DE10029820C1 - Bleifreies bismuthaltiges Silicatglas und dessen Verwendungen - Google Patents
Bleifreies bismuthaltiges Silicatglas und dessen VerwendungenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein bleifreies bismuthaltiges Silicatglas mit einer Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis) von: DOLLAR A SiO¶2¶ 20-50, Bi¶2¶O¶3¶ 20-40, ZrO¶2¶ 0-3, Al¶2¶O¶3¶ 0,5-5, MgO 0-4, CaO 0,5-4, SrO 1-15, BaO 0-15, Summe Erdalkalioxide 2-20, ZnO 0-2, Li¶2¶O 0-5, Na¶2¶O 1-12, K¶2¶O 2-15, Cs¶2¶O 0-3, Summe Alkalioxide 5-20, CeO¶2¶ 0-8, WO¶3¶ 0,5 -5, MoO¶3¶ 0-5, Sb¶2¶O¶3¶ 0-0,6. DOLLAR A Das Glas ist besonders geeignet für die Verwendung als Halsglas für Kathodenstrahlröhren sowie als Lotglas.
Description
Die Erfindung betrifft ein bleifreies bismuthaltiges Silicatglas. Die Erfindung be
trifft auch Verwendungen dieses Glases.
Fernsehröhren, arbeitend nach dem Kathodenstrahlprinzip, bestehen aus den
Glasteilen Bildschirm (Schirm), Trichter und Hals. Die genannten Glasteile um
schließen einen evakuierten Raum.
Der Hals ist der Teil der Röhre, der eine oder mehrere Elektronenstrahlkanonen
enthält. Der Schirm weist unter anderem eine oder mehrere lumineszente Sub
stanzen auf. Der Trichter ist der konusförmige Teil der Röhre.
Die genannten drei Glasteile weisen, um den unterschiedlichen Anforderungen
zu genügen, unterschiedliche physikalische Eigenschaften als Ergebnis un
terschiedlicher Zusammensetzungen auf.
Trichterglas muß u. a. folgende Anforderungen erfüllen: Es muß eine hohe
Röntgenabsorption, einen hohen elektrischen Widerstand und eine zufrie
denstellende Schmelzbarkeit und Verarbeitbarkeit aufweisen. Verfärbungen als
Ergebnis der Elektronenstrahlung sind, im Gegensatz zum Schirmglas, hier kein
Problem. Da die Wandstärke des Trichters geringer ist als die des Schirms, muß
der Röntgenabsorptionskoeffizient µ von Trichterglas höher sein. In üblichen
Trichtergläsern besitzt µ bei 0,06 nm einen Wert von ≧ 60 cm-1. Dieser hohe
Wert wird üblicherweise durch hohe PbO-Konzentrationen im Glas erzielt.
Die Anforderungen an Halsglas sind sehr ähnlich wie die Anforderungen an
Trichterglas. Jedoch muß, da die Halswand noch dünner als die des Trichters
ist, der Röntgenabsorptionskoeffizient von Halsglas noch höher sein: In üblichen
Halsgläsern beträgt er µ ≧ 90 cm-1 bei 0,06 nm. Auch hier handelt es sich bisher
überlicherweise um sehr hoch bleihaltige Gläser.
Da in den letzten Jahren die Glaskomponente PbO in der Öffentlichkeit als um
weltbelastend in der Diskussion ist, besteht auch bei den Herstellern von Katho
denstrahlröhren enthaltenden Geräten der Bedarf an PbO-freien Gläsern mit
den geforderten physikalischen Eigenschaften.
Durch den einfachen Ersatz des Bleioxides durch einen oder mehrere Bestand
teile, gelingt eine Reproduktion der durch PbO beeinflußten physikalischen und
glastechnischen Eigenschaften in der Regel nicht. Stattdessen sind Neuent
wicklungen der Glaszusammensetzungen nötig.
Der Patentliteratur sind bereits verschiedene Schriften zu entnehmen, in denen
bleifreie Gläser für Kathodenstrahlröhren beschrieben werden. Jedoch zeigen
diese Gläser die verschiedensten Nachteile:
JP 7-206468 A und JP 7-206471 A beschreiben Trichtergläser bzw. Halsgläser
für Kathodenstrahlröhren, die hoch Bi2O3-haltig sind und PbO zumindest als fa
kultative Komponente enthalten.
JP 9-142873 A beschreibt Gläser für Kathodenstrahlröhren, die neben einem
ähnlichen Bi2O3-Anteil CeO2 enthalten, um durch Elektronenstrahlung hervorge
rufene Verfärbungen des Glases zu verhindern.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Glas bereitzustellen, das die genannten
Anforderungen an Halsgläser erfüllt, das insbesondere die nötige Röntgenab
sorption aufweist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung ein Glas bereitzustellen,
das die Anforderungen an Lotgläser erfüllt, d. h., das niedrig schmelzend ist,
das gut benetzt, fließt und gasdicht verschließt.
