze ist vorzugsweise weniger als 90 %, noch mehr bevorzugt
88 %, am meisten bevorzugt 85 %.
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Die
TeO2-Komponente und die SeO2-Komponente
sind Komponenten, die extrem wirksam zur Verbesserung der Entschäumbarkeit
von optischem Glas sind, das eine große Menge einer Bi2O3-Komponente enthält, während das Glas des Typs ein
hohes Brechungsvermögen
und einen niedrigen Glas-Übergangspunkt beibehalten
kann. Wenn jedoch ihre Menge zu groß ist, können sie die Stabilität von Glas
erniedrigen. Dementsprechend ist die unterste Grenze einer oder
beider dieser Komponenten vorzugsweise 0,1 %, noch mehr bevorzugt
0,3 % am meisten bevorzugt 0,5 %; und die oberste Grenze der Menge
dieser Komponenten ist vorzugsweise 10 %, noch mehr bevorzugt 8
%, am meisten bevorzugt 3 %. Die oberste Grenze des Gehalts jeder Komponente
ist vorzugsweise 10 %, noch mehr bevorzugt 8 %, am meisten bevorzugt
3 %, und die unterste Grenze jeder Komponente ist nicht speziell
definiert.
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Die
RO-Komponente (worin R wenigstens für ein Element steht, das gewählt ist
aus einer Gruppe, die besteht aus Zn, Ba, Sr, Ca, Mg) kann zugesetzt
werden zum Verbessern der Schmelzbarkeit von Glas und zum Steuern
der optischen Konstanten des Glases zu gewünschten Konstanten-Werten.
Jedoch können
sie dann, wenn ihre Menge zu groß ist, die Stabilität, die chemische
Haltbarkeit und die Durchlässigkeit
von Glas ändern. Dementsprechend
ist die unterste Grenze des Gesamtgehalts der RO-Komponente vorzugsweise
mehr als 0 %, noch mehr bevorzugt 0,5 %, am meisten bevorzugt 1
%, und die oberste Grenze des Gehalts dieser Komponente ist vorzugsweise
30 %, noch mehr bevorzugt 20 %, am meisten bevorzugt 10 %.
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Die
ZnO-Komponente ist eine Komponente, die wirksam ist zur Verbesserung
der chemischen Haltbarkeit und zur Verbesserung der Durchlässigkeit
des Glases. Wenn jedoch ihre Menge zu hoch ist, kann die Komponente
die Stabilität
des Glases senken. Dementsprechend ist die oberste Grenze der Menge
der Komponente vorzugsweise 20 %, noch mehr bevorzugt 15 %, am meisten
bevorzugt 10 %.
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Die
BaO-Komponente ist eine Komponente, die wirksam ist zur Erhöhung des
Brechungsvermögens von
Glas und zum Stabilisieren von Glas. Jedoch kann diese Komponente
dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, die chemische Haltbarkeit von
Glas verschlechtern und kann dessen Stabilität senken. Dementsprechend ist die
oberste Grenze der Menge der Komponente vorzugsweise 40 %, noch
mehr bevorzugt 15 %, am meisten bevorzugt 10 %.
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Die
SrO-Komponente ist eine Komponente, die wirksam ist zur Erhaltung
von Glas mit hohem Brechungsvermögen
und hohem Dispergiervermögen.
Jedoch kann die Komponente dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, das
Durchlassvermögen
von Glas senken. Dementsprechend ist die oberste Grenze der Komponente vorzugsweise
40 %, noch mehr bevorzugt 15 %, am meisten bevorzugt 10 %.
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Die
CaO-Komponente ist eine Komponente, die wirksam ist zur Erhöhung des
Durchlassvermögens von
Glas und zur Verbesserung von dessen Stabilität. Wenn jedoch die Menge dieser
Komponente zu groß ist,
kann sie die Stabilität
von Glas senken. Dementsprechend ist die oberste Grenze der Menge
der Komponente vorzugsweise 30 %, noch mehr bevorzugt 20 %, am meisten
bevorzugt 15 %.
