DE946008C

DE946008C - Transparentes optisches Glas

Info

Publication number: DE946008C
Application number: DEP29222A
Authority: DE
Inventors: William Houston Armistead
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1946-05-27
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1956-07-19
Also published as: GB618656A; FR941882A; US2517459A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 19. JULI 1956

φ 29222 IVc 132b D

ist als Erfinder genannt worden

Transparentes optisches Glas

In einem Vorschlag, der noch nicht zum Stande der Technik gehört, sind cadmiumhaltige optische Gläser beschrieben, die einen hohen Brechungsindex für die D-Linie (η_ΰ) und einen hohen Zerstreuungsindex^) besitzen. Der letztgenannte Wert gibt die effektive Brechung des Glases (nn — i) mit Bezug auf seine mittlere Zerstreuung (η& — n_c) an, d. h. ν = (»χ> — τ) j (tip — n_c). Der y-Wert ist also um so größer, je kleiner die Zerstreuung ist.

Für die Korrektur der chromatischen Aberration in optischen, als anormale Achromate bezeichneten Systemen und zur Ausschaltung ihrer Sekundärspektren ist es erwünscht, ein Glas (Flintglas) mit einem niedrigen »D-Wert mit einem Glas (Kronglas) mit einem höheren «D-Wert zu kombinieren, der mindestens um 0,13 höher ist als der des Flintglases, wobei die v-Werte der beiden Gläser von derselben Größenordnung sind und vorzugsweise der Wert des Kronglases größer als der des Flintglases ist. Bekannte Krongläser, die aus billigen oder leicht beschaffbaren Materialien hergestellt sind, besitzen jedoch nicht den gewünschten hohen »D-Wert.

Der Hauptzweck der-Erfindung ist die Bereitstellung transparenter optischer Gläser von hoher chemischer Beständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die Entglasung und mit einem Brechungsindex für die D-Linie, der größer als no — 1,635 ist· Diese Gläser sollen sich zur Kombination in anormalen Achromaten mit Gläsern eignen, die im wesentlichen denselben i>-Wert, aber einen Brechungsindex (wd) besitzen, der mindestens um 0,13 niedriger ist als der der erstgenannten Gläser.

Ein anderer Zweck ist die Bereitstellung von Gläsern mit einem Brechungsindex für die D-Linie, der größer ist als fin = 1,67.

Ein weiterer Zweck ist die Bereitstellung von Gläsern aus billigen oder leicht beschafibaren Materialien.

Gläser, die die wünschenswerten optischen Eigenschaften haben, sind bisher aus verhältnismäßig großen Mengen von weniger häufig vorkommenden Oxyden hergestellt worden, z. B. insbesondere den 5 Oxyden des Lanthan (vgl. die französische Patentschrift 889 098) und der Metalle der IV. oder V. Gruppe des Periodischen Systems. Erfindungsgemäß werden diese Gläser aus den üblicheren, Glas bildenden Stoffen hergestellt, nämlich aus SiO₂, Boroxyd und alkalisehen Erden. Erfindungsgemäß sind die Oxyde von Be, Ca und Sr besonders geeignet zur Erhöhung des Brechungsindex, ohne die Zerstreuung des Glases wesentlich zu vergrößern. Diese Oxyde sind auch in verhältnismäßig großen Mengen in Boräilikatgläsern verträglicher, als bisher angenommen wurde. Außerdem besitzen die Gläser eine sehr gute chemische Beständigkeit.

Die neuen Gläser bestehen im wesentlichen aus 5 bis 20% SiO₂, 13 bis 30% B₂O₃, 4 bis 10% BeO,

ao 15 bis 55% CaO und gegebenenfalls 0 bis 15% SrO, ο bis 40⁰Z₀BaO, ο bis 40% CdO, 0 bis 15%-PbO und 0 bis 8 °/₀ ZrO₂, wobei die Gesamtmenge der zweiwertigen Metalloxyde 55 bis 73% beträgt. Unter Gesamtmenge der zweiwertigen Metalloxyde sind die im Glas enthaltenen Metalloxyde zu verstehen, unbeachtet ihrer Zusammensetzung.

