具有特定紫外-銳截止的白玻璃/硼矽酸鹽玻璃的製作方法

2023-05-31 12:18:36

專利名稱：具有特定紫外-銳截止的白玻璃/硼矽酸鹽玻璃的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種具有特定銳截止位的硼矽酸鹽玻璃以及其應用。
為了將一般限定在400nm以下的UV-範圍可分為UVA，UVB和UVC小範圍，目的是進行過濾，可使用白玻璃或也可使用有特定銳截止位的光學玻璃。該銳截止位或銳截止波長λc相應於在截止區和通過區之間透射最大值的一半。
從EP 0 151 346 B1中知道一種眼鏡玻璃，它的UV-銳截止是在325nm至335nm之間的範圍內。該玻璃中加入了TiO2。其TiO2含量為氧化物基料的4-6重量％。
這類玻璃本身不適應於工業上的應用，因為對於工業應用需要具有在高的轉換溫度(如在＞560℃)下具有尺寸穩定性和/或一種穩定的膨脹係數。
一個具有穩定膨脹係數的玻璃易於在構件中的玻璃安裝或更換。
對於在工業中應用的玻璃重要的是包括UV-銳截止的透射特徵。在紫外光的範圍要求與應用目的相應的特定的陡峭的紫外-銳截止。例如對在顯示屏單元中灼燒磷單元的照射臺要求＞320nm的紫外光。在植物栽培中的植物實驗中要使用＞280nm的硬紫外光照射。用於質量檢測的大氣腐蝕試驗儀則要變換紫外光的範圍並按要求的過濾器。
在JP77 066 512 A的專利中描述了由硼矽酸鹽玻璃得到的其銳截止位在約370nm的紫外線-過濾玻璃，其中含有CeO2或與TiO2相結合。使用CeO2使玻璃的原料價格明顯昂貴。此外CeO2對玻璃的曝曬起負面作用。
專利DE 639 456 A1描述了一種燈玻璃，它由較寬的組成範圍，它的成份是SiO2，B2O3且可還含Al2O3，MgO，CaO，BaO，BeO，Na2O和K2O。該玻璃用於沒有明確的紫外線-銳截止或光學位置。
專利GB 20 02 341描述了一種具有相對寬廣組份範圍的光學纖維玻璃，它的成份為SiO2，B2O3，且可含有Al2O3，MgO，CaO，BaO，SrO，Na2O和K2O。該玻璃同樣沒有明確的紫外-銳截止，而是具有折射指數梯度的玻璃/纖維。
專利US 2,832,491是有關一種方法專利，它適用於施加預應力的玻璃盤。該用於施加預應力的適宜玻璃的成份在相對廣的範圍內，同樣含有SiO2和B2O3成份。對這種玻璃來說是不能調節其紫外線-銳截止和光學位。
專利DE 19 532 800 A1包括用於殺菌玻璃的應用。保證該玻璃在減少在VIS和IR範圍中的透射性時，對在UVB和UVC範圍具有高的透射性。這就是說，在通過範圍具有高透射性的玻璃是不可能的。
專利DE 3 822 733 A1描述了一種由相對廣寬組份範圍的玻璃所製造的焊接玻璃，它含有成份是SiO2，B2O3且可含有Al2O3，MgO，CaO，BaO，SrO，ZnO，Li2O，Na2O和K2O，這裡允許的鹼土金屬氧化物的最大含量為1重量％。最少含量為1重量％的鹼土金屬以保證有良好的耐化學性，這種過濾器玻璃可在潮溼的環境裡使用。按專利DE 3822733 A1得到的玻璃沒有確定的紫外線銳截止位的調整。
專利EP 0 505 061 A1描述了一種用於砷化鎵太陽能電池防護蓋的玻璃。它的波長小於320nm範圍的紫外線有高吸收性。它含有SiO2，B2O3，Na2O，K2O和CeO2作為其組份。選用的含有Al2O3，AiO2，MgO，CaO，ZnO，SrO，PbO，Li2O，As2O3，Sb2O3和F。按所述玻璃目的是避免高的紫外線透射。
專利EP 0953549 A1描述了一種在電子設備領域中應用的一種玻璃板和基底的玻璃。這裡主要是其物理特性如膨脹係數，低的冷卻溫度，密度和氧原子密度。對於這種玻璃重要的不是紫外-銳截止位或光學特性。
