DE2824982C3 - Hochbrechende optische Gläser des Systems SiO↓2↓-B↓2↓O↓3↓-TiO↓2↓- ZrO↓2↓-BaO-Nb↓2↓O↓5↓-Li↓2↓O mit geringer Dichte von s = 3,4 - 3,7 für Fernteil- und Nahteil-Brillengläser mit Brechwerten n↓D↓ = 1,79 - 1,81 und Dispersionen v↓D↓ = 31 - 29 - Google Patents

Hochbrechende optische Gläser des Systems SiO↓2↓-B↓2↓O↓3↓-TiO↓2↓- ZrO↓2↓-BaO-Nb↓2↓O↓5↓-Li↓2↓O mit geringer Dichte von s = 3,4 - 3,7 für Fernteil- und Nahteil-Brillengläser mit Brechwerten n↓D↓ = 1,79 - 1,81 und Dispersionen v↓D↓ = 31 - 29

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Description

12-20
5- 9
0- 5
IO
15
20
25
mh folgenden Eigenschaften:
nD = 1,79—1,81,
vD = 31—29,
s = 3,4-3,7.
2. Gläser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
Oxide
Gd2O3, Y2O3
Bi2O3, WO3
Gew.-%
SiO, 26-28 30-33 I
TiO2 10-14 \ I
Nb2O5 18-23 }
ZrO2 3- 6 16-18 I
SrO 5- 7\ ι
BaO 9-12 I ~ §'
B2O3 3- 5 7- 8 I
Li2O 6- 8 \ j
Na2O I-2) I
CaO 0- 3 G
ZnO 0- 2 \
PbO 0- 2 ι
Al2O3 0- 1
La2O3 0- 4
Ta2O5 0- 2
As2O3 0,1- 1
0- 2
Die ersten leichten, hochbrechenden Brillenfernteilgläser wurden 1973 mit nD=l,70, vD=30 und s=3,0 bekannt (DE-PS 22 59 183).
Ziel der vorliegenden Erfindung sind noch höherbrechende Gläser, die es dem Optiker ermöglichen, Brillengläser für hohe Dioptriewerte mit noch geringeren Randdicken (für Minusgläser) und/oder noch geringeren Mittendicken (für Plusgläser) herzustellen. Die flachen Radien vergrößern das optisch wirksame Gesichtsfeld und verbessern den kosmetischen Effekt. Das spezifische Gewicht muß für höherbrechende Gläser so niedrig wie möglich gehalten werden, wenn die Gläser für den Brillenträger Vorteile bringen sollen. Hat ein Brillenglas z. B. die Lichtbrechung /Jd= 1,79 und eine Dichte von etwa 3,3, w ird ein Glas mit 0 46 mm nicht schwerer sein als ein Glas aus dem niedrigbrechenden Glas Hd= 1,70, vD=30, s= 3,0. Hat das Glas nD= 1,79 und ein spezifisches Gewicht s von 3,7, so steigt das eo Gewicht des Glases 0 46 mm etwa um 10—14% (ca. 2—3 g) in Abhängigkeit vom Dioptrie-Wert.
Ziel der Erfindung sind daher insbesondere Gläser mit folgenden Eigenschaften:
65
a) nD = 1,79-1,81,
b) Vd = 31-29,
c) s = 3,4-3,7,
welche noch folgende wichtigen Bedingungen erfüllen müssen, um für den Einsatz als Brillengläser geeignet zu sein:
d) hohe Kristallisationsstabilität, um eine kontinuierliche Fertigung zu gewährleisten;
e) gute chemische Beständigkeit;
f) die Gläser müssen chemisch härtbar sein, um den FDA-Test*) zu bestehen;
g) um das Glas nicht nur als Fernteilglas, sondern auch als Nahteilglas einsetzen zu können, muß es mit den handelsüblichen Fernteil-Krongläsern {nd= 1,523) und mit dem leichten höherbrechenden Glas (nd= 1,70) verschmelzbar sein. Der Ausdehnungskoeffizient muß daher zwischen 93 und 99· 10-7/°C im Bereich 20-3000C liegen. Die Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur muß im Verschmelzbereich an die Viskosität der handelsüblichen Fernteilgläser angepaßt sein.
