DE1596556B2

DE1596556B2 - Einstueckiger leichter glasiger oder transparenter mindestens teilweise kristalliner glaskeramischer gegenstand mit niedri gem waermeausdehnungskoeffizienten

Info

Publication number: DE1596556B2
Application number: DE19661596556
Authority: DE
Inventors: Thomas Paul Maumee; Veres Frank; Austin Lewis Martin; Demman Robert Richard; Toledo Ohio ODonnell (V.St.A.)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1965-03-05
Filing date: 1966-03-04
Publication date: 1971-11-18
Also published as: US3713728A; US3788828A; DE1596556C3; GB1167892A; NL6602842A; US3484328A; BE677347A; DE1596556A1; CH492226A

Description

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Die Erfindung betrifft einen einstückigen, leichten, Dies alles erfolgreich zu bewerkstelligen ist ein glasigen oder transparenten, mindestens teilweise mühseliger, zeitraubender Arbeitsvorgang, der erhebkristallinen glaskeramischen Gegenstand, insbeson- lieh zu den Kosten des fertigen Produkts beiträgt,
dere einen Fernrohrspiegelrohling, mit niedrigem Es ist auch bereits ein Femrohrspiegelrohling beWärmeausdehnungskoeffizienten. 5 kannt, der aus einer massiven Boden- und einer

Durch Gießen hergestellte Fernrohrspiegelrohlinge massiven Spiegelplatte besteht, die durch Stützrohre mit großem Durchmesser und großer Dicke haben aus Quarz miteinander verbunden sind. Der Spiegel schwerwiegende Nachteile. Infolge des beträchtlichen wird hergestellt, indem die Stützrohre in die Boden-Gewichtes größerer Spiegel muß ein komplexes platte oder die Spiegelplatte eingeschmolzen oder an System von Einbaumitteln vorgesehen werden, um io diese angeschmolzen werden. Auf das freie Ende der den Spiegel in das Fernrohr einzubauen, wobei be- Stützrohre wird dann die andere Platte aufgeschmolsonders sorgfältig darauf geachtet werden muß, daß zen. Der Spiegelrohling wird also aus mehreren Stükder Spiegel uegeachtet seiner jeweils sich während ken gebildet, was sich aber natürlich auf die Eigender Bewegung des Teleskops über verschiedene Be- schäften des fertigen Spiegels auswirkt. Die Einzelobachtungszentren am Sternbimmel verändernden 15 teile müssen miteinander verschmolzen oder verklebt Stellung beständig in spannungslosem Zustand ge- werden, was, da es mit großer Genauigkeit vorhalten wird. genommen werden muß, zeitraubend und kostspielig

Da der Zustand und die Raumformgebung der ist. Wenn Glaskeramikteile verwendet werden, ist die spiegelnden Oberfläche des fertigen Spiegels die Ge- Benutzung eines Lötglases erforderlich. Durch das nauigkeit des gespiegelten Bildes bestimmen und da 20 Löten können Spannungen im Glas verursacht werferner der Spiegel eine derart große Biegefestigkeit den, was die optischen Eigenschaften verschlechtert, aufweisen muß, um auch die geringste Bewegung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen oder Verzerrung der spiegelnden Oberfläche zu ver- aus einem Stück bestehenden leichten glaskeramihindern, muß die Dicke des Spiegels ganz erheblich sehen Gegenstand mit niedrigem Wärmeausdehnungssein, um solche Steifigkeit zu gewährleisten. Es sind 25 koeffizienten zu schaffen, aus dem mittels Schleifen, in der Vergangenheit Versuche unternommen wor- Polieren, Formgeben und Belegen ein Fernrohrspiegel den, das Gesamtgewicht solcher Teleskopspiegel gebildet werden kann, der nach Einbau in ein Fernherab^usetzen, indem ein Spiegelrohling mit einer rohr von ausreichender Biegefestigkeit ist, so daß Mindestdicke geformt und anschließend die untere jede Verzerrung der spiegelnden Oberfläche ausOberfläche des Rohlings mit Glasteilen von gleicher 30 geschlossen ist.

Zusammensetzung verschweißt wurde, wobei diese Die Aufgabe wird gelöst durch einen einstückigen,

Glasteile in ihrer Gesamtheit dem fertigen reflek- leichten, glasigen oder transparenten, mindestens

tierenden Spiegel eine gewisse Biegesteifigkeit er- teilweise kristallinen glaskeramischen Gegenstand mit

teilen. niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, der da-

Ein Beispiel für dieses Vorgehen ist die Verwen- 35 durch gekennzeichnet ist, daß zwischen zwei einander dung einer Art von »Eierkarton«-Konstruktion, bei gegenüberliegenden Oberflächen des aus einer einweicher mehrere lange Glasstreifen, die entlang einer zigen Glasmasse geformten und daher aus einem Längskante in Abständen geschlitzte Teilabschnitte durchgehenden Stück bestehenden Rohlings mehrere aufweisen, mit mehreren gleichartigen, sich zu den voneinander getrennte Hohlräume angeordnet sind ersten senkrecht erstreckenden Glasstreifen in Ver- 40 und eine der beiden Oberflächen eine Anzahl von bund gebracht werden, wobei die Verbindung an Öffnungen aufweist, von denen jede über einem den jeweiligen geschlitzten Bereichen erfolgt, so daß Hohlraum angeordnet ist und mit diesen in Verbindie Endstruktur die gleiche Dicke oder Höhe auf- dung steht, wobei der Querschnitt der Öffnung kleiner weist wie ein Einzelstreifen, wie es bei den inein- ist als der des mit ihr verbundenen Hohlraumes, andergesteckten Kartonzuschnitten der Fall ist, die 45 Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfinzwecks Trennung einzelner Eier zu einem Eierkarton dung ist die der mit Öffnungen versehenen Oberfläche zusammengefügt werden. gegenüberliegende Oberfläche konkav ausgebildet

