СТЕКЛО ДЛЯ ПРОЗРАЧНОГО В ИК-ОБЛАСТИ ТЕМНО-КРАСНОГО СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1995 года по МПК C03C10/14 

Изобретение относится к составу прозрачного темно-красного стеклокристаллического материала, который может быть использован в стекольной промышленности, в частности в бытовой технике, в авиации, морском, железнодорожном транспорте и других отраслях промышленности.

Из всего разнообразия имеющихся стеклокристаллических материалов наибольшую значимость приобрела группа литиево-алюмосиликатных материалов, имеющих высокую прозрачность, низкое тепловое расширение, механическую прочность. Эти материалы имеют широкое и разнообразное применение лазерные оболочки, зеркала, жаростойкие пластины для кухонных плит, конструкционная оптика.

Известна окрашенная, прозрачная, полупрозрачная и непрозрачная стеклокерамика, включающая, мас. SiO₂ 63,5-69 Al₂O₃ 15-25 Na₂O 0,1-0,6 K₂O 0,1-0,6 Li₂O 2,5-4,0 ZnO 0-0,2 BaO 0-5 TiO₂ 2,5-6 ZrO₂ 0-2 As₂O₃ 0,4-0,8 Fe₂O₃ 0,05-0,2
Желаемый цвет получали, использовав в качестве красителей двух оксидов, выбранных из группы V₂O₅, CeO₂, NiO, CaO, WO₃, SnO₂. Основной кристаллической фазой является твердый раствор β-кварца. Такая стеклокерамика используется в качестве обогреваемых окон.

Судя по приведенному составу получить стеклокристаллический [1] материал с заданными свойствами не представляется возможным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является прозрачная цветная стеклокерамика, включающая, мас. SiO₂ 62-68 Al₂O₃ 19,5-22,5 Li₂O 3,0-4,0 Na₂O 0-1,0 K₂O 0-0,1 BaO 1,5-3,5 CaO 0-1,0 MgO 0-0,5 ZnO 0,5-2,5 TiO₂ 1,5-5,0 ZrO₂ 0-3,0 MnO₂ 0-0,40 Fe₂O₃ 0-0,20 CoO 0-0,30 NiO 0-0,30 V₂O₅ 0-0,80 Cr₂O₃ 0-0,20 F 0-0,20 Sb₂O₃ 0-2,0 As₂O₃ 0-2,0 ΣNa₂O + K₂O 0,5-1,5
ΣBaO + CaO 1,5-4,0 ΣTiO₂ + ZrO₂ 3,5-5,5 ΣSb₂O₃ + As₂O₃ 0,5-2,5
Исходное стекло варится при 1620^оС [2]
Применение Cr₂O₃ в качестве красящего оксида сильно повышает верхнюю границу температуры расстекловывания. Введение V₂O₅ в комбинации с другими окрашивающими оксидами, такими как NiO, CoO, Fe₂O₃, с одной стороны, увеличивает пропускание в ИК-диапазоне, а, с другой, введение V₂O₃ в состав стекла, приводит к трудностям технологического характера. Ванадий образует несколько оксидов различной валентности, причем переход из одного состояния в другое происходит за счет небольшого смещения окислительно-восстановительного равновесия. Кроме того, V₂O₃ имеет негативное влияние на стабильность образования смешанных кристаллов h-кварца.

Целью изобретения является повышение светопропускания в видимой области.

