DE69300205T2 - Gläser mit höhem Brechnungsindex und niedriger Dichte. - Google Patents
Gläser mit höhem Brechnungsindex und niedriger Dichte.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft Glas-Zusammensetzungen für die Fertigung Von Linsen zur optischen und/oder ophthalmischen Verwendung mit einem höheren Brechungsindex (nd) als 1,88, einer niedrigen Dispersion (einer Abbe-Zahl gleich oder größer als 29) und einer niedrigeren Dichte als 4,1.
- Für stark korrigierende Brillengläser erlaubt die Verwendung eines Glases mit einem Brechungsindex von etwa 1,9, im Vergleich zu Gläsern mit einem niedrigeren Brechungsindex (beispielsweise 1,7) und der gleichen Brechkraft eine beträchtliche Verminderung der Dicke an der Kante (wenn es sich um Linsen negativer Brechkraft handelt) und in der Mitte (wenn es sich um Linsen positiver Brechkraft handelt).
- Dies macht für den Träger der Brille einen unbestreitbaren Vorteil aus, insbesondere im Falle starker Korrekturen (> 6 Dioptrien). Es ist auch bekannt, daß die Erhöhung des Brechungsindex im allgemeinen von einer Verschlechterung der anderen, für das Glas charakteristischen Eigenschaften begleitet ist, und insbesondere nimmt die Dichte zu. Damit ein Glas mit einem hohen Index die obenerwähnten Vorteile der Bequemlichkeit beizubehalten vermag, ist es notwendig, daß seine Dichte nicht zu hoch ist. Ein anderer Nachteil, der oft mit der Erhöhung des Index verbunden ist, ist die Zunahme der Dispersion (oder der Erniedrigung der Abbe-Zahl).
- Infolge der obenerwähnten und noch anderer, die Toxizität und die Kosten betreffender Zwänge ist es schwierig, befriedigende Glas-Zusammensetzungen mit hohem Brechungsindex zu finden.
- Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind trotzdem in dieser Beziehung erfolgreich gewesen und haben neue, zur Familie der Lanthanborate gehörende Glas-Zusammensetzungen gefunden, die, im Gegensatz zur Mehrzahl der anderen bekannten Gläser dieser Familie, Schwermetalloxide wie Ta&sub2;O&sub5; oder Pbo oder toxische Metalloxide wie ThO&sub2; oder CdO oder sehr kostspielige Oxide wie Gd&sub2;O&sub3; oder HfO&sub2; nicht enthalten.
- Genauer betrifft die Erfindung Gläser, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie einen höheren Brechungsindex als 1,880, eine Abbe-Zahl von wenigstens 29, eine niedrigere Dichte als 4,1, eine niedrige Tendenz zur Kristallisation und eine integrierte Durchlässigkeit von 380 bis 800 nm - bei einer Dicke von 10 mm - von mehr als 79 % zeigen, wobei diese Gläser die folgende chemische Basis-Zusammensetzung, ausgedrückt als Gew.-% auf Oxid-Basis, haben:
- Die obengenannten Bereiche der Anteile für die Glas-Bestandteile sind sehr wichtig für die Erzielung der physikalischen und chemischen Eigenschaften, die für die ins Auge gefaßte Anwendung erforderlich sind.
- Insbesondere die Einführung von SiO&sub2; in die Zusammensetzung ermöglicht, daß die Viskosität an der Liquidus-Kurve leicht erhöht und die chemische Haltbarkeit verbessert wird. Ein höherer SiO&sub2;-Gehalt als 5 % ist notwendig, um eine gute Haltbarkeit des Glases sicherzustellen. Der maximale SiO&sub2;-Gehalt darf 8 % nicht überschreiten, den Wert, jenseits dessen das Glas die Neigung hat zu kristallisieren.
- Bei einem B&sub2;O&sub3;-Gehalt von weniger als 15 % ist die Zusammensetzung nicht sehr stabil im Hinblick auf eine Entglasung, und jenseits von 21 % ist es unmöglich, die erwarteten hohen Indices zu erreichen.
- Unter den einen großen Beitrag zum Brechungsindex leistenden Oxiden wie ZrO&sub2;, TiO&sub2; und Nb&sub2;o&sub5; muß ein solcher Kompromiß zwischen den Mengen dieser drei Elemente gefunden werden, um die beanspruchten Eigeschaften aufrechtzuerhalten.
- Die Anwesenheit von ZrO&sub2; erlaubt die Erhöhung der Viskosität an der Liquidus-Kurve. Ein ZrO&sub2;-Gehalt von mehr als 3 % trägt zur chemischen Stabilität des Glases bei und verbessert die Haltbarkeit, jedoch die Neigung zur Entglasung wird für Gehalte von mehr als 10 % betont. ZrO&sub2; zeigt den Nachteil der Erhöhung der Dichte des Glases.
