DE69010794T2 - Fluorborsilikatglas und beschichteter Gegenstand. - Google Patents

Fluorborsilikatglas und beschichteter Gegenstand.

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Description

    Einleitung
  • Die Erfindung betrifft Fluorborsilikatgläser mit physikalischen Eigenschaften, die sie insbesondere zur Verwendung als Mantelgläser für Glasfasern mit einem Mantel geeignet machen. Eine spezifische Anwendung ist die Herstellung von Bündein optischer Fasern zur Verwendung als optische Elemente bei Nachtsichtgeräten.
  • Diese Bündel optischer Fasern sind aus Mantelfasern mit einer hohen numerischen Apertur (N.A.) zusammengesetzt, wobei sich der Wert der numerischen Apertur l nähert und bevorzugt 1 ist. Die numerische Apertur ist eine Funktion der Brechungsindices zweier Gläser, die als Kern- und Mantelgläser in einer optischen Faser verwendet werden. Die numerische Apertur wird definiert durch die Gleichung
  • N.A. = (N&sub1;² - N&sub2;²)1/2,
  • wobei N&sub1; und N&sub2; die Brechungsindices der Kern- bzw. Mantelgläser darstellen.
  • Es ist sofort offensichtlich, daß, um eine hohe numerische Apertur zu erhalten, Gläser mit sehr unterschiedlichen Brechungsindices verwendet werden müssen. Es muß jedoch ebenfalls auf eine Anzahl anderer physikalischer Eigenschaften geachtet werden. Um eine starke Mantelfaser zu bilden, die keine Fehler wie Risse, Schlieren, Kristalle und Gasbläschen aufweist, müssen die Kern- und Mantelgläser während der Abdichtung (sealing), den erneuten Auszieh- und den Kühlschritten kompatibel sein. Dies heißt, daß auf Eigenschaften wie den Wärmeausdehnungskoef fizienten, den Glaserweichungspunkt, die Neigung zur Phasentrennung, die Glasviskosität und die Neigung zur Entglasung geachtet werden muß.
  • Entsprechend der bisherigen Herstellungsweise wurden Bündel optischer Fasern für Nachsichtgeräte durch ein aus mehreren Schritten bestehendes Verfahren hergestellt. Ein geeignetes Kernglas wird zu runden Strängen gegossen, und ein Mantelglas wird zu einem Rohr gezogen. Ein Strang wird anschließend der Länge nach in das Rohr gegeben, und die Gläser werden als Mantelrohr oder Mantelfaser ausgezogen. Die Mantelfasern werden der Länge nach zu BündeIn gepackt und erneut wiederausgezogen. Nachdem der Wiederausziehschritt erneut wiederholt wurde, wird eine Anzahl der entstandenen Bündel unter Druck zusammenverschmolzen, um einen Block zu bilden. Von diesem Block werden dann entweder Frontplatten oder Bildumkehrelemente abgeschnitten und an beiden Enden zur Verwendung in Nachtsichtbrillen poliert. In dieser am Ende erhaltenen Form besteht eine Frontplatte oder ein Umkehrelement aus tausenden von Fasern, wobei jede einen Durchmesser in der Größenordnung von um aufweist.
  • Die anhängige Patentanmeldung S.N. 278 853, angemeldet am 2. Dezember 1988 als Continuation-in-part-Anmeldung der Anmeldung mit der Seriennummer 111 217, angemeldet am 22. Oktober 1987, offenbart eine Familie von Fluorborsilikatgläsern. Diese Gläser sind insbesondere zur Aufnahme in ein Bündel optischer Fasern als Mantelgläser für Mantelglasfasern geeignet. Diese Glasfamilie weist eine Zusammensetzung in einem Bereich auf, der im wesentlichen, ausgedrückt in Gew.-%en, besteht aus 35-52% SiO&sub2;, 8-23% Al&sub2;O&sub3;, wobei SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; wenigstens 53% betragen, 10-23% B&sub2;O&sub3;, 15-19% K&sub2;O, wobei B&sub2;O&sub3; + Al&sub2;O&sub3; nicht über 36% liegen, 0-8% Na&sub2;O, 0-5% Erdalkalimetalloxide (RO), und sie, erhalten durch Analyse, 6-12% F enthalten. Die Gläser weisen Brechungsindices von nicht mehr als etwa 1,45 und lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als etwa 120 x 10&supmin;&supmin; &sup7;/ºC auf. Ein besonderes Merkmal dieser Gläser ist ihre Fähigkeit, in Verbindung mit einem Silikatglas mit einem hohen Bleigehalt, direkt aus den Schmelzen zu einer Mantelfaser mit einer numerischen Apertur gezogen zu werden, die gleich 1 ist oder sich einer numerischen Apertur von 1 annähert.