Указанная цель достигается тем, что темно-красный прозрачный стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Al₂O₃, Li₂O, Na₂O, K₂O, BaO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, CoO, NiO, As₂O₃, Sb₂O₃, согласно изобретению дополнительно содержит CdO при следующем соотношении компонентов, мас. SiO₂ 57 61,9 Al₂O₃ 23 28 Li₂O 4,5 5,5 Na₂O 0,1 1,2 K₂O 0,1 1,0 BaO 4,0 6,0 MnO₂ 0,1 0,5 TiO₂ 1,5 3,5 ZrO₂ 1,0 2,0 CdO 0,01 2,5 CoO 0,01 0,4 NiO 0,35 1,5 Sb₂O₃ 0,1 1,0 As₂O₃ 0,1 1,0
Дополнительное введение CdO в количестве 0,01-2,5 позволило достигнуть высокой прозрачности стеклокристаллического материала в видимой части спектра, так как в результате термообработки в стеклокристаллическом материале выделяются кристаллы β-кварцевых твердых растворов, размер которых 300-500 . Одновременное выделение таких кристаллов обеспечивает малые значения КТР в интервале температур 20-800^оС и увеличивает термостойкость стеклокристаллического материала.

Совместное присутствие NiO, MnO₂, а также введение СоО в указанных соотношениях приводит к образованию красящего комплекса, обеспечивающего при вхождении в кристаллическую фазу селективного поглощения в требуемой области спектра.

Снижение содержания SiO₂ при одновременном повышении Al₂O₃ по сравнению с прототипом превышающих содержание щелочных оксидов способствует переходу части ионов алюминия в шестерную координацию, при этом резко понижается температура варки стекла и повышается термостойкость полученного материала.

Увеличение содержания ВаО в сочетании с другими компонентами в составе стекла по сравнению с прототипом способствует увеличению области прозрачного стеклокристаллического материала с одновременным снижением температуры варки.

Конкретные составы стеклокристаллических материалов и их свойства приведены в табл.1 и 2.

Использование: в стекольной промышленности, в частности в бытовой технике, авиационном, морском, железнодорожном транспорте и других отраслях промышленности. Стекло содержит, мас.%: оксид кремния 57 - 61,9; БФ SiO₂ ; оксид алюминия 23 - 28; БФ Al₂O₃ ;оксид лития 4,5 - 5,5 БФ Li₂O ;оксид натрия 0,1 - 1,2 БФ Na₂O ;оксид калия 0,1 - 1,0 БФ K₂O ;оксид бария 4,0 - 6,0 БФ BaO; оксид титана 1,5 - 3,5 БФ TiO₂ ;оксид марганца 0,1 - 0,5 БФ MnO₂ ; оксид кобальта 0,01 - 0,4 БФ CoO; оксид циркония 1,0 - 2,0 БФ ZrO₂ ;оксид кадмия 0,01 - 2,5 БФ CdO; оксид никеля 0,35 - 1,5 БФ NiO; оксид сурьмы 0,1 - 1,0 БФ Sb₂O₃ ;оксид мышьяка 0,1 - 1,0 БФ As₂O₃ . Характеристика: термообработку стекла проводят в интервале температур 640 - 670°С;740 - 780°С;820 - 880°С. Общее время термообработки 72 - 180ч. ТКЛР (+0,4) ÷ (+19)·10^-7град.^-1 ;пропускание на длине волны 700 нм 50 - 60%. 2 табл.

СТЕКЛО ДЛЯ ПРОЗРАЧНОГО В ИК-ОБЛАСТИ ТЕМНО-КРАСНОГО СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА, включающее SiO₂, Al₂O₃, Li₂O, Na₂O, K₂O, BaO, TiO₂, ZrO₂, MnO₂, NiO, CoO, Sb₂O₃, As₂O₃, отличающееся тем, что, с целью повышения светопропускания в видимой области, оно дополнительно содержит CdO при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 57,0 61,9
Al₂O₃ 23,0 28,0
Li₂O 4,5 5,5
Na₂O 0,1 1,2
K₂O 0,1 1,0
BaO 4,0 6,0
TiO₂ 1,5 3,5
ZrO₂ 1,0 2,0
MnO₂ 0,1 0,5
NiO 0,35 1,5
CoO 0,01 0,4
Sb₂O₃ 0,1 1,0
As₂O₃ 0,1 1,0
CdO 0,01 2,5