Die bekannten optischen Gläser mit nd= 1,79 — 1,81 erfüllen die genannten Anforderungen nicht, wie die folgenden Beispiele zeigen:
*) Kugelfall-Test nach ASTM und DIN 4646
Schwerflintgläser:
Typ 1,8051 LaF- und LaSF-Gläser: 1,795 Vß S a ■ 107/°C
1,7847 LaF 9 1,80741 (20-3u0°C)
SF 6 LaSF 8 1,8080 25,4? 5,18 90
SF 11 LaSF N 3 1,80166 25,76 4,74 69
LaSFIl 1,80200
LaSF 30 weitere hochbrechende optische 28,38 4,96 81
mit Brechwerden ad= 1,78—1,81, 31,61 4,87 70
.40,75 4,68 72
44,26 4,62 70
46,47 4,90 71
Gläser 20 Gd2O3, Y2O31
deren Bi2O31WO3 J 0- 3 Gew.-%
te ^ 4,0 betragen, die sich aber wegen ihrer Läutermittel 0,2- lGew.-%
Es sind
bekannt*)
Dichte-We
starken Kristallisationsneigung nicht für kontinuierliche Fertigung von Massengläsern (z. B. Brillenrohgläsern) und für die Tiegelschmelze in großen Volumina eignen. Die Kristallisationsneigung wird durch die Größe der Kristallisationswachstumsgeschwindigkeit und des Kristallisations-Temperaturbereiches in bezug auf die 'Viskosität bestimmt
Diese bekannten Gläser mit nd> 1,75 enthalten 14-46 Gew.-% Erdalkalien. Ihr ZnO-Gehalt beträgt 10-20 Gew.-%, der TiO2-Gehalt liegt bei 10—25 Gew.-% und der von SiO2 bei 12—20 Gew.-%.
Der Alkalioxidgehalt darf für Gläser mit nd>\,79 3 Gew.-% nicht überschreiten. Diese Gläser sind nicht chemisch härtbar.
Die Abkühlung der Schmelze dieser Gläser muß (laut Patentbeschreibung) »sehr rasch erfolgen, um die auftretende Gelb-Braun-Färbung zu vermeiden«. Die Schmelzen müssen bei ViskosHäten < 100 Poise abgegössen werden, weil die starke Kristallisationsneigung eine kontinuierliche Fertigung und eine Automatenfertigung unmöglich macht. Nachteilig wirkt sieh in dieser Hinsicht der hohe ZnO-Gehalt von 10-20 Gew.-% in Verbindung mit 10—25 Gew.-% TiO2 aus.
Die erfindungsgemäßen Gläser liegen in folgendem Zusammensetzungsbereich:
SiO2
TiO2
Nb2O5
ZrO2
SrO
BaO
B3O,
Li2O
Na2O
K2O
MgO
CaO
ZnO
PbO
Al2O3
La2O3
Ta2O5
25-35 10-15 18-24 3- 9 0- 7 7-20 0- 7 5- 8 0- 3 0- 2 0- 2 0- 5 0- 4 0- 3 0- 2 0- 5 0- 4
Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-%
28-35
12-20
5-
0-Besonders bevorzugt sind Gläser im folgenden Zusammensetzungsbereich:
Oxide
Gew.-%
SiO2 26-28
TiO2 1.0-14
Nb2O5 18-23
ZrO2 3- 6
SrO 5- 7
BaO 9-12
B2O3 3- 5
Li2O 6- 8
Na2O 1- 2
CaO 0- 3
ZnO 0- 2
PbO 0- 2
Al2O3 0- 1
La2O3 0- 4
Ta2O5 0- 2
As2O3 0,1-
Gd2O3, Y2O3 \
Bi2O31WO3 J		 0- 2
30-33
16-18
7- 8
*) (DE-PS 1-2 60 712)
Die erfindungsgemäßen Gläser bestehen somit weitgehend aus leichten Kationenoxiden, wie SiO2-Β2Θ3; Alkalioxiden — vorzugsweise Li2O-I-Na2O- für den Ionenaustausch zum Härtungsprozeß; ZrO2+TiO2+ Nb2Os zur Einstellung der optischen Lage, und zweiwertigen Oxiden in kleinen Mengen, wie ZnO, PbO, MgO, CaO zur Kristallisationsstabilisierung und Angleichung des Ausdehnungskoeffizienten.
Besonders wichtig zur Kristallisat'ionsstabilisierung
- sind in den erfindungsgemäßen Gläsern auch die schwereren Oxide, wie SrO und BaO (12—20 Gew.-%) bei einem TiO2-Gehalt von 10—15 Gew.-% und einem Nb2O5-Gehalt von 18-24 Gew.-%.
La2O3, Y2O3, Bi2O3, Gd2O3 und WO3 tragen in Mengen < 3 Gew.-% geringfügig zur Knstallisationsminderung bei, erhöhen aber das spezifische Gewicht und werden außerdem aus Kostengründen möglichst vermieden oder nur in kleinsten Anteilen eingesetzt. Der Einsatz von GeO2 und P2Os anstelle von SiO2 kann in kleinen Anteilen <3 Gew.-% erfolgen, wenn damit eine
merkliche Kristallisationsstabilisierung erreicht wird. Die Läuterung der Schmelzen erfolgt mit bekannten Läutermitteln, wie As2O3 und/oder Sb2O3 und/oder M-Fluoriden < 1 Gew.-%.