  • Die in der oben näher bezeichneten anhängigen Anmeldung offenbarten Glasfamilien wiesen im allgemeinen die Eigenschaften und Fähigkeiten auf, die erforderlich sind, um Mantelfasern mit der erwünschten hohen numerischen Apertur erfolgreich direkt zu ziehen. Es traten jedoch Probleme bei der Entwicklung kommerzieller Verarbeitungsverfahren zur Herstellung von Produkten wie Nachtsichtvorrichtungen auf. Es wurde insbesondere festgestellt, daß die mechanische Festigkeit nur gering war. Die Fasern neigten deshalb dazu, zu brechen, wenn sie nicht sehr vorsichtig behandelt wurden.
  • Aufgaben
  • Es ist demnach eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, Mantelglasfasern derjenigen Art und mit solchen Eigenschaften bereitzustellen, wie sie in der oben erwähnten früheren Anmeldung beschrieben sind; diese Mantelglasfasern sollen jedoch eine verbesserte mechanische Festigkeit aufweist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Familie von Fluorborsilikatgläsern bereitzustellen, die Wärmeausdehnungskoeffizienten von unter 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC und Brechungsindices von unter 1,465 aufweist.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Familie von Mantelgläsern bereitzustellen, die solche Eigenschaften aufweisen, daß Mantelfasern direkt aus den anliegenden Glasschmelzen gezogen werden können.
  • Außerdem ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Familie von Fluorborsilikat-Mantelgläsern bereitzustellen, die mit Bleisilikat-Kerngläsern mit hohen Brechungsindices kompatibel sind.
  • Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mantelglasfasern bereitzustellen, die Biegefestigkeiten in der Größenordnung von 2O ksi oder darüber aufweisen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden dadurch gelöst, daß eine Familie von Fluorborsilikatgläsern bereitgestellt wird, die Zusammensetzungen aufweist, die, ausgedrückt in Gew.-%en, im wesentlichen bestehen aus 48-55% SiO&sub2;, 7-12% Al&sub2;O&sub3;, über 23%, jedoch nicht über 28% B&sub2;O&sub3;, 7-9% Na&sub2;O, 0- 2,5% K&sub2;O, und die, im Ansatz, 6-10% F enthalten. Die Gläser weisen Brechungsindices von nicht mehr als etwa 1,465 und lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als etwa 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC auf. Arsen- und Antimonoxide können in Mengen von bis zu 2% zum Zwecke der Läuterung enthalten sein. Jedoch sollten Li&sub2;O, Erdalkalimetalloxide (RO) und refraktäre Oxide wie ZrO&sub2; vermieden werden.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Mantelfaser bereitgestellt, die eine numerische Apertur aufweist, die gleich 1 ist oder sich dem Wert 1 annähert, wobei das Mantelglas ein Fluorborsilikat mit einer Zusammensetzung ist, die, ausgedrückt in Gew.-%en, im wesentlichen besteht aus 48-55% SiO&sub2;, 7-12% Al&sub2;O&sub3;, über 23%, jedoch nicht über 28% B&sub2;O&sub3;, 7-9% Na&sub2;O, 0-2,5% K&sub2;O und die, im Ansatz, 6-10% F enthält. Das Glas weist einen Brechungsindex von nicht mehr als etwa 1,465 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als etwa 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC auf.
