DE2621741B2 - Cadmiumhaltige Gläser für Filter mit Absorptionsteilkanten im Wellenlängenbereich R gleich 45S bis 850 nm - Google Patents

Description

ZnS	0- 1,65
S	0- 0,9
Se	0- 0,9
As2S3 und/oder AsA	0- 0,8
Sb2O3 und/oder Sb2O5	0- 0,5
Na2SeO3	0- 0,69
ZnSeO3	0- 0,35

Die Erfindung betrifft Gläser für Filter mit Absorptionssteilkanten im Wellenlängenbereich A = 455 bis nm bei einem Reintransmissionsgrad von >0,80, die eine hohe chemische Beständigkeit, eine gesteigerte Knoop-Härte und eine stark verminderte Viskosität im Schmelzbereich aufweisen, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, daß sie in guter optischer Qualität hergestellt werden können.

Es sind Gelb-, Orange-, Rot- und Ultrarotgläser mit selektiv abfallender Absorptionsbande im Spektralbereich von λ 455 bis 850 nm mit einem Reintransmissionsgrad von >0,80 bekannt, z. B. aus der DE-OS 20 26 485 und der US-PS 37 73 530, die durch »Kolloidfärbung« von CdS+ S+ Se+ Te in SiO₂-ZnO-CaO-BaO-Alkalioxidgläser nach Temperung erhalten werden. Diese Farbgläser besitzen folgende Nachteile:

1. Wegen der zu hohen Viskosität bestimmter Basisgläser, die eine gute chemische Resistenz aufweisen, ist die chemische Einbindung des Färbungssystems im Homogenisierungsbereich eines derartigen Glasflusses nur teilweise gewährleistet. Infolgedessen tritt eine Verschlechterung der Blasenqualität durch Nachgasung ein und beeinflußt die Schlierenqualität von Steilkantfiltern von Grund auf negativ, weil in diesen Fällen keine wirksame Homogenisierung bzw. keine intensive Rührtechnik in Anwendung gebracht werden kann. Außerdem wird durch eine zu hohe Viskosität eines Glasflusses die Absorptionskanteneinstellung in Richtung Ultrarot-Spektralbereich empfindlich gestört und muß schließlich schon bei der Wellenlänge λ = 640 nm als beendet angesehen werden.

2. Die Gläser, die in begrenzter optischer Qualität herstellbar sind und hohe Anteile von Alkalioxid und ZnO aufweisen, zeigen Anfälligkeit für Fleckenbildung während der Bearbeitung, beim Kitten und Polieren. Die stabile Einbindung der

ίο färbenden Stoffe ist auch bei alkalireichen Glassystemen erst möglich, wenn die Viskositätswerte oberhalb von 350 Pa-s liegen. In diesem Zähigkeitsbereich sind intensive, mechanische Rührtechniken zur Erzielung einer guten optischen Homo-

^ri genität von Glasflüssen äußerst problematisch.

3. Hinsichtlich der Härteeigenschaften fallen alle bisher bekannten Gläser mit »Kolloidfärbung« in eine Begrenzung von ±20kp/mm² (bei einer Belastung von 200 p), wenn von einem mittleren Knoop = Härte-Wert von 420 kp/mm² ausgegangen wird, oder sie zeigen schon eine starke Aufhellung des Absorptionsuntergrundes. Dies bedeutet aber eine weitgehende Einschränkung des Anwendungsbereichs derartiger Steilkantenfilter in der Lichtmeßtechnik.

4. Die Herstellung der bekannten Farbgläser mit »Kolloidfärbung« ist sehr strengen Schmelzbedingungen unterworfen. Von Schmelze zu Schmelze muß man mit Schwankungen in bezug auf Steilheit

jo und Lage der Absorptionskante rechnen. Sie

eignen sich aufgrund ihrer zu hohen Viskosität im Schmelzbereich nicht für ein kontinuierlich laufendes Fertigungsprogramm von Steilkantenfiltergläsern in optischer Qualität.

Ziel der vorliegenden Erfindung sind Gläser, deren Zusammensetzung die Herstellung von optischen Steilkantenfiltern mit optimalen Absorptionskanten und gutem Absorptionsuntergrund im Wellenlängenbereich von λ = 455 nm bis λ = 850 nm ermöglicht, und die nicht die genannten glastechnischen und schmelztechnischen Nachteile aufweisen.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß erreicht mit einem Glas der Synthese-Zusammensetzung gemäß dem

Anspruch.

Die Summe der Erdalkalioxide+ ZnO+ CdO soll Gew.-% nicht überschreiten, und die Alkalioxide bestehen vorzugsweise aus 0 bis 15Gew.-% Na₂O und/oder 3 bis 26 Gew.-% K2O. Als besonders günstig hat sich ein Glas erwiesen, welches einen Gehalt von 2 bis 7 Gew.-% TiO₂ und gegebenenfalls 0,3 bis 2 Gew.-% F, 0,3 bis 2,5 Gew.-% P₂O₅ bei Anwesenheit von 0,1 bis 0,5 Gew.-% Al₂O₃ sowie 0 bis 9 Gew.-% Na₂O und/oder 9,5 bis 22,5Gew.-% K₂O neben 14 bis 30Gew.-% ZnO aufweist.

