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Die Erfindung betrifft R&sub2;O-Al&sub2;O&sub3;/B&sub2;O&sub3;-P&sub2;O&sub5;-Gläser.
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Es ist seit langem bekannt, daß die Energie, die zur Formung
und Re-Formung von Gegenständen aus anorganischen Gläsern
aufgewendet wird, einen signifikanten Kostenfaktor darstellt.
Weiterhin verlangt das Erfordernis höherer
Formungstemperaturen die Vewendung von Glaskontaktoberflächen, die aus
Materialien mit einer größeren Feuerfestigkeit hergestellt wurden,
wobei diese Materialien typischerweise teurer sind. Wo ein
Glas als Dichtungsmaterial verwendet wird, muß seine
Übergangstemperatur oder Transformationstemperatur (Tg) weiterhin
geringer sein als die Bestandteile, die abgedichtet bzw.
verschmolzen werden, um eine Wärmeverformung der letzteren zu
vermeiden. Es wurde deshalb ein beträchtlicher
Forschungsaufwand betrieben, um Lötgläser zu entwickeln, die
Übergangstemperaturen von unter 450ºC und bevorzugt von unter 350ºC
aufweisen.
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Weil Glaszusammensetzungen, die Siliciumdioxid als den
hauptsächlichen Netzwerkbildner oder Glasbildner enthalten,
typischerweise Übergangstemperaturen aufweisen, die wesentlich
über 450ºC liegen, führte die Suche nach
Glaszusammensetzungen, die die gewünschten geringen Übergangstemperaturen
zeigen, gewöhnlich zur Verwendung von B&sub2;O&sub3; und/oder P&sub2;O&sub5; als
hauptsächlichen Netzwerkbildner-Bestandteil. Die US-Patentschrift
Nr. 3 732 181 veranschaulicht diese Vorgehensweise. Diese
Patentschrift offenbart drei breite Zusammensetzungsbereiche:
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(1) PbO + P&sub2;O&sub5; ≥95 Mol-%, worin PbO 20-80 Mol-%
ausmacht;
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(2) PbO + R&sub2;O (Alkalimetalloxide) + P&sub2;O&sub5; ≥95 Mol-%, worin
PbO 5-60 Mol-% ausmacht, R&sub2;O 5-35 Mol-% ausmacht und
P&sub2;O&sub5; bis zu 85 Mol-% vorliegt, und
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(3) PbO + R&sub2;O + B&sub2;O&sub3; + P&sub2;O&sub5; ≥ 95 Mol-%, worin PbO 5-30
Mol-%, R&sub2;O 5-30 Mol-%, B&sub2;O&sub3; 5-20 Mol-% und P&sub2;O&sub5; 15-85
Mol-% ausmachen.
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Obwohl die oben angegebenen Zusammensetzungsbereiche das
Vorliegen von PbO als erforderlich angeben, wird in der
Patentschrift erklärt, daß das gesamte PbO oder ein Teil des PbO's
durch zweiwertige Metalloxide ersetzbar ist.
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Die Erfahrung auf dem Gebiet der Glaszusammensetzungen zeigte,
daß auf Borat basierende und auf Phosphat basierende Gläser im
allgemeinen eine geringere chemische Beständigkeit und
Widerstandsfähigkeit gegen Angriffe durch Feuchtigkeit zeigen als
auf Siliciumdioxid basierende Zusammensetzungen, und daß
dieser Nachteil noch mehr zu einem Problem wird, da die Gläser so
ausgelegt sind, daß sie geringere Übergangstemperaturen
aufweisen. Beispielsweise werden auf Phosphat basierende Gläser,
die geringe Übergangstemperaturen aufweisen, typischerweise
leicht durch kochendes Wasser angegriffen, und sie sind nicht
selten hygroskopisch. Die Übergangstemperatur eines Glases
wird üblicherweise als die Temperatur definiert, bei welcher
Zunahmen in der spezifischen Wärme und im
Wärmeausdehnungskoeffizienten stattfinden, die von einem scharfen
Viskositätsabfall begleitet werden.
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Es war deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung,
Gläser mit Übergangstemperaturen von unter 350ºC und mit
Bearbeitungstemperaturen, d.h. Temperaturen, bei welchen das
Glas eine Viskosität von etwa 10³ - 10&sup6; Pa.s (10&sup4; - 10&sup7; Poise)
aufweist, von unter 450ºC zu entwickeln, wobei die Gläser eine
bemerkenswerte chemische Beständigkeit aufweisen, wenn sie mit
kochendem Wasser in Kontakt gebracht werden.
