Шихта для изготовления авантюринового стекла

 

Изобретение относится к шихтам, для изготовления стекол, применяемых для получения ювелирных, декоративно-художественных изделий и облицовки помещений. Сущность изобретения: шихта содержит, мас.%: борная кислота 12,12 - 36,36 БФ H₃BO₃, бихромат калия 4,24 - 11,09 БФ K₂Cr₂O₇, углекислый литий 12,73 - 18,74 БФ Li₂CO₃, оксид свинца 14,00 - 23,86 БФ PbO; кремниевую кислоту - остальное БФ SiO₂·nH₂O. Дополнительно шихта содержит, мас.%: оксид кобальта 0,29 - 2,39 БФ Co₃O₄, оксид титана 0,17 - 0,55 БФ TiO₂, причем сумма этих компонентов 1,38 - 2,37 мас.%; дополнительно оксид кобальта 0,15 - 0,28 и оксид меди 0,78 - 0,91 БФ CuO, причем сумма компонентов 0,93 - 2,19 мас. % ; дополнительно оксид кобальта 0,92 - 1,72 и сульфат меди 0,18 - 0,24 БФ CuSO₄, причем сумма компонентов 1,16 - 1,90 мас.%; дополнительно феррохромный ваграночный шлак 13,51 - 20,0. Компоненты шихты перемешивают. Стекло варят при 1000 - 1050°С 1 - 2 ч, отжигают при 450 - 470°С 0,5 ч. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к стекольной промышленности, конкретно к шихтам для изготовления авантюринового стекла, которое может найти применение в качестве строительного облицовочного материала и для изготовления художественно-декоративных и ювелирных изделий.

Известна шихта для авантюринового стекла, содержащая кварцевый песок, мел, доломит, сульфат натрия, суперфосфаты и др. [1] К недостаткам известной шихты относится высокая температура варки, отжига, сложность состава и недостаточно широкая цветовая гамма стекол.

Известна наиболее близкая по технической сущности к изобретению шихта, содержащая H₃BO₃, K₂Cr₂O₇, кварцевый песок, углекислый натрий, мел и другие компоненты [2] Недостатки известной шихты заключаются в сложности состава, недостаточно развитой цветовой гамме сине-зеленых оттенков и черного, сравнительно невысокой морозостойкости и способности ослабления γ -излучения.

Задачей изобретения является разработка более простой рецептуры шихты для производства авантюринового стекла, пригодного для внутренней и наружной облицовки зданий и ювелирных изделий с особо выразительными декоративными свойствами.

Новый технический результат выражается в упрощении состава, повышении морозостойкости в экстремальных условиях, ослаблении γ -излучения, что расширяет область применения стекол при одновременном сохранении химической стойкости, а также в развитии декоративного эффекта путем придания оптического свойства радужной игры цвета кристаллов и в разнообразии цветовой гаммы.

Это достигается тем, что известная шихта, содержащая H₃BO₃, K₂Cr₂O₇, кремнийсодержащий компонент и углекислую соль щелочного металла, согласно изобретению дополнительно содержит PbO, в качестве кремнийсодержащего компонента SiO₂˙ nH₂O, в качестве углекислой соли щелочного металла Li₂CO₃, при следующем содержании компонентов, мас. H₃BO₃ 12,12-36,36 K₂Cr₂O₇ 4,24-11,09 Li₂CO₃ 12,73-18,74 PbO 14,00-23,86 SiO₂ ˙nH₂O Остальное Для обеспечения дополнительного расширения цветовой гаммы в области зеленых оттенков, шихта может содержать дополнительно 0,29-2,71 мас. Co₃O₄.

Для обеспечения разнообразия оттенков и их интенсивности в зеленой области спектра шихта дополнительно содержит, мас. 1,21-1,82 Co₃O₄ и 0,17-0,55 TiO₂, причем Σ компонентов 1,38-2,37 мас.

Для обеспечения окраски стекол различной интенсивности сине-зеленых тонов шихта дополнительно содержит красители, мас. 0,15-0,28 Co₃O₄ и 0,78-0,91 CuO, причем Σ компонентов 0,93-2,19 мас.