Es treten jedoch wegen der Gesamtgröße der Glas- Die Hohlräume sind vorzugsweise mit einem Material streifen und der Dicke des Spiegelrohlings beträcht- gefüllt, das bei einer über dem Schmelzpunkt der liehe Schwierigkeiten auf, wenn die Glasstreifen 50 Masse des Gegenstandes liegenden Temperatur Temperaturen unterworfen werden, die für ihr Ver- wärmebeständig ist und aus den Hohlräumen leicht schweißen an den Verbindungsstellen und auch für und ohne Beeinträchtigung der Dehnungseigendas Verschweißen der Oberfläche der zusammen- schäften des Gegenstandes entfernt werden kann, gefügten »Eierkarton-Struktur« mit der unteren Zweckmäßigerweise ist das in den Hohlräumen beOberfläche des Spiegelrohlings erforderlich und aus- 55 findliche Material ein amorpher, geschmolzener reichend sind. Eine aus Glas bestehende Rücken- Siliziumdioxydschaum mit offenen Zellen. Bei einer platte, die von genügender Dicke sein muß, um dem weiteren Ausführungsform der Erfindung hält die Spiegel Biegefestigkeit zu verleihen, muß ebenso auf den Öffnungen gegenüberliegende Bodenfläche der die andere Oberfläche der »Eierkarton-Struktur« auf- Hohlräume jeweils einen gleichen Abstand zu der geschweißt werden. Da das Gießen großer Spiegel 6° nicht mit Öffnungen versehenen Oberfläche des ein äußerst empfindlicher und störanfälliger Vorgang Gegenstandes ein und verläuft im wesentlichen parist und da ferner die Temperatur, der das Glas wäh- allel zu dieser. Der Gegenstand besteht im wesentrend seiner Abkühlung ausgesetzt ist, einer beson- liehen aus einer durchsichtigen, wenigstens teilweise deren sorgfältigen Steuerung bedarf, läßt sich ein- kristallisierten glaskeramischen Masse mit niedriger sehen, daß ein Versuch, der »Eierkarton-Struktur« 65 Wärmeausdehnung. Die glaskeramische Masse entdie Bodenoberfiäche des Spiegelrohlings und alsdann hält als vorherrschende kristalline Spezies lithiumdie ganze Struktur der Rückenplatte anzuschweißen, haltige kristalline Phasen, die aus den aus /J-Eucryptit, mit ernstlichen Schwierigkeiten verbunden ist. /?-Spodumen und deren Gemischen bestehenden

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Gruppen ausgewählt sind, wobei die glaskeramische fläche 12 der Form befestigten Stiften 11 versehen

Masse eine Masse solcher kristallinen Strukturen in ist, geformt werden.

einer zufallsorientierten Verteilung innerhalb der An jedem dieser Stifte, ist ein Model oder eine keramischen Masse aufweist, die in einer glasigen hohlraumbildende Einheit (Formkern) 13 abnehmbar Matrix dispergiert sind, und wobei im wesentlichen 5 befestigt, der einen Schulterteil 14 und einen Körperalle Kristalle einen Durchmesser von weniger als teil 15 aufweist. Wie in F i g. 5 gezeigt, hat der Form-Ve Mikron, gemessen über die größte lineare Aus- kern einen durchgehend mit der Schulter 14 gebildehnung der Kristalle, aufweisen. Der lineare Wärme- deten Halsteil 16, der entfernbar über dem Stift 11 ausdehnungskoeffizient des Gegenstandes liegt zwi- angeordnet ist, so daß der Halsteil 16 den Stift 11 sehen —10· 1O^-7 und etwa +10-1O^-7 bei 0 bis io vollständig gegenüber der Einwirkung der geschmol-300° C, vorzugsweise bei 0, je nach der Zusammen- zenen Glasmasse 9 schützt.

setzung des Glases und der Wärmebehandlung, der Der geformte Model oder Formkern kann aus

es unterzogen ist. einem beliebigen Material bestehen, das gegenüber

Der einstückige, leichte, glasige oder transparente, der hohen Temperatur geschmolzenen Glases widermindestens teilweise kristalline glaskeramische Ge- 15 standsfähig ist und während der sich anschließenden

genstand mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffi- Wärmebehandlungsvorgänge seine Form beibehält,

zienten ist nach der bevorzugten Ausführungsform Geeignet ist ein geformtes, offenzelliges amorphes

der Erfindung ein Fernrohrspiegelrohling. geschmolzenes SiO₂. Dieses amorphe Siliziumdioxyd,

Die Erfindung wird nachstehend ins einzelne das mindestens zu 98% aus reinem SiO₂ besteht, gehend am Beispiel eines Fernrohrspiegelrohlings 20 wobei Al₂O₃ den Hauptanteil der Verunreinigungen

beschrieben. Selbstverständlich ist die Erfindung ausmacht, hat einen linearen Wärmeausdehnungs-

nicht auf Fernrohrspiegelrohlinge beschränkt, die koeffizienten von 0,54 · ΙΟ"⁶ per ⁰C(O bis 1000° C)

Gegenstände können beispielsweise als Baueinheiten und kann einem thermischen Schock bis zu 1705° C

in der Bauindustrie Verwendung finden. Die nach- widerstehen. Die Schüttdichte beträgt zwischen

stehende Beschreibung wird in Verbindung mit den 25 0,368 und 0,448 g/cem.

