專利名稱：具有特定紫外-銳截止的白玻璃/硼硅酸鹽玻璃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種具有特定銳截止位的硼硅酸鹽玻璃以及其應(yīng)用。
為了將一般限定在400nm以下的UV-范圍可分為UVA，UVB和UVC小范圍，目的是進(jìn)行過(guò)濾，可使用白玻璃或也可使用有特定銳截止位的光學(xué)玻璃。該銳截止位或銳截止波長(zhǎng)λc相應(yīng)于在截止區(qū)和通過(guò)區(qū)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之間的范圍內(nèi)。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(yīng)于工業(yè)上的應(yīng)用，因?yàn)閷?duì)于工業(yè)應(yīng)用需要具有在高的轉(zhuǎn)換溫度(如在＞560℃)下具有尺寸穩(wěn)定性和/或一種穩(wěn)定的膨脹系數(shù)。
一個(gè)具有穩(wěn)定膨脹系數(shù)的玻璃易于在構(gòu)件中的玻璃安裝或更換。
對(duì)于在工業(yè)中應(yīng)用的玻璃重要的是包括UV-銳截止的透射特征。在紫外光的范圍要求與應(yīng)用目的相應(yīng)的特定的陡峭的紫外-銳截止。例如對(duì)在顯示屏單元中灼燒磷單元的照射臺(tái)要求＞320nm的紫外光。在植物栽培中的植物實(shí)驗(yàn)中要使用＞280nm的硬紫外光照射。用于質(zhì)量檢測(cè)的大氣腐蝕試驗(yàn)儀則要變換紫外光的范圍并按要求的過(guò)濾器。
在JP77 066 512 A的專利中描述了由硼硅酸鹽玻璃得到的其銳截止位在約370nm的紫外線-過(guò)濾玻璃，其中含有CeO2或與TiO2相結(jié)合。使用CeO2使玻璃的原料價(jià)格明顯昂貴。此外CeO2對(duì)玻璃的曝曬起負(fù)面作用。
專利DE 639 456 A1描述了一種燈玻璃，它由較寬的組成范圍，它的成份是SiO2，B2O3且可還含Al2O3，MgO，CaO，BaO，BeO，Na2O和K2O。該玻璃用于沒(méi)有明確的紫外線-銳截止或光學(xué)位置。
專利GB 20 02 341描述了一種具有相對(duì)寬廣組份范圍的光學(xué)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(méi)有明確的紫外-銳截止，而是具有折射指數(shù)梯度的玻璃/纖維。
專利US 2,832,491是有關(guān)一種方法專利，它適用于施加預(yù)應(yīng)力的玻璃盤。該用于施加預(yù)應(yīng)力的適宜玻璃的成份在相對(duì)廣的范圍內(nèi)，同樣含有SiO2和B2O3成份。對(duì)這種玻璃來(lái)說(shuō)是不能調(diào)節(jié)其紫外線-銳截止和光學(xué)位。
專利DE 19 532 800 A1包括用于殺菌玻璃的應(yīng)用。保證該玻璃在減少在VIS和IR范圍中的透射性時(shí)，對(duì)在UVB和UVC范圍具有高的透射性。這就是說(shuō)，在通過(guò)范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(duì)廣寬組份范圍的玻璃所制造的焊接玻璃，它含有成份是SiO2，B2O3且可含有Al2O3，MgO，CaO，BaO，SrO，ZnO，Li2O，Na2O和K2O，這里允許的堿土金屬氧化物的最大含量為1重量％。最少含量為1重量％的堿土金屬以保證有良好的耐化學(xué)性，這種過(guò)濾器玻璃可在潮濕的環(huán)境里使用。按專利DE 3822733 A1得到的玻璃沒(méi)有確定的紫外線銳截止位的調(diào)整。
專利EP 0 505 061 A1描述了一種用于砷化鎵太陽(yáng)能電池防護(hù)蓋的玻璃。它的波長(zhǎng)小于320nm范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(shè)備領(lǐng)域中應(yīng)用的一種玻璃板和基底的玻璃。這里主要是其物理特性如膨脹系數(shù)，低的冷卻溫度，密度和氧原子密度。對(duì)于這種玻璃重要的不是紫外-銳截止位或光學(xué)特性。
