Стекло для ионного обмена

 

) Использование: для элементов с градиентом оптических и акустических свойств, изготовляемых методом ионообменной взаимодиффузии из расплавов солей одновалентных металлов. Сущность изобретения: стекло для ионного обмена содержит оксид кремния 50,7-59.8% БФ LiO-, оксид лития 0,1-25% БФ SI20, оксид натрия 0,1-25% БФ N320, оксид титана 15-17% БФ ТЮг, оксид гафния 3-9% БФ НГО2, оксид сурьмы 0,2- 0,3% БФ 5Ь20з. Изменение показателя преломления (-270-+275/104, инкремент показателя преломления (-13-+14) мол.%. 3 табл.

Г(!I!» .1 сорi I cr41»

СО! (1Л l l1C т б1 I j С I; l1>, Рт CI IYI; I111r, (((л С 03 С 3/78

ГОсудАРстт1еях)е пАтент110е

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент cccp) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ вЂ” "," =(1,1 0.1) Li2 О + (»(агО

Т(02 + Н102

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4932753/33 (22) 12.02.91 (46) 23.03.93, Бюл. ¹ 11 (71) Ленинградский технологический институФ целлюлозно-бумажной промышленности (7() В.Я,Лившиц. Е.А.Марчук и В.В,Жуков (58) Авторское свидетельство СССР №,1414810, кл, С 03 С 3/11, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1495319, кл. С 03 С 3/095. 1987, (54) СТЕКЛО ДЛЯ ИОННОГО ОБМЕНА (57) Использование; для элементов с градиентом оптических и акустических свойств, Изобретение относится к стеклам для элементов с градиентом оптических и акустб1ческих свойств, изготовляемых методом ионообменной взаимодиффузии из расплава олей одновалентных металлов.

Целью изобретения является повышени величины инкремента и максимального изМенения (перепада) показателя преломлеНия.

Поставленная цель достигается тем, что сте ло имеет компонентный состав в мол, :

5(02 50,7-59,8

Т! 02 15,0-17,0

Н f02 3,0-9,0

ЯЬ203 0,2-0,3

Li20 0,1-25,0

Na2O 0,1-25,0

Величина перепада ПП (показателя преломления)

AA = ппов- по, „., 5U „„1803393 А1 изгîTовляемыx методом ионообменной взаимодиффузии из расплавов солей одновалентных металлов. Сущность изобретения: стекло для ионного обмена содержит оксид кремния 50,7-59,80 БФ Li0, оксид лития

0,1-25% БФ SI20, оксид натрия 0,1-25% БФ (ча20, оксид титана 15-17% БФ Ti02, оксид гафния 3-9% БФ Hf02, оксид сурьмы 0,20,3% БФ ЯЬ20з. Изменение показателя преломления (-270-+275/10, инкремент

4 показателя преломления (-13-+14) мол.%. 3

-1 табл. где ппов и по, соответственно. ПП поверхности стекла после и до ионного обмена.

Величины Л и могут быть как положительными, так и отрицательными, соответственно, виду обмена и увеличению или уменьшению ПП поверхности, по сравнению с по, пРи этом Z(Li20 + (»(агО) =- 20,0 — 25,1 мол, и Х(Т(02+ Hf02) = 20-24 мол.% так что

Таким образом, суммарное содержание щелочных оксидов Li20 и Na20 в предлагаемом стекле 20-25,1 мол.%, а суммарное содержание оксидов титана и гафния 20-24 мол.%, отсюда среднее отношение

1803393

Подобное соотношение - для стекол лн 2 аналога и прототипа в среднем равняется

1,4.

Способ формирования градиентного стекла осуществляется следующим образом.

Варку стекла проводят в платиновых тиглях емкостью 250-300 мл в лабораторных силитовых печах из шихты, в которой в качестве ингредиентов брались О2СОз, йа2СОз, а остальные — в виде оксидов.

Температура варки стекла 1450-1500 C.

Конкретные составы стекла представлены в таблице 1.