Figuren vorgenommen, von denen zeigt Nachdem der glasige Spiegelrohling 17 gegossen,

F i)g. 1 eine Schnittansicht eines Teiles des Spiegel- aus der Form 10 entfernt, einer vorgeschriebenen rohlings nach der Erfindung, gezeigt im gegossenen Wärmebehandlung unterzogen und anschließend auf Zustand in der Gußform mit den im Rohling noch Raumtemperatur abgekühlt ist, können die Formvorhandenen Formkernen, 30 kerne 13 leicht aus dem Inneren des Rohlings durch

F i g. 2 eine Schnittansicht des aus einem Stück die an der Unterseite des Spiegelrohlings befindlichen

bestehenden Rohlings mit den darin befindlichen Öffnungen 18 hindurch durch Meißeln mittels eines

Hohlräumen, zweckmäßig geformten Werkzeuges entfernt werden.

Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf die Unter- Auf diese Weise wird ein Spiegelrohling 17 mit einer seite des in Fig. 1 gezeigten Rohlings, in der die 35 Anzahl von Hohlräumen 19 erhalten, wie in den über den einzelnen Hohlräumen befindlichen Off- F i g. 2 und 3 dargestellt. Die F i g. 4 veranschaulicht nungsdurchgänge sowie die Hohlräume in dem eine andere Ausführungsart der vorliegenden Erfinweggebrochenen Teil des Spiegelrohlings gezeigt dung, in welcher die Hohlräume 19 verschieden gesind, staltet sein können, je nach der räumlichen Gestalt

F i g. 4 eine Schnittansicht einer anderen Ausfüh- 40 der Formkerne, die beim Gießen des Spiegelrohlings

rungsform des Spiegelrohlings nach der Erfindung, verwendet worden sind.

F i g. 5 eine Perspektivansicht einer Art der für die In den bevorzugten Ausführungsarten sind die Herstellung des erfindungsgemäßen Rohlings ver- Bodenflächen 20 der Hohlräume 19 in gleichem Abwendbaren Apparatur, stand gehalten zu der Oberfläche 21 des Spiegel-

Fig. 6 eine Schnittansicht einer Forin der in 45- rohlings, welche am Ende die spiegelnde Oberfläche

Fig. 5 gezeigten Art, in geschlossener Arbeitsstellung des Fernrohrspiegels bildet. Als Folge der symme-

gezeigt, in der die individuellen Formkerne im ge- trischen Anordnung der geformten Kernmodel inner-

schmolzenen Glas gehalten sind, halb der Gießform weist der entstehende Spiegel-

Fig. 7 einen Teilschnitt einer Form der in Fig. 6 rohling — wie in Fig. 3 ersichtlich — eine Vielzahl

gezeigten Art, in der eine Perspektivansicht eines 5° von in Abstand zueinander gehaltenen Hohlräumen

Formkerns gezeigt ist, der im geschmolzenen Glas in parallelen Reihen auf, die eine Reihe von sich in

gehalten wird, zwei Richtungen erstreckenden Rippen 22 ausbilden,

Fig. S einen Schnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 7, wobei die Dicke der Rippenteile auf der Erhöhung,

F i g. 9 eine perspektivische Ansicht einer anderen auf der die Öffnungen 18 mit den Hohlräumen in

Ausführungsform des Spiegelrohlings, die die Halte- 55 Verbindung stehen, vorzugsweise geringer ist als die

rungsteile noch an den im Inneren des Rohlings be- Entfernung zwischen den Hohlräumen 19 und der

findlichen Formkernen befestigt zeigt, Oberfläche 21, die die spätere Spiegelungsfläche bil-

F i g. 10 einen Teilschnitt einer wiederum anderen den wird.

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spiegel- Wie in Fig. 5 dargestellt, kann eine im Inneren

rohlings, 60 achteckig ausgestaltete Gießform 23 für das Gießen

Fig. 11 eine Teildraufsicht auf die in Fig. 10 des Glasrohlings verwendet werden. Die Bodendargestellte Ausführungsform, in der ein Teil weg- oberfläche 24 der Form 23 kann flach oder aber, was gebrochen ist, um die darin gebildeten Hohlräume zu vorgezogen wird, konvex gestaltet sein, so daß der veranschaulichen. entsprechenden Bodenfläche der darin vergossenen

Der erfindungsgemäße Gegenstand, wie der dar- 65 Glasmasse eine konkave Oberflächengestaltung erteilt

gestellte Spiegelrohling, kann durch Gießen einer wird, über der Form 23 ist eine Formkern-Halte-

Glasschmelzmasse 9 in eine runde Gießform 10, die platte 25 angeordnet, an deren Außenoberfläche 27

mit mehreren, nach oben ragenden und an der Boden- zwei sich über die Kanten nach außen erstreckende

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Winkeleisen 26 befestigt sind, um manuelles Heben Gesenk 44 mit einem eine konvexe Bodenfläche 45

und Absenken der Platte 25 relativ zur Form 23 zu aufweisenden unabhängigen Matrizenteil wird bis zu

ermöglichen. einer vorbestimmten Höhe mit einer geschmolzenen

Mehrere Winkeleisen 28 sind (auf nicht gezeigte Glasmasse 46 angefüllt, alsdann wird die Platte 47 Weise) an der Außenoberfläche 27 der Platte 25 be- 5 abgesenkt, so daß die verformten Model 48 in der festigt und erstrecken sich rechtwinklig zu den Glasmasse aufgehängt sind.