Für die vorliegenden Zwecke sind nur solche zweiwertigen Metalloxyde brauchbar, die das Glas nicht färben, wie Bleioxyd, und die Oxyde der Metalle der II. Gruppe des Periodischen Systems, nämlich BeO, MgO, CaO, ZnO, SrO, CdO und BaO.

Die Zusammensetzungen der neuen Gläser können innerhalb der genannten Grenzen geändert werden, vorausgesetzt, daß die folgenden Überlegungen beachtet werden. Die höchste Löslichkeit von BeO, ungefähr 15%, tritt ein, wenn der Prozentgehalt von CaO und SrO etwa 20 bis 30% beträgt und der Gesamtgehalt der zweiwertigen Metalloxyde etwa 55% beträgt. Bei geringeren Prozentsätzen von BeO, etwa 5 %, kann der CaO- und Sr O-Gehalt bis zu 60 °/₀ sein. Außer den Brechungsindex zu erhöhen, ohne im wesentlichen die Zerstreuung des Glases zu erhöhen, verbessert das BeO noch die chemische Beständigkeit und die Widerstandsfähigkeit der Gläser gegen Entglasung.

Die Oxyde des Ba, Cd und Pb sind nützlich zur Erhöhung des Brechungsindex. BaO in zu großen Mengen verursacht jedoch die Kristallisation des Glases und sollte etwa 60 °/₀ nicht überschreiten. Zu große

Mengen an PbO verursachen ein unerwünschtes Anwachsen der Zerstreuung des Glases, d. h. eine Verringerung des ^-Wertes. Daher sollte die Menge an Pb O 20 % nicht überschreiten. Keine Schwierigkeiten ergeben sich mit CaO in Mengen bis etwa 6o°/₀. Gegebenenfalls können auch MgO und ZnO verwendet werden, obwohl sie wenig wirksam für die Erhöhung des Brechungsindex sind. MgO im Überschuß von etwa 30 % verursacht Kristallisation, und ZnO sollte aus demselben Grund etwa 6o°/₀ nicht überschreiten.

Gegebenenfalls können auch ZrO₂, HfO₂ und ThO₂ verwendet werden. ZrO₂ ist besonders erwünscht, weil es eine Erhöhung des Brechungsindex ohne unerwünschte Abnahme des !»-Wertes bewirkt. Bis zu .11% ZrO₂ können verwendet werden. Jedoch vermindert sich die gelöste Menge in dem Maße, wie der Gehalt an CaO und SrO-über etwa 3O°/₀ steigt. ThO₂ und HfO₂ können ebenfalls in Mengen bis zu 11 °/₀ an Stelle von ZrO₂ und mit im wesentlichen derselben Wirkung verwendet werden. Die hohen Kosten von ThO₂ und HfO₂ machen sie indessen weniger erwünscht. Diese Oxyde verbessern die chemische Beständigkeit des Glases.

Die Gegenwart von Tonerde ist im allgemeinen nicht erwünscht, weil sie die Löslichkeit von ZrO₂ und Th O₂ vermindert. Sie erhöht auch die Zerstreuung des Glases bzw. vermindert seinen j>-Wert, Al₂O₃ sollte vorzugsweise weggelassen werden, ausgenommen, wenn seine Gegenwart erwünscht ist, um Kristallisation zu verhüten.

Mit Ausnahme von Lithiumoxyd verursachen die Alkalimetalloxyde ein unerwünschtes Anwachsen der Zerstreuung des Glases. Einschließlich Lithiumoxyd neigen sie dazu, die chemische Beständigkeit des Glases zu vermindern. Da die neuen Gläser im allgemeinen schnell ohne zusätzliche Flußmittel schmelzen, sollten die Alkalimetalloxyde vorzugsweise weggelassen werden. Sie können aber für die Beeinflussung des Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Weichheit des Glases und für andere Zwecke mit Vorteil verwendet werden. i°5

Die Oxyde des Sb und Bi beeinflussen die optischen Eigenschaften der neuen Gläser in ähnlicher Weise wie PbO. Sie können in Mengen bis etwa 20% Sb₂O₃ oder 20 % Bi₂O₃ verwendet werden.