  • Das Kernglas kann ein Bleisilikatglas mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,76 sein. Bleisilikatgläser, die insbesondere als Kerngläser geeignet sind, bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Gew.-%en, aus 63-72% PbO, 26-32% SiO&sub2;, 0-6% BaO, wobei der PbO + BaO Gehalt 66-72% beträgt, 0-2% CaO, wobei BaO + CaO 0-6% sind, 0-5% Al&sub2;O&sub3;, 0-5% Na&sub2;O, 0-3% K&sub2;O und 0-2% As&sub2;O&sub3;, wobei das Glas einen Brechungsindex von 1,76-1,78 aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung umfaßt weiterhin ein Nachtsichtgerät mit einem Bündel optischer Fasern, das aus Mantelfasern zusammengesetzt ist, worin das Mantelglas eine Zusammensetzung aufweist, die, ausgedrückt in Gew. -%en, im wesentlichen besteht aus 48-55% SiO&sub2;, 7-12% Al&sub2;O&sub3;, über 23%, jedoch nicht über 28% B&sub2;O&sub3;, 7-9% Na&sub2;O, 0-2,5% K&sub2;O und die, im Ansatz, 6-10% F enthalten. Das Glas weist einen Brechungsindex von nicht mehr als etwa 1,465 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als etwa 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC auf.
  • Stand der Technik
  • Ein Artikel von Fraser und Upton im Journal of the American Ceramic Society, 27, 121-128 (1944) mit dem Titel "Optical Fluor-Crown Glasses" beschreibt Untersuchungen über den Einfluß von Veränderungen in der Zusammensetzung auf optische Eigenschaften von Gläsern, die in optischen Elementen verwendet werden. Die veränderlichen Bestandteile der Zusammensetzung waren Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Boroxid, Potasche und Fluor.
  • Die U.S.-Patentschrift Nr. 2 4O7 874 von Fraser offenbart optische Fluorkrongläser, die Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Boroxid, Alkalimetal1oxid und Fluor enthalten.
  • Die U.S.-Patentschrift Nr. 2 433 882 von Armistead offenbart Gläser, die mit Kobalt- und Eisenhalogeniden grün gefärbt waren und die Silicium-, Bor-, Aluminium- und Natrium- und/oder Kaliumoxide mit einer geringfügigen Zugabe an Fluorid enthalten.
  • Die U.S.-Patentschrift mit der Nummer 3 671 380 von Ali et al. offenbart Mantelgläser für Mantelfasern. Die Mantelgläser weisen relative geringe Brechungsindices auf und bestehen aus B&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3; und K&sub2;O.
  • Die U.S.-Patentschrift mit der Nummer 3 764 354 von Ritze offenbart Fluorborsilikatgläser mit geringen Brechungsindices und optischen Wegen, die temperaturunabhängig sind. Die Gläser bestehen im wesentlichen aus SiO&sub2;, B&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3;, Alkalioxid + Fluorid, Sb&sub2;O&sub3; und zusätzlich Fluor.
  • Die U.S.-Patentschrift mit der Nummer 4 102 693 von Owen et al. offenbart photochrome Borsilikatgläser mit dispergierten Silberhalogenidkristallen, die aus SiO&sub2;, B&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3; und Alkalimetalloxid (R&sub2;O) zusammengesetzt sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die beiliegende Zeichnung zeigt eine grafische Darstellung der Viskositäts-Temperatur-Kurven für typische Mantel- und Kerngläser der vorliegenden Erfindung.
  • Allgemeine Beschreibung
  • Es ist bestens bekannt, daß die Festigkeit eines Mantelglaskörpers verstärkt werden kann, wenn zwischen den Gläsern bei der Abkühlung ein Mißverhältnis in der Ausdehnung auftritt. Das Mißverhältnis muß so sein, daß die Ausdehnung, oder tatsächlich die Schrumpfung bei Abkühlung, im Glas, das den inneren Teil des Körpers bildet, größer ist.
  • Das signifikante Mißverhältnis tritt zwischen dem Sollwert des weicheren Glases und der Umgebungs- oder Raumtemperatur auf. Das Mißverhältnis in den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Glases, normalerweise bestimmt über den Bereich von 25-300º C, neigt dazu, dem des längeren Intervalls zu folgen. Derartige Koeffizienzwerte wurden demnach als Leitfaden zur Identifizierung nützlicher Mantelzusammensetzungen verwendet. Erfindungsgemäß wurde eine Familie von Gläsern mit den unterschiedlichen Eigenschaften, die zur Ummantelung erforderlich sind und auch mit niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als diejenigen Gläser, die aus dem Stand der Technik bekannt waren, gesucht.