Winkeleisen 26. Jedes der Winkeleisen 28 weist eine ' Wie vorher mit Bezug auf die Fig. 5 und 7 erAnzahl von Durchbohrungen 29 auf (s. Fig. 7), die örtert, werden die Model 48 von den sich in sie so ausgerichtet sind, daß sie die sich durch sie er- hinein erstreckenden Halterungsteilen 49 gehalten, streckenden Stäbe 30 aufnehmen können. io und, wiederum getragen von der Stange 50, die durch

Wie genauer aus Fig. 7 ersichtlich, weist jeder die Öffnungen 51 in den Teilen 49 und durch öff-Formkern 13 einen kreisrunden Metallring 31. auf nungen 52 in Winkeleisen 53 hindurchgehen. Mit

der Schulter 14 auf, welcher ein verlängertes Stütz- Rücksicht auf die der Oberfläche 54 der Masse 46

oder Halterungsglied 32 umgibt, das sich nach innen erteilte konkave Gestaltung weisen die Bodenflächen

in den Formkern 13 hinein erstreckt. Das Glied 32 15 55 der Model die gleiche Gestaltung auf, so daß alle

und der Ring 31 sind an der Schulter 14 des Form- Bodenflächen 55 in einer Ebene liegen, die im we-

kerns 13 mittels eines geeigneten Klebers oder Ze- sentlichen parallel zur konkaven Oberfläche 54 und

ments 33 befestigt, wie beispielsweise Sauereisen. Der der konvexen Formenoberfläche 45 verläuft.

Halterungsteil32 erstreckt sich nach oben durch eine In einer, in Fig. 10 gezeigten, Aviederum anderen

öffnung 34 in der Platte 25 hindurch, und sein oberes 20 Ausführungsart der Erfindung wird der Spiegel·

Ende 35 weist eine Öffnung 36 auf, durch die der rohling 56 mit einer konkaven spiegelnden Oberfläche

Stab 30 hindurchgeht. Die Halterungsteile 32 sind in 57 und einer konvexen rückseitigen Oberfläche 58

der Weise innerhalb der Formkerne 13 befestigt, daß geformt. Dies wird dadurch erreicht, daß Formkerne

die Ringe 31 in Berührung stehen mit der unteren von verschiedener Gestaltgebung von einer oberen

Oberfläche 37 der Platte 25, so daß geschmolzenes 25 Platte herabhängen, die ähnlich gebildet ist wie die

Glas mit dem Halterungsteil 32 nicht in Berührung in F i g. 6 gezeigte Platte 47, jedoch mit der Maßgabe,

gelangen kann. daß ihre Bodenoberfläche konkav gestaltet ist, sich

Bei der Verwendung der in F i g. 5 gezeigten Appa- der Gießform innig anpaßt und eine Zone ausbildet,

ratur wird eine geschmolzene Glasmasse zunächst in die der äußeren Konfiguration des Rohlings 56 ent-

die Form 23 bis zu einer vorbestimmten Höhe ge- 30 spricht.

gössen. Die Platte 25 mit den daran aufgehängten Der Spiegelrohling 56 ist ferner mit einem zentral

Formkernen 13 wird dann abgesenkt, bis die Ecken angeordneten Hohlraum 59 ausgebildet, der jede ge-

und Kanten der unteren Oberfläche 37 auf den Ecken wünschte Form haben kann, um Einbau-, und Be-

41 und Kanten 42 der Form 23 aufliegen. Auf diese festigungsmittel (nicht gezeigt) aufzunehmen und so-

Weise werden die Formkerne in die geschmolzene 35 mit den Einbau des aus dem Rohling hergestellten

Glasmasse eingetaucht, und sobald die Viskosität Spiegels in der Art einer Radio- oder Fernsehantenne

dieser Masse bis zu einem Punkt erhöht ist, in dem zu ermöglichen. Dadurch, daß die Hohlräume 60 in

diese Masse selbsttragend wird, werden die Stäbe 30 verschiedener Größe und Gestaltung ausgebildet wer-

aus den Öffnungen 36 in den Halterungsteilen 32 den, weist der gebildete Spiegelrohling mehrere sich

herausgezogen, wodurch das Abheben der Platte 25 40 radial erstreckende Rippen 62 auf, die die gleiche

von der Form 23 ermöglicht wird. Alle Halterungs- Dicke haben wie der Glasrohling, wodurch dieser an

teile 32 bleiben, wie in F i g. 9 gezeigt, innerhalb der Steifigkeit gewinnt. Bei dem Spiegelrohling, der in

Glasmasse an den Formkernen 13 befestigt, nachdem Fig. J0 gezeigt ist, ist das Gesamtgewicht des aus

diese Masse aus der Form entfernt worden ist. dem Rohling gefertigten Fernrohrspiegels stark herab-

Die Masse wird alsdann einer Wärmebehandlung 45 gesetzt, und zwar eben dadurch, daß bei den peri-

unterzogen, deren Dauer und Temperaturhöhe be- pheren Teilen im Verhältnis zu dem Mittelteil die

stimmt ist von der Zusammensetzung dieser Masse Dicken progressiv reduziert sind,

einerseits und den endgültig angestrebten Eigenschaf- Auch hier machen es die über den Hohlräumen 60

ten andererseits. . ■ angeordneten und mit ihm in Verbindung stehenden

Sobald der auf diese Weise gebildete Spiegel- 50 öffnungen 61 möglich, daß die Hohlräume unter

rohling 17 sich auf Raumtemperatur abgekühlt hat, atmosphärischen Drücken und Temperaturen stehen,

wird der die Halterungsteile 32 und Ringe 31 zu- Die folgenden Beispiele sollen die Herstellung

sammenhaltende Zement 33 entfernt, alsdann werden eines erfindungsgemäßen Gegenstandes veranschau-

die Teile 21 und 32 herausgehoben und die Form- liehen.

