DE1909433A1

DE1909433A1 - Verfahren zur Herstellung eines Glases hoher Lichtdurchlaessigkeit

Info

Publication number: DE1909433A1
Application number: DE19691909433
Authority: DE
Inventors: Harrington Roy Victor
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-25
Publication date: 1969-09-18
Also published as: DE1909433B2; DE1967211C2; FR2002589A1; NL6902919A; GB1213603A

Description

Verfahren zur Herstellung eines Glases hoher Licht-

durchlässigkeit

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines reduzierten, hochreinen, titanoxidhaltigen Glases hoher Mchtdurchlässigkeit.

Optische Glasfiber-Geräte sind bereits bekannt. Das auf diesem Gebiet grundlegende Patent ist die US-Patentschrift Nr. 2 825 260, in der das Überziehen eines Kernwerkstoffs mit einem anderen Material, das einen anderen Brechungsindex aufweist, beschrieben wird. Glas wurde bereits sowohl als Kernwerkstoff als auch als Überzugsmaterial verwendet. Es war jedoch bei den optischen Glasfiber-Geräten schwierig, eine gute Lichtdurchlässigkeit durch längere Glasstrecken zu erhalten. Die geringe Lichtdurchlässigkeit wurde mit Verunreinigungen in den Gläsern in Verbindung gebracht. Für die Herstellung von Glaskernen optischer Glasfiber-Geräte wurden deshalb

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Gläser hoher Reinheit verwendet.

Gläser hoher Reinheit werden am "besten durch Verfahren hergestellt, die den im TJS-Patent Br. 2 326 059 beschriebenen Verfahren ähneln. Dieses Patent "beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Oxids durch Flammenpyrolyse und anschliessende Formung des Oxids in eine Glaskugel auf einer Ober-, fläche. Die Glaskugel wird dann zu einem Stab geformt, der den Kern des optischen Glasfiber-Geräts bildet. Der Glaskern wird dann mit einem Glastubus überzogen. Diese Stab-Tubus-Kombination wird dann zu einer Glasfiber ausgezogen« Anschliessend wird die Fiber auf ihre endgültige Form weiter·^ gezogen. Die so erhaltenen Glasfiber-Geräte weisen eine atis^ gesprochen niedere Lichtdurchlässigkeit auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Lichtdurchlässigkeit opt löscher Glasfiber-Geräte aus hochreinem, titanoxidhaltigem Glas zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Glas zur Oxidation der in ihm enthaltenen Titanionen in einer oxidierenden Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

Bei der vorzugsweisen Ausführungsart des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine titanoxidhaltige Siliziumdioxid-Glasfiber hoher Reinheit als Glaskern verwendet. Dieses Glas wird ge-

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!MSPECTED

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mass der US-Patentschrift Hr. 2 326 059 durch Pyrolyse von Siliziumtetrachlorid- und Titantetrachlorid-Dämpfen und Kondensieren des auf diese Weise erhaltenen Siliziumdioxids und Titanoxids in Form einer Kugel geformt. Anschliessend wird ein Glasstab geeigneter Grosse aus der Kugel geformt. Dann wird aus geschmolzenem Siliziumdioxid ein Tubus geformt, der über den Stab geschoben wird; das so erhaltene Glasteil wird dann zu einer Fiber ausgezogen. Der Siliziumdioxid-Überzug wird auf Grund seiner Reinheit und seines Brechungsindex, der kleiner ist als der des Kernstücks, verwendet.

Die erhaltene Fiber wird bei hohen Temperaturen weitergezogen, bis sie eine geeignete Grosse erreicht hat. Das Weiterziehen bei hohen Temperaturen verursacht eine Reduktion des Glases. Überdies wird das Glas mittels eines besonderen Prozesses einer reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt, die das Glas weiter reduziert. Uach dem Weiterziehen wird festgestellt, dass die Fiber eine sehr geringe Lichtdurchlässigkeit aufweist.

Es wird angenommen, dass diese geringe Lichtdurchlässigkeit auf eine Reduktion der Oxidationsstufe der Titanionen während des Weiterziehens zurückzuführen ist. Die Titanionen werden von der +4-Wertigkeit zur +5-Wertigkeit reduziert. Es wird angenommen, dass die +3-Titanionen sichtbare Strahlung leichter absorbieren als +4»Titanionen_o Um die Lichtdurchlässigkeit zu verbessern, müssen also die Titanionen zur +4-Wertigkeit oxidiert werden,,

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ORlGJNAL INSPECTED

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Erfindimgsgemäss wurde gefunden, dass diese Oxidation durch Erhitzen der Fiber in oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen von ca. 600 bis 1000° C erreicht werden kann, Nach einer derartigen Wärmebehandlung ist ein starkes Ansteigen der Lichtdurchlässigkeit zu beobachten. Der Absorptionskoeffizient, der ein Mass für die Fähigkeit des Materials, Strahlung durchzulassen, darstellt und von der Länge der Fiber unabhängig ist, wurde beträchtlich erniedrigt. =

Es kann angenommen werden, dass eine derartige Wärmebehandlung die Lichtdurchlässigkeit jedes reduzierten Titanoxidhaltigen Glases verbessert. Es sind jedoch derzeit nur Gläser verwendbar, die einen Gehalt von 0 bis 15 Gew.^ Titanoxid aufweisen. Die maximale Behandlungstemperatur hängt von der Temperatur ab, bei der sich die Fiber deformiert, während die niedrigste Behandlungstemperatur von der Temperatur abhängt, bei der eine erkennbare Änderung der Lichtdurchlässigkeit stattfindet. Die Wärmebehandlungsdauer hängt von der Behandlungstemperatur ab: Bei niederen Behandlungstemperaturen ist eine lange Behandlungszeit, bei hohen Behandlungstemperaturen eine kürzere Behandlungszeit notwendig. Obwohl nur reine Säuerstoffatmosphären verwendet wurden, kann angenommen werden, dass auch weniger stark oxidierende Atmosphären verwen= det werden können. Bei Verwendung von weniger stark oxidierenden Atmosphären ist jedoch eine längere Behandlungsdauer und/oder eine höhere Behandlungstemperatur notwendig₈ um die Lichtdurchlässigkeit wesentlich su verbessern^

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ORIGINAL INSPECTED

Im Folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren anhand zweiei Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurde ein optisches Glasfiber-Gerät mit einem Durchmesser von 0,0112 cm hergestellt, wobei der Durchmesser des Kernstücks ca, 0,0110 cm und die Dicke des Überzugs ca, 0,00127 cm "betrug. Der Überzug "bestand aus reinem, geschmolzenem (fused) Siliziumdioxid-Glas, während der Glaskern aus 93,1 <fo Siliziumdioxid und 6,9 $ Titanoxid - in Gewichtsprozenten auf -Oxidbasis - zusammengesetzt war. Diese Fiber wurde "bei 1900° G weitergezogen, "bis geeignete Abmessungen erreicht waren. Die weitergezogene Fiber wies eine sehr geringe Lichtdurchlässigkeit auf; der Absorptionskoeffizient "betrug ca. 0,025 cm . Die Fiber wurde dann in reiner Sauerstoff atmosphäre 16 Stunden "bei 800° 0 einer Wärmebehandlung unterworfen. Nach der Wärmebehandlung wurde eine wesentlich bessere Lichtdurchlässigkeit gefundenj der Absorptionskoeffizient betrug ca. 0,008 cm" . Diese Verkleinerung des Absorptionskoeffizienten entsprach annähernd einer Verbesserung um den Faktor 3. Eine Verbesserung des Absorptionskoeffizienten ca. um den Faktor 3 entspricht einer Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit ca. um den Faktor 20, bezogen auf eine 1 cm lange Fiber,

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- β

Beispiel 2

Es wurde ein optisches Glasfiber-Gerät mit einen Durchmesser von 0,0058 cm hergestellt, wobei der Durchmesser des Kernstücks ca. 0,0010 cm und die Dicke des Überzugs ca. 0,0279 cm "betrug. Überzug und Glaskern hatten dieselbe Zusammensetzung wie in Beispiel 1. Nach dem Weiterziehen der Fiber bei I9OO⁰ G war die Lichtdurchlässigkeit gering; der Absorptionskoeffizient betrug ca. 0,087 Qm" . Die Fiber wurde dann in reiner Sauerstoffatmosphäre I4 Stunden bei 600° C einer Wärmebehandlung unterzogen. Durch diese Wärmebehandlung wurde die Lichtdurchlässigkeit wesentlich verbessert; der Absorptions-* koeffizient betrug ca. 0,0087 cm . Diese Verkleinerung des Absorptionskoeffizienten entsprach annähernd einer Verbes·^ serung um den Faktor 10. Eine Verbesserung des Absorptionsrkoeffizienten ca. um den Faktor 10 entspricht einer Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit ca. um den Faktor 20 000, bezogen auf eine 1 cm lange Fiber.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines reduzierten, hochreinen, titanoxidhaltigen Glases höher Lichtdurchlässigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas zur Oxidation der in ihm enthaltenen Titanionen in einer oxidierenden Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte titanoxidhaltige Glas - in Gewichtsprozenten auf Oxidbasis - im wesentlichen aus bis zu 15 $ Titanoxid und wenigstens 85 $ Siliziumdioxid besteht.

/3.j Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte titanoxidhaltige Glas das Kernstück eines optischen Glasfiber-Geräts ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Glasfiber-Gerät bei ca. 600° C bis 1000° G in einer oxidierenden Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte titanoxidhaltige Glas in Gewichtsprozenten auf Oxidbasis - im wesentlichen aus 90 bis 95 io Siliziumdioxid und 5 bis 10 # Titanoxid bestellt.

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6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Glasfiber-Gerät 10 bis 20 Stunden bei 600 bis 800° C einer Wärmebehandlung unterworfen wird.

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