Для обеспечения повышения качества стекломассы путем улучшения гомогенизации и развития цветовой гаммы в области сине-зеленых оттенков шихта дополнительно содержит, мас. 0,18-0,24 CuSO₄ и 0,92-1,72 Co₃O₄, причем Σ компонентов 1,16-1,90 мас.

Для обеспечения черного окрашивания стекол шихта дополнительно может содержать 13,51-20,0 мас. феррохромового ваграночного шлака.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Шихту готовят путем тщательного перемешивания исходных компонентов в порошкообразном состоянии и в требуемом соотношении в зависимости от конкретного качества стекла.

Выработка стекла осуществляется по методу свободного литья в формы по общепринятой стекольной технологии.

Шихту загружают в электрическую печь, нагрев которой производят, например, при помощи силитовых стержней. Варку шихты проводят в тиглях при температуре 1000-1050^оС, с выдержкой при максимальной температуре в течение 1-2 ч. После провара стекломассу отливают в металлические формы и отжигают в муфельной печи при температуре отжига 450-470^оС с выдержкой при максимальной температуре в течение ≈0,5 ч.

В процессе синтеза стекла с авантюриновым эффектом происходит разложение компонентов основы SiO₂ ˙nH₂O и H₃BO₃ с выделением паров воды, что приводит к равномерному и ускоренному прогреву и провариваемости шихты гомогенизации стекломассы. Разложение Li₂CO₃ происходит с выделением CO₂, что способствует дополнительной гомогенизации стекломассы за счет интенсификации перемешивания и равномерному распределению всех компонентов стекла. В таких условиях оптимизируется процесс кристаллизации выделяющегося при разложении K₂Cr₂O₇ оксида хрома и его равномерное распределение в объеме, что положительно сказывается на формировании качественного авантюринового эффекта, сравнимого с прототипом. Незначительное снижение содержания K₂Cr₂O₇ от предельного количества приводит к резкому уменьшению размеров кристаллов (до 5 мкм) и появлению "шелковистого эффекта", визуально воспринимаемого только при дополнительном освещении. Дальнейшее снижение K₂Cr₂O₇ в шихте приводит к устранению авантюринового эффекта. Увеличение содержания сверх предельного значения вызывает появление солевого налета и матирование поверхности с потерей стеклянного блеска (в эксперименте), в результате чего затруднено восприятие авантюринового эффекта.

Наличие PbO является определяющим вязкость стекломассы фактором: снижение его содержания ниже предельного значения приводит к росту вязкости и ухудшению гомогенизации, что негативно отражается на авантюриновом эффекте; повышение сверхпредельного значения снижает вязкость и способность к кристаллизации за счет улетучивания щелочного компонента, в результате чего ухудшается декоративный эффект стекла.

На процесс кристаллообразования существенное влияние оказывает наличие совместно PbO и SiO₃ ˙nH₂O, определяющих время варки стекломассы: увеличение содержания PbO и снижение SiO₂ ˙nH₂O позволяет получать оптимальные условия кристаллизации в течение 1 ч варки, уменьшение и увеличение SiO₂ ˙nH₂O приводит к более продолжительному процессу варки (2 ч) для образования качественного декоративного эффекта, визуально воспринимаемого при естественном освещении.

Совместное участие Li₂CO₃ и H₃BO₃ проявляется в снижении температуры варки и обеспечении необходимого качества проваривания стекломассы, полноте взаимодействия компонентов.

Наличие одновременно PbO и Li₂CO₃ в составе предлагаемой шихты оптимизирует условия воспроизведения авантюринового эффекта, проявляющегося в мерцании кристаллов, таким образом, что Li₂CO₃ как зародышеобразователь инициирует рост кристаллов, а PbO способствует увеличению размеров от 5-10 мк (имеет место при отсутствии PbO) до 1000 мк, и оформлению специфического эффекта радужной игры цвета кристаллов, отличающегося от основного цвета стекла. Подтверждение визуально воспринимаемого специфического эффекта было получено при рассмотрении образцов под микроскопом типа "БИОЛАМ".

