DE3130715A1 - Optisches glas mit hohem brechungsindex und niedriger streuung - Google Patents

Optisches glas mit hohem brechungsindex und niedriger streuung

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DE3130715A1 DE19813130715 DE3130715A DE3130715A1 DE 3130715 A1 DE3130715 A1 DE 3130715A1 DE 19813130715 DE19813130715 DE 19813130715 DE 3130715 A DE3130715 A DE 3130715A DE 3130715 A1 DE3130715 A1 DE 3130715A1
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Matsumaru Shizuo
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Description

  • Optisches Glas mit hohem Brechungsindex und niedriger Streuung Beschreibung Die Erfindung betrifft optisches Glas mit hohem Brechungsindex und niedriger Streuung.
  • Bekanntes optisches Glas mit hohem Brechungsindex und niedriger Streuung enthielt in den meisten Fällen Thoriumoxid oder Cadmiumoxid als einen Bestandteil, der dem Glas einen hohen Brechungsindex und eine geringe Streuung scharakteristik leiht. Thorium hat radioaktive Eigenschaften und ist deshalb wie Cadmium für den menschlichen Körper schädlich Aus diesem Grunde soll die Verwendung solcher Stoffe bei der Glasherstellung vermieden werden. Anstelle von Thorium und Cadmium ist Ytterbiumoxid bekannt als ein Bestandteil, der Glas einen hohen Brechungsindex und eine niedrige Streuungscharakteristik verleiht (siehe japanische Patentveröffentlichung Nr. 25323/1978). Dieses Glas besitzt aber nicht genügend Stabilität, um Entglasen zu verhindern und ist deshalb weder für die Produktion im industriellen Maßstab geeignet, noch ist die Abbe'sche Zahl ausreiehend groß.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung,ein optisches Glas mit hohem Brechungsindex und niedriger Streuung zu schaffen, dessen Grundlage ein Vierkomponentensystem B203-La203-Yb203-F ist und das frei von Thorium und Cadmium ist und dessen Brechungsindex (nd) von 1,69 bis 1,81 reicht und dessen Abbe'sche Zahl 45 bis 59 beträgt. Die wichtigsten Grundzüge der Erfindung wurden umrissen, um die ausführliche Beschreibung verständlich zu machen und ihren Wert aufzuzeigen. Zusätzliche Merkmale der Erfindung, die anschließend beschrieben werden bilden die Grundlage der Patentansprüche Die Grundlage der vorliegenden Offenbarung kann leicht als Ausgangsbasis für verschiedene Möglichkeiten verwendet werden, um die einzelnen Absichten der Erfindung auszuführen. Es ist deshalb darauf hinzuweisen, daß die Patentansprüche auch solche gleichwertigen Ausführungen beinhalten, die nicht vom Inhalt und Rahmen der Erfindung abweichen.
  • Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß das Vierkomponentensystem-Glas aus B203-La203-Yb203-F, dessen Zusammensetzung später erläutert wird, einen hohen Brechungsindex besitzt und eine bemerkenswerte niedrige Verflüssigungstemperatur hat im Vergleich zu den bekannten Dreikomponentensystem-Gläsern und deshalb erstaunlich stabil gegen Entglasen ist und leicht und stabil im industriellen Maßstab hergestellt werden kann. Man hat auch gefunden, daß das Vierkomponentensystem-Glas einen hohen Brechungsindex und darüber hinaus eine niedrige Streuungscharakteristik, nämlich eine große Abbe'sche Zahl hat, die bei Gläsern der bekannten Zusammensetzung nicht erreicht wird und daß darüber hinaus dieses Glas leicht und stabil hergestellt werden kann. So hat z.B.
  • ein bekanntes Glas einen Brechungsindex von ungefähr 1,75 und eine maximale Abbe'sche Zahl von 53,4, während das erfindungsgemäße Glas bei gleichem Brechungsindex eine Abbe'sche Zahl hat, die bis 54,9 geht. Weiterhin hat ein bekanntes Glas einen Brechungsindex von ungefähr 1,70 bei einer Abbe'schen Zahl von maximal 55,8, während die Abbe'sche Zahl eines erfindungsgemäßen Glases bei gleichem Brechungsindex bis zu 58,8 beträgt.
