Стекло для прозрачного стеклокристаллического материала на основе ганита

 

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые находят все более широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) в различных областях техники, а также для изготовления товаров народного потребления, Сущность изобретения: стекло для стеклокристаллического материала содержит следующие оксиды, мае, %: оксид алюминия 10-28 БФ оксид цинка 8-22 БФ ZnO; оксид кремния 30-70 БФ Si02; оксид титана 1,5-8 БФТЮа: оксид калия 0,1-3 БФ КаО; оксид мышьяка 0,5-1 БФА520з; оксид свинца 2-17 БФ РЬО. Для получения люминесценции стекло содержит оксид переходного элемента 0,03-1 из группы: оксид хрома БФ , оксид никеля БФ N10; оксид кобальта БФ СоО или, по крайней мере, один оксид 1-3 редкоземельного элемента. Характеристика стекла: температура варки 1520-1580°С. 1 з, п. флы, 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 СОЗ С 10/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4953852/33 (22) 13.06,91 (46) 23.04,93. Бюл, N. 15 (71) Научно-исследовательский институт

"Полюс" (72) Р,М.Бойко, О,А.Горленко, Н.С.Гонтарь и

А.В.Шестаков (73) P.M.Áoéêî, О.А,Горленко, Н,С.Гонтарь и

А.В. Шестаков (56) Стриад 3. Стеклокерамические материалы. М.: СИ, 1988, с. 109-113.

Патент США ¹ 4687750, кл, С 03 С 10/02, 1987, (54) СТЕКЛО ДЛЯ ПРОЗРАЧНОГО СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА HA

ОСНОВЕ ГАНИТА (57) Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые находят все более широкое применение

Ъ

Изобретение относится к прозрачным стеклокерамическим материалам, которые находят все более широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) и в различных областях техники, а также для изготовления товаров народного потребления.

Целью изобретения является снижение температуры варки и повышение светопропускания стеклокерамики, Поставленная цель достигается тем, что в высокопрозрачную стеклокерамику на основе кристаллической фазы ганита, содержащую„оксид алюминия А120з оксид цинка

Zn0, диоксид кремния SI02, диоксид титана

Т102, оксид калия К20, дополнительно вводят QKGMp MblujbAKB АзгОЗ vl QKGMA GBHHQ3 Ы„„1811512 АЗ в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) в различных областях техники, а также для изготовления товаров народного потребления, Сущность изобретения: стекло для стеклокристаллического материала содержит следующие оксиды, мас. g: оксид алюминия 10 — 28 БФ А1гОз; оксид цинка 8-22 БФ ZnO; оксид кремния

30 — 70 БФ $ 02, оксид титана 1,5 — 8 БФ 71О2; оксид калия 0,1 — 3 БФ КгО; оксид мышьяка

0,5-1 БФ АзгОз; оксид свинца 2 — 1? БФ PbO.

Для получения люминесценции стекло содержит оксид переходного элемента 0,03-1 из группы: оксид хрома БФ СггОз, оксид ни- . келя БФ %0; оксид кобальта БФ СоО или,, ф по крайней мере, один оксид 1 — 3 редкозе- . мельного элемента. Характеристика стекла: температура варки 1520-1580 С. 1 з, и. ф- лы, 1 табл, Pb0 при следующем соотношении компонентов, мас.,ь:

А 2ОЗ 10 — 28

ZnO 8 — 22

SI02 30-70

Т1 02 1,5 — 8

К20 0,1 — 3

АзгОз 0,5 — 1

РЬО 2 — 17

Для получения люминесценции в стеклокерамику можно ввести оксиды переходных элементов Сг20з, NIO, СоО 0,03-1 мас.

$ или оксиды редкоземельных элементов

Pr, Nd, Sm, Fu, Gd, ТЬ, Dy, Но, Ег, Tu, Yb 1-3 мас. 7;.

