DE2557208A1 - GLASS FOR ULTRASONIC DELAY LINKS - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Glas f.'lr Ultraschall-Verzögerungsglieder (Laufzeitgliecer). Insbesondere betrifft die Erfindung Glas für Ultraschall-Verzögerungsgliecer mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit ia -Bereich der Raumtemperatur- und einer geringen Schergeschwindigkeit.The invention relates to glass for ultrasonic delay elements (Maturity gliecer). In particular, the invention relates to glass for Ultrasonic delay glass with a low temperature coefficient the delay time ia -Range of room temperature- and a low shear rate.
Beim Pal- oder Secam-Parbfernsehsystem stellt das Verzögerungsglied zur Verzögerung des Parbdifferenzsignals us 64 pec ein wichtiges, unerläßliches Element des Empfängers dar. Zur Verzögerung von Signalen werden elektrische Signale in Ultraschallwellen umgewandelt, die dann durch ein Lied ium gesendet werden, das zur Verzögerung der Ultraschallwellen in der Lage ist. Als Verzögerungsmedium wird im aligemeinen Glas verwendet, da große, homogene und anisotrope Glasstücke leicht zugänglich sind. Glas für derartige Verzögerungsglieder soll im Temperaturbereich nahe der Baumtemperatur eine möglichst geringe temperaturabhängige Veränderung der Verzögerungszeit aufweisen. Ferner soll die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen in diesem Glas so klein wie möglich sein, da dadurch, das das Verzögerungsglied aufweisende Element klein gehaltenIn the Pal or Secam Parbfernsehsystem the delay element is to delay the Parb difference signal us 64 pec an important one, an indispensable element of the receiver. To delay signals, electrical signals are converted into ultrasonic waves, which are then sent through a song ium capable of delaying the ultrasonic waves. As a delay medium It is used in general glass because it is large, homogeneous and anisotropic Glass pieces are easily accessible. Glass for such delay elements should in the temperature range close to the tree temperature, the lowest possible temperature-dependent change in the delay time exhibit. Furthermore, the speed of the ultrasonic waves in this glass should be as low as possible, because the element having the delay element is kept small
werden kann.can be.
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Die Änderungen der Verzögerungszeit mit der Temperatur liegt im Bereich von + 50 nsec bei einer Verzögerung τοη 64 usec im Secam-System und im Bereich von + 5 nsec bei 64 usec im Pal-System. Diese Änderungen werden gemäß folgendem Ausdruck als Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit wiedergegeben:The changes in the delay time with the temperature are in Range of + 50 nsec with a delay τοη 64 usec in the Secam system and in the range of + 5 nsec at 64 usec in the Pal system. These changes are expressed as the temperature coefficient according to the following expression the delay time reproduced:
2,6 ppm/sec im Pal-System2.6 ppm / sec in the Pal system
26 ppm/sec im Secam-System26 ppm / sec in the Secam system
dabei bedeutet χ öie Verzögerungszeit, ausgedrückt durch den reziproken Wert der Schergeschwindigkeit,Δ T die Änderung der Verzögerungszeit mit der Temperatur und Z1 T (in 0C) die Temperaturänderung im Bereich der Haucrceniperatur.here means χ ÖIE delay time expressed by the reciprocal value of the shear rate, Δ t, the variation in delay time with temperature, and Z 1 T (0 C), the temperature change in the area of Haucrceniperatur.