  • Eine grundlegende Überlegung ist die Möglichkeit, gleichzeitig zwei Gläser direkt aus Schmelzen zu einer Mantelfaser mit einer numerischen Apertur zu ziehen, die gleich 1 ist oder sich in etwa dem Wert 1 annähert. Ein derartiges Zugverfahren wird manchmal als Doppeltiegel- oder Doppelöffnungs-Ziehverfahren bezeichnet. Hiermit wird beispielsweise, in Verbindung mit der Herstellung von Widerstandsrohren, auf die U.S.-Patentschrift mit der Nummer 3 437 974 von Spiegler Bezug genommen. Dieses Verfahren ist in der U.S.-Patentschrift mit der Nummer 3 2O9 641 von Upton und, in bezug auf die komplexere Herstellung von Doppelmantelrohren in der U.S.-Patentschrift mit der Nummer 4 O23 953 von Megles, Jr. et al. beschrieben.
  • Kurz und vereinfacht gesagt wird ein Kernglas in einer zylindrischen Kammer mit einer Auszugsöffnung geschmolzen oder in geschmolzener Form in eine derartige Kammer überführt. Diese Kammer ist von einer zweiten, konzentrischen, zylindrischen Kammerwand umgeben, die von der ersten Kammer beabstandet ist. Das Mantelglas wird in dieser zweiten Kammer geschmolzen oder in diese zweite Kammer überführt, wobei diese Kammer ebenfalls eine Auszugsöffnung aufweist, die zur ersten Öffnung konzentrisch angeordnet ist und sie umgibt. Man läßt die zwei Gläser gleichzeitig herausfließen und sich miteinander vereinigen, um das gewünschte Mantelrohr in ausgezogener Form zu bilden.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung einer Familie von Fluorborsilikat-Mantelgläsern, die die verschiedenen Anforderungen zur Herstellung starker Mantelfaser erfüllen. Diese Mantelgläser weisen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC, und bevorzugt von unter 70 x 10&supmin;&sup7;/ºC, auf. Weiterhin weisen sie Temperatur-Viskositätseigen schaften auf, die es möglich machen, daß sie erfolgreich in Verbindung mit Bleisilikat-Kerngläsern gezogen werden können.
  • Die Bleisilikat-Kerngläser weisen im allgemeinen Brechungsindices von etwa 1,76-1,78 und Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Größenordnung von wenigstens 75 x 10&supmin;&sup7;/ºC, und bis zu etwa 100 x 10&supmin;&sup7;/ºC, auf. Gläser, die zur Verwendung für das vorliegende Wiederauszugsverfahren besonders geeignet sind, bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Gew.-%en, aus 63-72% PbO, 26- 32% SiO&sub2;, 0-6% BaO, wobei der PbO + BaO Gehalt 66-72% beträgt, 0-2% CaO, wobei der Anteil an BaO + CaO 0-6% beträgt, 0-5% Al&sub2;O&sub3;, 0-5% Na&sub2;O, 0-3% K&sub2;O und 0-2% As&sub2;O&sub3;.
  • Die erfindungsgemäßen Mantelgläser müssen verschiedene Anforderungen erfüllen. Zunächst erfordert eine numerische Apertur von 1, wie oben bereits ausgeführt wurde, einen großen Unterschied in den Brechungsindices der Kern- und Mantelgläser. Beispielsweise ist ein Kernglas von etwa 1,775 mit einem Mantelglas mit einem Index von etwa 1,465 erforderlich. Im Falle einer Minimaldifferenz, das heißt bei Indices von 1,76 (Kernglas) und 1,465 (Mantelglas), wird die numerische Apertur etwa 0,975 betragen.
  • Der Liquidus des Mantelglases sollte wenigstens unterhalb der Ziehtemperatur des Kernglases liegen. Weiterhin sollten die Viskositäten der Kern- und Mantelgläser vernünftig nahe bei der Formungs- oder Ziehtemperatur liegen. Diese Annäherung bei den Viskositätswerten erleichtert die nachfolgende Fusion der Fasern zu BündeIn zum Wiederausziehen, wodurch die Notwendigkeit eines Intermediat-Glases oder eines Flusses vermieden werden kann. Es ist deshalb allgemein wünschenswert, daß die zwei Gläser Viskositäten von etwa 10&sup4;-10&sup6; Poise bei der Ziehtemperatur aufweisen, bevorzugt Viskositäten von etwa 10&sup5; Poise.
  • Die Gläser müssen miteinander während des Ziehens allgemein kompatibel sein. Sie sollten deshalb nicht anfällig sein für eine Entglasung, für eine Blasenbildung oder irgendeine andere Wechselwirkung an ihrer Grenzfläche.