本發明的任務，是得到一種紫外光透過的玻璃，其銳截止位確定在280nm和325nm之間的範圍內可以以簡單的方法調整的，其中，該玻璃在高的工作溫度下尺寸穩定且有相當恆定的膨脹係數。
這些按專利要求1的玻璃都得以解決。
所使用的硼矽酸鹽玻璃滿足溫度和尺寸穩定性方面的要求。其中，硼矽酸鹽玻璃在280nm和325nm之間具有確定的銳截止位在通過區具有高的透射性，在截止區有高的光學密度以及確定的折射指數和阿貝值。這一切在通過改變玻璃系中的TiO2的含量就能達到。
對於這種玻璃最重要的是具有280至325nm銳截止位λc的連續產品。這種連續的產品是基於均勻的基玻璃而予以保證。對於所要求陡峭銳截止位使用添加TiO2，其中，在＜290nm的低銳截止位時是不需要的。這類產品節約了費用和時間，即避免長的再熔融相，在該過程中不能生產出所需要的玻璃。
本發明所述的全部玻璃除了可用作具有確定銳截止位的白玻璃外還可用作具有確定折射指數nd和色散vd的光學玻璃。所以該玻璃可在成像的光學系統、投影、電信通信、信息情報技術和微印刷等的領域中加以應用。
這種具有所要求的光學和物理特性的玻璃優選由60至70重量％的SiO2，10至15重量％的B2O3，5至15重量％的Na2O，5至10重量％的K2O，0.1至1重量％的CaO，0.5至3重量％的BaO和選用的0至5重量％的Li2O(優選無Li)，0至2重量％的TiO2，0至0.5重量％的Sb2O3以及通常的提純劑的基玻璃體系構成。
本發明的玻璃含60至75重量％的SiO2，優選65至75重量％並起玻璃基組份的作用。更高的含量造成可熔煉性變壞，更低的含量造成玻璃成型困難。玻璃中SiO2的含量減少也可引起玻璃的阿貝值減小。
B2O3如SiO2是很好的組份並通過減少粘度而改善可溶性，在本發明的玻璃中含有5～15重量％的B2O3，優選10～13重量％。少於5重量％的B2O3可惡化玻璃的可熔性，而高於15重量％的B2O3，則玻璃的化學穩定性惡化。
含有的鹼金屬氧化物Na2O(5～15重量％，優選6～12重量％)以及K2O(5～10重量％)有利於可熔性的改善，即減少粘度。在提高鹼金屬含量時首先是水解穩定性，但是在少量時耐鹼性惡化。但首先減小阿貝值很多。
在本發明玻璃中含有的鹼土金屬氧化物CaO具有0.1～1重量％，優選0.1～0.5重量％，而0.5～3重量％的BaO，優選0.5～2.5重量％。鹼土金屬氧化物減少熔體的粘度，抑制晶化並有助於改善耐鹼性。因此在玻璃中含有CaO至少0.1重量％而BaO至少0.5重量％，兩種氧化物對光學位的調節是必不可少的。在高含量時可再次使阿貝值減少。
TiO2是作為選用組份用以調整紫外線銳截止位大於280nm的所必需的。玻璃中TiO2的含量超過1.7重量％時，在該玻璃體系中幾乎不再引起紫外-銳截止向長波長範圍移動的作用且促使玻璃質的不透明化。此外TiO2含量比所指出的含量高得過多，將使折射率大大的提高且使阿貝值急劇減小。
該玻璃以沒有不可避免雜質量的貴重CeO2而製成。這樣做的優點是對在由截止區向通過區轉變過程的透射曲線的陡度和對曝曬穩定性都有利。
此外該玻璃沒有不可避免的雜質量的PbO和As2O3。所以該玻璃是不含有毒性成份因而也是對生物無害的產品。
Sb2O3是任選成份且可用作精煉劑，同樣也可能有一些別的通常的精煉劑。
實施例為製造實施例的玻璃加入通常的光學玻璃原料。
在實驗室的Pt坩鍋中在1420℃的溫度下熔煉很好攪拌均勻的混合物料，精煉並均質化。接著進行玻璃澆鑄和以20k/h的速度進行冷卻。
表1表示一種0.5升熔融金屬的熔體實例
這樣得到的玻璃的特性列於表2，給出3實施例。
表2列出了按本發明的9個實施例的玻璃(1-9)列出其組份(以氧化基的重量％表示)以及其重要特性。