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Es wurde gefunden, daß die oben genannte Aufgabe durch Gläser
gelöst wird, die im wesentlichen frei von K&sub2;O sind und die,
ausgedrückt in Molprozenten auf Oxidbasis, aus folgenden
Bestandteilen bestehen:
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Die Anwesenheit von Al&sub2;O&sub3; mit, erwünschterweise, B&sub2;O&sub3; verstärkt
die chemische Beständigkeit und verbessert die Stabilität des
Glases. Mehr als 7 Mol-% Al&sub2;O&sub3; oder mehr als 10 Mol-% B&sub2;O&sub3;
machen das Glas jedoch zu refraktär. Die Aufnahme von wenigstens
5 Mol-% Li&sub2;O ist erforderlich, weil Na&sub2;O alleine die
Beständigkeit des Glases ungünstig zu beeinflussen scheint und/oder das
Glas schwierig schmelzbar macht. Die Kombination von Li&sub2;O+Cu&sub2;O
hat die Fähigkeit, den Tg des Glases zu verringern, während
die erwünschte außerordentliche chemische Beständigkeit
beibehalten wird. K&sub2;O beeinflußt den Tg ungünstig, so daß jeglicher
Anteil an K&sub2;O vermieden werden muß.
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Bis zu insgesamt 5% wenigstens eines Mitglieds der Gruppe,
bestehend aus MgO, CaO, SrO, BaO, MnO und ZnO können wahlweise
aufgenommen werden. Größere Konzentrationen sind durch eine
übermäßige Erhöhung des Tg des Glases gefährlich, und sie
können die chemische Beständigkeit, die das Glas aufweist,
ungünstig beeinflussen. Zugaben von bis zu 5% ZrO&sub2; sind zur
Entwicklung eines Glases mit einer einheitlichen weißen Opazität
nützlich. SiO&sub2; kann in Mengen von bis zu etwa 3% und Fluorid in
Mengen von bis zu etwa 5% toleriert werden. Die Summe aller
wahlweisen Zugaben zu den Ausgangsglaszusammensetzungen wird
weniger als 10% betragen.
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Obwohl die vollständige Umwandlung der
Zusammensetzungsintervalle, ausgedrückt in Molprozenten, in Bereiche, ausgedrückt
in Gewichtsprozenten, mathematisch nicht möglich ist, umfassen
die nachfolgenden Bereiche die ungefähren Werte der
einsetzbaren Zusammensetzungsintervalle in Gewichtsprozenten:
Stand der Technik
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Die US-Patentschrift Nr. 3 215 543 offenbart die Herstellung
von Gegenständen, die aus Mikateilchen, mitgeführt in einer
glasigen Matrix, enthalten sind; diese Glasmatrix besteht im
wesentlichen, ausgedrückt in Mol-%, aus 6-20 % RO, worin RO
aus CaO, MgO und/oder ZnO besteht, 22-42,5 % R&sub2;O, worin R&sub2;O aus
den Alkalimetalloxiden besteht,
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6-(16 + )% Al&sub2;O&sub3;, und (36 - ) - (56-d)% P&sub2;O&sub5;,
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worin d den Prozentsatz an RO darstellt. Cu&sub2;O ist an keiner
Stelle angegeben und, obwohl zwischen den
Zusammensetzungsintervallen dieser Patentschrift und den Bereichen der
vorliegenden erfindungsgemäßen Gläser eine zahlenmäßige Überlappung
besteht, wird in dieser Patentschrift aus dem Stand der
Technik nicht auf den außerordentlich geringen Tg-Wert und die
hohe chemische Beständigkeit dieser Gläser innerhalb der
Bereiche der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen hingewiesen
und, was ebenfalls sehr wichtig ist, keines der
Ausführungsbeispiele
der Patentschrift wies eine Zusammensetzung auf, die
innerhalb der Parameter der vorliegenden erfindungsgemäßen
Gläser lag.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 407 091 betrifft die Herstellung
von Lötgläsern, die sich, ausgedrückt in Gewichtsprozenten,
aus 4-27% Na&sub2;O und/oder K&sub2;O, 4-30% ZnO, 2-10% Al&sub2;O&sub3; und 60-67%
P&sub2;O&sub5; zusammensetzten. In ähnlicher Weise wie die oben zitierte
Patentschrift Nr. 3 215 543 wird Cu&sub2;O nirgends angeführt; der
bemerkenswert geringe Tg-Wert der erfindungsgemäßen Gläser
wird nirgends erkannt; weiterhin fällt kein