kerne 13 durch die in der oberen Oberfläche des 55 Beispiel 1
Rohlings entstandene Öffnung 40 herausgemeißelt,

bis die Hohlräume im Spiegelrohling leer sind. Da Ein thermisch kristallisierbares geschmolzenes Glas die in der Platte 25 befestigten bzw. gehaltenen mit einer Temperatur im Bereich von 1450 bis Formkerne die gleiche Höhe aufweisen, werden ihre 1510° C wurde in ein mehrteiliges, mit einer konflachen Bodenflächenteile 43 in gleichbleibender 60 vexen Bodenoberfläche versehenes Gesenk aus Gra-Entfernung von der Bodenoberfläche 24 der Form phit gegossen, nachdem dieses auf 205° C vorerhitzt 23 gehalten, wodurch sichergestellt wird, daß die war. Die Form wies einen Durchmesser von 40,64 cm Dicke des Spiegelrohlings vom Boden 20 der sich auf; es dauerte etwa 15 Sek., bevor der Oberflächenergebenden Hohlräume bis zur Außenoberfläche 21 spiegel des geschmolzenen Glases die vorgesehene im wesentlichen über den gesamten Bereich des Roh- 65 Höhe erreichte. Nach Beendigung des Glaseinflusses lings (s. F i g. 2) gleich ist. wurde die obere Platte der Form, die eine symme-

Die F i g. 6 veranschaulicht eine andere Ausfüh- trische Anordnung einer Anzahl verformter Glas-

rungsart der Apparatur der Fig. 5. Ein mehrteiliges rock-Model der in Fig. 8 gezeigten Ausgestaltung

darstellt, in Richtung auf das Gesenk herabgelassen, 50 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Am Ende so daß alle Model in der in F i g. 6 gezeigten Weise dieses Zeitraumes \vurde der Aufbau mit einer Kühlin die geschmolzene Glasmasse eingetaucht waren. geschwindigkeit von etwa 0,56° C je Minute gekühlt, Die Model waren zuvor auf 426° C erhitzt worden. bis eine Temperatur von 530° C erreicht war, und

Nachdem nach dem Eintauchen der Model 5 Se- 5 alsdann wurde die Kühlgeschwindigkeit gesteigert auf künden vergangen waren, wurden die die Model etwas weniger als 2,75° C je Minute, bis sich Raumtragenden Stäbe von der Platte entfernt und die temperatur einstellte.
Platte von der Form abgehoben. Es hatte sich ein durchsichtiger, thermisch in situ

Sobald sich die Viskosität des Glases bis zu einem kristallisierter glaskeramischer Spiegelrohling gebil-Punkt erhöht hatte, bei welchem das Glas selbst- io det. Die Formkerne wurden aus dem Kern heraustragend wurde, wurde das mehrteilige Gesenk ge- gemeißelt und gekratzt, wonach sich eine Anzahl öffnet, und der Glasmassenaufbau wurde von dem über das Innere verteilter und in der Gestaltung der konvexen Bodenflächenteil der Form gehalten. Von Formkerne entsprechender Hohlräume gebildet hatte, dem Zeitpunkt des Eingießens der Glasmasse in die Die gemäß den Beispielen 1 und 2 verformte,

Form war insgesamt eine Zeit von etwa 2V2 bis 15 durchsichtige kristalline glaskeramische Masse ent-3 Minuten vergangen. hält als vorherrschende kristalline Gebilde lithium-

• Der selbsttragende Glasmasse-Aufbau wurde zu- haltige kristalline Phasen, die ausgewählt sind aus sammen mit dem Gesenkboden unverzüglich in einen der aus ß-Eucryptit oder ß-eucryptitähnlichen Kri-Ofen eingebracht, der auf eine Temperatur von stallen oder /?-Spodumen oder /J-spodumenähnlichen 538° C vorerhitzt worden war und dessen Tempe- 20 Kristallen oder beiden bestehenden Gruppe, wie mitratur infolge der Anwesenheit der heißen Masse auf tels Röntgen-Analyse identifiziert. Der keramische 621° C anstieg; bei dieser Temperatur wurde der Körper enthält eine Masse solcher kristallischen Aufbau während drei Stunden im Ofen belassen. Phasen, die ungeordnet durch den gesamten Bereich

Die Temperatur im Ofen wurde dann mit einer des keramischen Körpers verstreut und in der als Steigungsrate von etwa 2,75° C pro Minute bis auf 25 Ergebnis der in-situ-Kristallisation verbleibenden 732° C erhöht; bei dieser Temperatur wurde der glasigen Matrix dispergiert sind. Im wesentlichen Aufbau 50 Stunden lang gehalten. Nach Ablauf dieser haben alle Kristalle des keramischen Körpers einen Frist wurde mit einer Kühlgeschwindigkeit von etwa Durchmesser von weniger als ¹Is Mikron, gemessen 0,56° C pro Minute gekühlt, bis eine Temperatur über die größte lineare Ausdehnung der Kristalle, von 538° C erreicht war, und von da ab die Kühl- 30 Die glaskeramische Masse hat einen linearen geschwindigkeit auf etwas weniger als 2,75° C je Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa zwischen Minute gesteigert, bis sich Raumtemperatur ein- —ΙΟ-ΙΟ"⁷ und 10 · 10~⁷ (0 bis 300° C) und vorstellte. Es hatte sich ein durchsichtiger, thermisch zugsweise von —3 bis 3 · 10~⁷ (0 bis 300° C).
in situ kristallisierter glaskeramischer Spiegelrohling Der endgültige Fernrohrspiegelrohling und der

