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Beschreibung[de]

Gegenstand der Erfindung sind Kronflintgläser, die Brechzahlen nd zwischen 1,50 und 1,55 und Abbezahlen νd zwischen 50 und 55 besitzen.

In den letzten Jahren hat der Umweltschutzgedanke in der Öffentlichkeit einen immer höheren Stellenwert erlangt. So sind auch die beiden Glaskomponenten As&sub2;O&sub3; und PbO in die Diskussion gekommen, da vermutet wird, daß diese Glasbestandteile einen schädlichen Einfluß auf die Umwelt ausüben. Daher geht derzeit auch bei optischen Geräten der Trend zu Gläsern, die frei von PbO und auch von As&sub2;O&sub3; sind. Es ist daher sinnvoll und notwendig, solche Gläser mit den jeweiligen optischen Eigenschaften dem Markt anzubieten.

In der Regel ist der einfache Ersatz des PbO durch einen oder mehrere Bestandteile nicht möglich. Zur Reproduktion sämtlicher durch das Bleioxid beeinflußten und gewünschten glastechnischen und optischen Eigenschaften sind meist weitreichende Änderungen bzw. Neuentwicklungen in der Glaszusammensetzung nötig.

Der Patentliteratur sind einige Schriften zu entnehmen, in denen bleifreie Flint- und Kronflintgläser beschrieben werden. Jedoch weisen diese Gläser die verschiedensten Nachteile auf.

Die Offenlegungsschrift EP 0645 350 A1 beschreibt Gläser, die einen relativ hohen Mindestgehalt an Nb&sub2;O&sub5; besitzen (15,5 Gew.-%). Da diese Komponente sehr teuer ist, verteuern sich auch diese Gläser enorm. Auch die Offenlegungsschrift EP 0645 349 A1 beschreibt Nb&sub2;O&sub5; als festen Bestandteil.

Die Gläser dieser beiden Schriften sowie die der Patentschrift DE 9 73 350 und der Offenlegungsschrift JP 1-133956 A enthalten einen teilweise nicht geringen Anteil an Fluorid (0,1-10 Gew.-%; 0,1-8 Gew.-%; 0,15-25 Gew.-%; 1-20 Mol.-%). Im Hinblick auf den schon oben angesprochenen Umweltschutzgedanken sollte dann konsequenterweise auch auf die Verwendung dieser Komponente verzichtet werden, da es beim Schmelzprozeß u. U. zu schädlichen Emissionen kommen kann. Auch kann der Fluorgehalt in diesen Gläsern ggf. zu milchigen Trübungen führen. Daher sind solche Gläser für eine kostengünstige Produktion, bei der man auf hohe Ausbeuten angewiesen ist, ungeeignet.

Die Gläser der Auslegeschrift DE 10 50 965 und der Offenlegungsschrift JP 1- 2390361 A enthalten als Bleiersatzstoff gewisse Mengen an ZnO. Zinkgläser neigen jedoch, ähnlich wie reine Kalkgläser, in höherem Maße zur Kristallisation.

Die Offenlegungsschrift GB 2 233 781 A beschreibt bleifreie Gläser, die ZrO&sub2; enthalten. Der ZrO&sub2;-Anteil beträgt bis zu 23 Gew.-%; bei diesen hohen Anteilen ist eine ausreichende Entglasungsstabilität der Gläser nicht mehr zu erwarten.

In der Patentschrift EP 0 151 346 B1 sind Gläser beschrieben, die recht hohe Anteile an B&sub2;O&sub3; enthalten. Weiter ist in diesen Gläsern Chlorid und As&sub2;O&sub3; vorhanden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein bleifreies Kronflintglas zu finden, das eine Brechzahl nd zwischen 1,50 und 1,55 und eine Abbezahl νd zwischen 50 und 55 besitzt und das außerdem gute Schmelz- und Verarbeitungseigenschaften aufweist und dadurch eine kostengünstige Produktion erlaubt.

Die Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 beschriebene Glas gelöst.

Die Gläser liegen in einem SiO&sub2;-M&sub2;O-TiO&sub2;-Glassystem. In diesem Glassystem fungiert SiO&sub2; als Netzwerkbildner. Es liegt in vergleichsweise hohen Anteilen von >70 bis 81 Gew.-% vor und kann in engen Grenzen gegen den Netzwerkbildner B&sub2;O&sub3; (0-<5 Gew.-%) ausgetauscht werden. Ein höherer B&sub2;O&sub3;-Anteil wirkt sich negativ auf die chemische Stabilität aus.