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Die
MgO-Komponente ist eine Komponente, die wirksam ist zur starken
Verbesserung des Dispergiervermögens
von Glas. Wenn jedoch die Menge dieser Komponente zu groß ist, kann
sie die Devitrifikations-Beständigkeit
von Glas in einem Press-Temperatur-Bereich
verschlechtern. Dementsprechend liegt die oberste Grenze der Menge
der Komponente vorzugsweise bei 20 %, noch mehr bevorzugt bei 10
%, am meisten bevorzugt bei 5 %.
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Die
Rn2O-Komponente (worin Rn = Li, Na, K, Cs
ist) kann in Glas zur Verbesserung der Schmelzbarkeit von Glas und
zum Senken von dessen Glas-Übergangspunkt
zugegen sein. Wenn jedoch die Menge dieser Komponente zu groß ist, kann
sie die chemische Haltbarkeit von Glas verschlechtern. Dementsprechend liegt
die unterste Grenze der Gesamtmenge der Rn2O-Komponente
vorzugsweise bei 0,1 %, noch mehr bevorzugt bei 0,5 %, am meisten
bevorzugt bei 1 %; und die oberste Grenze der Menge dieser Komponente
liegt vorzugsweise bei 20 %, noch mehr bevorzugt bei 10 %, am meisten
bevorzugt bei 5 %.
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Die
Li2O-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam ist zum Senken des Tg-Werts des Glases und zur Verbesserung
der Glas-Stabilität
und -Schmelzbarkeit. Wenn jedoch ihre Menge zu groß ist, kann
sie die chemische Haltbarkeit von Glas verschlechtern. Dementsprechend
liegt die oberste Grenze der Komponente vorzugsweise bei 20 %, noch
mehr bevorzugt bei 10 %, am meisten bevorzugt bei 5 %.
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Die
Na2O-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam ist zum Senken des Tg-Werts des Glases und zur Verbesserung
der Glas-Schmelzbarkeit. Wenn jedoch ihre Menge zu groß ist, kann
sie die Stabilität und
die chemische Haltbarkeit von Glas verschlechtern. Dementsprechend
liegt die oberste Grenze der Komponente bei vorzugsweise 20 %, noch
mehr bevorzugt bei 10 %, am meisten bevorzugt bei 5 %.
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Die
K2O-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam ist zur Senkung des Tg-Werts des Glases. Jedoch kann sich
dann, wenn die Menge dieser Komponente zu hoch ist, die Stabilität und die
chemische Haltbarkeit von Glas verschlechtern. Dementsprechend liegt
die oberste Grenze der Komponente vorzugsweise bei 20 %, noch mehr
bevorzugt bei 10 %, am meisten bevorzugt bei 5 %.
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Die
Cs2O-Komponente ist eine Komponente die
wirksam ist zum Senken des Tg-Werts des Glases. Jedoch kann sich
dann, wenn die Menge dieser Komponente zu hoch ist, die Stabilität und die
chemische Haltbarkeit von Glas verschlechtern. Dementsprechend liegt
die oberste Grenze der Komponente vorzugsweise bei 20 %, noch mehr
bevorzugt bei 10 %, am meisten bevorzugt bei 5 %.
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Bevorzugt
ist der Gesamtgehalt der RO- und der Rn2O-Komponente
mehr als 0 % für
eine Verbesserung der Stabilität
von Glas, zum Steuern der optischen Konstanten von Glas und zum
Senken von dessen Glas-Übergangspunkt,
noch mehr bevorzugt mehr als 1 %, am meisten bevorzugt wenigstens
3 %. Wenn der Gesamtgehalt der RO- und Rn2O-Komponente
zu hoch ist, kann dies die Flüssigphasen-Temperatur
von Glas erhöhen
und kann dessen chemische Haltbarkeit senken. Dementsprechend liegt
die oberste Grenze des Gesamtgehalts der Komponente vorzugsweise
bei 50 %, noch mehr bevorzugt bei 45 %, und am meisten bevorzugt
bei 40 %.