- TiO&sub2; ermöglicht im Gegensatz dazu die Einstellung des besten Kompromisses zwischen Index und Dichte, und ein höherer TiO&sub2;- Gehalt als 7 % ermöglicht die Aufrechterhaltung einer niedrigen Dichte; bei hohen Gehalten nimmt jedoch die Durchlässigkeit des Glases im Bereich des sichtbaren Lichtes ab; eine als Funktion des TiO&sub2;-Gehaltes mehr oder weniger ausgeprägte charakteristische gelbe Tönung wird beobachtet, und die Abbe-Zahl nimmt rasch ab. Dies ist der Grund, warum sein Gehalt 17 Gewichtsprozent nicht überschreiten darf.
- Nb&sub2;O&sub5; ermöglicht ebenfalls eine Erhöhung des Brechungsindex ohne eine übermäßige Senkung der reziproken relativen Dispersion (Abbe-Zahl); es erweist sich aus diesem Grunde als attraktiv, im Vergleich zu TiO&sub2;, trotz seines hohen Preises. Sein Gehalt darf jedoch 26 % nicht überschreiten, um eine Entglasung des Glases zu vermeiden.
- Ein Nb&sub2;O&sub5;-Gehalt von wenigstens 20,5 % muß eingehalten werden, um eine gute Haltbarkeit sowie eine verminderte Tönung und einen guten Wert der Licht-Durchlässigkeit zu erhalten.
- Dadurch, daß der Gesamt-Gehalt von ZrO&sub2;, TiO&sub2; und Nb&sub2;O&sub5; zwischen 29 und 45 Gewichtsprozent gehalten wird, ist es möglich, einen guten Kompromiß zwischen den Durchlässigkeits/Haltbarkeits- Eigenschaften sicherzustellen.
- La&sub2;O&sub3; zählt ebenfalls zu den Oxiden, die, in gleicher Weise wie ZrO&sub2;, TiO&sub2; und Nb&sub2;O&sub5;, die oben betrachtet wurden, einen großen Beitrag zum Brechungsindex leisten. Es ist jedoch diese Verbindung, die den besten Kompromiß Index-Dispersion bietet. Aus diesem Grunde muß sie in dem Glas in einem Anteil von wenigstens 19 Gew.-% vorliegen. Ihr Gehalt darf 32 Gew.-% nicht überschreiten, da ein Zusatz von La&sub2;O&sub3; darüber hinaus in verhängnisvoller Weise Abweichungen in bezug auf die Dichte und die Entglasung des Glases bewirkt.
- Y&sub2;O&sub3; kann wahlweise in das Glas eingeführt werden, um die reziproke relative Dispersion (Abbe-Zahl) zu erhöhen und die chemische Stabilität zu verbessern. Wegen seines hohen Preises bevorzugt man jedoch, es in dem Glas nicht oder nur in einer kleinen Menge zu verwenden. In jedem Fall darf sein Gewichts- Gehalt 9 % nicht überschreiten, da sonst droht, daß man ein Glas erhält, das nicht sehr beständig in bezug auf eine Entglasung ist.
- CaO, SrO, BaO, MgO und ZnO sind zweiwertige Oxide, die in mäßigem Umfang zum Index beitragen.
- CaO, im Gegensatz zu ZnO, SrO und BaO, erlaubt einem, eine übermäßige Erhöhung der Dispersion und der Dichte zu vermeiden. Aus diesem Grunde muß sein Gehalt zwischen 8 und 16 Gew.-% gehalten werden. Ein CaO-Gehalt von wenigstens 8 % ist notwendig, um einen höheren Brechungsindex als 1,88 und gleichzeitig die anderen gewünschten Eigenschaften, insbesondere die Abbe-Zahl, zu erhalten. Er darf jedoch 16 % nicht überschreiten, da sonst eine Abnahme der Säurebeständigkeit und eine Förderung der Entglasung drohen. SrO, BaO und MgO sind wahlfrei und dürfen nicht in einem höheren Anteil als jeweils 5 % anwesend sein. Darüber hinaus muß eine Kombination aus CaO, SrO, BaO und/oder MgO, wenn sie verwendet wird, die folgende Bedingung erfüllen:
- 8 ≤ (CaO + SrO + BaO + MgO) ≤ 16 Gew.-%, damit die obenerwähnten Eigenschaften erhalten werden.
- Genau wie die anderen zweiwertigen Oxide mit Ausnahme von CaO ist ZnO wahlfrei, und sein Gehalt darf 5 Gew.-% nicht übersteigen, damit die Dichte nicht übermäßig erhöht wird.
- Die Oxide der Alkalimetalle, Li&sub2;O, Na&sub2;O und K&sub2;O, mit geringem Beitrag zur Dichte, sind wahlfrei und nur in kleinen Anteilen tolerierbar, da sie zu einer raschen Abnahme des Brechungsindex führen und weiterhin die Haltbarkeit des Glases in einem Säure- Medium beeinträchtigen und seine Entglasung fördern. Demgemäß muß ihr Gehalt bei weniger als 2 Gew.-% aufrechterhalten werden.