Предполагается, что такой специфический эффект (в условиях предлагаемой шихты) вызван образованием кристаллов ювелирного качества типа шпинелей разнотолщинных по длине, хаотически ориентированных в объеме стекла, что способствует проявлению сложного оптического взаимодействия процессов дисперсии и интерференции преломленного и отраженного света.

Наличие в предложенной шихте компонентов, включающих элементы, атомный вес которых превышает 50 (Co, Cr, Pb) обеспечивает более высокие рентгенозащитные свойства, что подтверждено в ходе экспериментальных исследований.

Так, установлено (исследовались образцы толщиной 0,8 см), что коэффициент ослабления γ-излучения от источника ¹³⁷Cs (цезий-137) с энергией 661 кэВ изменяется от k 1,20 до k 1,22 (что зависит от содержания преимущественно PbO). Указанная степень ослабления рентгеновского излучения эквивалента способности бетонного образца толщиной 4 см. Изготовленные на основе предлагаемой шихты стекла были подвергнуты испытаниям на морозостойкость, для чего опытные образцы были выдержаны в среде жидкого азота; после испарения его с поверхности образцы помещались в проточную воду и выдерживались до момента выравнивания температур среды и изделия. Образцы затем высушивались и цикл испытаний повторялся до полного разрушения образцов. Морозостойкость изделий определялась количеством теплосмен, которое выдерживает испытываемое изделие, в данном случае составившее 20-22 теплосмены.

Высокая степень гомогенизации, обеспеченная присутствием указанных компонентов предлагаемой шихты, способствует наиболее полному усвоению красителей стекломассой, вводимых дополнительно в состав шихты, обеспечивающих дополнительную к цветовой гамме основных красителей PbO и K₂Cr₂O₇ (окрашивающих стекла в гамме от ярко-зеленого до темно-зеленого и травянистого) окраску.

Путем экспериментального подбора были определены количества CuO, CuSO₄, TiO₂ и Co₃O₄ дополнительно развивающих основную гамму цветов стекол от ярко-зеленых и травянисто-зеленых до темно-зеленых и сине-зеленых оттенков (цвет морской волны). Дополнительно подобрано количество феррохромного ваграночного шлака, являющегося отходом при производстве чугуна, окрашивающего авантюриновое стекло в интенсивный черный цвет.

Таким образом, использование предлагаемой шихты позволяет повысить морозостойкость, коэффициент ослабления γ-излучения, упростить состав, разнообразить гамму цветов стекол и улучшить декоративный эффект.

Промышленная применимость шихты подтверждена следующими примерами реализации варки конкретных составов шихты, сведения о которых сведены в табл. 1, 2.

Как показали экспериментальные исследования, использование предложенной шихты позволило синтезировать авантюриновые стекла улучшенного качества декоративного эффекта, морозостойкости, ослабления γ -излучения с разнообразной гаммой цветов при более простом составе компонентов.

Использование всех компонентов вне заявляемых пределов приводит к невозможности воспроизведения авантюринового эффекта в его специфическом качестве.

Формула изобретения

1. ШИХТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВАНТЮРИНОВОГО СТЕКЛА, содержащая H₃BO₃, K₂Cr₂O₇, углекислую соль щелочного металла, кремнийсодержащий компонент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит PbO, а в качестве углекислой соли щелочного металла - Li₂CO₃ и в качестве кремнийсодержащего компонента SiO₂ · n H₂O при следующем содержании компонентов, мас.

H₃BO₃ 12,12 36,36 K₂Cr₂O₇ 4,24 11,09 Li₂CO₃ 12,73 18,74 PbO 14,00 23,86 SiO₂ · n H₂O Остальное 2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,29-2,71 мас. Co₃O₄.

3. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 1,21-1,82 мас. Co₃O₄ и 0,17-0,55 мас. TiO₂, причем сумма этих компонентов 1,38-2,37 мас.

4. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,15-0,28 мас. Co₃O₄ и 0,78-1,91 мас. CuO, причем сумма этих компонентов 0,93-2,19 мас.

5. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,18-0,24 мас. CuSO₄ и 0,92-1,72 мас. Co₃O₄, причем сумма этих компонентов 1,16-1,90 мас.

6. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит феррохромовый ваграночный шлак 13,51-20,00 мас.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3