Ausführungsbeispiel dieser US-Patentschrift in die Bereiche der vorliegenden
erfindungsgemäßen Zusammensetzungen.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 481 749 beschreibt
Zusammensetzungen, die zur Herstellung von Gläsern geeignet sind, die
beispielsweise als Gleitmittel bei der Extrusion von
Metallkörpern bei erhöhten Temperaturen verwendbar sind. Die Gläser
wurden benötigt, um leicht durch Wasser angreifbar zu sein, um
eine schnelle Entfernung vom metallischen Körper während des
Waschens in Wasser zu ermöglichen. Die Gläser bestanden im
wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 9-33% R&sub2;O, 16-
20% BaO, CaO, MgO, PbO und/oder ZnO, 10-20% Al&sub2;O&sub3; und 29-61%
P&sub2;O&sub5;. Die Al&sub2;O&sub3;-Konzentrationen und die angegebenen zweiwertigen
Metalloxide liegen außerhalb der in der vorliegenden Erfindung
verwendbaren Bereiche.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 732 181 wurde oben detaillierter
diskutiert. Es ist nirgends angegeben, daß Al&sub2;O&sub3; ein
Glasbestandteil ist, und es werden hohe Mengen an PbO benötigt, so
daß selbstverständlich alle darin angegebenen
Ausführungsbeispiele außerhalb der einsetzbaren Zusammensetzungsbereiche der
vorliegenden Erfindung liegen.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 885 973 offenbart Gläser mit
geringen
Übergangstemperaturen, jedoch relativ hohen
Lösungsgeschwindigkeiten in Wasser; sie bestehen im wesentlichen,
ausgedrückt in Molprozenten, aus 5-25% Li&sub2;O, 5-30% ZnO, 58-76%
P&sub2;O&sub5; und 0-10% Erdalkalimetalloxiden. In dieser Patentschrift
wird nicht auf Na&sub2;O, Al&sub2;O&sub3; oder B&sub2;O&sub3; Bezug genommen.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 926 649 offenbart Gläser mit einem
geringen Tg-Wert, jedoch ebenfalls einer relativ hohen
Auflösungsgeschwindigkeit in Wasser; sie bestehen im wesentlichen,
ausgedrückt in Molprozenten, aus 75+2,5% P&sub2;O&sub5;+B&sub2;O&sub3; und 25±2,5%
Alkalimetalloxiden + Erdalkalimetalloxiden + ZnO. Al&sub2;O&sub3; und
Cu&sub2;O sind nirgends erwähnt, und keines der Ausführungsbeispiele
wies eine Zusammensetzung auf, die innerhalb der Bereiche der
vorliegenden Erfindung liegt.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 935 018 beschreibt die Herstellung
von Gläsern mit einem geringen Tg-Wert, jedoch wiederum einer
relativ hohen Auflösungsgeschwindigkeit in Wasser; sie
bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 0-30%
PbO, 1,2-3,5% B&sub2;O&sub3;, 50-72% P&sub2;O&sub5;, 0-5% Übergangsmetalloxiden, und
der Rest besteht aus Alkalimetalloxiden, Erdalkalimetalloxiden
und ZnO. Al&sub2;O&sub3; wird nicht angegeben, und keines der
Ausführungsbeispiele weist eine Zusammensetzung auf, die in der
vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 964 919 betrifft Gläser mit einem
geringen Tg-Wert, jedoch wiederum einer relativ hohen
Auflösungsgeschwindigkeit in Wasser; sie bestehen im wesentlichen,
ausgedrückt in Molprozenten, aus 50-75% P&sub2;O&sub5;, 0,1-10%
wenigstens eines Elements der Gruppe von bis zu 1,6% CrO&sub3;, bis zu 7%
MoO&sub3; und bis zu 7% WO&sub3;, und 15-49,9% wenigstens eines Oxids
der Gruppe der Alkalimetalloxide und Erdalkalimetalloxide, und
sie können bis zu 5 Gew.-% H&sub2;O enthalten. Der maximale Anteil
von insgesamt 2% an Al&sub2;O&sub3;+B&sub2;O&sub3; als wahlweise Bestandteile setzt
diese Zusammensetzungen außerhalb der Bereiche, die in der
vorliegenden Erfindung erforderlich sind.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 979 322 betrifft Gläser, die zur
Verwendung in Laseranwendungen geeignet sind; sie bestehen im
wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 1-30%
Alkalimetalloxiden, 20-45% Erdalkalimetalloxiden und/oder ZnO, 0-27%
PbO, B&sub2;O&sub3;, Al&sub2;O&sub3; und/oder Nb&sub2;O&sub5;, 0,1-25% Nd&sub2;O&sub3; und 35-49% P&sub2;O&sub5;.