In den nachstehenden Tabellen sind spezifische Beispiele für Gläser im erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich zusammengestellt Tabelle la zeigt die Zusammensetzungen von 10 beispielhaften Gläsern in Gewichtsprozent; Tabelle Ib gibt die Eigenschaften der in Tabelle 1 a gezeigten Gläser wieder; in Tabelle 2 sind die gleichen Gläser wie in Tabelle la, diesmal in Mol-%, zusammengefaßt
Tabelle la Beispiel ;en in Gew.-% 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Zusammensetzung 1 27,71 28,49 28,80 28,84 27,60 27,68 27,60 34,00 34,00
Oxide 28,40 2 3 4,12 3,91 3,12 4,13 4,10 4,11 4,10 - -
3,20 25,80 27,60 7,23 6,37 7,25 6,25 6,20 6,22 6,20 6,20 6,20
SiO2 6,35 5,76 4,10 1,10 1,10 1,11 1,11 1,10 1,60 1,10 1,10 1,10
S2O3 1,10 6,57 6,20 - - - - - - - - -
Li2O - 1,43 1,10 - - - - - - - - -
Na2O - - - - - - 2,92 2,90 3,41 2,90 - -
K2O - 0,65 - 6,33 6,52 6,34 6,35 6,30 6,32 6,30 — 1,00
MgO 6,50 1,63 2,00 10,54 10,83 10,57 10,58 10,50 10,53 10,50 20,00 18,00
CaO 10,80 5,81 6,30 - - - - - — — — —
SrO - 9,71 10,50 - - - - - - - - -
BaO - - 2,00 - - - - 2,10 - - — —
ZnO - - - 2,11 3,21 1,11 2,12 - 2,11 2,10 - -
PbO 3,2 - - 7,13 6,27 8,16 5,14 5,10 5,12 5,10 3,60 4,60
Y2O3 6,25 3,83 2,10 11,04 13,34 11,08 14,11 11,00 19,04 11,00 12,00 13,00
La2O3 12,30 4,54 3,90 22,49 19,76 22,16 18,25 22,90 19,66 22,90 22,90 21,90
ZrO2 21,70 11,94 11,00 - - - - - - - - -
TiO2 - 20,93 22,90 - - - - - - - - -
Nb2O5 - 1,20 - 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
Gd2O3 0,20 - -
WO3 0,20 0,20
As2O3
in Tabelle 1 a 1,80008 1,80159 1,80021 1,81017 1,8003 1,79860 1,80009 1,80166 1,8017 1,7905 1,7965 •ν) K)
OO		 OO I:
*
Tabelle 1 b		 1,8010 30,5 30,2 30,1 29,42 30,1 30,1 30,5 30,0 30,5 29,7 29,3 ■
Eigenschaften der Gläser 30,0 3,526 3,547 3,519 3,546 3,509 3,482 3,521 3,497 3,530 3,509 3,491 φ,. !>
»0 3,547 CD ti
V0 98,3 94,7 96 95,5 96 95,5 94,6 98 94 90 90 OO I
S 92 524 539 544 549 547 551 543 534 548 579 582 K)
a · 107/°C 561 652 655 669 664 661 656 661 700 703
20-300°C 679 i-
Tg0C y-y, -
EW0C 882 871 890 880 895 890 911 869 891 971 886
Krist, DTA-Test 910 schwach I
Temp, ansteigend 300 7· 103 440 390 280 -500 118 -360 430 -510 -600 i
KGmax 0C 500 j-
480 500 480 500 500 480
Foise 520 5960 2640 7420 4020 5320 5980
Chem. Härtung 5670 45 40-45 60 45 45 35
16h bei 0C 45-50
Spannung μ/cm 581 102 93 96 41 97 23 418 33
Schichtdicke in μ Druck
■ti^ Vtl^rt V\**4l nliti^f 'iV'IHrti.		 Druck Druck Zug Druck Druck Zug Druck Zug
Verschmelzspannung
in |o.(gew.)/cm
gegen SF 64
ίο
Schmelzbeispiel (Tabelle 1, Beispiel 10) Gemengesatz für 120 kg berechnetes Glas
Gew.-%
Rohstoffe
rung erfolgt bei etwa 1300-1320°C. Bei ~970°C (550Pa-s) wird auslaufen lassen bzw. wird sofort
35 automatisch zu Brillenglasrohlingen verpreßt.