  • Es wurde außerdem gefunden, daß das gewünschte Glas stabiler und leichter hergestellt werden kann, wenn man dem Vierkomponentensystem-Glas aus B2O3-La2O3-Yb2O3-F noch einen Bestandteil, wie SiO2, R20, (R20 ist eines oder eine Kombination von zwei oder mehreren von Li2O, Na2O, und K20), RO (RO ist eines oder eine Kombination von zwei oder mehreren von MgO, CaO, SrO, BaO und ZnO), Y2O3, ZrO2, Ta205, Nb2O5, PbO, Wo3, Al203, TiO2, GeO und Gd2O3).
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Glas mit folgender Zusammensetzung: B203 20 - 37 Gew.-% La203 34 - 60 Yb2O3 1 - 32 F 0,1 - 7 SiO2 0 - 3 R20 0- 6 (R20 ist eines oder eine Kombination von zwei oder mehreren von Li2O3, Na20 und K20) RO 0 - 18 (RO ist eines oder eine Kombination von zwei oder mehreren von MgO, CaO, SiO, BaO und ZnO) !2°3 0 - 23 ZrO2 0 - 11 Ta205 0 - 12 Nb205 0 - 5 PbO 0 - 6 WO3 0 - 10 Al203 0 - 4 TiO2 0 - 5 GeO2 0 ~ 16 Gd203 0 - 12 (Der Gehalt an Fluor gibt die Höhe der Substitution mit Sauerstoff an, wenn Glas 100 % ist.) Wenn der Gehalt an BS03weniger als 20 % ist, besitzt das Glas nicht genügend Stabilität gegen Entglasen und wenn der Gehalt höher als 37 O/o ist, dann wird der Brechungsindex verringert, und es kann nicht für den gewünschten Zweck verwendet werden. Wenn der Gehalt an La203 weniger als 34 % beträgt, wird der Brechungsindex herabgesetzt, und das Glas ist für diese Verwendung nicht geeignet: Übersteigt der Gehalt 60 %, wird die Stabilität gegen Entglasen verringert. Beträgt der Gehalt an Yb203 weniger als 1 % oder mehr als 32 %, dann wird die Stabilität gegen Entglasen verringert.
  • Es verringert sich die Stabilität gegen Entglasen, wenn der Gehalt an Fluor weniger als 0,1 % und mehr als 7 % beträgt. SiO2 fördert die Stabilität gegen Entglasen und die chemische Beständigkeit; wenn der Ge- halt jedoch höher als 3 % ist, wird es beim Schmelzvorgang ungeschmolzen bleiben und das Schmelzen unerwünschterweise verlängern. R20 verringert die Viskosität des Glases und erleichtert dadurch die Glasbildung; bei einem Gehalt von mehr als 6 °/0 wird jedoch die Stabilität gegen Entglasen verringert. RO verbessert die Stabilität gegen Entglasen; wenn der Gehalt jedoch über 18 % übersteigt, wird die Stabilität gegen Entglasen reduziert. Y203erhöht die Abbe'sche Zahl des Glases und verbessert die chemische Beständigkeit; wenn der Gehalt jedoch 23 0/, übersteigt, wird die Stabilität gegen Entglasen verringert. ZrO2 erhöht den Refraktionsindex des Glases und die chemische Beständigkeit; ist der Gehalt jedoch höher als 11 %, wird die Stabilität gegen Entglasen verringert. Ta205 erhöht den Brechungsindex des Glases, die Stabilität gegen Entglasen und die chemische Beständigkeit; ist der Gehalt jedoch höher als 12 %, wird die Abbe'sche Zahl verringert, und das Glas wird dadurch für den Verwendungszweck unbrauchbar.
  • Nu 203 erhöht den Brechungsindex des Glases und die chemische Beständigkeit; übersteigt der Gehalt 5 %, wird es in zunehmenden Maße gefärbt und dadurch nicht mehr verwendbar. PbO erhöht den Brechungsindex des Glases; ist der Gehalt jedoch höher als 6 %, wird es gefärbt und dadurch nicht mehr verwendbar. W03 erhöht den Brechungsindex und die Stabilität gegen Entglasen; ist der Gehalt jedoch höher als 10 %, wird es zunehmend gefärbt und nicht mehr verwendbar. Al203 erhöht die chemische Beständigkeit; übersteigt der Gehalt jedoch 4 %, wird der Brechungsindex reduziert, und das Glas wird für die gewünschte Anwendung ungeeignet. TiO2 erhöht den Brechungsindex des Glases und die chemische Beständigkeit; ist der Gehalt jedoch höher als 5 010, wird es gefärbt und dadurch unbrauchbar. GeO2erhöht die Stabilität gegen Entglasen; ist der Gehalt jedoch höher als 16 %, wird das Glas instabil gegen Entglasen.