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Die
Komponenten B2O3,
SiO2 und Al2O3 sind nützlich
als Glas-bildende Komponente, und es ist eine Komponente, die wirksam
zur Verbesserung der Durchlässigkeit
von Glas ist, zur Verbesserung der Viskosität relativ bezogen auf die Flüssigphasen-Temperatur davon,
und zur Verbesserung der chemischen Beständigkeit. Demgemäß ist es
wünschenswert,
dass der Gesamtgehalt von wenigstens einer der Komponenten mehr als
0 % ist, mehr bevorzugt bei wenigstens bei 3 %, und noch mehr bevorzugt
bei wenigstens 7 %. Wenn jedoch der Gesamtgehalt der Komponenten
zu hoch ist, kann dies den Tg-Wert erhöhen. Vorzugsweise ist die oberste
Grenze des Gehalts 50 %, noch mehr bevorzugt 45 %, und am meisten
bevorzugt 40 %. Innerhalb dieses Bereichs kann ein stabiles Glas
mit einer niedrigen Flüssigphasen-Temperatur
produziert werden.
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Die
B2O3-Komponente
ist eine Komponente, die nützlich
zur Verbesserung der Stabilität
von Glas ist. Jedoch kann sie, wenn ihre Menge zu groß ist, die
Stabilität
von Glas verschlechtern und kann deren thermische Faktoren erhöhen. Dementsprechend
ist es wünschenswert,
dass ihre Menge mehr als 0 % ist, und ihr unterster Grenzwert ist
vorzugsweise 0,1 %, noch mehr bevorzugt 0,2 %, und ihr oberster
Grenzwert ist vorzugsweise 30 %, noch mehr bevorzugt 20 %, und am
meisten bevorzugt 10 %.
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Die
SiO2-Komponente ist eine Komponente, die
nützlich
zur Verbesserung der Stabilität
von Glas und zur Erhöhung
von dessen Viskosität
ist. Jedoch kann sie dann, wenn ihre Menge zu groß ist, die
Stabilität
von Glas verschlechtern. Dementsprechend ist es wünschenswert,
dass ihre Menge mehr als 0 % ist, und ihr unterster Grenzwert ist
vorzugsweise 0,1 %, noch mehr bevorzugt 0,2 %, und ihr oberster
Grenzwert ist vorzugsweise 30 %, noch mehr bevorzugt 20 %, am meisten
bevorzugt 10 %.
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Die
Al2O3-Komponente
ist eine Komponente, die nützlich
zur Verbesserung der Stabilität
von Glas und zur Verbesserung von dessen chemischer Haltbarkeit
und dessen mechanischer Festigkeit ist. Jedoch kann sie dann, wenn
ihre Menge zu groß ist,
die Stabilität
von Glas verschlechtern. Dementsprechend ist ihr oberster Grenzwert
vorzugsweise 20 %, noch mehr bevorzugt 10 %, am meisten bevorzugt
7 %. Al2O3 kann
auch fehlen.
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Die
TiO2-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam zum Steuern der optischen Konstanten von Glas für ein hohes
Brechungsvermögen
und ein hohes Dispersionsvermögen
ist. Jedoch kann sie dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, die Durchlässigkeit
von Glas verschlechtern und kann dessen Stabilität verschlechtern. Dementsprechend
ist ihr oberster Grenzwert ihrer Menge vorzugsweise 20 %, noch mehr
bevorzugt 15 %, am meisten bevorzugt 10 %.
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Die
Nb2O5-Komponente
ist eine Komponente, die wirksam zur Erhöhung des Brechungsvermögens von
Glas ist. Jedoch kann sie dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, die
Stabilität
von Glas verschlechtern. Dementsprechend ist der oberste Grenzwert
ihrer Menge vorzugsweise 20 %, noch mehr bevorzugt 15 %, am meisten
bevorzugt 10 %.
