DE2010683C - Entglasungsfestes Borosilikatglas mit geringer Eigenradioaktivität und hoher Durchlässigkeit bis 350 nm sowie guter Verarbeitbarkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung hezieht sich auf Glaszusammensetzungen mit sehr geringer Eigenradioaktivität, die eine hohe Durchlässigkeit bis 350 nm und gute Verjirheitharkeit aufweisen.

Ein derartiges Glas wird in verschiedener Form, z. B. für Rohre. Kolben. Fläschchen, benötigt, insbesondere für radiochemische Arbeiten und für die Fertigung von Strahlungsmeß[xfäten. Voraussetzung für die Eignung eines solchen Glases sind folgende Faktoren:

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1. Niedrige Eigenradioaktivität,

2. hohe Lichtdurchlässigkeit im sichtbaren und kurzwelligen Bereich bis 350 nm,

3. gute Entglasungsfestigkeit,

4. gute Verarbeitbarkeit, d. h. niedrige Zähigkeit, und insbesondere Eignung für automatische Verarbeitung.

Ziel der vorliegen^n Erfindung ist eine Glas- ^a° zusammensetzung, welche zu einem Glas mit den vorgenannten Eigenschaften führt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht mit einer Glaszusammensetzung, die kalimoxidfrei ist und folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat: ^a5

SiO₂ 65 bis 66%

B₂O₃ 12%

Ai₂O₃ 5%

Na₂O 6 bis 6,5% ,₀

ZnO 5 bis 8%

BaO 3 bis 6%

Summe ZnO + BaO 11 %

Der Ersatz des Bariumoxids durch Calciumoxid würde zu etwas zäheren Gläsern führen, so daß dem Bariumoxidzusatz der Vorzug zu geben ist. Ein Zinkoxidzusatz über 8 Gewichtsprozent verschlechtert die Entglasungsfestigkeit. Die Gläser gemäß der Erfindung haben eine um etwa 20 x-Einheiten höhere Wärmedehnung als vergleichsweise die bekannten Borsilikat- glaser, die keine 2wertigen Metalloxide enthalten und Ausdehnungskoeffizienten um 32-10'/⁰C haben. Die Gläser gemäß der Erfindung liegen damit in der Zähigkeit im Erweichungs- [EW) und Verarbeitungsbereich [Va) um 115 bzw. 175°C niedriger, d.h., sie verhalten sich verarbeitungstechnisch deutlich weicher.

Zur Erzielung einer hohen Lichtdurchlässigkeit im kurzwelligen Bereich ist im Gemenge die Anwesenheit eines Reduktionsmittels wie Zucker oder Holzkohlepulver von 0,05 bis 0,15 Gewichtsprozent vorteilhaft. Gleichzeitig ist es notwendig, möglichst reine Rohstoffe zu verwenden, um eine Verminderung der UV-Lichtdurchlässigkeit durch färbende Stoffe, wie Fe₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂. CeO₂, so gering wie möglich zu halten.

Für die Läuterung dieses oxidationsmittelfrei zu erschmelzenden Glases eignet sich eine zusätzliche Einführung von maximal 0.30 Gewichtsprozent Kochsalz (NaCI) und 0.20 Gewichtsprozent Fluor (F) als Natriumsilikofiuorid (Na₁SiF₁₁).

Die Reduktionsmittel- und Läutermitlelanteile werden. wie schon ausgeführt, zusätzlich eingeführt, so daß sich mit ihnen eine Prozentsumme über 100 ergibt.

Die Messung der Eigenradioaktivität des Glases kann z. B. mit Hilfe eines /J-Antikoinzidenzzählers (Low-Backgrouiid-Zähler) erfolgen. Das Gerät mißt //-Strahlen und zum Teil auch i\- und y-Strahlen. Die Nullrate des Zählers, mit dem die Messungen durcheefiihrt wurden, betrug 0,7 Imp./Min.

Die Gläser gemäß der Erfindung ergeben Impulsraten von 0,1 bis 0,4 Imp./Min., was einer Kalium-Zerfallsrate von 0,25 bis 0,9 Zerfällen / min ' · gramrrr¹ entspricht. Es ist daher als ein Glas mit außerordentlich niedriger Eigenakiivität anzusprechen.