Diese Aufgabe wird durch ein Glas gemäß dem Hauptanspruch erfüllt.
Ausgehend von den aus den genannten Schriften bekannten Zusammenset
zungsbereichen bismuthaltiger Gläser wurde ein Glas enwickelt, das neben
Bi2O3 WO3 als stark röntgenabsobierende Komponente enthält.
Der Mindestgehalt an WO3 beträgt 0,5 Gew.-%, um eine ausreichende Wirkung
zu erzielen. Der Höchstgehalt beträgt 5 Gew.-%. Bei höheren Anteilen käme es,
insbesondere bei hohen Bi2O3-Gehalten, zu kristallinen Ausscheidungen, womit
auch die Fließfähigkeit des Glases verloren ginge.
Weitere röntgenabsorbierende Komponenten des Glases sind Bi2O3, in Anteilen
zwischen 20 und 40 Gew.-% vorhanden, und SrO, in Anteilen zwischen 1 und
15 Gew.-%., bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew.-%. Höhere Gehalte an SrO
würden zu Strontiumsilicatbildung führen, bei höheren Gehalten an Bi2O3 käme
es zu metallischen Bi-Ausscheidungen.
Dadurch daß der Hauptanteil der Röntgenabsorption von drei verschiedenen
Elementen hervorgerufen wird, wird das Glas in seiner amorphen Struktur stabi
lisiert und zeigt eine hohe Kristallisationsfestigkeit und ist der Glasbildungsbe
reich vergrößert.
Der SiO2-Anteil des Glases beträgt wenigstens 30 Gew.-% und höchstens 50 Gew.-%.
Mit diesem Höchstgehalt ist eine gute Schmelz- und Preßbarkeit des
Glases gewährleistet. SiO2 dient primär als Netzwerkbildner; bei einem Gehalt
unter dem Mindestgehalt ist die Glasbildung soweit herabgesetzt, daß kein Glas
mehr erhalten wird und es wäre seine chemische Beständigkeit herabgesetzt.
Das Glas enthält 0,5 bis 5 Gew.-% Al2O3. Al2O3 verbessert die chemische Be
ständigkeit und die Kristallationsstabilität in dem angegebenen Zusammenset
zungsbereich. Bei niedrigeren Gehalten sind die Effekte zu gering, bei höheren
Gehalten steigt die Viskosität des Glases und der Erweichungspunkt zu sehr an,
was die Schmelz- und Verarbeitbarkeit des Glases verschlechtert.
Die Alkalioxide Na2O (1-12, bevorzugt 1-10 Gew.-%) und K2O (2-15 Gew.-
%) dienen als Flußmittel und verringern die Viskosität des Glases. Unterhalb der
genannten Untergrenzen ist die Viskositätserniedrigung unzureichend, während
oberhalb der genannten Obergrenzen nicht nur die Viskosität, sondern auch der
elektrische Widerstand zu sehr herabgesetzt wird. Weiter kann das Glas bis zu
5 Gew.-% Li2O und bis zu 3 Gew.-% Cs2O enthalten.
Die Summe der Alkalioxide beträgt zwischen 5 und 20 Gew.-%.
Neben dem Erdalkalioxid SrO enthält das Glas auch CaO, und zwar zwischen
0,5 und 4 Gew.-%. Durch CaO wird die Schmelztemperatur herabgesetzt und
der elektrische Widerstand erhöht. Bei höheren Anteilen steigt die Erwei
chungstemperatur zu sehr an, und der Viskositätsverlauf als Funktion der Tem
peratur ist zu steil, wodurch das Glas schwierig zu schmelzen wird. Weiter
nimmt die Entglasungsneigung zu und wird die Fließfähigkeit eingeengt.
Gleiches gilt für MgO, das mit bis zu 4 Gew.-% im Glas vorhanden sein kann
und bevorzugt mit wenigstens 0,5 Gew.-% vorhanden ist. Ein teilweiser Ersatz
von CaO durch MgO erhöht die Entglasungsfestigkeit.
Das Glas kann auch bis zu 15 Gew.-%, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% BaO, wie
SrO als röntgenabsorbierende Komponente, enthalten. Höhere Gehalte würden
die Liquidustemperatur und damit die Kristallistationsneigung erhöhen.
Die Summe der Erdalkalioxide soll zwischen 2 und 20 Gew.-% betragen.
Das Glas kann auch übliche Läutermittel in üblichen Mengen enthalten. Insbe
sondere kann das Glas bis zu 0,6 Gew.-% Sb2O3 enthalten.
Das Glas kann bis zu 3 Gew.-% ZrO2 enthalten. Bevorzugt ist es ZrO2-frei. Das
Glas kann bis zu 2 Gew.-% ZnO enthalten. Bevorzugt ist es ZnO-frei.