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Die
WO3-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam zur Erhöhung
des Dispersionsvermögens von
Glas ist. Jedoch kann sie dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, die
Stabilität
von Glas verschlechtern und kann dessen Durchlässigkeit verschlechtern. Dementsprechend
ist der oberste Grenzwert ihrer Menge vorzugsweise 15 %, noch mehr
bevorzugt 10 %, und am meisten bevorzugt 5 %.
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Die
Ta2O5-Komponente
ist eine Komponente, die wirksam zur Erhöhung des Brechungsvermögens von
Glas ist. Jedoch kann sie dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, die
Stabilität
von Glas verschlechtern. Dementsprechend ist der oberste Grenzwert
ihrer Menge vorzugsweise 15 %, noch mehr bevorzugt 10 %, am meisten
bevorzugt 5 %.
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Die
ZrO2-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam zur Verbesserung der chemischen Haltbarkeit von Glas ist.
Jedoch kann sie dann, wenn ihre Menge zu hoch ist, die Stabilität von Glas
verschlechtern. Dementsprechend ist der oberste Grenzwert ihrer
Menge vorzugsweise 15 %, noch mehr bevorzugt 10 %, am meisten bevorzugt
5 %.
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Die
Y2O3-, La2O3-, Gd2O3- und Yb2O3-Komponenten sind wirksam zur Verbesserung
der chemischen Stabilität
von Glas, und diese sind optionale Komponenten. Wenn jedoch ihre
Menge zu hoch ist, kann das Dispersionsvermögen von Glas schlecht sein,
und die Devitrifikations-Beständigkeit
des Glases kann ebenfalls schlecht sein. Dementsprechend ist der
oberste Grenzwert der Gesamtmenge der Komponenten vorzugsweise 10
%, noch mehr bevorzugt 7 %, am meisten bevorzugt 5 %. Die Menge
jeder Komponente kann höchstens 10
% sein, ohne dass dies ein Problem bringt.
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Die
P2O5-Komponente
ist eine Komponente, die wirksam zur Verbesserung der Stabilität von Glas
ist, und sie ist eine optionale Komponente. Jedoch kann sie dann,
wenn ihre Menge zu hoch ist, die Phasentrennung von Glas fördern. Dementsprechend
ist der oberste Grenzwert ihrer Menge vorzugsweise 10 %, noch mehr
bevorzugt 5 %, am meisten bevorzugt 1 %. Noch weiter bevorzugt ist
diese Komponente nicht zugegen.
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Die
Sb2O3-Komponente
kann als Entschäumungsmittel
dienen und kann wirksam sein zum Steuern der Oxidation-Reduktion
von Glas und zur Erhöhung
des Dispersions-Vermögens von
Glas, und sie ist eine optionale Komponente. Jedoch kann sie dann,
wenn ihre Menge zu hoch ist, die Schmelzbarkeit von Glas verschlechtern
und dessen Durchlässigkeit
erniedrigen. Dementsprechend ist ihr oberster Grenzwert vorzugsweise
3 %, noch mehr bevorzugt 2 % und am meisten bevorzugt 1 %.
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Die
GeO2-Komponente ist eine Komponente, die
wirksam zur Verbesserung der Färbungsbeständigkeit
von Glas und zur Verbesserung von dessen Stabilität ist. Jedoch
ist diese Komponente teuer, und ihr oberster Grenzwert ist vorzugsweise
20 %, mehr bevorzugt 10 %, noch mehr bevorzugt 5 %. Noch weiter
bevorzugt ist diese Komponente nicht zugegen.
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F
ist wirksam zum Verbessern der Schmelzbarkeit von Glas, kann jedoch
schnell dessen Brechungsvermögen
senken. Es ist eine optionale Komponente. Dementsprechend ist es
wünschenswert,
dass der oberste Grenzwert des Gesamtgehalts von F in einer Fluorid-Substitution eines
Teils oder aller der oben genannten Oxide 5 Massen-% ist, berechnet
als F-Atom auf der Basis der Oxid-Standard-Zusammensetzung von 100
Massen-%, noch mehr bevorzugt 3 %, am meisten bevorzugt 1 %. Noch
mehr bevorzugt ist F nicht zugegen.