Стекла в стеклообразующей области псевдотройной цинкоалюминийсиликатной системе в зависимости от химического состава, температуры кристаллизации, а так ibad lal 2 же от количества и вида катализатора в процессе кристаллизации способны образовывать кристаллические фазы виллемитэ

2Zn0) 5102, ганита ZnO AlzOg твердых растворов Р-кварца или Zn-петалита, Необходимым условием кристаллизации ганита в цинкоалюмосиликатной системе являются достаточно высокое содержание оксидов цинка и алюминия при их эквимолярном соотношении и присутст- 10 вии в качестве катализатора объемного зародышеобразования оксида титана. В присутствии оксида титана не образуются такие метастабильные фазы как виллемит

2ZnO SiOz и твердые растворы р -кварца и

2п-петалита, Эти условия обуславливают содержание AlzOg 10 мас. /„ZnO — 8 мас.%;

Tl0z 1;5мас. /, Максимально допустимое содержание указанных оксидов, при котором в рассматриваемой псевдочетырехкомпонентной системе происходит стеклообразование составляет для А)гОз Л

28 мас. ; для ZnO 22 мас. ; для

TiOg 8 мас. /.

В ведение оксида свинца позволяет сни- 25 зить вязкость расплава исходного стекла, ускорить процессы расплавления и рафинирования, улучшить рабочие характеристики стекла. Оксид" свинца вместе с оксидом кремния образуют остаточную стеклофазу, 30 причем присутствие PbO не оказывает влияния на фазовый состав стеклокерамики, Присутствии РЬ < 2 не прйводит к заметному снижению температуры варки стекла, а при содержании Pb > 17 мас. / в цинкао 35 люминийсвинецсиликатной системе нарушается стеклообразование. Оксид свинца, являясь условным стеклообразующим оксидом, обычно замещает оксид кремния, не нарушая беспорядочную трехмерную сетча40 тую структуру стекла. Оксид калия является модифицирующим оксидом и при его введении в состав стекла целостность непрерывной структурной сетки стекла нарушается, что способствует расстекловыванию стекла.

Исходные стекла для стеклокерамики должны обладать устойчивостью к самопроизвольному расстекловыванию, поэтому содержание оксида калия в предлагаемом составе ограничено до 3 мас. . В то же. о 50 время, как показали экспериментальные исследования, присутствие оксид калия 0 1 мас. в составе исходного стекла способствует получению тонкозернистой структуры стеклокерамики, т. е, способствует

55 получению высокоп розрачного материала.

Указанные выше оксиды переходных и редкоземельных элементов при содержании « 1 и 3 мас. соответственно не оказывают влияния нэ стеклообраэование системы. Введение оксидов переходных элементов >1 мас., а оксидов редкоземельных элементов >3 мас. % приводит к снижению светопропускания стеклокерамики в видимой и ближней ИК-областях спектра, что очевидно связано c их каталиэирующим действием, при этом переходные элементы Cr, Nt. Со встраиваются в кристаллическую решетку ганита.

Термообработку исходного цинкалюминийсвинецсиликатного стекла проводят в температурах интервала 680 — 780 и 800950 С в течение 2 — 8 ч каждый. Указанный режим обеспечивает заданный фазовый состав стеклокерамики и определенные свойства, в данном случае светопропускание стеклокерамики. Первая ступень термообрэботки 680 †7 С в течение 2 — 8 ч обеспечивает максимальное образование центров кристаллизации, при температурах выше или ниже указанных и времени менее 2 ч эффективность процесса зародышеобраэования, обеспечивающая тон козернистость микроструктуры, снижается, Выдержива-ние заготовок исходного стекла в указанном температурном интервале более 6 ч нецелесообразно, т, к. значительно удлиняет процесс ситаллизации.

Вторая ступень термообработки 800- .

950 С в течении 2 — 8 ч обеспечивает условия роста кристаллов на зародышах, При более низких температурах рост кристаллов либо не происходит, либо идет очень медленно; при более высоких температурах размеры образующихся кристаллов настолько велики, что образцы стеклокерамики начинают опалесцировать, то обуславливает значительные потери света на рассеивание, либо стеклокерамика становится глухой. РоСт кристаллов в указанном температурном интервале для предлагаемых составов стеклокерамики завершается за 2-8 ч.

Пример . Исходную шихту готовят механическим смешением оксидов и солей (нитратов, карбонатов) исходных компонентов: А!20з, Zn0, SiOz, Ti02, РЬО, К20, Аз20з согласно заданной стехиометрии (см. табли. цу).