Der Gehalt an zweiwertigem Metalloxid ist weit über dem
Gehalt, der erfindungsgemäß einsetzbar ist.
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Die US-Patentschrift Nr. 3 989 532 betrifft Gläser mit einem
geringen Tg-Wert; sie sind jedoch ebenfalls hygroskopisch und
sie bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus
0-2% Al&sub2;O&sub3; und/oder SiO&sub2;, 1,2-3,5% B&sub2;O&sub3;, 2,7-20%
Erdalkalimetalloxiden, ≥ 5% Alkalimetalloxiden und ≥ 52% P&sub2;O&sub5;. Das
hygroskopische Verhalten dieser Gläser würde sie für die
vorliegende Erfindung unbrauchbar machen. Keines der
Ausführungsbeispiele wies eine Zusammensetzung auf, die innerhalb der
Bereiche der vorliegenden Erfindung liegt.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 026 714 betrifft die Herstellung
von Gläsern mit einem geringen Tg-Wert mit einem
hygroskopischen Verhalten; sie bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in
Molprozenten, aus 4-30% Alkalimetalloxiden,
Erdalkalimetalloxiden und/oder ZnO, 1-12% PbO, 3,5-12% Al&sub2;O&sub3;, B&sub2;O&sub3; und/oder
SiO&sub2; und 52-72 P&sub2;O&sub5;. Keines der Ausführungsbeispiele liegt
innerhalb der Zusammensetzungsbereiche der vorliegenden
Erfindung.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 046 540 betrifft die Herstellung
von Gläsern mit einem geringen Tg-Wert, die zum Spritzguß
geeignet sind. Die anwendbaren Bereiche der Gläser bestehen im
wesentlichen, ausgedrückt in Molprozent, aus 12-20% Na&sub2;O, 4-6%
PbO, 1,2-3,5% B&sub2;O&sub3;, 58-65 P&sub2;O&sub5;, und der Rest besteht aus Li&sub2;O,
CaO und/oder MgO. Es wird nicht auf Al&sub2;O&sub3; oder Cu&sub2;O Bezug
genommen,
der P&sub2;O&sub5;-Gehalt überschreitet denjenigen Gehalt, der in
der vorliegenden Erfindung anwendbar ist, und alle
Ausführungsbeispiele liegen außerhalb der Zusammensetzungsbereiche
der vorliegenden Erfindung.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 060 422 offenbart Lötgläser für
Laseranwendungen; diese Gläser bestehen im wesentlichen,
ausgedrückt in Molprozenten, aus 4-12% Li&sub2;O, 5-25% PbO, 15-35%
ZnO, 1-4% Al&sub2;O&sub3;, 2-10% V&sub2;O&sub5; und 45-65% P&sub2;O&sub5;. Der Gehalt an
zweiwertigem Metalloxid überschreitet weit denjenigen Gehalt, der
erfindungsgemäß tolerierbar ist.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 075 120 offenbart Gläser, die zur
Verwendung in Laseranwendungen geeignet sind; sie bestehen im
wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 5-40%
Alkalimetalloxiden, 5-30% Erdalkalimetalloxiden, 0,01-15% R&sub2;O&sub3;, worin
R&sub2;O&sub3; ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Al&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;,
Y&sub2;O&sub3;, Tm&sub2;O&sub3;, B&sub2;O&sub3;, Er&sub2;O&sub3; und deren Mischungen, 35-65% P&sub2;O&sub5; und
0,01-7% Nd&sub2;O&sub3;. Die Erdalkalimetalloxide sind erforderliche
Bestandteile, und keines der Ausführungsbeispiele
(ausschließlich des Vorliegens von Nd&sub2;O&sub3;) wies eine Zusammensetzung auf,
die innerhalb der Bereiche liegt, die erfindungsgemäß
einsetzbar sind.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 229 220 betrifft Gläser, die für
die Beschichtung von Laser-Glasscheiben geeignet sind; sie
bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 0-
20% Li&sub2;O, 0-17% Na&sub2;O, 8-20% Li&sub2;O+Na&sub2;O, 7-28% CuO, 4-10% Al&sub2;O&sub3;,
51-59% P&sub2;O&sub5; 0-8% B&sub2;O&sub3;, 0-23% ZnO, 0-15% BaO und 0-13% V&sub2;O&sub5;.