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<Komponente,
die das Glas gemäß der Erfindung
nicht enthalten sollte>
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Gemäß der Erfindung
kann das Glas – sofern
erwünscht – irgendeine
andere Komponente enthalten, die nicht die Eigenschaften des Glases
beeinträchtigt.
Jedoch können Übergangs-Metall-Komponenten
aus der Gruppe V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag und Mo mit der Ausnahme
von Ti eine Färbung
von Glas hervorrufen und können
eine Absorption des Glases bei einer speziellen Wellenlänge in einem
sichtbaren Bereich her vorrufen, wenn sie in Glas entweder allein
oder als Kombination miteinander zugegen sind, und das trotz der
Tatsache, dass ihr Gehalt niedrig ist. Dementsprechend ist es in
optischem Glas, auf das Licht, das in den sichtbaren Wellenlängen-Bereich
fällt,
aufgestrahlt wird, wünschenswert,
dass diese Komponenten im Wesentlichen abwesend sind. Der Begriff „im Wesentlichen
abwesend", wie er
in der vorliegenden Beschreibung in Bezug genommen wird, bedeutet,
dass die Komponenten nicht künstlich
Glas zugesetzt werden, mit Ausnahme der Tatsache, dass sie als Verunreinigungen
eingemischt sind.
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Die
Th-Komponente kann für
den Zweck einer Erhöhung
des Brechungsindex von Glas und zur Verbesserung von dessen Stabilität zugesetzt
werden, und die Komponenten Cd und Tl können zum Zweck einer Erniedrigung
des Tg von Glas zugesetzt werden. Jedoch ist die jüngst zu
beobachtende Tendenz in diesem technischen Bereich auf eine geringe
Verwendung von Th, Cd, Tl und Os als Komponenten ausgerichtet, da sie
schädliche
chemische Komponenten sind. Wenn diese Komponenten verwendet werden,
müssen
daher einige Maßnahmen
für einen
Umweltschutz nicht nur im Verfahren zur Herstellung von Glas, sondern
auch im Schritt der Verarbeitung von Glas-Materialien und im Schritt der Entsorgung
von Glas-Produkten ergriffen werden. Dementsprechend ist es wünschenswert,
dass diese Komponenten im Wesentlichen in Glas nicht vorhanden sind,
wenn ihr Einfluss auf die Umwelt als relevant angesehen wird.
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Eine
Blei-Komponente darf in dem Glas gemäß der Erfindung nicht enthalten
sein, da sie einige spezielle Maßnahmen für Umweltschutz in Produktion,
Verarbeitung und Entsorgung von Glas erfordert und da sie teuer
ist.
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Die
As2O3-Komponente
ist eine Komponente, die zur Verbesserung des Entfernens von Blasen
in schmelzendem Glas (Entschäumbarkeit)
verwendet wird, jedoch erfordert sie einige Maßnahmen zum Umweltschutz bei
Produktion, Verarbeitung und Entsorgung von Glas. Daher enthält das Glas
des Glases der Erfindung vorzugsweise kein As2O3.