von einer Dicke von 89 mm gebildet. Nachdem die 35 daraus gefertigte Fernrohrspiegel haben einen etwa Halterungsteile entfernt und die Glasrock-Model bei Null liegenden linearen Wärmeausdehnungsweggemeißelt und -geschabt worden waren, wies der koeffizienten. Ferner wird, obwohl der bevorzugte Spiegelrohling eine Anzahl über seinen inneren Be- Durchmesser der Kristalle weniger als ¹Is Mikron, reich verteilt angeordneter Hohlräume auf. Er gemessen über die längste lineare Ausdehnung der hatte einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 40 Kristalle, beträgt, vorgezogen, wenn der Kristall-0 ± 1 · IO-⁷⁰ C (0 bis 300° C). durchmesser weniger als ¹U Mikron beträft, und die

. . besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kristall-

Beispiel 2 durchmesser weniger als V10Mikron betragen.

Es wurde ein Rohling gebildet durch Gießen eines Ein Spiegelrohling mit konkaver Oberfläche kann

thermisch kristallisierbaren geschmolzenen Glases, 45 unter Anwendung des im Beispiel 2 beschriebenen das eine Temperatur von etwa 14S5° C aufwies, in Verfahrens dadurch hergestellt werden, daß die die eine Graphitform, die zur Verhütung von Wärme- heiße selbsttragende Glasmasse enthaltende Form auf Verlusten vorerhitzt worden war. Die Form hatte eine konvexe Oberfläche umgekippt und der Glaseinen Durchmesser von 40,46 cm und trug in der in masse gestattet wird, sich auf diesen zu setzen und F i g. 1 gezeigten Weise eine Anzahl von Glasrock- 50 dabei die Gestalt der tragenden Oberfläche anzu-Formkernen, die ihrerseits ebenfalls vorgewärmt nehmen. Es liegt auf der Hand, daß dadurch, daß waren. Es dauerte etwa 15 bis 20 Sekunden, bis das einer Oberfläche des Rohlings eine konkave Gestalt geschmolzene Glas in die Form eingeflossen war und vermittelt wird, die Arbeitsgänge des Schleifens, die Formkerne in einer Höhe von 1,27 cm über die Polierens und der Formgebung erleichtert werden,
oberen Flächen der Formkerne hinausgehend ein- 55 Der erfindungsgemäße Gegenstand kann in schloß. Das geschmolzene Glas wurde für etwa 4 Mi- Graphitformen oder in Formen aus anderen Matenuten in der Form stehengelassen, nach deren Ab· rialien, beispielsweise einem offenzelligen geschmollauf die Viskosität des Glases sich so weit erhöht zenen Siliziumoxyd-Schaum (Glasstein) oder kerahatte, daß es selbsttragend geworden war. mischen Massen von niedriger Wärmedehnung u. dgl.

Die Form wurde umgekippt, und der Glasrohling 60 hergestellt werden, die auf Temperaturen vorerhitzt wurde vorübergehend auf eine Fläche aufgelegt, die werden können, die nahe an die der geschmolzenen sofort in einen auf 538° C vorgeheizten Ofen ein- Glasmasse herankommen. Wenn die Spiegelrohlinge gebracht wurde, dessen Temperatur infolge der An- aus einem thermisch kristallisierbaren Glas hergestellt Wesenheit der darin befindlichen heißen Masse auf werden sollen, ist es zweckmäßig, die Formkerne 621° C anstieg. Bei dieser Temperatur wurde der 65 oder Model mit abgerundeten Ecken und Kanten Aufbau 3 Stunden lang gehalten. Alsdann wurde die auszubilden, wie dies in F i g. 7 gezeigt ist. Dies wird Temperatur mit einer Steigerungsrate von 2,75° C eine ungewünschte Kristallisation des Glases, wie je Minute auf 730° C erhöht, und der Aufbau wurde sie an scharfen Ecken und Kanten aufzutreten pflegt,

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verhindern oder doch ganz wesentlich herabsetzen. Element hinein, während der obere Teil der Halte-

Wahlweise können die Formkerne auch rund, konisch rungsteile benutzt wird, um die hohlraumbildenden

oder von sonstwie geeigneter Gestaltung sein und Elemente in die gewünschte Lage zu bringen und

brauchen nicht notwendigerweise rechteckige Form dort, wie beispielsweise in Fig.7 gezeigt ist, fest-

zu haben. 5 zuhalten.

Es versteht sich von selbst, daß, wenn Fernrohr- Ein erfindungsgemäßer durchsichtiger Rohling von Spiegelrohlinge mit leichtem Gewicht aus geschmol- niedriger Wärmedehnung, dessen Grundoberfläche zenem Quarz, Borsilikat oder anderen Gaszusammen- vorzugsweise konkav ist, läßt sich zu einem TeIesetzungen gebildet werden sollen, die zweckmäßigste skopspiegel weiter verarbeiten, indem diese konkave Behandlungsmethode von der in den Beispielen 1 io Oberfläche geschliffen, poliert und geformt wird, und 2 beschriebenen abweichen wird, heil eine in- d. h., auf der Oberfläche wird eine genaue parasitu-Kristallisation des Glases nicht erforderlich ist. bolische Kurve ausgebildet. Ein dünner Aluminium-Derartige Wärmebehandlungsverfahren sind in der belag wird dann in an sich bekannter Weise auf die einschlägigen Technik wohlbekannt. bearbeitete Oberfläche aufgebracht, um eine spie;