Zur Herabsetzung der Schmelztemperaturen werden dem Glas Alkalioxide M&sub2;O zugesetzt. Prinzipiell können aus der Gruppe der Alkalioxide alle Elemente ausgewählt werden, jedoch werden, schon um die Rohstoffkosten möglichst gering zu halten, Na&sub2;O (6-15 Gew.-%) und K&sub2;O ( 0-15 Gew.-%) bevorzugt. Die anderen Alkalioxide können diese beiden bevorzugten Komponenten auch nicht in vollem Umfang ersetzen, da es ohne sie u. U. zu unerwünschten Entglasungen oder Entmischungen des Glases kommen kann. Der Anteil an Li&sub2;O kann bis zu 3 Gew.-% betragen. Cs&sub2;O kann bis zu einem Gehalt von 5 Gew.-% im Glas vorhanden sein. Der Gehalt an Alkalioxiden (Σ Li&sub2;O + Na&sub2;O + K&sub2;O + Cs&sub2;O) soll mindestens 8 Gew.-% betragen, damit die Schmelztemperatur genügend abgesenkt ist. Hohe Schmelztemperaturen bedeuten einen unnötigen Energie- und Kostenaufwand. Andererseits soll ein Gehalt an Alkalioxid von 30 Gew.-% nicht überschritten werden, da sonst die thermische Dehnung des Glases in unerwünschter Weise heraufgesetzt wird und sich auch seine chemischen Eigenschaften verschlechtern.

Der Gehalt an TiO&sub2; im Glas beeinflußt wesentlich dessen Brechzahl und Abbezahl. Gleichzeitig erhöht TiO&sub2; die Säurebeständigkeit. Wird die Obergrenze von 8 Gew.-% über- oder die Untergrenze von 2 Gew.-% unterschritten, können die gewünschten optischen Eigenschaften nicht mehr erreicht werden. Die positive Wirkung des TiO&sub2; auf Brechzahl und Abbezahl kann durch die Zugabe von ZrO&sub2; noch weiter unterstützt werden, wobei zusätzlich noch die Laugenbeständigkeit des Glases verbessert wird. Jedoch soll ein ZrO&sub2;-Anteil von 6 Gew.-%, insbesondere von 5 Gew.-%, nicht überschritten werden, da sonst die Entglasungsneigung des Glases ansteigt. Zur Erzielung der gewünschten optischen Werte können auch Nb&sub2;O&sub5; in Mengen von bis zu 8 Gew.-%, bevorzugt von bis zu 5 Gew.-%, zugegeben werden. Durch dessen Verwendung wird jedoch der Gemengepreis deutlich erhöht, weswegen die erstgenannten Komponenten TiO&sub2; und ZrO&sub2;, soweit es möglich ist, bevorzugt werden. Die Summe des Gehaltes an TiO&sub2;, ZrO&sub2; und Nb&sub2;O&sub5; soll zwischen 2 und 10 Gew.-% liegen, da sowohl bei Über- als auch bei Unterschreiten dieser Grenzen die angestrebten optischen Eigenschaften nicht mehr erreicht werden.

Um die optische Lage zu modifizieren, kann das Glas noch bis zu 6 Gew.-% ZnO enthalten.

Weiter kann das Glas Al&sub2;O&sub3; bis zu einem Anteil von maximal 5 Gew.-% enthalten. Hierdurch wird die chemische Beständigkeit erhöht, die Entglasungsneigung herabgesetzt und der Verarbeitungsbereich erweitert, was von großer Bedeutung für die maschinelle Formgebung des Glases ist. Gleichzeitig wird der spezifische Widerstand der Gläser erniedrigt.

Für erhöhte Anforderungen an die chemischen und verarbeitungstechnischen Eigenschaften des Glases ist es von Vorteil, wenn das Glas von den genannten fakultativen Bestandteilen wenigstens zwei enthält, von denen wenigstens eins kein Alkalioxid ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese weiteren Oxide aus der Gruppe Al&sub2;O&sub3;, K&sub2;O, Nb&sub2;O&sub5;, ZrO&sub2;, und ZnO gewählt werden und in einer Menge von insgesamt mindestens 5 Gew.-% vorliegen.

Innerhalb des im Hauptanspruch beanspruchten Bereichs gibt es noch zwei besonders bevorzugte Glaszusammensetzungsbereiche, die sich aufgrund ihrer ausgewogenen Kombination von Komponenten sowohl durch sehr gute Schmelz- und Verarbeitungseigenschaften als auch durch eine äußerst hohe chemische Beständigkeit auszeichnen.

Dies ist zum einen der Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis) SiO&sub2; 73-81; Al&sub2;O&sub3; 0-1; K&sub2;O 4-14; Na&sub2;O 6-14; TiO&sub2; 3-7; ZnO 0-6, wobei es auch hier vorteilhaft ist, wenn das Glas außer den Oxiden von Si, Ti, Na und K wenigstens ein weiteres Oxid enthält.

Zum anderen ist es der Zusammensetzungsbereich (in Gew.-% auf Oxidbasis) SiO&sub2; 76-81; B&sub2;O&sub3;0-<5; Al&sub2;O&sub3; 1-3; Na&sub2;O 8-14; Nb&sub2;O&sub5; 0,5-6; TiO&sub2; 3-7; ZrO&sub2; 0- 4, mit Σ TiO&sub2; + ZrO&sub2; + Nb&sub2;O&sub5; 3,5-10.