本發(fā)明的任務(wù)，是得到一種紫外光透過(guò)的玻璃，其銳截止位確定在280nm和325nm之間的范圍內(nèi)可以以簡(jiǎn)單的方法調(diào)整的，其中，該玻璃在高的工作溫度下尺寸穩(wěn)定且有相當(dāng)恒定的膨脹系數(shù)。
這些按專利要求1的玻璃都得以解決。
所使用的硼硅酸鹽玻璃滿足溫度和尺寸穩(wěn)定性方面的要求。其中，硼硅酸鹽玻璃在280nm和325nm之間具有確定的銳截止位在通過(guò)區(qū)具有高的透射性，在截止區(qū)有高的光學(xué)密度以及確定的折射指數(shù)和阿貝值。這一切在通過(guò)改變玻璃系中的TiO2的含量就能達(dá)到。
對(duì)于這種玻璃最重要的是具有280至325nm銳截止位λc的連續(xù)產(chǎn)品。這種連續(xù)的產(chǎn)品是基于均勻的基玻璃而予以保證。對(duì)于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(shí)是不需要的。這類產(chǎn)品節(jié)約了費(fèi)用和時(shí)間，即避免長(zhǎng)的再熔融相，在該過(guò)程中不能生產(chǎn)出所需要的玻璃。
本發(fā)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(shù)nd和色散vd的光學(xué)玻璃。所以該玻璃可在成像的光學(xué)系統(tǒng)、投影、電信通信、信息情報(bào)技術(shù)和微印刷等的領(lǐng)域中加以應(yīng)用。
這種具有所要求的光學(xué)和物理特性的玻璃優(yōu)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(yōu)選無(wú)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(gòu)成。
本發(fā)明的玻璃含60至75重量％的SiO2，優(yōu)選65至75重量％并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是很好的組份并通過(guò)減少粘度而改善可溶性，在本發(fā)明的玻璃中含有5～15重量％的B2O3，優(yōu)選10～13重量％。少于5重量％的B2O3可惡化玻璃的可熔性，而高于15重量％的B2O3，則玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性惡化。
含有的堿金屬氧化物Na2O(5～15重量％，優(yōu)選6～12重量％)以及K2O(5～10重量％)有利于可熔性的改善，即減少粘度。在提高堿金屬含量時(shí)首先是水解穩(wěn)定性，但是在少量時(shí)耐堿性惡化。但首先減小阿貝值很多。
在本發(fā)明玻璃中含有的堿土金屬氧化物CaO具有0.1～1重量％，優(yōu)選0.1～0.5重量％，而0.5～3重量％的BaO，優(yōu)選0.5～2.5重量％。堿土金屬氧化物減少熔體的粘度，抑制晶化并有助于改善耐堿性。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(duì)光學(xué)位的調(diào)節(jié)是必不可少的。在高含量時(shí)可再次使阿貝值減少。
TiO2是作為選用組份用以調(diào)整紫外線銳截止位大于280nm的所必需的。玻璃中TiO2的含量超過(guò)1.7重量％時(shí)，在該玻璃體系中幾乎不再引起紫外-銳截止向長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍移動(dòng)的作用且促使玻璃質(zhì)的不透明化。此外TiO2含量比所指出的含量高得過(guò)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(méi)有不可避免雜質(zhì)量的貴重CeO2而制成。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)在由截止區(qū)向通過(guò)區(qū)轉(zhuǎn)變過(guò)程的透射曲線的陡度和對(duì)曝曬穩(wěn)定性都有利。
此外該玻璃沒(méi)有不可避免的雜質(zhì)量的PbO和As2O3。所以該玻璃是不含有毒性成份因而也是對(duì)生物無(wú)害的產(chǎn)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(shí)施例為制造實(shí)施例的玻璃加入通常的光學(xué)玻璃原料。