  • Gd203 erhöht den Brechungsindex und die chemische Beständigkeit; ist der Gehalt aber höher als 12 %, wird das Glas unbeständig gegen Entglasen.
  • Glas mit den nachfolgenden Zusammensetzungen übertrifft hinsichtlich der Stabilität gegen Entglasen die erfindungsgemäßen Gläser mit den vorgenannten Zusammensetzungsbereichen: B203 24 - 37 Gew.-% La2O2 35 - 50 Yb2O3 5 - 15 F 0,1 - 4,1 CaO 0 - 6 SrO 0 - 2 BaO 0 - 8 ZnO 0 - 8 Y203 0 - 11 ZrO2 0 - 7 Ta205 0 - 12 Nb 205 0- 5 GeO2 0 - 16 Gd2O3 0 - 12 Glas der folgenden Zusammensetzung ist noch besser hinsichtlich der Stabilität gegen Entglasen: B203 26 - 37 Gew.-% La2O3 35 - 50 Yb2O3 9 - 15 F 0,1 - 2,5 SrO 0 - 2 BaO 0 - 3 ZnO 0 - 6 Y203 0 - 7 ZrO2 0 - 7 Das erfindungsgemäße Glas kann unter Verwendung eines Oxids, Carbonats, Nitrats oder Fluorids als Ausgangsmaterial einer jeden Komponente hergestellt werden.
  • Man wiegt das gewünschte Gewichtsverhältnis ab, mischt die Komponente sorgfältig, gibt das Gemisch in einen Platinschmelztiegel und erhitzt in einem elektrischen Ofen auf 1200 - 14000 C, rührt und homogenisiert es, nachdem es geschmolzen und gereinigt ist und gießt es dann in eine eiserne Gießform Die Zusammensetzung (in Gewichtsprozent), die-Brechungsindices (nd) und die Abbe'schen Zahlen (<d) einzelner Ausführungsformen des optischen Glases sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
  • Tabelle 1
    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
    Beispiel Nr.
    B2O3 34,23 30,51 29,74 25,64 35,69 30,02 31,56 34,23 33,93 28,06 20,05
    La2O3 41,32 49,15 55,79 43,58 56,00 54,97 58,88 39,52 37,03 37,81 47,60
    Yb2O3 24,45 20,34 4,47 30,78 8,31 15,01 9,56 12,00 12,40 9,35 4,81
    F 0,64 1,46 1,91 2,18 1,78 4,16 6,44 0,64 0,66 0,88 4,70
    SiO2 1,23
    Li2O
    Na2O 4,68
    K2O 3,51
    MgO
    CaO 2,81
    SrO 0,90
    BaO 1,37 1,87
    ZnO 4,16 4,30 12,15
    PbO 4,81
    Y2O3 4,69 6,60 9,61
    ZrO2 4,50 3,14
    Ta2O5
    Nb2O5
    WO3
    Al2O3
    TiO2 3,27
    GeO2 9,61
    Gd2O3
    nd 1,7371 1,7570 1,7291 1,7588 1,7392 1,7484 1,7391 1,7459 1,7356 1,7233 1,7702
    vd 54,4 53,6 53,7 53,6 55,1 54,9 55,5 52,3 53,2 53,9 51,2
    Tabelle I (Fortsetzung)
    Beispiel Nr. 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
    B2O3 24.50 29.35 35.93 26.42 27.00 32.01 28.67 26.89 24.04 34.21 24.88
    La2O3 42.82 39.09 35.72 47.17 39.70 37.00 47.91 42.38 37.42 39.55 37.50
    Yb2O3 20.42 9,54 6.61 7.29 13.50 1.41 12.52 14.56 11.99 14.90
    F 5.04 4.07 3.31 4.64 4.35 0.55 2.14 0.69 0.75 0.64 0.63
    SiO2 1.88 2.14
    Li2O 1.63
    Na2O
    K2O
    MgO 2.45
    CaO 4.73 1.82 4.80
    SrO 6.37
    BaO 6.61 2.01 1.03 0.90 0.97
    ZnO 7.34 6.03 4.11 5.54 4.16 5.20
    PbO
    Y2O3 9.54 21.66 4.78 4.69
    ZrO2 9.00 5.94 4.50 5.57
    Ta2O5 4.09 10.93 9.33 10.98
    Nb2O5 3.67
    WO3 4.09 8.10
    Al2O3 1.47 2.70
    TiO2
    GeO2 14.41
    Gd2O3 10.40
    nd 1.7523 1.6998 1.7233 1.7145 1.7595 1.7369 1.7387 1.7674 1.7969 1.7481 1.80614
    vd. 51.8 58.8 56.8 55.8 50.2 53.0 53.8 52.2 46.7 52.3 45.9
    Tabelle 1 (Fortsetzung)
    23 24 25
    Beispiel Nr.