In der vorangegangenen Beschreibung zur Her- 15 gelnde oder abstrahlende Oberfläche hervorzubringen,

stellung des Gegenstandes nach der Erfindung ist In der vorangegangenen Beschreibung der in

angegeben, daß die geschmolzene Glaszusammen- F i g. 5 gezeigten Apparatur zur Herstellung eines

Setzung in die Form gegossen wird. Die Form kann Fernrohrspiegelrohlings nach der Erfindung ist

aber auch mit Glasbruch gefüllt und dann auf erwähnt, daß die die Formkerne 13 tragende Platte

eine für das Schmelzen des Bruches ausreichende 20 25 abgesenkt wird, um die Formkerne 13 in die

Temperatur erhitzt werden. geschmolzene Glasmasse hineinzudrücken. Die Ap-

In dem Falle ist ein Material wi& der oben be- paratur kann auch so abgeändert werden, daß schriebene Glasstein für die Formkerne nicht ge- eine verhältnismäßig große Öffnung in der Platte 25 eignet. An seiner Stelle könnte ein Material, wie vorgesehen wird, so daß die die Formkerne 13 Graphit, für die Herstellung der geformten Model 13 25 tragende Platte 25 mit Bezug auf die Form 23 so und 48 verwendet werden. Um das Auftreten von angeordnet wird, daß sich die Formkerne in der auf Gasentwicklung zurückzuführenden Blasen im genau vorbestimmten Höhe befinden, in der im Rohling auf ein Mindestmaß herabzumindern, kann geschmolzenen Glas Hohlräume ausgebildet werden Vakuum angewendet werden. Als erne Alternative sollen, wenn dieses Glas durch diese relativ große zu der Anwendung eines Vakuums kann ein Druck- 30 Öffnung hindurch eingegossen wird oder einfließt, system verwendet werden, mittels dessen irgend- Diese Art der Ausführung macht einen Glaspreß_T welche Gasblasen im Boden des geschmolzenen Vorgang überflüssig. Statt dessen fließt das geQuarzes in der Form zurückgehalten werden. Wenn schmolzene Glas nach Eingießen in die Form um der Spiegelrohling aus Quarz gefertigt wird, wird die bereits durch die Platte 25 in ihrer Lage geSand in die die Hohlräume ausbildenden Vorsprünge 35 haltenen Formkerne 13 und Ringe 31 herum, wenn aufweisende Form gebracht und geschmolzen. der Gießform 23 das geschmolzene Glas in der

Wie in Fig7 dargestellt, werden die Formkerne richtigen Mengenabmessung durch die Öffnung in

13 von Halterungsteilen 32 getragen, die eine Öff- Platte 25 zufließt.

nung 46 aufweisen. Der Halterungsteil 32 erstreckt I_n einer noch weiteren Abänderung der Aussich einmal nach oben durch die starre Platte 25 40 führung kann die Platte 25 ersetzt werden durch hindurch und zum anderen in den Formkern selbst einen Halterungsrost für die Formkerne 13 und hinein. Der Ring 31 ist auf dem Formkern 13 be- Ringe 31. Dieser Halterungsrost kann aus einem festigt, und der Raum zwischen ihm und dem Zusammenbau von auf einer gemeinsamen Ebene Teil 32 ist mit einem haftenden Zement angefüllt. miteinander verbundenen Stäben bestehen, durch Es liegt auf der Hand, daß an Stelle dieser verschie- 45 welche in den waagerechten Ebenen zwischen den denen Teile, nämlich Model 13, Halterung 32, Ring Formkernen 13 viele Öffnungen gebildet werden.
31 und Zement 33, der gesamte durch den Zusam- Auf diese Weise kann das geschmolzene Glas an menbau dieser Einzelteile gebildete Körper in Form ■ vielen verschiedenen Stellen gleichzeitig in die Form eines einzigen und aus einem Stück gebildeten einfließen oder in diese gegossen werden, um die Elements vorgesehen werden kann, dessen Bodenteil 50 Formkerne 13 so lange und so weit mit geschmolden geformten Model, dessen Zwischenteil das zenem Glas zu umgeben, bis der Oberflächensniegel Gegenstück zum Ring 31 (der tatsächlich ein Teil des in der Form befindlichen seschmolzenen Glases des geformten Models ausmacht) und dessen oberer eine Höhe bei oder in der Nähe der oberen Obsr-Teil den oberen Teil des Halterungsgliedes 32 dar- fläche der Ringe 31 erreicht hat. Selbstverständlich stellt. Dieses ganze Stück könnte natürlich aus Glas- 55 wird der Boden der Formkerne 13 in einem solchen steinschaum gebildet werden, wobei der oberste Teil Abstand zum Boden 24 der Form 23 gehalten, daß eine Öffnung aufweisen müßte, die der Öffnung 36 in eine ausreichende Dicke zwischen der vom Boden 24 dem Teil 32 entspricht. Das gleiche eilt für die Form- geformten Oberfläche des Rohlings und der durch kerne 48 und die Halterungsteile 49, die insgesamt die Bodenflächen der Formkerne 13 gebildeten ebenso aus einem Stück gegossen sein können. Dem- 60 Bodenflächen der Hohlräume gewährleistet ist.
gemäß stellen die hohlraumbildenden Teile der Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei Apparatur nach der Erfindung, wenn sie aus einem der Verwendung eines thermisch in situ kristal'isiereinzigen Stück gebildet sind, den Formkern 13, Ring baren Glases das geschmolzene Glas in der Form 31 und Zement 33 dar. Dies liefert die Raumform abkühlen gelassen, bis seine Viskosität sich so weit des in F i g. 6 gezeigten Formkerns 48, der ein solches 65 erhöht hat, daß es an der Peripherie selbsttragend hohlraumbildendes Element darstellt. Der Halte- geworden ist, dann aus der Form entfernt und in runssteil 32 ebenso wie der Halterungsteil 49 er- beschriebener Weise abgekühlt und zum Zwecke der strecken sich nach unten in das hohlraumbildende in-situ-Kristallisation einer Wärmebehandlung unter-