Gläser, deren Zusammensetzung diesen Angaben entsprechen, lassen sich in den für die Herstellung optischer Gläser verwendeten großen Schmelzeinheiten sowie im kontinuierlichen Betrieb sehr gut homogen, schlierenfrei und blasenarm erschmelzen. Im erfindungsgemäßen Farbglasbereich können schließlich färbende Mischkolloide in Glassystemen aufgebaut werden, deren einzigartige additive Farbwirkung die Herstellung von extremen Steilkantenfiltern mit höch-

b5 ster Selektivität bis ins kurzwellige Ultrarot hinein (Kante Xh = 850 nm) gewährleistet. Man kann die Lage der Absorptionssteilkante bei <&■ = 0,50 (Ah) bis auf ±2 nm genau einstellen.

Glasgemenge für erfindungsgemäße Gläser werden nach den Synthesen, wie in den Beispielen 1 bis 6 aufgezeichnet, in Chargen bis 1500 kg zusammengestellt und gut vermischt.

Das Einschmelzen erfolgt in keramischen Schmelzgefäßen bei Temperaturen von 1250 bis '320°C und ist im wesentlichen von der Höhe des SiOvGehaltes und Alkalizusatzes abhängig. Bei einer berechneten Glasmenge von ca. 1000 kg wird das Einschmelzen in 3 bis 10 Stunden vollzogen.

Das Blsnkschmelzen (Läutern) und das Entgasen eines derartigen Farbglasflusses wird dagegen nur bei 1230 bis 1260⁰C in die Wege geleitet, er ist in 1 bis 2 Stunden abgeschlossen. Nach einer Abstehzeit von 3 bis 4 Stunden bei 1080 bis 980⁰C wird der Glasfluß mit Hilfe von Rührwerken, wie sie in der optischen Glasherstellung allgemein Anwendung finden, gut homogenisiert.

Das somit erhaltene Filterglas in hoher optischer Qualität wird anschließend in Formen gegossen, zu Scheiben gewalzt oder zu Preßlingen verarbeitet.

Nach der Formgebung werden die Filtergläser einer Temperaturbehandlung (1 bis 2 Stunden konstant) zwischen 560 und 72O'^JC unterzogen, bis die erforderliche Absorptionskante des jeweiligen Glases eingestellt ist.

Die Abkühlung erfolgt in elektrischen oder gasbeheizten Öfen, die das heiße Glas langsam (mit 2 bis 10⁰C Abfall pro Stunde) bis auf die Normaltemperatur von ca. 25°C herunterführen und somit weitgehend entspannen.

In der nachstehenden Tabelle sind einige Beispiele aus dem erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereich aufgeführt.

In der graphischen Darstellung wird die Transmissionskurve der 6 Beispiele der Tabelle wiedergegeben.

	Beispiele	2	3	4	5	6
	1	60,00	48,725	46,85	42,20	43,10
SiG-2 (Gew.-o/o)	45,85	8,85	3,45	3,25	3,55	3,90
B2O3 (Gew.-%)	3,85	0,35	0,10	0,30	0,10
AI2O3 (Gew.-%)	0,35	1,50	0,35	1,45	0,35	_
P2O5 (Gew.-o/o)	1,45	1,20	0,30	1,10	0,30
F (Gew.-%)	1,07	4,53	9,30	9,00	—	_
Na2O (Gew.-%)	—	5,85	9,80	12,00	22,20	22,20
K2O (Gew.-%)	22,55	14,15	20,10	18,15	25,35	25,90
ZnO (Gew.-%)	17,85	0,20	1,50	0,90	0,75
CdO (Gew.-%)	—	1,20	5,85	6,00	2.95	1,00
T1O2 (Gew.-o/o)	5,55	—	_	_	_	0,45
AS2O3 (Gew.-%)	—	1,40	—	0,45	—	0,33
CdS (Gew.-o/o)	0,90	0,20	—	0,20	0,30	0,15
ZnS (Gew.-o/o)	0,55	—	_	—	0,25	0,41
AS2S3 (Gew.-%)	—	—	0,175	—	—
S (Gew.-o/o)	—	0,57	0,35	0,35	—	—
Se (Gew.-%)	0,03	—	—	—	0,85	1,87
CdTe (Gew.-o/o)	—	—	—	—	0,50	0,69
Na2SeO3 (Gew.-%)	—	—	-	-	0,35	—
ZnSeO3 (Gew.-%)	—	590 nm	630 nm	665 nm	780 nm	830 nm
Absorptionskante (λ»)	475 nm	1	1	1	2	3
Klimawechselbeständig	1
keitswechsel		2	1	1	2/3	3/4
Säurefestigkeitsklasse	1	0	0	0	1	2/3
Fleckenempfindlichkeits	0
klasse			55	35
Viskosität bei 10000C	120
(in Pa · s)		I licr/.u I	Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Cadmiumhaltige Glaser für Filter mit Absorptionssteilkanten im Wellenlängenbereich λ = 455 bis nm, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Synthesezusammensetzungen in Gewichtsprozenten aufweisen:

   SiO₂

   Alkalioxide

   ZnO

   TiO₂

   MgO

   CaO

   BaO

   SrO

   B₂O₃

   P₂O₅

   Al₂O₃

   40-63
   8-30
   14-30
   0,9-9
   0- 6
   0-15
   0- 8
   0-12
   0- 9
   0- 2,5
   0- 1,5
   0- 2

   sowie mindestens eine der Komponenten

   CdO 0- 2

   CdTe 0- 2,5

   CdS 0- 1,5

   und gegebenenfalls eine der Farbkomponenten