Das Glas besitzt folgende physikalisch-chemische
Einwaage m kg Eigenschaften:
SiO2 27,6 SiO, 33,17
B2O3 4,1 H3BO3 8,71
Li2O 6,2 Li2CO3 1,85
Na2O 1,1 Na2CO3 2,26
CaO 2,9 CaCO3 5,30
SrO 6,3 SrNO1 15,59
BaO 10,5 BaCO3 16,05
La2O, 2,1 La2O3 2,53
ZrO2 5,1 ZrO2 6,14
TiO2 11,0 TiO2 13,23
Nb2O5 22,9 Nb2O5 27,50
•40
45
50
Das Gemenge wird gut gemischt und bei 126O0C im Platintiegel oder Keramikwanne eingelegt Die Läute-
Der Kugelfall-Test
Der Kugelfall-Test ist nach ASTM und DIN genormt
1,8017
vd 30,5
S 3,53
Oi-IOU0C (20-300° C) 94
«•107/cC(-30- +700C) 80
Tg0C 548
EWC 661
Chem. Beständigkeit:
Säurefestigkeit
f Klasse <2
Klimawechselbeständigkeit
KWB 2
Fleckenanfälligkeit 0
Fallhöhe
Kugelgewicht
Fall-Last
ASTM 127 cm 15,8 p 1,75 cmkp
DIN 4646 130 cm 43,8 p 5,80 cmkp
Zusatz-Versuch
»Russ. Norm« verschieden 173.1p variabel
In allen Fällen wurde eine genormte Auflage benutzt. Wurden die Gläser von allen drei Kugeln nicht zerstört, so wurde die Fallhöhe mit der »Russ. Norm« bis zum
Bruch gesteigert Die Fall-Last in cmkp wurde als Maß für die Schlagfestigkeit zur Auswertung herangezogen.
Tabelle 2 Beispiele 2 3 4 5 6 7 8 9 10- U S
1 35,68 38,41 38,50 39,58 39,68 38,61 38,28 37,18 38,37 47,62 Ϊ
Si
40,09 6,88 4,93 4,94 4,69 3,71 4,77 4,91 4,77 4,92 - 12 I
3,90 18,27 17,35 20,20 17,80 20,09 16,83 17,29 16,80 17,33 11,47 I
47,09 I
Zusammensetzungen in Mol-% 18,02 1,92 1,48 1,48 1,48 1,48 1,44 1,48 2,08 1,48 1,49 -
Oxide 1,51 1,34 - - - - - - - - - 17,26
- - 2,06 - - - - - - - - 1,48
SiO2 - 2,42 2,98 - - - 4,19 4,31 4,91 4,32 - -
B2O3 - 4,66 5,08 5,10 5,25 5,07 4,93 5,08 4,92 5,08 - -
Li2O 5,32 5,26 5,73 5,74 5,90 5,71 5,55 5,71 5,54 5,72 10,98 -
Na2O 5,97 0,98 0,54 0,54 0,82 0,28 0,52 - 0,52 0,54 - 0,80
MgO 0,83 0,49 - - - - - - - - - 9,77
ZnO - - - - - - - 0,77 - - - -
CaO - 3,06 2,65 4,83 4,25 5,49 3,36 3,45 3,35 3,46 2,40 -
SrO 4,30 12,42 11,51 11,53 ■ 13,94 11,48 14,20 11,47 14,18 11,50 12,64 —
BaO 13,06 6,54 7,20 7,06 6,21 6,93 5,52 7,18 5,67 7,20 7,25 3,11
La2O3 6,92 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,09 13,54
Gd2O3 0,08 6,86
Y2O3 0,09
ZrO2
TiO2
Nb2O5
As2O3

Claims (5)

  1. Patentansprüche:
    1. Hochbrechende optische Gläser des Systems
    mit geringer Dichte, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:
    SiO2
    TiO2
    Nb2O5
    ZrO2
    SrO
    BaO
    B2O3
    Li2O
    Na2O
    K2O
    MgO
    CaO
    ZnO
    PbO
    Al2O3
    La2O3
    Ta2O5
    Gd2O3, Y2O31
    Bi2O35WO3 J
    Läutermittel
    25-35 Gew.-% 10-15 Gew.-% 1 18-24 Gew.-% J 3- 9Gew.-% 0- 7Gew.-%\ 7-20 Gew.-% j 0- 7 Gew.-% 8 Gew.-% 1
    3 Gew.-% I 2 Gew.-% J
  2. 2 Gew.-% \ 5 Gew.-% j
    4 Gew.-%
  3. 3 Gew.-% 2 Gew.-%
    5 Gew.-%
  4. 4 Gew.-%
  5. 5-0-
    0-0-
    0-0-
    0-0-
    0-0-
    0- 3 Gew.-% 0,2- lGew.-%
    28-35
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