ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЕ СТЕКЛО Российский патент 1995 года по МПК C03C3/95 

Изобретение относится к составам электровакуумных стекол, пропускающих ультрафиолетовые лучи (УФ), начиная с длины волны λ= 285 нм, и используемых при изготовлении оболочек газоразрядных ламп высокого давления, применяемых для искусственного освещения рассады и овощей, а также оболочек электровакуумных приборов и других источников света, работающих в ультрафиолетовом диапазоне длин волн.

Известно эритемное стекло [1] применяемое для изготовления оболочек эритемных ламп, являющихся источником УФ излучения в средней (UVB-280-315 нм) и ближней (UVA-315 и 380 нм) коротковолновой области спектра, не пропускающее УФ лучи на длине волны λ= 253,8 нм и ниже и имеющее высокое пропускание на длине волны λ= 296 нм, включающее, мас. SiO₂ 65,0-70 MgO 1-3,5 CaO 5-6 BaO 5-7 PbO 0,5-1,0 Na₂O 10-14 K₂O 3-6 ZnO 0,3-1,2 TiO₂ 0,1-0,3 F₁ 0,2-04,
Стекло характеризуется следующими свойствами:
температурный коэффициент линейного расширения (20-300^оС) 97 ˙10^-7оС^-1;
температура начала размягчения при вязкости 10¹⁰ Па˙ С 850^оС;
термостойкость 120^оС;
температура варки 1450^оС;
пропускание (при толщине 0,6 нм) на длине λ= 253,7 нм 0%
на длине λ= 296 нм 86%
соляризация отсутствует.

Оно хорошо варится, осветляется и формируется.

Недостаток данного стекла наличие повышенного коротковолнового ультрафиолетового излучения на длине волны λ= 290 нм более 50%
В естественных условиях УФ излучение отличается от искусственного двумя особенностями: отсутствием коротких волн (менее 285 нм) и изменчивостью самого излучения в течение светового дня (16 ч).

При искусственном освещении рассады и овощей в спектре источника света всегда присутствует коротковолновое УФ излучение и его доза в течение суток не меняется. УФ лучи с длиной волны менее 290 нм угнетающе или летально воздействуют на растения. Поэтому их количество в спектре не должно превышать более 1%
Известное стекло является легкоплавким и не термостойким. Оболочка газоразрядной лампы, изготовленная из него, под действием высокой рабочей температуры размягчается и деформируется, а при попадании воды во время полива рассады и овощей разрушается. Жесткое УФ излучение незащищенной оболочкой горелки за короткий промежуток времени уничтожает растения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является тугоплавкое стекло [2] содержащее, мас. SiO₂ 74,8 B₂O₃ 18 Al₂O₃ 1,4 Na₂O 4,8 K₂O 1,6
Известное стекло имеет:
температурный коэффициент линейного расширения (20-300^оС) 40 ˙10^-7оС^-1;
температуру размягчения при вязкости 10¹⁰ Па˙ С 620^оС;
термостойкость, 260^оС;
пропускание (при толщине 1 мм) на длине волны λ= 290 нм 16%
температуру варки 1580^оС;
соляризацию 20%
Стекло имеет высокую термостойкость и высокую температуру разгмягчения при вязкости 10¹⁰ Па ˙C. Оно довольно технологично при варке и формовании и поэтому широко применяется для изготовления оболочек газоразрядных ламп высокого давления.

Однако стекло не может использоваться для изготовления тепличных ламп, так как имеет высокое УФ пропускание на длине волны λ= 290 нм (более 16% при толщине образца 1 мм) и высокую соляризацию (до 20%), снижающую световой поток ламп во время эксплуатации.

Цель изобретения снижение ультрафиолетового пропускания на длине волны λ= 290 нм, уменьшение соляризации и улучшение варочных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что электровакуумное стекло, включающее SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, дополнительно содержит Fe₂O₃, CeO₂, Sb₂O₃ и ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас. SiO₂ 72,9-75,7 B₂O₃ 17-19 Al₂O₃ 1,1-1,5 Na₂O 3,5-4,5 K₂O 1,2-1,8 Fe₂O₃ 0,1-0,3 CeO₂ 0,1-0,3 Sb₂O₃ 0,2-0,4 ZrO₂ 0,1-0,3.