Keines der Ausführungsbeispiele weist eine Zusammensetzung auf,
die in den erfindungsgemäßen Bereichen liegt.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 239 645 offenbart Gläser, die zur
Verwendung bei Laseranwendungen geeignet sind; diese Gläser
bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 10-
25% R&sub2;O, worin R&sub2;O aus 0-25% Li&sub2;O, 0-25% Na&sub2;O und 0-8 % K&sub2;O
besteht, 5-15% RO, worin RO aus 0-15% MgO, 0-15% CaO, 0-15% SrO,
0-15% BaO und 0-15% ZnO besteht, 1-15% Al&sub2;O&sub3;, 55-70% P&sub2;O&sub5; und
0,01-5% Nd&sub2;O&sub3;. Keines der Ausführungsbeispiele (ausschließlich
von Nd&sub2;O&sub3;) liegt innerhalb der Zusammensetzungsbereiche der
vorliegenden Erfindung.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 248 732 betrifft Gläser, die bei
Laseranwendungen verwendbar sind; sie bestehen im
wesentlichen, ausgedrückt in Molprozenten, aus 5-40%
Alkalimetalloxiden, 5-30% RO, worin RO wenigstens ein Oxid der Gruppe von
BaO, Be0, CaO, MgO, SrO und ZnO ist, 0,01-15% R&sub2;O&sub3;, worin R&sub2;O&sub3;
wenigstens ein Oxid der Gruppe von Al&sub2;O&sub3; B&sub2;O&sub3;, Er&sub2;O&sub3;, La&sub2;O&sub3;,
Tm&sub2;O&sub3; und Y&sub2;O&sub3; ist, 0,01-7% Nd&sub2;O&sub3;, 35-65% P&sub2;O&sub5; und 0,1-10 Gew.-%
eines die Solarisation verhinderndes Oxid der Gruppe von CeO&sub2;,
Nb&sub2;O&sub5;, Sb&sub2;O&sub3;, SiO&sub2; und TiO&sub2;. Keines der Ausführungsbeispiele
(ausschließlich von Nd&sub2;O&sub3; und dem Solarisierungsinhibitor) wies
eine Zusammensetzung auf, die innerhalb der erfindungsgemäßen
Bereiche fiel.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 391 915 beschreibt Gläser, die zur
Verwendung beim Pressen optischer Bestandteile geeignet sind;
sie bestehen im wesentlichen, ausgedrückt in Gewichtsprozent,
aus 0-3% Li&sub2;O, 5-20% K&sub2;O, 8-15% BaO, 4,5-9% ZnO, 0-6% MgO, 0-
18% PbO, 3,5-9% Al&sub2;O&sub3;, 0-3% B&sub2;O&sub3;, 0-1% SiO&sub2;, 0-3% B&sub2;O&sub3; und 45-55%
P&sub2;O&sub5;. Der Gesamtgehalt an zweiwertigen Metalloxiden ist größer
als in den erfindungsgemäßen Gläsern erwünscht; die Verwendung
hoher Konzentrationen an K&sub2;O ist nicht erwünscht; keines der
Ausführungsbeispiele lag innerhalb der
Zusammensetzungsbereiche der vorliegenden Erfindung.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 439 530 beschreibt optische Gläser,
die grundsätzlich im wesentlichen, ausgedrückt in
Gewichtsprozenten, aus 3-30% R&sub2;O, worin R&sub2;O aus 0-30% Na&sub2;O und/oder K&sub2;O
besteht, 8-65% PbO, 18-38% P&sub2;O&sub5; und 1-45% Ta&sub2;O&sub5; bestehen. Eine
große Zahl an wahlweisen Bestandteilen kann in verschiedenen
Mengen vorliegen, einschließlich 0-3% Al&sub2;O&sub3; und 0-15% B&sub2;O&sub3;. Der
P&sub2;O&sub5;-Gehalt ist viel geringer, als er erfindungsgemäß
erforderlich ist.