  • Schließlich ist es, wie vorher bereits ausgeführt wurde, allgemein wünschenswert, daß das Mantelglas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der unter dem des Kernglases liegt. Bevorzugt ist der Koeffizient des Mantelglases wenigstens 10 x 10&supmin;&sup7;/ºC geringer als der des Kernglases.
  • Insbesondere weisen die erfindungsgemäßen Mantelgläser einen Brechungsindex von nicht mehr als etwa 1,465, einen Erweichungspunkt von unter etwa 600º C, eine Viskosität von 10&sup4;-10&sup6; Poise bei der Ziehtemperatur und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als etwa 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC, bevorzugt von unter 70 x 10&supmin;&sup7;/ºC, auf. Die Familie der erfindungsgemäßen Gläser, die diese Eigenschaften aufweist, besteht im wesentlichen, ausgedrückt in Gew.-%en und berechnet aus dem Ansatz, aus 48-55% SiO&sub2;, 7-12% Al&sub2;O&sub3;, über 23%, jedoch nicht über 28% B&sub2;O&sub3;, 7-9% Na&sub2;O, 0-2,5% K&sub2;O und 6-10% F (als Ansatz). Während des Schmelzens geht unvermeidlich etwas an Fluor verloren, so daß die analysierten Werte bei etwa 4-8% F liegen.
  • Diese Grenzen der Zusammensetzung bei den verschiedenen Glasbestandteilen sollten sorgfältig eingehalten werden. Demnach ist wenigstens 4% Fluor, bestimmt durch Analyse, notwendig, um einen Erweichungspunkt von unter 600º C und einen geringen Brechungsindex von unter 1,465 beizubehalten. Im allgemeinen ist eine Menge von mehr als etwa 8% unerwünscht, weil sie einen nachteiligen Einf luß auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten ausübt. Um analysierte Mengen von 4-8% F bereitzustellen, sollten etwa 6-10% in den Glasansatz aufgenommen werden. Selbstverständlich hängt die Menge, die durch Verdampfung verloren geht, etwas von den anderen Bestandteilen und von den Schmelzbedingungen ab.
  • Al&sub2;O&sub3; dient offensichtlich dazu, das Fluor zu stabilisieren und es während des Schmelzens im Glas zu behalten. Der Ersatz von SiO&sub2; entweder durch Al&sub2;O&sub3; oder durch B&sub2;O&sub3; weist keinen signifikanten Einfluß auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten oder den Brechungsindex auf. Eine Zugabe eines dieser Oxide innerhalb der angegebenen Bereiche führt zum Erweichen des Glases, und hierdurch werden die unteren Grenzen für diese Bereiche bestimmt.
  • Der Einfluß, den eine Veränderung des Gehalts an Alkalimetalloxid ausübt, ist signifikant. Gläser, die weniger als etwa 7% Na&sub2;O enthalten, neigen dazu, zu hart zu sein, das heißt sie weisen einen Erweichungspunkt von mehr als 600º C auf. Andererseits erhöht eine Menge von mehr als etwa 9% Na&sub2;O den Brechungsindex unmäßig. Der allgemeine Einfluß, der durch das Ersetzen von Na&sub2;O durch eine äquivalente Menge an K&sub2;O ausgeübt wird, liegt in der Erhöhung des Erweichungspunktes und des Wärmeausdehnungskoeffizienten, während der Brechungsindex leicht abnimmt. Das Vorliegen entweder von Lithiumoxid (Li&sub2;O) oder der Erdalkalimetalloxide (RO) bewirkt ein Opalglas, und ihr Vorliegen sollte deshalb vermieden werden.
  • Zur Läuterung kann entweder Antimonoxid oder Arsenoxid zugegeben werden. In geringen Mengen weisen diese Oxide keinen oder nur einen geringen Einfluß auf die Glaseigenschaften auf.
  • Spezielle Beispiele
  • Die Erfindung wird weiterhin unter Bezugnahme auf die in Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen für verschiedene Mantelgläser veranschaulicht. Die Zusammensetzungen sind auf Oxidbasis angegeben, wobei das Fluor getrennt hiervon auf der Basis des Elements angegeben ist. Es wird jedoch davon ausgegangen, daß Fluor in einen Glasansatz in Form von Fluoriden, zum Beispiel Aluminium- und/oder Kaliumfluoriden, aufgenommen wird, und es in die Glasstruktur anstelle des Sauerstoffs eintritt.