Die folgenden Gläser, die in Gewichtsprozent des entsprechenden Ansatzes angegeben sind, erläutern die Erfindung.

SiO₂.
B₂O₃.

BeO.

CaO

SrO .

ZrO₂
BaO

PbO

tiD ..

20
20
10
50

1.6453
56,3

1,6471 55,i

20 20

5 50

1,6559 54,o

1,6572 54,6 15

15

25

40

1,6635
53,5

5
35

1,6766

15

20

5 30 10

1,6924 46,4

13,6

4,6

22,7

36,4

1,6927 46,0

15	15
15	15
5	5
20	20
4	5
i6	15
—	5
25	20
1,7000	1,7071
48,0	45,4

SiO₂.

^2 ®3·
BeO .
CaO .
ZrO₂
BaO
ίο PbO
CdO .
η j) ..
ν ....

ΐ5 Die obengenannten Gläser kristallisieren unter gewöhnlichen Schmelz- und Formbedingungen nicht und haben eine sehr gute chemische Beständigkeit. Sie sind frei von Tonerde und Alkalimetalloxyden. Ihre v-Werte sind im Verhältnis zu ihrem Brechungsindex verhältnismäßig hoch. Sie eignen sich zur Verwendung mit Flintgläsern von niederem Brechungsindex für optische Systeme des anormalen achromatischen Typs. Das Glas J ist besonders geeignet für die Kombination mit dem bekannten Flintglas, das unter dem Namen Jena-Kron-Flint KF2 bekannt ist, n_D = 1, 5263, ν = 51, 0. Im wesentlichen dieselben optischen Eigenschaften wie mit dem Glas J können mit Gläsern erhalten werden, die 10 bis 20 % SiO₂,10 bis 20 % B₂O₃, etwa 5% BeO, etwa 20% CaO, nicht über etwa 5% ZrO₂, 5 bis 35% BaO und 5 bis 35 7o CdO enthalten, wobei der Gesamtgehalt an BaO und CdO etwa 45 °/₀ nicht überschreitet.

Die Beziehung zwischen njj und ν für die erfindungsgemäßen Gläser im Vergleich mit bekannten Gläsern ist in dem Diagramm dargestellt, das die %n -Werte der oben angegebenen Gläser den entsprechenden ^-Werten gegenüberstellt und worin die Werte mit den Buchstaben der entsprechenden Gläser bezeichnet sind. Wie ersichtlich, liegen die Werte für die verschiedenen Gläser über der Linie X, die das angenäherte Minimum der Werte für «d und ν der er

12,5	15
15	15
5	5
20	20
5	5
15	—
27,5	40
1,7183	1,7169
46,0	45,3

13,5

20

4
30

15

42,8

findungsgemäßen Gläser darstellt und den Bereich der üblichen optischen Gläser begrenzt.

Die Linie X ist durch die Punkte (»d == 1, 62, ν = 6o) und (nj) = 170, ν = 42) gezogen und ist bestimmt durch die Gleichung:

V = 43I — 229 MiJ.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Transparentes optisches Glas mit einem Brechungsindex (md) von mindestens 1, 635 und einem Zerstreuungsindex (v), der größer ist als ν = 431—229 no, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas im wesentlichen aus 5 bis 20 % Si O₂, 13 bis 30% B₂O₃, 4 bis io°/₀ BeO, 15 bis 55% CaO und gegebenenfalls 0 bis 15% SrO, 0 bis 40% BaO, 0 bis 40% CdO, 0 bis 15% PbO und 0 bis 8% ZrO₂ besteht, wobei die Gesamtmenge der zweiwertigen Metalloxyde 55 bis 73 °/₀ beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 596 513, 673 797, 710079,746997;

französische Patentschrift Nr. 889 098;
USA.-Patentschrift Nr. 1 943 051.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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