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Die US-Patentschrift Nr. 4 544 974 beschreibt Gläser, die zur
Bindung von Metallen oder Metalloxiden in einer
Verbundstruktur geeignet sind. Die Gläser bestehen im wesentlichen,
ausgedrückt in Molprozenten, aus 10-40% Alkalimetalloxid oder
Erdalkalimetalloxid, 0-25% Cu0 oder ZnO, 5-15% Al&sub2;O&sub3;, 0-25% B&sub2;O&sub3;,
0-30% SiO&sub2; und 10-35% P&sub2;O&sub5;. Der P&sub2;O&sub5;-Gehalt ist viel geringer,
als er erfindungsgemäß erforderlich ist.
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"Oxide Glasses of Very Low Softening Point. Teil 1 und 2.
Preparation and Properties of Some Lead Phosphate Glasses," N.H.
Ray et al., Glass Technology 14, Nr. 2, Seiten 50-59, April
1973, gibt eine ausführliche Übersicht über auf Phosphat
basierende Gläser; es werden jedoch keine Zusammensetzungen
beschrieben, die innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche
liegen.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Die Tabelle I beschreibt eine Anzahl von
Glaszusammensetzungen, ausgedrückt in Molprozenten auf Oxidbasis, die die
erfindungsgemäßen Gläser veranschaulichen. Die Tabelle IA gibt die
gleichen Zusammensetzungen wieder, worin jedoch die Werte der
einzelnen Bestandteile in Gewichtsprozente umgewandelt wurden.
Insoweit es nicht bekannt ist, mit welchem Kation es verbunden
ist und weil die aufgenommene Menge relativ gering ist, wird
der Fluoridgehalt nur als Prozentsatz zusätzlich zum
Ausgangsglas angegeben. Die tatsächlichen Ansatzbestandteile zur
Herstellung der Gläser können beliebige Materialien umfassen,
entweder die Oxide oder andere Verbindungen, die, wenn sie
zusammengeschmolzen werden, zum gewünschten Oxid in den
geeigneten Anteilen umgewandelt werden. Beispielsweise kann Li&sub2;CO&sub3;
herkömmlicherweise als die Li&sub2;O-Quelle verwendet werden.
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Die Ansatzbestandteile wurden vermischt, mit einer Kugelmühle
zusammen vermahlen, um die Herstellung- einer homogenen
Schmelze zu erleichtern, und anschließend in Tiegel aus
Siliciumdioxid überführt. Nachdem hierauf Deckel gegeben wurden, wurden
die Tiegel in einen Ofen überführt, der bei etwa 1000ºC
arbeitete und bei dieser Temperatur etwa 3 Stunden lang gehalten.
Jede Schmelze wurde anschließend in eine Stahlform gegossen,
um eine rechteckige Glasplatte mit Abmessungen von etwa 203 x
102 x 13 mm (8" x 4" x 0,5") zu erhalten, und diese Glasplatte
wurde über Nacht bei 300ºC gekühlt (annealed).
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Rechteckige streifenförmige Stücke mit einem Gewicht von 30-40
g wurden von diesen Platten geschnitten und in Gefäßen aus
Aluminiumfolie auf Temperaturen innerhalb des Bereichs von
350º - 425ºC hitzebehandelt, und aus jedem Gefäß wurde mit der
Hand ein Glasstab gezogen, um eine enge Annäherung der
Bearbeitungstemperatur des Glases zu erhalten.
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Obwohl die obige Beschreibung ausschließlich Schmelz und
Formungstechniken im Labormaßstab umfaßte, ist davon auszugehen,
daß die in den unten angegebenen Tabellen beschriebenen
Zusammensetzungen auch in großindustriellen Schmelzeinheiten
schmelzbar und zu Körpern mit den gewünschten Gestaltungen
unter Verwendung in der kommerziellen Glasherstellung üblicher
Techniken formbar sind.