Варку стекла проводят в алундовых тиглях (V = 0,1 л и 1 м) при температурах 1520—

1580 С в течение 2 — 4 ч. Формование изделий проводят отливом в формы, Термическую обработку стеклянных заготовок проводят по режимам, указанным в таблице. В предлагаемые составы стеклокерамики на стадии приготовления шихты в виде оксидов вводили указанные выше переходные редкоземельные элементы (см. таблицу). Максимумы полос люминесценции

1811512

AbOa

10 2лО

Я! Ог

TlOz

КгО

А оз

15 PbO

10-28

8 — 22

30 — 70

1,5 — 8

0,1 — 3,0

0,5 — 1,0

2-17.

Соперканне ко>в>онентов. нас.2

Температура

° арки, С

Ремни териообработк»

Кнтегральноа саетопрбпусканне, Ilp»не р

As 0 Crsоь

240 т!о

8i0 к о

А! О! 2оО

2 22

Область ламмHsC ценцим,ни . ступень

С С>4ч ступень

s 0 ÷

840/2

850/8

65о/б

&4о/4

950/8

800/4

930/6

87о/8

840/8

8!о/6

8,1 69,8!

О 2

18,0

19,5

23,2

23,2

25,6

20>4

27,9

19,5 !

8,0 570

1520 . !520 ,1520 ,1580

1530

72 0/5

700/6

690/4

700/5

780/2

680/4 750/2

730/6

740/4

700/6

1;0

5,0 0,1

5,0 1,0

8,0 1, 5

6,6 0,1

5,0 3,0

6,5 0,4

1,5 2,0

3,0 1,0

2,5 0,1

8,0 1,0

5,8

t2>0

15,8

16,0 !4,О 49,0

15,7 38,5

18,5 35, О

18,5 47,3

20,3 30>О

17, О 56,!

22,0 42,1

15,7 58, 7

14>0 41>2

1,0

1,0

0,6

1,0

0,9

1,0

1,0

0,5

1,0

82 ° 8

82,9

2,0

16,7

2,0

3,0

2,85

15 ° 8

5. б

6S0-84Î0,15

I,О

11501400

18,5 34,0 14.5 6,3 1,7

1,0

0,8

Н 23,2

710/8 850/8

1520

16501800

14 О 57 О 5 О 2 О 1 О 1 0

1550 720/4 820/6

2,0

950"

t 100

18 ° .О!

1580 780/5 950/5

t,0 1550 720/8 820/8

1,0

19,5

20,4

15,7 55,8

t7,0 47,6

560-65О2,0

3,0 1,0

5,0 1,0

2,0

13

2,0

9501100

1,0

5,0

1570 1580

: 1520

Тьаоа 570

3 О !

22,35 37,65

8,0 70,0

15,7 40,0

18,47 47,3

720/5 850/5

700/4 820/4

710/6 850/6

82,4

83 ° 5

6,0 1,0

1,5 2,5

7,0 0,2

5,0 3,0

4,5

7,0

0,5

1,0

0,6

1,0

28,0

10,0

19,5

23> 2

16

17

0,03!

7,0

2,0

1650- 82 ° 9

520-56015 7 54 8 2 0 3 О 1 0

1,0

19,5

Составитель P. Бойко

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор H. Ревская

Редактор Т. Куркова

Заказ 14б2 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат ".Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 полученных образцов также приведены в таблице, Как видно из приведенных данных, варка стекол проводится при температурах

1520-1580 С, что на 70 — 100 С ниже, чем для известного состава стеклокерамики, Это позволяет значительно интенсифицировать процесс получения прозрачной стеклокера 4ики на основе кристаллической фазы ганита, упрощает поиск футеровочных огнеупорных материалов для ванных и горшковых печей.

Предлагаемый состав стеклокерамики является высокопрозрачным в видимой и ближней ИК-областях спектра, что позволяет использовать его в качестве матрицы для введения ионов-активаторов (переходйые и редкоземельные элементы) для получения новых л!оминесцентных материалов, Формула изобретения

1. Стекло для прозрачного стеклокристаллического материала на основе ганита, включающее А1гОз, Zn0, SION, TIOz. K20, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью снижения температуры варки и повышения светопропускания стеклокерамики, оно дополни5 тельно содержит АэрОз и PbO npu следующем соотношении компонентов, мас. О :

2. Стекло по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения люминесценции стеклокерамики, оно содержит оксид пере20 ходного элемента из группы СггОз, NlO, СоО в количестве 0,03 — 1,0 мас, 7ь или редкоземельного элемента в количестве 1-3 мас. .