Einleitung
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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.
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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
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N.A. = (N&sub1;² - N&sub2;²)1/2,
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wobei N&sub1; und N&sub2; die Brechungsindices der Kern- bzw.
Mantelgläser darstellen.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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Außerdem ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Familie von Fluorborsilikat-Mantelgläsern
bereitzustellen, die mit Bleisilikat-Kerngläsern mit hohen
Brechungsindices kompatibel sind.
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Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Mantelglasfasern bereitzustellen, die Biegefestigkeiten in der
Größenordnung von 2O ksi oder darüber aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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Die U.S.-Patentschrift Nr. 2 4O7 874 von Fraser offenbart
optische Fluorkrongläser, die Siliciumdioxid, Aluminiumoxid,
Boroxid, Alkalimetal1oxid und Fluor enthalten.
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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.
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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.
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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.
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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
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Die beiliegende Zeichnung zeigt eine grafische Darstellung der
Viskositäts-Temperatur-Kurven für typische Mantel- und
Kerngläser der vorliegenden Erfindung.
Allgemeine Beschreibung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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;.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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Die Zusammensetzungen sind in Gewichtsteilen angegeben. Da
jede Zusammensetzung ungefähr 100 ergibt, können die einzelnen
Mengen als Gew.-%e angesehen werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.