Tabelle I (Mol-% )
Tabelle I (Mol-%) Fortführung
Tabelle IA (Gewichts-%)
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Proben mit den ungefähren Abmessungen 35 x 25 x 15 mm wurden
von jedem Glasstab abgeschnitten und anschließend
abgeschliffen und poliert, um ihre chemische Beständigkeit zu testen. In
einem Test wurde jede Probe genau gewogen und anschließend in
ein Bad mit kochendem Wasser getaucht. Nach einer Verweilzeit
von einer Stunde wurde die Probe aus dem Bad entfernt, in der
Umgebung getrocknet und anschließend gewogen, um einen
Gewichtsverlust der Probe zu bestimmen. In einem zweiten Test
wurde jede Probe genau gewogen und anschließend in ein bei
75ºC betriebenes Bad getaucht, welches aus 0,3 Gew.-% einer
wäßrigen Lösung aus SUPER SOILAX-Detergenz, vermarktet von der
Fa. Economics Laboratories, St. Paul, Minnesota, bestand,
wobei die Lösung einen pH von 10 aufwies. Nach einer Verweilzeit
von 24 Stunden wurde die Probe aus dem Bad entfernt, in der
Umgebung getrocknet und erneut gewogen, um einen
Gewichtsverlust zu bestimmen. Der Tg-Wert jedes Glases wurde unter
Verwendung von Differential-Scanning-Kalorimetrie-Techniken
bestimmen, die in der Glastechnik zum Standard gehören.
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Die Tabelle II zeigt die Farbe des Glases vor einem Test, den
Gewichtsverlust in Prozent in kochendem Wasser (H&sub2;O), den
Gewichtsverlust in Prozent im SUPER SOILAX-Test (SUPER), den
Tg-Wert des Glases in ºC und die Bearbeitungstemperatur des
Glases in ºC, bestimmt durch Ziehen eines Glasstabes (PULL).
Tabelle II
FARBE
SUPER
ZIEHEN
braun
schwarz
klar
hygroskopisch
aufgelöst
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Die Werte der Beständigkeit gegen Angriffe durch Wasser und
Alkalien, wie sie die Beispiele 1 - 9 zeigen, sind für auf
Phophat basierende Zusammensetzungen außerordentlich, wobei
sie nicht den Werten gleichkommen, wie sie die
Glaszusammensetzungen der gleichzeitig angemeldeten anhängigen
europäischen Patentanmeldung, die der US 258 675 entspricht, zeigen.
Die dramatische Verringerung in dieser Beständigkeit, die in
Glaszusammensetzungen stattfindet, die nur leicht außerhalb
der scharf umgrenzten Bereiche der erfindungsgemäßen Gläser
liegen, ist leicht in den Beispielen 10 - 12 feststellbar. Im
Beispiel 10 übersteigt demnach die Sumine an Li&sub2;O+Na&sub2;O das
maximal erlaubte. Das Beispiel 11 veranschaulicht, daß ein
unzureichender Gehalt an Al&sub2;O&sub3; und/oder B&sub2;O&sub3; ein Glas ergibt,
welches hygroskopisch ist und, wenn es in einer feuchten
Atmosphäre abgekühlt wird, klebrig oder anhaftend wird. Das
Beispiel 12 zeigt die Notwendigkeit für eine Kombination von Li&sub2;O
und Na&sub2;O anstatt eine dieser Verbindungen alleine, um
sicherzustellen, daß die gewünschte Beständigkeit gegen Angriffe durch
Wasser und Alkalien sichergestellt wird.
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Diese hohe Beständigkeit gegen Angriffe durch Feuchtigkeit
ermöglicht die Verwendung der erfindungsgemäßen Gläser in
einem weiten Anwendungsbereich einschließlich beispielsweise
elektronischer Vorrichtungen, optischer und ophthalmischer
Linsen und Beschichtungen für optische Wellenleiter. Da die
Viskositätsverhältnisse, die die erfindungsgemäßen Gläser bei
relativ geringen Bearrbeitungstemperaturen aufweisen, diese
zur Formung zu Gegenständen mit komplexen Gestaltungen durch
Extrusion, Spritzguß und andere in der Kunststofformung
herkömmlich verwendete Techniken einsetzbar machen, wird der
Bereich an Produkten, für die die erfindungsgemäßen
Glaskeramiken einsetzbar sind, stark vergrößert.