表2實施例號


圖1描繪的是一種給定玻璃組份，其銳截止位與TiO2含量的關係。由此圖明顯反映，銳截止位可按目的要求且可按TiO2的配量進行調節而可再生產。
權利要求
1.一種硼矽酸鹽玻璃，其組份為(以氧化物基的重量％計)SiO260～75B2O310～15Na2O 5～15K2O 5～10CaO 0.1～1BaO 0.5～3TiO2＞0～1.7Sb2O30～0.5和通常的精煉劑。
2.按照權利要求1的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為其組份為(以氧化物基的重量％計)SiO265～75B2O310～13Na2O 6～12K2O 5～10CaO 0.1～0.5BaO 0.5～2.5TiO20～1.7Sb2O30～0.5和通常的精煉劑。
3.按照權利要求1至2中至少一項的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為含有以下添加劑(以氧化物基的重量％計)SrO 0.5～2.5Mg0.1～1Li2O 0～5。
4.至少按權利要求1至3中至少一項的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為其中不含由As2O3，PbO和CeO2構成的不可避免的雜質。
5.按照權利要求1至4中至少一項的硼矽酸鹽玻璃，在試樣厚度為2mm時其陡峭銳截止位λc在280nm至325nm之間，且在通過區的透射率Tip＞98％和截止區的光密度為1×10-5。
6.按照權利要求1至5中之一的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為在其銳截止位在280至295nm之間時，表明以氧化物基的TiO2的含量為＞0至0.1重量％。
7.按照權利要求1至5中之一的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為在其銳截止位在290至305nm之間時，表明以氧化物基的TiO2的含量為0.05至0.3重量％。
8.按照權利要求1至5中之一的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為在其銳截止位在300至315nm之間時，表明以氧化物基的TiO2的含量為0.16至0.8重量％。
9.按照權利要求1至5中之一的硼矽酸鹽玻璃，其特徵為在其銳截止位在310至325nm之間時，表明以氧化物基的TiO2的含量為0.5至1.7重量％。
10.按照權利要求1至9中至少一項的玻璃的用途，它用於製造在UVB和/或UVC範圍的紫外截止過濾器的過濾玻璃。
11.按照權利要求1至10中至少一項的玻璃的用途，它用於製造照射臺或大氣腐蝕試驗儀的過濾玻璃。
12.按照權利要求1至10中至少一項的玻璃的用途，它用於製造成像光學，投影，電信通信，信息情報技術和微印刷中的光學玻璃。
13.按照權利要求1至12中至少一項的硼矽酸鹽玻璃，其轉換溫度Tg＞560℃，其熱膨脹係數α(20/300)在7.5至8.8 10-6/K之間，陡峭銳截止位在275nm至325nm之間。
全文摘要
本發明涉及一種硼矽酸鹽玻璃，其光譜的銳截止位在UV－範圍的280nm至325nm之間可用簡單的方法確定並用以下組份(氧化物基的重量％)調節SiO
文檔編號C03C4/08GK1496969SQ0312487
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月29日 優先權日2002年9月30日
發明者史蒂芬·格魯恩, 約翰·法德爾, 西蒙·裡特, 史蒂芬 格魯恩, 法德爾, 裡特 申請人:艙壁玻璃公司