Die Schwankungsbreite der Impulsraten wird bestimmt von Verunreinigungen der Glasrohstoffe und der ff.-Materialien der Schmelzaggregate durch radioaktive Isotope, wie sie z. B. im Kaliumoxid (K¹⁰) enthalten sind und auch in Bariumverbindungen enthalten sein können (solche der Uranreihe). Es ist daher notwendig, die zu verwendenden Glasrohstoffe vor dem Einsatz auf diese störenden Verunreinigungen zu überprüfen. Bestimmte, für die Schmelzeinneiten im allgemeinen benutzte ff.-Materialien zeigen hohe radioaktive Verunreinigungen, d. h., sie ergeben hohe Impulsraten. Es zeigte sich, daß dafür nicht Kaliumverbindungen, sondern Uran- und Radiumverbindungen und deren Folgeprodukte verantwortlich sind. Für die Herstellung eines Glases mit geringer Eigenradioaktivität ist es daher weiterhin notwendig, daß auch das ff.-Material der Schmelzeinheiten gleichfalls eine niedrige Eigenradioaktivität besitzt.

Beispiel einer bevorzugten Zusammensetzung des Gemenges in Gewichtsprozent mit den physikalischen und chemischen Eigenschaftswerten

SiO₁ 65,50°/,

B_tO₈ 12,00%

AI₂O₃ 5,00°/„

Na₂0 6,50°/_o

ZnO 8,00°/₀

BaO 3,00°/₀

NaCl 0,30%

F 0,20%

Zucker 0,05%

> Läutermittel Reduktionsmittel

Summe

Gewichtsprozent .. 100.55%

.%· 10⁷ (20 bis 300° C)/⁰ C 52

Tg (⁰C); /; - 10¹³·⁶ Poise 520

Ew[⁰C); η ~ 10'·· Poise 735

Va (⁰C); η ~ W Poise 1090 Dichte (g/cem) 2,48

7"tioo(°C); <f=■ 1 · 10" Ω-cm 200

Kristallisationsmaximum (⁰C) 880

Krist. Geschwindigkeit im Maximum (μηι/Μίη.) 0,10

Transmission für 1 mm Dicke und 35Onm(%) >90

Impulse/Min 0,1 bis 0,4 Hydrol. Best, nach DlN 12111 0,014

(1. Klasse)

Säurebest. nach DIN 12116 2,5

(II. Klasse)

Laugenbest. nach DIN 52322 170

(IM. Klasse)

Ausführungsbeispiel nach vorstehender Zusammensetzung

Erforderliche Rohstoffmengen für 100 kg berechnetes Glas:

65,50 kg Sand (Qualität Sipur). 21,30 kg Borsäure. 7,60 kg Tonerdehydrat, 11,00 kg Soda, 8,00 kg Zink-

oxid (Qualität Weißsiegel), 3,90 kg Bariumkarbonat, 0,30 kg Kochsalz. 0,33 kg Natriumsilikülluorid, 0,05 kg Zucker.

Schmelztemperatur 1440 bis 1460°C

Lauteriemperatur 1460 bis 1480³C

Verarheitungstemperatur .. 1150 bis 1170³C

für Dannerrohrzug und Blasautomat

Kühltemperatur 530 bis 540³C,

¹I, bis 2 Stunden

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Entgbsungsfestes Borosilikatglas mit geringer Eigenradioaktivität und hoher Durchlässigkeit bis 350 um sowie guter Verarbeitbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß es kaliumoxidfrei ist und aus einem auf Oxidbasis berechneten Gemenge folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent erschmolzen ist:

SiO, 65 his 66"/,,

B₂O₃

AUO₃

Na,O

ZnO

BaO

Summe ZnO

BaO

'- la

6 bis 5 bis 3 bis

1 1 °/ ¹ ι /o

6,5"'

8°/n

6ⁿ/„

2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem auf Oxidbasis berechneten Gemenge mit folgender Zusammensetzung in Gewichtsprozent erschmolzen ist:

sowie

65,50 "/„
12,00 β/_β B₂O₃

5,00 °/o AI₁O₃

6,50 °/₀ Na₂O

8,00 °/₀ ZnO

3,00 ⁰U BaO

0,30 °/o NaCl

0,20 °/₀ FaIsNa₁SiF,

0,05 °/₀ Zucker