Из стекла предлагаемого состава изготовлены образцы размером 10х10х10 мм.

Образцы погружались в расплав солей и подвергались химико-термической о бра ботке в режимах при температуре 625-650 С, В таблице 2 приведены условия ионообменной обработки и основные параметры стекол после взаимодиффузии, а именно, полный перепад Ь и (изменение) ПП исходного стекла после ионного обмена, а также величины соответствующего ИПП, равного

- —, где СВ20 содержание обмениваюАп

ТЖ2 О щегося оксида в исходном стекле. Знак плюс при ИПП означает увеличение ПП стекла после обмена, знак минус — уменьшение.

В таблице 3 приведены значения модуля Юнга Е, показателя преломления ПП и

ИПП предлагаемого стекла (1, 2, 3, 4), а также аналога и прототипа.

Стекло для градиентных элементов является тем лучшим, более ценным, для ионообменного получения градиентных элементов, чем больше изменение (перепад) ПП A и в нем можно получить, как в сторону увеличения ПП, так и в сторону уменьшения ПП. Кроме того, стекло тем более эффективно, чем больше величина удельного изменения полезного свойства, т.е. чем больше инкремент свойства, равного величине — изменение ПП (ИПП)

Лп

С 2 О на мольный процент обменивающегося оксида щелочного металла.

Величина перепада ПП является определяющей для параметров (апертура, длина периодичности, фокусное расстояние и т.д.) элементов иэ градиентного стекла.

Поэтому увеличение An и ИПП является важнейшей задачей (целью) такой разработки, стекол для градиентных элементов, получаемых путем ионного обмена, из расплава солей одновалентных металлов.

Формула изобретения

Стекло для ионного обмена содержащее Si02, Li20, Иа20, ЯЬ Оз, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью повышения величины инкремента и максимального изменения показателя преломления, оно дополнительно содержит Ti02 и Hf02 при следующем соотнешении компонентов. мол. ;

Из данных, приведенных в табл.2 и 3 видны преимущества предлагаемого стекла по сравнению с известным (авт.свид, М

1414810 и 1495319); предлагаемое стекло имеет высокие модули Юнга от 855 до

950х10 н/м, не уступающие величинам упругих модулей в стеклах аналога и прототипа. высокие ПП от 1,66 до 1,67, и главное позволяет получить высокие перепады ПП от — 270 до +275х10 и высокие значения

ИПП, т.е. наиболее эффективно и полно изменяет ПП при ионном обмене. При высокотемпературном ионном обмене значения

ИПП достигают величины от - 14 до +14х10

"5 (мол.7;)-1, что значительно превосходит стекло-прототип и аналог.

R20

Отношение — в предлагаемом многи 2 гощелочном стекле близко к единице, что

20 благоприятно для ионного обмена и взаимодиффузии, а также механической прочности исходного и градиентного стекла. Средняя

В 20 величина отношения для стекол по СН 2 авт. свид. N 1414810 и 1495319 около 1, 4, а в предлагаемом стекле — — = (1,1 +- 0.1).

R20

В 2

Измерения модуля !Онга проводили акустическим методом "наложения импульсов", измерения ПП на рефрактометре Пульфриха, а величину перепада ПП определяли по плоскопараллельным срезам градиентного стекла на интерферометре Маха-Цендера.

Ионообменную обработку стекол проводили в расплавах солей лития и натрия по режимам табл.2 в шахтных печах типа

CLU0fl, Использование предлагаемого стекла позволяет эффективно изменять ПП и получать оптические градиентные стекла с высокими значениями перепада ПП, как в плюсовую, так и в минусовую сторону от значения ПП исходного стекла. Таким образом, возможно получение прямых и обратных (фокусирующих и дефокусирующих) изменений ПП в первоначально однородном стекле при увеличенных значениях удельного изменения полезного свойства.

SION

LlgQ йагО

50,7-59,8:

0.1-25,0;

0.1-25,0;

1803393

5ЬгОз

Т10г

Н<Ог

0,2-0.3:

15,0-17.0;

3.0-9,0.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3