zogen. Es können alle oder auch nur einzelne Teile der Form zu irgendeinem späteren Zeitpunkt entfernt werden, ebenso wie nur ein Teil der Form an Stelle der ganzen entfernt werden kann, nachdem die Kühlung so weit vorgeschritten ist, daß das Glas an der Peripherie selbsttragend ist.

In dieser Beschreibung sind die Ausdrücke »/S-Eucryptit-Kristalle« und »yj-eucryptitähnliche Kristalle« in einem alternativen Sinne verwendet. Während man meist bei der Bezeichnung »/J-Eucryptit« an die spezifische Kristallart denkt, die 1 Mol Lithiumoxyd, 1 Mol Aluminiumoxyd und 2 Mol Siliziumoxyd enthält, werden daher in dieser Beschreibung beide Ausdrücke verwendet, um eine kristalline Spezies zu bezeichnen, die gemäß Röntgen-Identifikation yJ-Eucryptit-Strukturen aufweist, doch können die Maxima leicht verschoben sein, je nachdem, ob die genaue Menge des anwesenden Siliziumoxyds mehr oder weniger ausmacht als die durch die Maxima angezeigten 2MoI.

In ähnlicher Weise verhält es sich mit der in der vorstehenden Beschreibung mehrfach enthaltenen Verwendung der Bezeichnungen »/?-Spodumen« und »yj-spodumenähnliche Kristalle«, wobei »/J-Spodumen-Kristalle« Strukturen bezeichnet, die 4MoI Siliziumoxyd auf je 1 Mol Aluminiumoxyd und· 1 Mol Lithiumoxyd aufweisen. Bei leichter MaximaverschiebuögUst angezeigt, daß die kristalline Struktur mehr oder weniger als genau die durch die Maxima angezeigten 4MoI Siliziumoxyd enthält. In den An-Sprüchen sind daher die Bezeichnungen »/J-Eucryptit« und »yS-Spodumen« in diesem strukturellen Sinne verwendet.

Obwohl die Erfindung erörtert und beschrieben worden ist im Zusammenhang mit Rohlingen für Fernrohrspiegel, dürfte klar sein, daß mittels des Verfahrens nach der Erfindung andere große verformte Glasgegenstände hergestellt werden können, und zwar insbesondere, wenn es wichtig ist, daß diese ein relativ geringes Gewicht aufweisen. Derartige Gegenstände können beispielsweise als Baueinheiten in der Bauindustrie Verwendung finden.

Claims

Patentansprüche: 45

1. Einstückiger, leichter, glasiger oder transparenter, mindestens teilweise kristalliner glaskeramischer Gegenstand mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, dadurchgekennzeichnet, daß zwischen zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen des aus einer einzigen Glasmasse geformten und daher aus einem durchgehenden Stück bestehenden Rohlings (17, 56) mehrere voneinander getrennte Hohlräume (19, 59) angeordnet sind und eine der beiden Oberflächen eine Anzahl von Öffnungen (18, 61) aufweist, von denen jede über einem Hohlraum angeordnet ist und mit diesem in Verbindung steht, wobei der Querschnitt der öffnung kleiner ist als der des mit ihr verbundenen Hohlraumes.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der mit Öffnungen (18, 61) versehenen Oberfläche gegenüberliegende Oberfläche (57) konkav ausgebildet ist.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (19, 59) mit einem Material gefüllt sind, das bei einer über dem Schmelzpunkt der Masse des Gegenstandes liegenden Temperatur wärmebeständig ist und aus den Hohlräumen leicht und ohne Beeinträchtigung der Dehnungseigenschaften des Gegenstandes entfernt werden kann.

4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Hohlräumen befindliche Material ein amorpher, geschmolzener Siliziumdioxydschaum mit offenen Zellen ist.

5. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den öffnungen (18, 61) gegenüberliegende Bodenfläche (20) der Hohlräume jeweils einen gleichen Abstand zu der nicht mit öffnungen versehenen Oberfläche (21, 57) des Gegenstandes einhält und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft.

6. Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er im wesentlichen aus einer durchsichtigen, wenigstens teilweise kristallisierten glaskeramischen Masse mit niedriger Wärmeausdehnung besteht.

7. Gegenstand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die glaskeramische Masse als vorherrschende kristalline Spezies lithiumhaltige kristalline Phasen enthält, die aus der aus /?-Eucryptit, /?-Spodumen und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt sind, wobei die glaskeramische Masse eine Masse solcher kristallinen Strukturen in einer zufallsorientierten Verteilung innerhalb der keramischen Masse aufweist, die in einer glasigen Matrix dispergiert sind, und wobei im wesentlichen alle Kristalle 'einen Durchmesser von weniger als Ve Mikron, gemessen über die größte lineare Ausdehnung der Kristalle, aufweisen.

8. Gegenstand nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient zwischen -10 · 10-7 und etwa +10 · 10~⁷ (0 bis 300° C) liegt.

9. Einstückiger Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Fernrohrspiegelrohling ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen