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Eigenschaften von Pyrex und anderen Spiegelträgern

Grundsätzlich gilt: Die Form der Oberfläche eines Spiegels und dessen Glattheit sind wichtiger als das Spiegelmaterial.

Bei Pyrex handelt es sich um ein getempertes Borosilicat-Glas, das praktisch nur als Spiegelträger Verwendung findet. Die für die Praxis wesentliche Eigenschaft von Pyrex ist die relativ geringe Wärmeausdehnung. Es gibt zwei verschiedene Methoden, Pyrexrohlinge herzustellen. Entweder werden die Scheiben aus großen Platten geschnitten ("Pyrex sheet glass") oder das glutflüssige Material wird gleich in eine runde Form ("Pyrex blank") gegossen. Beim Guß der Platten oder der Rohlinge kühlt sich das Material, das als erstes mit der Gußform in Verbindung kommt, schlagartig ab und wird fest, während der Rest langsamer abkühlt. Dadurch gibt es an der Gußhaut große mechanische Spannungen. Um die Spannungen zu beseitigen, wird das Glas nach dem Erstarren in einem Ofen bis knapp unter den Schmelzpunkt aufgeheizt, für eine Weile auf dieser Temperatur gehalten und dann langsam abgekühlt. Dieser Prozeß wird als Tempern (engl. "annealing") bezeichnet. Nicht nur Pyrex, sondern auch alle anderen als Spiegelträger verwendeten Materialien müssen getempert werden. Wenn die Spannungen im Glas bleiben, verändert sich die Form bei Temperaturänderungen. Der Spiegel wird bei einer bestimmten Temperatur parabolisiert und funktioniert - allerdings nur bei dieser Temperatur. Da bei der Beobachtung die Temperatur meist tiefer liegt als bei der Herstellung, muß man mit einer verzerrten Abbildung rechnen.

Die für die astronomische Beobachtung relevanten Vorteile von Pyrex gegenüber anderen Materialien - insbesondere BK7 - sind:

Die bisher aus Taiwan an uns gelieferten BK7 Spiegel haben trotz dieser Probleme eine hervorragende optische Qualität, werden also offensichtlich mit der erforderlichen Sorgfalt hergestellt. Die Pyrexspiegel vom gleichen Lieferanten sind im Schnitt etwas besser.

Es sei noch angemerkt, daß die Vorteile von Pyrex im wahrsten Sinne des Wortes ihren Preis haben: Pyrex ist schon bei 8" erheblich teurer als BK7. Zum einen sind die "Zutaten" teurer. Pyrex besteht zu etwa 80% aus Quarz. Der Anteil von Natrium, das beim Fensterglas die kräftige grüne Farbe produziert, liegt bei Pyrex bei nur 5%. Zum anderen ist BK7 lokal verfügbar, während die Pyrexrohlinge aus USA importiert werden müssen.

Zur Vollständigkeit seinen hier noch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Glasmaterialien genannt:

Float Glas8.4*10^-6/K
BK77.1*10^-6/K
Suprax4.3*10^-6/K
Pyrex3.25*10^-6/K
Zerodur0-0.1*10^-6/K

Weitere Materialien:

Fensterglas: Das an seiner kräftigen grünen Farbe erkennbare Fensterglas hat eine noch etwas größere Wärmeausdehnung als BK7 und eine entsprechend größere Verformung.

Plate Glas, etc.: Das billigste der Materialien, mit denen Fernost-Teleskope geliefert werden, ist nicht getempert. Man erkennt das Material an der welligen Gußhaut am Spiegelrand. Dieses Material hat oft eine minderwertige Qualität. Wir hatten eine Reihe von Testspiegeln zur Verfügung, ein großer Anteil war unbrauchbar und hatte starke, dreieckige Verzerrungen sowie eine erhebliche sphärische Abberation.

Suprax: Dieses Glas fällt wie Pyrex in die Gruppe der Borosilikatgläser. Wegen seiner Spezifikationen wird dieses Material gerne in Bereichen eingesetzt, wo es zu hohen Temperaturschwankungen kommt und wo chemische Resistenz gefragt ist. Die Wärmeausdehnung ist nur minimal schlechter als Pyrex und auch die spezifische Dichte liegt im Bereich von Pyrex (2.3 g/cm^3).


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