Glas mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der. Verzögerungszeit erhält man im allgemeinen durch Streckung bzw. Verdünnung der SiO£-Komponente (die einen negativen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit aufweist) mit anderen-modifizierenden Oxiden, die einen positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit aufweisen. Unter modifizierenden Oxiden mit einem positiven Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit sind Alkalimetalloxide die Hauptbestandteile, da sie die Schmelzeigenschaften von Glas verbessern. Unter den Alkalimetalloxiden hat K„0 den niedrigsten Dämpfungskoeffizienten (Verlust- an Ultraschallwellen pro Längeneinheit) im Ultraschallbereich. ferner kann K^O derartigen Gläsern in großen Mengen zugesetzt werden, da seine Wirkung auf die Verschiebung des Temperaturkoeffizienten, der Verzögerungszeit zu positiven Werten relativ gering ist. Ferner kann auch PbO derartigen Gläsern zugesetzt werden, da auch dessen Wirkung auf die Verschiebung des Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit zu positiven Werten recht gering ist.- Somit ist Glas mit einem Gehalt an SiO2-KpO-PbO als Glas mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten .der Verzögerungszeit vom Gesichtspunkt der Schme.lz-Glass with a low temperature coefficient of. Delay time is generally obtained by stretching or diluting the SiO £ component (which has a negative temperature coefficient of the delay time) with other modifying oxides which have a positive temperature coefficient of the delay time. Among modifying oxides with a positive temperature coefficient of delay time, alkali metal oxides are the main components because they improve the melting properties of glass. Among the alkali metal oxides, K "0 has the lowest damping coefficient (loss of ultrasonic waves per unit length) in the ultrasonic range. furthermore, K ^ O can be added in large quantities to such glasses, since its effect on the shift in the temperature coefficient and the delay time to positive values is relatively small. Furthermore, PbO can also be added to such glasses, since its effect on the shifting of the temperature coefficient of the delay time to positive values is also quite small. Thus, glass with a content of SiO 2 -KpO-PbO is a glass with a low temperature coefficient of the delay time from the point of view of Schme.lz-
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eigenschaften des Glases her gesehen, bevorzugt. Ss ist bekannt, daß bei Gläsern der vorgenannten Art mit einen niedrigen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit das Verhältnis der Bestandteile PbO und KpO durch folgende Gleichung wiedergegeben werden kann, wobei alle Werte Gewichtsprozent bedeuten und der Rest aus SiOp besteht:properties of the glass are preferred. Ss is known that in glasses of the aforementioned type with a low temperature coefficient of the delay time, the ratio of the components PbO and KpO is given by the following equation where all values mean percent by weight and the remainder consists of SiOp:
PbO = 62 + 2 - IS K2O (1)PbO = 62 + 2 - IS K 2 O (1)
Jedoch enthalten derartige Gläser im Vergleich zu üblichen optischen Gläsern eine große Menge an SiOp. Aus diesem Grund weisen sie eine hohe Viskosität auf und sind schwer zu schmelzen.However, such glasses contain compared to conventional optical Glasses a large amount of SiOp. Because of this, wise they have high viscosity and are difficult to melt.
Andererseits wird die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen mit steigender Dichte des liediums, das die Ultraschallwellen passieren, niedriger. Ferner tendiert die Geschwindigkeit der ultraschallwellen im ternären System SiOp.PbO.KpO mit steigender PbO-Menge zu niedrigeren Werten. Deshalb sind äußerst hohe PbO-Anteile erforderlich, wenn man Glas mit einer bevorzugten Geschwindigkeit der Ultraschallweilen erhalten will. liegt jedoch der PbO-Anteil über 50 Gewichtsprozent, so ist die' Gleichung (1) nicht erfüllt. Außerdem wurde experimentell festgestellt, daß in diesem Fall die Viskosität des Glases zunimmt und das Glas-noch schwieriger zu schmelzen ist, da der SiOp-Anteil hoch und der KpO-Anteil äußerst nieder sein muß.On the other hand, the speed of the ultrasonic waves increases with increasing density of the liedium through which the ultrasonic waves pass, lower. Furthermore, the speed of the ultrasonic waves in the ternary system SiOp.PbO.KpO tends with an increasing amount of PbO to lower values. Therefore, extremely high levels of PbO are required when handling glass at a preferred speed who wants to receive ultrasound meanwhile. however, if the PbO content is over 50 percent by weight, then equation (1) is not fulfilled. In addition, it has been found experimentally that in this case the viscosity of the glass increases and the glass becomes even more difficult to gain melting is because the SiOp content is high and the KpO content is extremely high must be down.
Es wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß sich bei Gläsern mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit, die einen großen PbO-Anteil und eine niedrige Ultraschallwellengeschwindigkeit aufweisenj die Viskosität verringern läßt, d.h. die Schergeschwindigkeit liegt unter 2,60 km/see, und daß die Gläser sich -leichter schmelzen lassen, wenn man einen Teil des ' KpO-Anteils im Glas durch BpO_ ersetzt, so daß im Glas K„0 und Bo0_ nebeneinander enthalten sind.-According to the invention, it was found that glasses with a low temperature coefficient of the delay time, which have a large PbO content and a low ultrasonic wave speed, can reduce the viscosity, ie the shear speed is below 2.60 km / sec, and that the glasses - melt more easily if one replaces part of the 'KpO in the glass with BpO_, so that the glass contains K "0 and B o 0_ next to each other.
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-A--A-
Gegenstand der Erfindung ist Glas für Ultraschall-Verzögerungsglieder, enthaltend 39 bis 46 Gewichtsprozent SiOp, 50 bis 56 Gewichtsprozent PbO, wobei höchstens 5 Gewichtsprozent PbO durch BaO und/oder ZnO ersetzt sein können, 1,0 bis 3,0 Gewichtsprozent BpO_, 1,0 bis 3,0 Gewichtsprozent KpO, wobei die Gesamtmenge an KpO und B?0_ 2,0 bis 5,0 Gewichtsprozent beträgt, und 0 bis 2,5 Gewichtsprozent ETapO. Dieses Glas weist einen Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit von höchstens 5 x 10" / C im" Temperaturbereich von 0 bis 700C, eine niedrige Ultraschallwellengeschwindigkeit und eine geringe Schergeschwindigkeit auf.The subject of the invention is glass for ultrasonic delay elements, containing 39 to 46 percent by weight SiOp, 50 to 56 percent by weight PbO, whereby a maximum of 5 percent by weight PbO can be replaced by BaO and / or ZnO, 1.0 to 3.0 percent by weight BpO_, 1, 0 to 3.0 percent by weight of KpO, the total amount of KpO and B ? 0_ is 2.0 to 5.0 percent by weight, and 0 to 2.5 percent by weight ETapO. This glass has a temperature coefficient of the delay time of at most 5 × 10 "/ C in the temperature range from 0 to 70 0 C, a low ultrasonic wave speed and a low shear speed.
Pig. 1 ist ein Diagramm, das die Temperatureigenschaften der Verzögerungszeit von erfindungsgemäßem Glas zeigt.Pig. 1 is a graph showing the temperature characteristics of the delay time of inventive glass shows.
Im folgenden beziehen sich alle Prozentangaben auf das Gesamtgewicht des Glases, sofern nichts anderes angegeben wird.In the following, all percentages relate to the total weight of the glass, unless otherwise stated.
BpO_ kann Glas in größeren Anteilen als KpO zugesetzt werden, 'da · BpO„ im Vergleich zu KpO eine geringere Verschiebung des Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit bewirkt. Ferner verringert BpO_ die" im Laufe der Zeit bei niedrigen Temperaturen auftretenden Änderungen der Verzögerungszeit, die· .auf einen Transport von Alkalibestandteilen zurückzuführen sindl Dies'liegt daran, daß der Anteil an Alkalibestandteilen vergleichsweise gering ist. SiO2-BpO,,-PbO-Gläser ohne Alkalibestandteile, die einen großen Bleianteil· aufweisen, neigen zur Entglasung und sind in großtechnischem Maßstab schwierig in Form von homogenen Glasstücken herzustellen. Wenn jedoch KpO zusammen mit BpO„ im Glas enthalten ist, so werden dessen Schmelzeigenschaften verbessert.BpO_ can be added to glass in larger proportions than KpO, since BpO causes a smaller shift in the temperature coefficient of the delay time compared to KpO. Furthermore, BpO_ reduces the "changes in the delay time which occur over time at low temperatures and which can be traced back to the transport of alkali constituents. This is due to the fact that the proportion of alkali constituents is comparatively low. SiO 2 -BpO ,, - PbO- Glasses without alkali components, which have a large proportion of lead, tend to devitrify and are difficult to manufacture on an industrial scale in the form of homogeneous pieces of glass. However, if KpO is contained in the glass together with BpO, its melting properties are improved.
PbO ist ein notwendiger Bestandteil, um die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen durch das Glas herabzusetzen. Aus diesem Grund ist ein PbO-Gehalt von mindestens 50 Gewichtsprozent erforderlich.. Liegt der PbO-Gehalt über 56 Gewichtsprozent, so wird der Anteil an KpO oder BpO,,, das zur Verringerung des Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit erforderlich ist, relativ gering oder wirdPbO is a necessary component to speed up the Decrease ultrasonic waves through the glass. For this reason a PbO content of at least 50 percent by weight is required. If the PbO content is above 56 percent by weight, the proportion will be at KpO or BpO ,,, which is used to reduce the temperature coefficient the delay time required is relatively small or becomes
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— 5 —
Dadurch werden die Schmelzeigenschaften des Glases beeinträchtigt- 5 -
This affects the melting properties of the glass
KpO oder BpO-, ist ein notwendiger Bestandteil zur Verringerung der Viskosität und zur Verbesserung der Schmelzeigenschaften des Glases. Deshalb müssen beide Oxide im Glas in einer Menge von mindestens 1,0 Gewichtsprozent und in einer Gesamtmenge von mindestens 2,0 Gewichtsprozent enthalten sein. Liegt der Anteil von einem dieser Bestandteile über 3}0 Gewichtsprozent oder der Anteil beider Bestandteile zusammen über 5,0 Gewichtsprozent, so verringert sich der relative Anteil an PbO, so daß die Wirkung auf die Verzögerung der Ultraschallwellengeschwindigkeit, die durch das Glas gesendet werden, nicht erreicht wird.KpO, or BpO-, is a necessary component to reduce the viscosity and improve the melting properties of the glass. Therefore, both oxides must be contained in the glass in an amount of at least 1.0 percent by weight and in a total amount of at least 2.0 percent by weight. If the proportion of one of these components is more than 3 } 0 percent by weight or the proportion of both components together is more than 5.0 percent by weight, the relative proportion of PbO is reduced, so that the effect on the delay in the ultrasonic wave speed that is transmitted through the glass, is not achieved.
p verringert den Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit des Glases. Der SiOp-Anteil soll deshalb entsprechend der Veränderung des Anteils an PbO, K?0 und B„0,, verändert werden. Deshalb beträgt der SiOp-Anteil 39 bis 46 Gewichtsprozent.p reduces the temperature coefficient of the delay time of the glass. The SiOp proportion should therefore correspond to the change in the proportion of PbO, K ? 0 and B "0" can be changed. The SiOp content is therefore 39 to 46 percent by weight.
Außerdem können höchstens 5 Gewichtsprozent des PbO im erfindungsgemäßen Glas durch BaO und/oder ZnO ersetzt werden. Ein Ersatz von mehr als 5 Gewichtsprozent ist nicht erwünscht, da in diesem Pail die Wirkung auf die Verringerung.der Ultraschallwellenge— schwindigkeit herabgesetzt wird. · > ..In addition, at most 5 percent by weight of the PbO in the invention Glass can be replaced by BaO and / or ZnO. A replacement of more than 5 percent by weight is not desirable because in this Pail the effect on reducing the ultrasonic wave speed is reduced. ·> ..