  • Die Zusammensetzungen sind in Gewichtsteilen angegeben. Da jede Zusammensetzung ungefähr 100 ergibt, können die einzelnen Mengen als Gew.-%e angesehen werden.
  • Ein jeder Zusammensetzung entsprechender Glasansatz wurde gemischt. Die Ansätze wurden in zugedeckten Platintiegeln 4-6 Stunden lang bei Temperaturen geschmolzen, die im Bereich von 1250-1350º C variierten, je nachdem, welche Temperatur zum erfolgreichen Schmelzen erforderlich war. Die Schmelzen wurden in Formen gegossen, um 15 cm x 15 cm (6 inch x 6 inch) große Stücke zu bilden, die abgekühlt wurden. Die Stücke wurden in Abschnitte unterteilt und zur Messung verschiedener physikalischer Eigenschaften vorbereitet. Die gemessenen Werte sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben. Ref. Ind. steht für den Brechungsindex. C.T.E. bedeutet Wärmeausdehnungskoeffizient, ausgedrückt in x 10&supmin;&sup7;/ºC. Soft. Pt. steht für den Erweichungspunkt in ºC. Der innere Liquiduswert für ausgewählte Beispiele ist durch Liq. Int. in ºC angegeben. Tabelle I F (analysiert) Soft Pt. Ref. Ind. Liq. Int.
  • Um zu veranschaulichen, wie geringe Veränderungen in der Zusammensetzung, die außerhalb der beschriebenen Bereiche liegen, die Eigenschaften verändern können, sind in der unten angegebenen Tabelle II die Zusammensetzungen und die Eigenschaften von 6 weiteren Gläsern angegeben. Tabelle II F (analysiert) Soft. Pt. Ref. Ind.
  • Die Tabelle III zeigt Zusammensetzungen für 4 Gläser (Beispiele 13-16), die insbesondere für Kerngläser geeignet sind, als auch Beispiele für 2 Gläser (Beispiele 17 und 18), die ungeeignet sind. In der Tabelle III sind, wie in den Tabellen I und II, die physikalischen Eigenschaften aufgenommen, einschließlich des oberen Kühlpunktes (Ann.) und des unteren Kühlpunktes (Str.) in ºC und der Innen-Liquidustemperatur (Int. Liq.), ebenfalls in ºC.
  • Es besteht die Tendenz, daß in diesen Gläsern eine gewisse Reduktion zu metallischem Blei auftritt. Da dies zu einer Erniedrigung des Brechungsindexes führt, ist es wünschenswert, während des Schmelzens oxidierende Bedingungen beizubehalten, beispielsweise durch Verwendung von Nitraten als Ansatzmaterialien. Tabelle III Int. Liq.
  • Der hohe K&sub2;O-Gehalt in Beispiel 17 und der hohe CaO-Gehalt in Beispiel 18 scheint die Liquidustemperatur stark zu erhöhen. Dies störte das Ziehen der Mantelfaser, die durch Schmelzen der Kern- und Mantelgläser in einer Doppeltiegel-Vorrichtung hergestellt wurde, die im großen und ganzen derjenigen Vorrichtung glich, die in der oben erwähnten US-Patentschrift von Upton beschrieben wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine graphische Darstellung der Viskositäts-Temperatur-Kurven für eine bevorzugte Kombination aus Mantel- und Kerngläsern. Die Glasviskosität ist in Poise auf der vertikalen Achse in Form einer logarithmischen Skala aufgetragen. Die Temperatur ist in ºC auf der horizontalen Achse in Form einer normalen Einteilung aufgetragen.
  • Die Kurve A basiert auf Werten für ein Mantelglas mit der Zusammensetzung des Beispiels 1 in Tabelle I. Die Kurve B basiert auf Werten für ein Kernglas mit der Zusammensetzung des Beispiels 15 in Tabelle III. Der Innenliquidus für jedes Glas wird auf seiner Kurve angegeben. Diese Werte liegen ausreichend unter der Formgebungstemperatur, die etwas über 800ºC liegt.