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Die
Glas-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ausgedrückt
als Massen-%, und daher könnte
sie nicht direkt als Mol-% ausgedrückt werden. Jedoch können die
Komponenten, aus denen die Glas-Zusammensetzung besteht, die die
Erfordernisse der Erfindung erfüllt,
als Mol-% ausgedrückt
werden, beispielsweise wie folgt, angegeben als Gehalt ihrer Oxide:
Bi2O3 5 bis 50 %
SiO2 mehr als 0 und bis zu 30 %;
B2O3 mehr als 0 und
bis zu 50 %; und
Al2O3 0
bis 20 %; und/oder
TiO2 0 bis 20 %;
und/oder
Nb2O5 0
bis 20 %; und/oder
WO3 0 bis 10 %;
und/oder
Ta2O5 0
bis 10 %; und/oder
ZrO2 0 bis 10 %;
und/oder
ZnO 0 bis 20 %; und/oder
MgO 0 bis 30 %; und/oder
CaO
0 bis 40 %; und/oder
SrO 0 bis 40 %; und/oder
BaO 0 bis
40 %; und/oder
Li2O 0 bis 30 %; und/oder
Na2O 0 bis 30 %; und/oder
K2O
0 bis 30 %; und/oder
Y2O3 0
bis 20 %; und/oder
La2O3 0
bis 20 %; und/oder
Gd2O3 0
bis 20 %; und/oder
Yb2O3 0
bis 20 %; und/oder
P2O5 0
bis 50 %; und/oder
Sb2O3 0
bis 1 %; und/oder
GeO2 0 bis 20 %;
und/oder
TeO2 0 bis 5 %; und/oder
F
0 bis 10 %.
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Das
optische Glas gemäß der Erfindung
hat ein hohes Brechungsvermögen
und hohes Dispersionsvermögen
und kann einen niedrigen Glas-Übergangspunkt
(Tg) von nicht mehr als 530 °C
haben. Wenn die Hitzebeständigkeit
der Form und des Form-Films, der beim Präzisions-Pressformen des Glases
verwendet wird, in Betracht gezogen wird, ist der noch mehr bevorzugte
Bereich der Tg nicht über
510 °C,
sogar noch mehr bevorzugt nicht über
480 °C.
Wenn der Tg des Glases den Bereich übersteigt, kann der verwendbare Form-Film
und das verwendbare Form-Material merklich beschränkt sein.
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In
dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „Flüssigphasen-Temperatur" das Folgende: Eine Glas-Probe,
die gemahlen wurde, damit sie eine vorbestimmte Teilchengröße aufweist,
wird auf eine Platin-Platte gebracht und dann in einem Ofen für die Zeit
von 30 min gehalten, der ein Temperatur-Abstufungs-Profil aufweist,
wird aus dem Ofen herausgenommen, und die erweichte Glas-Probe wird
mit einem Mikroskop auf das Vorhandensein oder Fehlen einer Kristallisation überprüft, und
die niedrigste Temperatur, bei der die Probe keine Kristallisation
ergab, gibt die Flüssigphasen-Temperatur
an.
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Wenn
das optische Glas gemäß der Erfindung
auf verschiedene optische Vorrichtungen angewendet wird, ist es
wünschenswert,
dass das Glas auf einem Wert von Stufe 4 bis Stufe 1 ist, analysiert
nach „Method for
Measuring Bubbles in Optical Glass, JOGIS12-1994",
noch mehr bevorzugt auf einer Stufe 3 bis Stufe 1, am meisten bevorzugt
auf einer Stufe 2 bis Stufe 1.
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Das
optische Glas gemäß der Erfindung
wird verarbeitet durch Präzisions-Pressformen,
wie es typisch für
Anwendungen bei Linsen, Prismen und Spiegeln ist. Wie oben erwähnt, kann
das optische Glas der Erfindung verwendet werden als Vor-Form-Material
zum Pressformen, oder das geschmolzene Glas kann direkt gepresst
werden. In dem Fall, in dem das Glas als ein Vor-Form-Material verwendet
wird, sind das Verfahren zu seiner Herstellung und das Verfahren
zu dessen Präzisions-Pressformen
nicht speziell definiert, und in diesem Fall kann jedes bekannte
Herstellungs-Verfahren und Form-Verfahren
verwendbar sein. In Bezug auf das Verfahren zur Herstellung des
Vor-Form-Materials
kann beispielsweise das Vor-Form-Material direkt aus einer Glas-Schmelze gemäß dem Verfahren
zur Herstellung von Glas-Klumpen hergestellt werden, wie es in der Druckschrift
JP-A 8-319124 beschrieben
ist, oder gemäß dem Verfahren
und mit der Vorrichtung zur Herstellung von optischem Glas, wie
sie in der Druckschrift
JP-A 8-73229 beschrieben
sind, oder es kann hergestellt werden durch Kaltwalzen eines in
einem Streifen vorliegenden Materials.
