DE1596864C

DE1596864C - Fluoridfreies optisches Flintglas mit relativ niedrigen Brechwerten und relativ hoher Dispersion und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1596864C
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Chem. Dr. 6507 Ingelheim. C03c3-12 Jahn
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Publication date: 1972-06-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein fluoridfreies optisches Flintglas mit relativ niedrigen Brechwerten und relativ hoher Dispersion und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Zur Herstellung von Linsensystemen guter Korrektür sind neben Krongläsern Flintgläser erwünscht, die bei relativ niedrigen Brechwerten eine Dispersion besitzen, die über die der herkömmlichen Flintgläser hinausgeht. Gläser dieser Art, die als Tiefflinte bezeichnet werden, enthalten mehr oder minder große Mengen an Titanoxid, welches in besonders starkem Maße zur Erhöhung der Dispersion beiträgt. Titanoxidhaltige Flintgläser sind bereits bekannt, und zwar sowohl auf Phosphat- als auch auf Silikatbasis. Mit titanoxidhaltigen Phosphatgläsern !a>sen sich im allgemeinen extremere optische Werte erreichen in bezug auf hohe Dispersion bei möglichst geringer Lichtbrechnung. Als Beispiel seien die in der deutschen Patentschrift 939 531 angeführten Gläser genannt.

Das Erschmelzen solcher Gläser für Produktionszwecke ist jedoch wegen der relativ geringen Kristallisationsstabilität schwierig und umständlich. Tiefflinte auf Silikatbasis, die im allgemeinen auf d:m bekannten Dreistoffsystem SiO₂ — Na₂O — TiO₂ basieren, zeigen optische Werte, die von denen der herkömmlichen Flintgläser auf Bleisilikatbasis nur wenig verschieden sind. Zusatz von Fluorid kann die optischen Werte verbessern, wie die deutsche Patentschrift 973 350 zeigt. Der Stand der Technik ermöglicht zwar die Herstellung fluoridhaltiger optischer Gläser, es muß aber von der Tatsache ausgegangen werden, daß der Herstellungsprozeß solcher Gläser aufwendig und damit kostspielig ist. Insbesondere hat es sich ergeben, daß die bekannten Gläser eine ausgesprochene Kristallisationsneigung zeigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein optisches Flintglas mit relativ niedrigen Brechwerten und relativ hoher Dispersion, welches fluoridfrei ist, sich durch geringen Aufwand bei der Herstellung auszeichnet und insbesondere eine geringe Kristallisationsneigung zeigt.

Das optische Flintglas gemäß der Erfindung besteht in Gewichtsprozent aus 25 bis 70°/₀ SiO₂, 4 bis 35% K₂O, 4 bis 45 °/₀ TiO₂ und 3 bis 48 % Sb₂O₃, wobei der Mindestgehalt an TiO₂ + Sb₂O₃ 20 Gewichtsprozent beträgt.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die Kristallisationstendenz bei gemeinsamer Anwesenheit von TiO₂ + Sb₂O₃ verhindert wird, wobei die wesentlichen optischen Werte aufrechterhalten bleiben.

Es ist zwar bekannt, auch Sb₂O₅ in optischen Gläsern zu verwenden, jedoch nur in geringen Mengen.

Je nach den Anteilen an K₂O verschieben sich die Maximalmengen der übrigen Komponenten etwas, wobei der Anteil an TiO₂ begrenzt wird durch das Gebiet beginnender Kristallisation und der Anteil an Sb₂O₃ durch die zunehmende Gelb-Braun-Färbung, die schließlich eine Verwendung der Gläser für optische Zwecke nicht mehr zuläßt.

Hiernach betragen bei einem K₂O-Gehalt bis zu 15 Gewichtsprozent die maximalen Anteile an TiO₂ 35 Gewichtsprozent, an Sb₂O₃ 48 Gewichtsprozent.

Bei einem K₂O-Gehalt oberhalb 15 Gewichtsprozent betragen die maximalen Anteile an TiO₂ 45 Gewichtsprozent und an Sb₂O₃ 38 Gewichtsprozent.

K₂O läßt sich ganz oder teilweise durch Na₂O er-^: setzen, wobei jedoch die erhaltenen optischen Werte weniger extrem sind. Zudem können Farbe und Kristallisation der Gläser ungünstig beeinflußt werden.

Zum Variieren des Bereichs der optischen Werte innerhalb relativ weiter Grenzen eignet sich PbO, dessen Gehalt bis 42 Gewichtsprozent betragen kann. Insbesondere lassen sich hierdurch Erhöhungen der Dispersion bei vermindertem TiO₂-Gehalt erreichen.

Zum Variieren des Bereichs der optischen Werte innerhalb kleiner Grenzen eignen sich vor allem MgO, CaO, SrO, BaO, ZnO, CdO, B₂O₃ Al₂O₃, As₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅ und WO₃ einzeln oder in Mischung in Mengen bis zu 8 Gewichtsprozent.

Gläser mit hohen TiO₂- bzw. Sb₂O₃-Gehalten können eine unerwünschte starke gelbe oder braune Farbe zeigen. Die Infensität dieser Farbe läßt sich deutlich verringern durch die Zugabe oxydierender Substanzen während des Erschmelzens, beispielsweise durch die Zugabe von Natriumarsenat.

Auch Einleiten von Sauerstoff oder anderen oxydierenden Gasen während des Schmelzens wirkt sich farbverbessernd aus.

Ausführungsbeispiel

1000 g Gemenge, enthaltend 570 g SiO₂, 140 g TiO₂, 190 g Sb₂O₃, 100 g K₂O (als K₂CO₃ einzulegen) und 5 g Na₂HAsO₄, werden in einem keramischen Tiegel bei einer Temperatur von etwa 1460⁰C in einem elektrisch- oder gasbeheizten Ofen eingelegt und nach dem Aufschmelzen 1 Stunde bei 1500⁰C geläutert. Anschließend wird das Glas etwa 1 Stunde gerührt. Hierbei läßt man den Ofen auf 1460°C abkühlen. Der Guß erfolgt bei 144O⁰C in eine vorgewärmte Eisenform. Anschließend wird das Glas in einem Kühlofen, der sich auf einer Temperatur von 55O⁰C befindet, überführt und mit einer Geschwindigkeit von etwa 7°C/Stunde auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Die Tabelle gibt Beispiele der Gläser gemäß der Erfindung in Gewichtsprozent an.

Diese Gläser zeigen sowohl eine gute Wetter- als auch Säurefestigkeit.

K₂O .
Sb₂O₃
SiO₂ .
TiO₂ .

7,0
40,0
40,0
13,0

1,6984
27,02

7,0 .
25,0
48,0 .
20,0

1,6976
26,53

7,0
35,0
53,0

5,0

1,6312 33,25

1,6229
32,01

10,0

3,0

53,0

34,0

1,6831
26,61

10,0 40,0 28,0 22,0

1,7590 24,16

10,0 24,0 46,0 20,0

1,6780 28,28

1 596 S64

	8	9	10	11	12	13	14
K₂O	19,0- 3,0 33,0 45,0 1,7603 23,95	20,0 38,0 31,0 11,0 1,6975 28,57	20.0 ^: 8,0 39,0 33,0 1,7072 27,18	20,0 10,0 48,0 22,0 1,6436 32,86	25,0 10,0 25,0 40,0 1,7580 24,68	25,0 20,0 30,0 25,0 1,6863 29,44	35,0 10,0 30,0 25,0 1,6456 33,51
Sb₂O, ..
SiO₂
TiO₂
Xl₁J₁
Vd

	15	16	17	18	19	t	20	21
K₂O	10,0 50,0 21,0 .19,0	4,8 14,3 38,1 4,8 38,0	4,8 ' 33,3 42,8 4,8 14,3	10,0 18,0 54,0 13,0 5,0	10,0 18,0 54,0 13,0 5,0	1,6282 32,91	10,0 18,0 54,0 13,0 5,0	10,0 18,0 54,0 13,0
Sb₀O, ....
SiO₂	1,6370 34,18	1,7053 28,65	1,6733 30,21	1,6121 33,90	1,6321 32,95
TiO₂
PbO
BoO, ...
P₂O₅	5,0
Na₂O

MgO
WO₁
Al₂O₃	1,6288 32,91
Nb₂O₅ CaO
CdO
ZnO
rid
Vd

	22	23	24	25	26	27	28	29
K₂O	10,0 18,0 54,0 13,0	10,0 18,0 54,0 13,0	10,0 18,0 54,0 13,0	12,0 8,0 55,0 21,0	9,0 11,0 54,0 20,0	14,0 10,0 52,0 18,0	8,0 10,0 52,0 14,0 8,0	27,0 3,0 28,0 40,0
Sb₂O₃ ... SiO₂	5,0			4,0	6,0		4,0 4,0
TiO₂ .... PbO		5,0				6,0
B₂O,	1,6376	1,6306	5,0 1,6246	1,6357	1,6505	1,6454	1,6397
P₂O₅ Na₂O	32,21	33,08	33,86	32,49	32,36	32,51	31,80
As₂O₃ MgO	2,0
WO₃
Al₂O₃ .... Nb₂O₅ .... CaO
Ta₉O=
CdO	1,7252
ZnO	26,33
Ho
Vd

Claims

Patentansprüche:

1. Fluoridfreies optisches Flintglas mit relativ 65 niedrigen Brechwerten und relativ hoher Dispersion, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 25 bis 70 Gewichtsprozent SiO₂, 4 bis 35 Gewichts-

prozent K₂O, 4 bis 45 Gewichtsprozent TiO₂ und 3 bis 48 Gewichtsprozent Sb₂O₃ besteht, wobei der Mindestgehalt an TiO₂ + Sb₂O₃ 20 Gewichtsprozent beträgt.

2. Optisches Flintglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem K₂O-Gehalt bis zu

15 Gewichtsprozent die maximalen Anteile an TiO₂ 35 Gewichtsprozent und an Sb₂O₃ 48 Ge- _; wichtsprozent betragen.

3. Optisches Flintglas nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem K₂O-Gehalt oberhalb 15 Gewichtsprozent die maximalen Anteile an TiO₂ 45 Gewichtsprozent und an Sb₂O₃ 38 Gswichtsprozent betragen.

4. Optisches Flintglas nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß K₂O ganz oder jo teilweise durch Na₂O ersetzt ist.

5. Optisches Flintglas nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von PbO bis zu 42 Gewichtsprozent.

'6. Optisches Flintglas nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch Zusätze an MgO, CaO, • uSrO, BaOrZnÖ/CdO, B₂O₃, Al₂O₃, As₂O₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅"und WO₃ bis zu 8 Gewichtsprozent.

7. Verfahren zum Herstellen von optischen Flintgläsern nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemenge bzw. der Schmelze oxydierende Substanzen zugegeben werden. ; "■■■■' ''■·:'.. . '.'

... 8. Verfahren nach-Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als oxydierende Substanz Na₂HAsO₄ dem Gemenge zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn-^: zeichnet, daß während des Schmelzprozesses Sauerstoff oder andere oxydierende Gase ;n die Schmelze eingeleitet werden.