Оксид железа Fe₂O₃ вводится в стекло в качестве добавки, понижающей ультрафиолетовое пропускание в коротковолновой части спектра, причем железо, присутствующее в стекле в форме Fe⁺³, поглощает УФ лучи в области 220-300 нм в 100 раз сильнее, чем в форме Fe⁺². Для перевода железа из формы Fe²⁺ в форму Fе³⁺ служит в стекле диоксид церия CeO₂, который и сам по себе поглощает УФ излучение. В зависимости от окислительно-восстановительного потенциала шихты и стекломассы церий может присутствовать в стекле в низшей (Се³⁺) и высшей (Се⁴⁺) степени окисления. Церий в последней форме поглощает УФ лучи преимущественно в коротковолновой области спектра (220-300 нм). Диоксид церия снижает соляризацию стекол и способствует уменьшению содержания мелких пузырей и мошки в боросиликатной стекломассе в процессе ее варки и формования.

Триоксид сурьмы Sb₂O₃ способствует поддержанию в шихте и стекломассе окислительных условий, что позволяет поддерживать церий в высшей степени окисления. Во время варки тугоплавкого стекла триоксид сурьмы испаряется, образуя при этом большое количество крупных пузырей, которые, улетучиваясь, очищают стекломассу от мелких пузырей и мошки. Присутствуя в небольшом количестве в стекле, триоксид сурьмы способствует, как и диоксид церия, снижению соляризации стекла и стабилизации светопропускания в процессе эксплуатации ламп.

Диоксид циркония ZrO₂ сдвигает начало полосы пропускания стекла в длинноволновую часть УФ спектра. В совокупности с Fe₂O₃, CeO₂, Sb₂O₃ диоксид Zr дает желаемый эффект поглощения УФ лучей в коротковолновой части спектра, в том числе и на волне λ= 290 нм, полностью снижает соляризацию стекла, повышает термостойкость. Такая совокупность оксидов железа, церия, сурьмы и циркония при производстве электровакуумного стекла для оболочек тепличных ламп является новой, и именно она позволила достигнуть цели изобретения.

Составы стекол и их физико-химические свойства приведены в таблице.

Варка предлагаемых стекол осуществляется как в газопламенной, так и в электростекловаренной печи при температуре 1550-1580^оС. Для ввода SiO₂ в стекло применяется чистый кварцевый песок, для ввода B₂O₃ техническая борная кислота. Al₂O₃ вводится через глинозем или гидрооксид алюминия; Na₂O и K₂O вводятся через натриевую селитру и поташ. Для ввода Fe₂O₃, CeO₂, Sb₂O₃ и ZrO₂ применяются одноименные химические реактивы марок ХЧ, ЧДА, Ч.

Обработка технических материалов, приготовление шихты, загрузка ее в печь осуществляются на существующем оборудовании. Формование оболочек для тепличных газоразрядных ламп высокого давления производится на автоматике с фидерным питанием в интервале температур 1150-1250^оС.

На чертеже изображена зависимость УФ пропускания стекол от длины волны λ. Номера кривых соответствуют номерам стекол в таблице.

Графическое изображение пропускания стекол известных 1, 2 и предлагаемых 3, 4, 5 показывает значительное превосходство последних в части снижения УФ пропускания на длине волны λ= 290 нм.

Предлагаемое стекло по физическим свойствам относится к группе стекол, пригодных для спаивания с вольфрамом. Оно имеет пропускание на длине волны λ= 290 нм не более 1% хорошо варится, осветляется и формуется. Благодаря высокой термостойкости оболочки тепличных ламп не деформируются, не растрескиваются и защищают полностью растения и рассаду от губительного действия УФ излучения.

Использование: для изготовления оболочек газоразрядных ламп высокого давления, применяемых для искусственного освещения рассады и овощей, а также оболочек электровакуумных приборов, других источников света, работающих в УФ-диапазоне длин волн. Сущность изобретения: электровакуумное стекло содержит, мас.%: оксид кремния 72,9 - 75,7, оксид бора 17 - 19, оксид алюминия 1,1 - 1,5, оксид натрия 3,5 - 4,5, оксид калия 1,2 - 1,8, оксид железа 0,1 - 0,3, оксид церия 0,1 - 0,3, оксид сурьмы 0,2 - 0,4, оксид циркония 0,1 - 0,3. Коэффициент пропускания в УФ-области спектра на длине волны - 290 нм 0,2 - 0,6, соляризация стекла - 0%. 1 ил., 1 табл.

ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЕ СТЕКЛО, включающее SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Fe₂O₃, CeO₂, Sb₂O₃, ZrO₂ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 72,9 75,7
B₂O₃ 17 19
Al₂O₃ 1,1 1,5
Na₂O 3,5 4,5
K₂O 1,2 1,8
Fe₂O₃ 0,1 0,3
CeO₂ 0,1 0,3
Sb₂O₃ 0,2 0,4
ZrO₂ 0,1 0,3