在實(shí)驗(yàn)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，精煉并均質(zhì)化。接著進(jìn)行玻璃澆鑄和以20k/h的速度進(jìn)行冷卻。
表1表示一種0.5升熔融金屬的熔體實(shí)例
這樣得到的玻璃的特性列于表2，給出3實(shí)施例。
表2列出了按本發(fā)明的9個(gè)實(shí)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(shí)施例號(hào)


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(guān)系。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(jìn)行調(diào)節(jié)而可再生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.一種硼硅酸鹽玻璃，其組份為(以氧化物基的重量％計(jì))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(quán)利要求1的硼硅酸鹽玻璃，其特征為其組份為(以氧化物基的重量％計(jì))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(quán)利要求1至2中至少一項(xiàng)的硼硅酸鹽玻璃，其特征為含有以下添加劑(以氧化物基的重量％計(jì))SrO 0.5～2.5Mg0.1～1Li2O 0～5。
4.至少按權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)的硼硅酸鹽玻璃，其特征為其中不含由As2O3，PbO和CeO2構(gòu)成的不可避免的雜質(zhì)。
5.按照權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)的硼硅酸鹽玻璃，在試樣厚度為2mm時(shí)其陡峭銳截止位λc在280nm至325nm之間，且在通過(guò)區(qū)的透射率Tip＞98％和截止區(qū)的光密度為1×10-5。
6.按照權(quán)利要求1至5中之一的硼硅酸鹽玻璃，其特征為在其銳截止位在280至295nm之間時(shí)，表明以氧化物基的TiO2的含量為＞0至0.1重量％。
7.按照權(quán)利要求1至5中之一的硼硅酸鹽玻璃，其特征為在其銳截止位在290至305nm之間時(shí)，表明以氧化物基的TiO2的含量為0.05至0.3重量％。
8.按照權(quán)利要求1至5中之一的硼硅酸鹽玻璃，其特征為在其銳截止位在300至315nm之間時(shí)，表明以氧化物基的TiO2的含量為0.16至0.8重量％。
9.按照權(quán)利要求1至5中之一的硼硅酸鹽玻璃，其特征為在其銳截止位在310至325nm之間時(shí)，表明以氧化物基的TiO2的含量為0.5至1.7重量％。
10.按照權(quán)利要求1至9中至少一項(xiàng)的玻璃的用途，它用于制造在UVB和/或UVC范圍的紫外截止過(guò)濾器的過(guò)濾玻璃。
11.按照權(quán)利要求1至10中至少一項(xiàng)的玻璃的用途，它用于制造照射臺(tái)或大氣腐蝕試驗(yàn)儀的過(guò)濾玻璃。
12.按照權(quán)利要求1至10中至少一項(xiàng)的玻璃的用途，它用于制造成像光學(xué)，投影，電信通信，信息情報(bào)技術(shù)和微印刷中的光學(xué)玻璃。
13.按照權(quán)利要求1至12中至少一項(xiàng)的硼硅酸鹽玻璃，其轉(zhuǎn)換溫度Tg＞560℃，其熱膨脹系數(shù)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(fā)明涉及一種硼硅酸鹽玻璃，其光譜的銳截止位在UV－范圍的280nm至325nm之間可用簡(jiǎn)單的方法確定并用以下組份(氧化物基的重量％)調(diào)節(jié)SiO
文檔編號(hào)C03C4/08GK1496969SQ0312487
公開日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月30日
發(fā)明者斯蒂芬·格魯恩, 約翰·法德爾, 西蒙·里特, 斯蒂芬 格魯恩, 法德爾, 里特 申請(qǐng)人:艙壁玻璃公司