Das Glas kann weiterhin bis zu 5 Gew.-% MoO3 und bis zu 8 Gew.-% CeO2 ent
halten. Diese Komponenten wirken nicht nur als Läutermittel, sondern erleich
tern auch die Glasbildung und erhöhen die Röntgenabsorption. Daher ist es be
vorzugt, daß diese Komponenten in Glas vorhanden sind. Vorzugsweise enthält
das Glas wenigstens 0,2 Gew.-% MoO3, vorzugsweise enthält es wenigstens 0,5 Gew.-%
CeO2.
Aus herkömmlichen Rohstoffen wurden bei 1200 bis 1400°C elf erfindungsge
mäße Gläser in Keramiktiegeln im Gasofen unter oxidierenden Bedingungen er
schmolzen. Die Schmelzen wurden 1 Stunde bei 1300 bis 1400°C geläutert und
anschließend als Block gegossen.
Die Tabelle zeigt die Zusammensetzungen dieser Gläser (in Gew.-% auf Oxid
basis) und ihre wichtigsten Eigenschaften. Angegeben sind:
- - der thermische Ausdehnungskoeffizient α20/300 [10-6/K]
- - die Transformationstemperatur Tg [°c]
- - die Dichte ρ [g/cm3]
- - der Röntgenabsorptionskoeffizient µ [cm-1] bei 0,06 nm
Das erfindungsgemäße Glas besitzt folgende vorteilhafte Eigenschaften:
- - Aufgrund seines thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist das Glas ge eignet für eine spannungsfreie Verschmelzung bzw. Verlötung mit Trichter gläsern
- - Es ist gut schmelz- und verarbeitbar.
- - Es ist ausreichend kristallisationsstabil
- - Es weist ausreichende chemische Beständigkeiten auf
- - Es weist einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand auf
- - Es weist mit einem Röntgenabsorptionskoeffizient µ von wenigstens 90 cm-1 bei 0,06 nm, vorzugsweise von mehr als 95 cm-1, eine hohe Röntgenab sorption auf.
Mit diesen Eigenschaften ist das Glas hervorragend geeignet für die Verwen
dung als Halsglas für Kathodenstrahlröhren.
Insbesondere aufgrund der niedrigen Transformationstemperatur und der gu
ten Fließfähigkeit ist das Glas auch sehr gut für die Verwendung als Lotglas
geeignet. Unter Lotglas soll hierbei sowohl das als Lot einsetzbare Glas als
auch das Glas, das als Lotgrundglas zusammen mit keramischen Zuschlägen
das Compositlot bildet, verstanden werden.
Claims (7)
1. Bleifreies bismuthaltiges Silicatglas mit einer Zusammensetzung (in
Gew.-% auf Oxidbasis) von:
SiO2 30-50
Bi2O3 20-40
ZrO2 0-3
Al2O3 0,5-5
MgO 0-4
CaO 0,5-4
SrO 1-15
BaO 0-15
Summe Erdalkalioxide 2-20
ZnO 0-2
Li2O 0-5
Na2O 1-12
K2O 2-15
Cs2O 0-3
Summe Alkalioxide 5-20
CeO2 0-8
WO3 0,5-5
MoO3 0-5
Sb2O3 0-0,6
2. Silicatglas nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß es wenigstens 0,2 Gew.-% MoO3 enthält.
3. Silicatglas nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß es wenigstens 0,5 Gew.-% CeO2 enthält.
4. Silicatglas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3,
gekennzeichnet durch eine Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis)
von:
SiO2 30-50
Bi2O3 20-40
Al2O3 0,5-5
MgO 0,5-4
CaO 0,5-4
SrO 1-10
BaO 0-12
Summe Erdalkalioxide 2-20
Li2O 0-5
Na2O 1-10
K2O 2-15
Cs2O 0-3
Summe Alkalioxide 5-20
CeO2 0,5-8
WO3 0,5-5
MoO3 0,2-5
Sb2O3 0-0,6
5. Silicatglas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem
Röntgenabsorptionskoeffizienten µ bei 0,06 nm von wenigstens 90 cm-1.
6. Verwendung eines Silicatglases nach Anspruch 5 als Halsglas für Katho
denstrahlröhren.
7. Verwendung eines Silicatglases nach wenigstens einem der Ansprüche 1
bis 4 als Lotglas.
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WO2003022764A1 (en) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Schott Glas | Bismuth oxide-containing glass comprising polyvalent cations |
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JPH07206471A (ja) * | 1994-01-18 | 1995-08-08 | Nippon Electric Glass Co Ltd | ブラウン管用ネック管ガラス |
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JPH09142873A (ja) * | 1995-11-24 | 1997-06-03 | Nippon Ita Glass Techno Res Kk | 陰極線管用ガラス組成物 |
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2000
- 2000-06-16 DE DE10029818A patent/DE10029818C1/de not_active Expired - Fee Related
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