    B2O3 28.28 23.94 30.82
    La2O3 42.34 42.75 39.09
    Yb2O3 13.37 11.53 9.54
    F 3.45 3.54 4.07
    SiO2 0.41
    Li2O 0.54 0.54
    Na2O 1.56
    K2O 1.44
    MgO 0.82 0.82
    CaO 0.61 0.94
    SrO 2.12
    BaO 0.46 0.62
    ZnO 1.43 4.05 7.34
    PbO 1.60
    Y2O3 2.20 3.20 9.54
    ZrO2 1.05
    Ta2O5 5.01 1.36
    Nb2O5 3.67
    WO3 1.36 1.36
    Al2O3
    nd 1.7341 1.7486 1.7001
    vd 53.6 52.3 58.9
    Gemäß der vorliegenden Erfindung kann optische Glas mit einem hohen Brechungsindex und niedriger Streuung, insbesondere optisches Glas mit einem Brechungsindex (nd) von 1,69 bis 1,81 und einer Abbe'schen Zahl (vd) von 45 bis 59 stabil im industriellen Maßstab hergestellt werden.

Claims (4)

  2. Optisches Glas mit hohem Brechungsindex und niedriger Streuung P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Optisches Glas mit hohem Brechungsindex und geringer Streuung, frei von Thorium und Cadmium, das folgende Zusammensetzung in Gew.-% besitzt: B203 20 - 37 La203 34 - 60 Yb2O3 1 - 32 F 0,1 - 7 SiO2 0 - 3 R20 0 - 6 (R20 ist eines oder eine Kombination von zwei oder mehreren von Li20, Na2O und K20) RO 0 - 18 (RO ist eines oder eine Kombination von zwei oder mehreren von MgO, CaO, SiO, BaO und ZnO) Y203 o - 23 ZrO2 0 - 11 Ta203 0 - 12 Nb2O5 0 - 5 PbO O - 6 WO3 0 - 10 Al2O3 0 - 4 TiO2 0 - 5 GeO2 0 - 16 Gd2O3 0 - 12 (Der Fluorgehalt zeigt die Höhe der Substitution mit Sauerstoff, wenn Glas 100 % ist) 2. Optisches Glas gemäß Anspruch 1, wobei der Gehalt an F 0,5 - 7 Gew.-% beträgt.
  3. 3. Optisches Glas gemäß Anspruch 1 mit folgender Zusammensetzung: B203 24 - 37 Gew.-% La203 35 - 50 t Yb203 5 - 15 F 0,1 - 4,1 CaO 0 - 6 SrO 0 - 2 BaO 0 - 8 ZnO 0 - 8 Y2O3 0 - 11 ZrO2 0 - 7 Ta2O5 0 - 12 Nb205 0 - 5 GeO2 0 - 16 Gd2O3 0 - 12
  4. 4. Optisches Glas gemäß Anspruch 1 mit folgender Zusammensetzung: B203 26 - 37 Gew.-% La2O3 35 - 50 Yb2O3 9 - 15 F 0,1 - 2,5 SrO 0 - 2 BaO 0 - 3 ZnO 0 - 6 Y2O3 0 - 7 ZrO2 0 - 7
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