- Neben den vorstehenden Bestandteilen kann die Anwesenheit von Arsenik (As&sub2;O&sub3;) und Nitraten wünschenswert sein, um den Zustand der Oxidation-Reduktion des Glases und damit seine Tönung und seine Durchlässigkeit zu optimieren, wie in der Industrie der Glas-Herstellung allgemein bekannt ist.
- Somit kann zu diesem Zweck eine gewisse Menge an Oxiden in Form von Nitraten eingeführt werden, und ein Anteil an As&sub2;O&sub3; von weniger als 0,5 Gew.-% kann als Läuterungsmittel in die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingebracht werden.
- Zur Gewinnung eines Glases mit einer ausgezeichneten Haltbarkeit in einem Säure-Medium, d.h. einem Gewichtsverlust in dem Test nach DIN 12116 von weniger als 4 000 mg/dm², fallen die Anteile der Glas-Bestandteile vorzugsweise in die nachstehend angegebenen Bereiche:
- Die Erfindung wird durch die in Tabelle I angegebenen, nichteinschränkenden Beispiele erläutert. Das bevorzugte Beispiel ist Beispiel Nr. 5. Sämtliche Anteile sind in Gew.-% ausgedrückt.
- Die verschiedenen, das Glas bildenden Oxide werden in Form der nachstehend aufgeführten Gemenge-Materialien zugeführt: Oxide Gemenge-Materialien
- Vorzugsweise wählt man die Gemenge-Materialien so aus, daß die Anwesenheit von Oxiden von Übergangsmetallen soweit wie möglich ausgeschlossen wird, insbesondere von Fe&sub2;O&sub3;, dessen Gesamt- Gehalt vorteilhafterweise auf weniger als 10 ppm gehalten wird, damit das erhaltene Glas eine integrierte Durchlässigkeit innerhalb der oben definierten Grenzen zeigt.
- Nach dem Wägen werden die verschiedenen Gemenge-Materialien nach gängigen Techniken vermischt. Die Mischung wird dann in einem Platin-Tiegel in einem Ofen auf eine Temperatur von etwa 1200 ºC gebracht. Wenn sie vollständig geschmolzen ist, wird die Temperatur der Schmelze zur Homogenisierung und Läuterung auf etwa 1250 ºC bis 1300 ºC gebracht. Die Glas-Schmelze wird dann auf eine Temperatur abgekühlt, die einer für das Formen und Gießen in Form eines Stabes geeigneten Viskosität entspricht.
- Die Gesamt-Dauer des Arbeitsgangs liegt in der Größenordnung von 2 bis 7 h. Nach dem Formen wird das Glas bei etwa 600 ºC bis 650 ºC mit einer Kühlgeschwindigkeit von 60 ºC/h getempert. Die Eigenschaften des Glases werden dann bestimmt, wie nachstehend beschrieben ist.
- Messung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Glases
- Die Messungen des Brechungsindex und der Abbe-Zahl werden unter Anwendung üblicher Methoden an getemperten Proben durchgeführt (für nd wird die gelbe Linie von Hc verwendet). Die Dichte wird mit Hilfe eines Micrometrics Helium-Pyknometers gemessen.
- Die integrierte Durchlässigkeit des Glases von 380 bis 800 nm wird an einer polierten Probe von 10 mm Dicke mit Hilfe eines Spektralphotometers Perkin-Elmer Lambda 9 bestimmt.
- Die Haltbarkeit in einem Säure-Medium wird mittels des Tests gemäß der Norm DIN 12116 geprüft. Er besteht aus der Bestimmung des Gewichtsverlusts einer polierten Probe nach 6 h Eintauchen in siedende 6 N Salzsäure. Der Gewichtsverlust wird in mg/dm² angegeben. Tabelle I Beispiel/Gew.-% Abbe-Zahl Dichte Säure-Haltbarkeit (mg/dm²)
Claims (4)
1. Gläser, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen höheren
Brechungsindex als 1,880, eine Abbe-Zahl von wenigstens
29, eine niedrigere Dichte als 4,1, eine gute chemische
Haltbarkeit und eine niedrige Tendenz zur Kristallisation
und eine integrierte Durchlässigkeit von 380 bis 800 nm -
bei einer Dicke von 10 mm - von mehr als 79 % zeigen,
wobei diese Gläser im wesentlichen, ausgedrückt als Gew.-%
auf Oxid-Basis, bestehen aus
2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es im
wesentlichen, ausgedrückt als Gew.-% auf Oxid-Basis,
besteht aus
3. Gläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
auch bis zu 0,5 Gew.-% As&sub2;O&sub3; enthalten.
4. Gläser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
maximal 10 ppm Fe&sub2;O&sub3; enthalten.
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