Zur Modifizierung der optischen Lage können dem Glas auch noch die Erdalkalioxide MgO, CaO, SrO und BaO jeweils in Mengen von 0-6 Gew.-% zugegeben werden, ohne daß sich die Schmelz- und Verarbeitungseigenschaften wesentlich ändern. Der Gesamtanteil dieser Komponenten + des Anteils an ZnO soll jedoch ebenfalls nicht über 6 Gew.-% steigen.

Zur Erzielung der jeweilig gewünschten optischen Werte kann das Glas auch noch Ta&sub2;O&sub5; in Mengen von 0-5 Gew.-% enthalten, wobei dann aber die Summe des Gehaltes an TiO&sub2;, ZrO&sub2;, Nb&sub2;O&sub5; und Ta&sub2;O&sub5; zwischen 2 und 10 Gew.-%, bevorzugt zwischen 3,5 und 10 Gew.-% liegen soll.

Schließlich kann das Glas auch noch bis zu 2 Gew.-% des ebenfalls hochbrechenden WO&sub3; enthalten.

Dem Gemenge können zur Läuterung des Glases an sich bekannte Läutermittel zugegeben werden. Verwendet man weder As&sub2;O&sub3; noch Fluoride, sondern statt dessen z. B. Sulfate, Chloride, Sb&sub2;O&sub3; oder CeO&sub2;, was ohne Verluste in bezug auf die Glasqualität möglich ist, so ist das erfindungsgemäße bleifreie Glas zusätzlich arsen- und fluorfrei.

Beispiele

Es wurden acht Beispiele erfindungsgemäßer Gläser aus üblichen Rohstoffen erschmolzen. In Tabelle 1 sind deren Zusammensetzungen (in Gew.-% auf Oxidbasis) sowie ihre Brechzahl nd und ihre Abbezahl νd aufgelistet. Tabelle 1 Zusammensetzungen (in Gew.-% auf Oxidbasis) erfindungsgemäßer Gläser


Anspruch[de]
  1. 1. Bleifreies Kronflintglas mit einer Brechzahl nd zwischen 1,50 und 1,55 und einer Abbezahl νd zwischen 50 und 55, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):

    SiO&sub2; >70-81 B&sub2;O&sub3; 0-<5 Al&sub2;O&sub3; 0-5 Na&sub2;O 6-15 K&sub2;O 0-15 Li&sub2;O 0-3 Cs&sub2;O 0-5 Nb&sub2;O&sub5; 0-8 TiO&sub2; 2-8 ZnO 0-6 ZrO&sub2; 0-6 Σ Li&sub2;O+Na&sub2;O+K&sub2;O+Cs&sub2;O 8-30 Σ TiO&sub2;+ZrO&sub2;+Nb&sub2;O&sub5; 2-10


    sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.
  2. 2. Glas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außer den Oxiden von Si, Ti und Na wenigstens zwei weitere Oxide enthält, von denen wenigstens eins kein Alkalioxid ist.
  3. 3. Glas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiteren Oxide aus der Gruppe Al&sub2;O&sub3;, K&sub2;O, Nb&sub2;O&sub5;, ZrO&sub2; und ZnO ausgewählt sind und in einer Menge von insgesamt mindestens 5 Gew.-% vorhanden sind.
  4. 4. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):

    SiO&sub2; 73-81 Al&sub2;O&sub3; 0-1 Na&sub2;O 6-14 K&sub2;O 4-14 TiO&sub2; 3-7 ZnO 0-6


    sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.
  5. 5. Glas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es außer den Oxiden von Si, Ti, Na und K wenigstens ein weiteres Oxid enthält.
  6. 6. Glas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält (in Gew.-% auf Oxidbasis):

    Nb&sub2;O&sub5; 0-6 ZrO&sub2; 0-5 MgO 0-6 CaO 0-6 SrO 0-6 BaO 0-6 Ta&sub2;O&sub5; 0-5 WO&sub3; 0-2 mit Σ MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-6 Σ TiO&sub2;+ZrO&sub2;+Nb&sub2;O&sub5;+Ta&sub2;O&sub5; 2-10


  7. 7. Glas nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung (in Gew.-% auf Oxidbasis):

    SiO&sub2; 76-81 B&sub2;O&sub3; 0-<5 Al&sub2;O&sub3; 1-3 Na&sub2;O 8-14 Nb&sub2;O&sub5; 0,5-6 TiO&sub2; 3-7 ZrO&sub2; 0-4 Σ TiO&sub2;+ZrO&sub2;+Nb&sub2;O&sub5; 3,5-10


    sowie ggf. Läutermittel in den üblichen Mengen.
  8. 8. Glas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich enthält (in Gew.-% auf Oxidbasis):

    MgO 0-6 CaO 0-6 SrO 0-6 BaO 0-6 ZnO 0-6 Ta&sub2;O&sub5; 0-5 WO&sub3; 0-2 mit Σ MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO 0-6 Σ TiO&sub2;+ZrO&sub2;+Nb&sub2;O&sub5;+Ta&sub2;O&sub5; 3,5-10


  9. 9. Glas nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es bis auf unvermeidliche Verunreinigungen frei ist von Arsenoxid und Fluorid.






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