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Beispiele
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Die
Erfindung wird weiter im Einzelnen unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele beschrieben, auf die jedoch die Erfindung nicht beschränkt sein
sollte. Beispiele 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 dienen dazu,
optisches Glas mit hohem Brechungsvermögen zu zeigen, das als seine
Hauptkomponente B2O3 und Bi2O3 umfasst, und
in diesen Beispielen ist die Glas-Zusammensetzung einander ähnlich.
Das Glas der Beispiele 1 und 2 enthält eine vorbestimmte Menge
TeO2, jedoch enthält das Glas von Vergleichsbeispiel
1 kein TeO2.
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Die
Ausgangsmaterialien wurden eingewogen in der Zusammensetzung, wie
sie in Tabelle 1 gezeigt ist, und hatten ein Gesamtgewicht von 5.000
g, und sie wurden einheitlich gemischt. Unter Verwendung eines Quartz-Tiegels
oder eines Metall-Tiegels wurde die Mischung bei 750 °C bis 900 °C 2 bis 3
h geschmolzen und wurde dann auf etwa 800 °C abgekühlt, als solche 1 h lang gehalten
und dann in eine Form zum Formen von Glas gegossen. Die Eigenschaften
des so erhaltenen Glases sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Die
Proben des optischen Glases der Beispiele wurden hinsichtlich ihres
Brechungsindex [nd] und hinsichtlich ihrer Abbe-Zahl [νd] analysiert.
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Zum
Messen des Brechungsindex [nd] und der Abbe-Zahl [νd] des Glases
wurden die Glas-Proben schrittweise mit einer Abkühl-Geschwindigkeit
von –25 °C/h abgekühlt, und
die so abgekühlten
Proben wurden analysiert.
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Zur
Bestimmung der Entschäumbarkeit
des Glases wurden die Glasproben gemäß den Japanese Optical Glass
Industrial Standards analysiert, und zwar „Method of Measuring Bubbles
in Optical Glass", JOGIS12-1994
(Standard der japanischen Industrie für optisches Glas, Verfahren
zum Messen von Blasen in optischem Glas). Tabelle 1
| | Beispiel
1 | Beispiel
2 | Vergleichs-Beispiel |
| SiO2 | 2,46 | 2,40 | 2,52 |
| Bi2O3 | 7,68 | 7,51 | 7,88 |
| Al2O3 | | | |
| Y2O3 | | | |
| La2O3 | | | |
| Gd2O3 | | | |
| Yb2O3 | | | |
| TiO2 | | | |
| ZrO2 | | | |
| Nb2O5 | | | |
| Ta2O5 | | | |
| WO3 | | | |
| ZnO | 2,16 | 2,11 | 2,22 |
| MgO | | | |
| CaO | | | |
| SrO | 1,06 | 1,03 | 1,09 |
| BaO | 0,63 | 0,61 | 0,64 |
| Li2O | 1,22 | 1,19 | 1,25 |
| Na2O | | | |
| K2O | | | |
| Sb2O3 | | | |
| P2O5 | | | |
| Bi2O3 | 81,88 | 80,02 | 84,00 |
| GeO2 | | | |
| TeO2 | 2,91 | 4,74 | |
| Total (%) | 100,00 | 100,00 | 100,00 |
| nd | 2,1 | 2,1 | 2,1 |
| νd | 17 | 17 | 17 |
| Entschäumbarkeit
(Stufe) | 1 | 1 | 9 |
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Keine
Blase wurde in dem Glas der Beispiele der Erfindung beobachtet,
und das Glas ist verwendbar als optisches Glas. Jedoch enthielt
das Glas des Vergleichsbeispiels viele Blasen, die einen Durchmesser
im Bereich von etwa 10 μm
bis 1 mm hatten, und es konnte nicht als optisches Glas verwendet
werden.