  • Die durch diese Glaskombination bereitgestellte numerische Apertur beträgt 1,005. Das Mißverhältnis in den Ausdehnungskoeffizienten (25O0bis 300ºC) beträgt 14 x 10&supmin;&sup7;/ºC. Eine Mantelfaser, die aus diesen Gläsern gezogen wird, weist ein nicht abgeriebenes (unabraded) Bruchmodul von 21,5 + 4,5 ksi auf.
  • Eine Prüfung durch Mikrosonde und durch Lichtmikroskopie ergab weder einen Anhaltspunkt für eine Diffusion an der Grenzfläche noch für eine Reaktion oder für eine Fehlerbildung. Die aus diesen Gläsern zusammengesetzten Mantelfasern können einfach, wie früher bereits beschrieben wurde, verarbeitet werden, um Umkehrelemente für Nachtsichtgeräte zu bilden. Demnach kann ein Faserbündel erhitzt, gezogen, erneut gebündelt, wiederum gezogen, gebündelt und zusammengeschmolzen werden, um einen Block zum Schneiden und Polieren zu bilden. Der entstandene Körper wird fest sein, gute Transmissionseigenschaften aufweisen und keine Anzeichen einer Reaktion oder einer Fehlerbildung während der Wärmebehandlung zeigen.

Claims (8)

1. Fluorborsilikat-Mantelglas, das, ausgedrückt in Gew.-%en, eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen besteht aus 48-55% SiO&sub2;, 7-12% Al&sub2;O, über 23%, jedoch nicht über 28% B&sub2;O&sub3;, 7-9% Na&sub2;O, 0-2,5% K&sub2;O, und das, ermittelt durch Analyse, 4-8% F enthält, wobei das Glas einen Brechungsindex von nicht mehr als etwa 1,465 und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 80 x 10&supmin;&sup7;/ºC und einen Erweichungspunkt von nicht mehr als 600º C aufweist.
2. Fluorborsilikat-Mantelglas nach Anspruch 1, das im wesentlichen kein Li&sub2;O und keine Erdalkalimetalloxide enthält.
3. Fluorborsilikat-Mantelglas nach Anspruch 1, das im wesentlichen aus 53,6% SiO&sub2;, 8,0% Al&sub2;O&sub3;, 24,2% B&sub2;O&sub3;, 8,2% Na&sub2;O und 4,3% F besteht.
4. Mantelglasfaser, die eine numerische Apertur von etwa 1 aufweist und die zusammengesetzt ist aus einem Fluorborsilikat-Mantelglas und einem Bleisilikat-Kernglas, wobei das Mantelglas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von nicht mehr als 8O x 10&supmin;&sup7;/ºC aufweist, der Wärmeausdehnungskoeffizient des Mantelglases kleiner ist als der des Kernglases und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Kernglases wenigstens 75 x 10&supmin;&sup7;/ºC beträgt, die Mantelglaszusammensetzung im wesentlichen aus 48-55% SiO&sub2;, 7-12% Al&sub2;O&sub3;, mehr als 23%, jedoch nicht mehr als 28% B&sub2;O&sub3;, 7-9% Na&sub2;O, 0-2,5% K&sub2;O, 4-8% analysiertem F besteht und einen Brechungsindex von nicht mehr als etwa 1,465 aufweist.
5. Mantelglasfaser nach Anspruch 4, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Mantelglases wenigstens 10 x 10&supmin;&sup7;/ºC geringer ist als der des Kernglases.
6. Mantelglasfaser nach Anspruch 4, wobei das Kernglas eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen, ausgedrückt in Gew.-%en, besteht aus 63-72% PbO, 26-32% SiO&sub2;, 0-2% CaO, 0-6% BaO, wobei der Gesamtgehalt PbO + BaO 66-72% ist und der BaO + CaO Anteil 0-6% beträgt, 0-5% Al&sub2;O&sub3;, 0-5% Na&sub2;O und 0-3% K&sub2;O.
7. Mantelglasfaser nach Anspruch 4, wobei das Kernglas einen Brechungsindex von 1,76-1,78 aufweist.
8. Verwendung der Mantelglasfaser nach einem der Ansprüche 4-7 in einem Nachtsichtgerät, das eine Vielzahl von Kernglasfasern enthält, die in einem Bündel zusammengebunden sind, wobei jede Mantelglasfaser aus dem Kernglas und einem Mantelglas zusammengesetzt ist und einen Erweichungspunkt von nicht mehr als 600º C aufweist.
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