Der Anteil an FapO darf höchstens 2,5 Gewichtsprozent betragen, da bei einem Anteil von mehr als 2,5 Gewichtsprozent der Temperaturkoeffizient· der Verzögerungszeit zunimmt.The proportion of FapO may not exceed 2.5 percent by weight, since with a proportion of more than 2.5 percent by weight the temperature coefficient the delay time increases.
Die in Tabelle I aufgeführten Beispiele erläutern die. Erfindung. Die Ultraschallwellengeschwindigkeit und die Dichte des Glases sind bei 250C gemessen. Die Temperaturkoeffizienten der Verzögerungszeit sind im Temperaturbereich von 0 bis 700C gemessen.The examples listed in Table I illustrate the. Invention. The ultrasonic wave speed and the density of the glass are measured at 25 ° C. The temperature coefficients of the delay time are measured in the temperature range from 0 to 70 ° C.
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cn ο co cn o co
00 (ΧΙΟ CO00 (ΧΙΟ CO
(B)*O -
(B) *
(A): Ultraschallwellengeschwindigkeit (5 MHz)(A): Ultrasonic wave speed (5 MHz)
(B.): Dichte(B.): Density
(C): Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit(C): Temperature coefficient of the delay time
CD CX)CD CX)
In* Pig. 1 gibt die Kurve 1 die Temperatureigenschaften des G-lases von Beispiel 1 und die Kurve 2 die entsprechenden Eigenschaften dves Glases von Beispiel. 6 wieder.In * Pig. 1 shows the curve 1, the temperature properties of the glass of Example 1 and curve 2 the features that there d v glass of Example. 6 again.
Gemäß einer Abänderung der Erfindung kann dem Glas eine geringe Menge (0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent) AIpO,, zugesetzt werden, um die chemische Dauerhaftigkeit und Stabilität weiter zu erhöhen, ohne daß der Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit beeinträchtigt wird. Ferner können 0 bis 0,5 Gewichtsprozent AspO~ und/oder 0 bis 0,5 Gewichtsprozent SbpO, im erfinäungsgemäßen Glas als Klärmittel enthalten sein, ohne daß der Temperaturkoeffizient der Verzögerungszeit oder die Wirkung auf die Verzögerung der durch das Glas gesendeten Ultraschallwellen beeinträchtigt wird;According to a modification of the invention, a small amount (0.1 to 1.0 percent by weight) of AlpO ,, can be added to the glass to further increase chemical durability and stability without affecting the temperature coefficient of the delay time will. Furthermore, 0 to 0.5 percent by weight AspO ~ and / or 0 to 0.5 percent by weight SbpO, in the glass according to the invention as a clarifying agent be included without the temperature coefficient of the delay time or the effect on the delay of the ultrasonic waves transmitted through the glass is impaired;
Das erfindungsgemäße Glas wird hergestellt, indem man ein Gemenge der gewünschten Bestandteile bei etwa 1450 bis 15000C. schmilzt, die Schmelze bei HOO bis 13000C etwa 2 bis 4 Stunden rührt und anschließend langsam abkühlt, wie es zur Herstellung von üblichem optischen Glas üblich ist. Beispielsweise wird das Glas auf seiner Umwandlungstemperatur, Tg, gehalten und anschließend in einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 3°C/min abgekühlt.The glass according to the invention is prepared by melting a mixture of the desired components at about 1450 to 1500 0 C., which melt at HOO to 1300 0 C for about stirred for 2 to 4 hours and then slowly cools, as for the production of conventional optical glass is common. For example, the glass is held at its transition temperature, Tg, and then cooled at a rate of 0.5 to 3 ° C / min.
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Claims (3)
und/oder höchstens 0,5 Gewichtsprozent SbpO, enthalten sind.3. Glass nach.Anspruch 1, characterized in that in addition a maximum of 0.5 weight percent As 2 O,
and / or at most 0.5 percent by weight SbpO.
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Cited By (2)
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