РАСТВОР ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР Российский патент 1995 года по МПК C03B8/02 

Изобретение относится к технологии стекла, конкретно к составам растворов, используемых в жидкофазном методе производства стеклоизделий, и может быть использовано для изготовления полых стеклянных микросфер, применяемых в диагностических экспериментах гамма-фона при излучении медленных нейтронов в лазерном термоядерном синтезе (ЛТС).

Известен наиболее близкий к изобретению состав раствора для жидкофазного метода изготовления полых стеклянных микросфер, имеющий следующий состав, мас. Н₃BO₃ 8,21-8,31 NaOH 27,6-27,72 КОН 11,01-11,14 Li₂SO₄ 0,07-0,7 H₂SiO₃ Остальное
Однако раствор с известным составом не пригоден для изготовления диагностических микросфер, так как в нем отсутствует диагностический компонент европий, не предложена форма химического соединения для его введения и однородного распределения в стеклообразующем растворе и не предложены условия, обеспечивающие изготовление кондиционных изделий.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности изготовления из однородного раствора по жидкофазному методу кондиционных полых стеклянных микросфер, пригодных для изготовления диагностических микросфер, для исследований гамма-фона при излучении медленных нейтронов в экспериментах по ЛТС за счет содержания в оболочках микросфер равномерно распределенного диагностического элемента.

Это достигается тем, что раствор для изготовления полых стеклянных микросфер имеет следующий состав, мас. Н₃BO₃ 7,64-7,82 NaOH 26,46-26,72 КОН 10,26-10,48 Li₂CO₃ 0,22-0,74 Еu₂О₃ 0,70-4,00 С₆Н₈О₇ 3,90-22,30 (NH₂)₂CO 1,00-3,00 H₂SiO₃ Остальное
Сущность изобретения заключается в следующем. Предварительно готовят промежуточные водные растворы: раствор силиката натрия получают при взаимодействии кремневой кислоты и гидроксида натрия; раствор боратов калия и лития путем реагирования гидроксида калия и углекислого лития с борной кислотой; карбамид растворяют в воде; раствор комплексного соединения европия получают при взаимодействии оксида европия (III) с лимонной кислотой, которую берут в 1,7-кратном избытке по отношению к стехиометрическому количеству, рассчитанному по реакции
Еu₂О₃ + 6С₆Н₈О₇ ->> 2Еu(С₆Н₇О₇)₃ + 3Н₂О
Перед смешиванием все промежуточные растворы охлаждают до 293-298 К. Рабочий раствор готовят путем последовательного введения в раствор силиката натрия раствора боратов калия и лития, раствора карбамида и в конце раствор лимонно-кислого европия, рН рабочего раствора превышает значение 12.

В ходе синтеза рабочих растворов различных составов установлено, что устойчивость высокощелочного раствора может нарушаться, то есть происходит фазовое разделение и образование геля. Это зависит от содержания оксида европия (III) и его комплексующего агента лимонной кислоты. Увеличение концентрации Eu₂O₃ и соответственно С₆Н₈О₇ ускоряет процесс гелеобразования и наоборот: с уменьшением содержания Eu₂O₃ и С₆Н₈O₇ жизнестойкость рабочего раствора повышается.

Введение европия в виде комплексной соли, получаемой из оксида европия (III) и лимонной кислоты в вышеуказанных пределах, позволяет получить однородный рабочий раствор, достигнутая в растворе степень распределения европия и всех остальных компонентов сохраняется в готовых изделиях. Таким образом, раствор пригоден для изготовления полых стеклянных микросфер по жидкофазному методу. Использование европия в других формах химических соединений приводило к образованию геля, что делало не осуществимой жидкофазную технологию.

Установлено, что совместное присутствие в качестве газообразователей сернокислого лития, что имеет место в известном составе, и лимонно-кислого европия приводит к отрицательному эффекту нарушению целостности оболочек формируемых изделий за счет чрезмерного выделения газообразных оксидов серы при разложении Li₂SO₄ и газообразных оксидов при разложении органического комплекса. Поэтому в присутствии Eu(С₆Н₇O₇)₃ целесообразно использовать литий в виде его углекислой соли, а в качестве основного газообразователя карбамид. Его действие основано на том, что в начале термообработки рабочего раствора за счет газообразных продуктов разложения карбамида происходит первичный раздув оболочек формируемых полых изделий; а при переходе в стеклообразное состояние их коллапсу препятствуют газы, образующиеся при разложении органического комплекса европия (III).

Таким образом, изготовление микросфер, пригодных для диагностических исследований в ЛТС, становится возможным только при введении в высокощелочной рабочий раствор с рН > 12 карбамида в качестве газообразователя, диагностической добавки европия в виде комплексного соединения, получаемого путем взаимодействия оксида европия (III) и лимонной кислоты, и дополнительно углекислого лития в заявляемых выше пределах. Получаемые по жидкофазному методу полые стеклянные микросферы, в оболочках которых содержится равномерно распределенный европий, отвечают следующим требованиям кондиционности:
Диаметр микросфер, D, мкм 10-200
Толщина оболочек, d, мкм 0,5-3,0 Разнотолщинность оболочек, Δd/d, 2-10
Газовая проницае-
мость оболочек, К, моль ˙ м/(м² ˙ с ˙ Па) не более 5 ˙ 10^-22
Изготовление полых стеклянных микросфер для диагностических исследований гамма-фона при излучении медленных нейтронов в экспериментах по ЛТС осуществляют по жидкофазному методу в электропечи вертикального типа с переменным температурным режимом и продувкой канала печи воздухом под избыточным давлением в направлении движения изделий, формируемых из раствора указанного состава. Раствор разбавляют водой до плотности 1,1 ˙ 10³ кг/м³.

Из рабочего раствора путем его термообработки изготовлены полые стеклянные микросферы, полностью отвечающие требованиям кондиционности и пригодные для диагностических исследований в ЛТС.

Конкретные составы растворов и параметры микросфер приведены в таблице (N 1 прототип, N 2-4 предлагаемый раствор).

Из таблицы видно, что использование раствора, синтез которого осуществляют из компонентов в вышеуказанных пределах, позволяет изготовить полые стеклянные микросферы для диагностических исследований гамма-фона при излучении медленных нейтронов в экспериментах по ЛТС, поскольку воспроизведены параметры кондиционности и введен диагностический элемент европий.

Использование: для лазерного термоядерного синтеза. Сущность изобретения: раствор для изготовления полых стеклянных микросфер содержит, мас.%: H₃BO₃ 7,64 - 7,82; NaOH 26,46 - 26,72; KОН 10,26 - 10,48; Li₂CO₃ 0,22 - 0,74; Eu₂O₃ 0,70 - 4,00; C₆H₈O₇ 3,90 - 22,30; (NH₂)CO₃ 1,00 - 3,00; H₂SiO₃ - остальное. Раствор разбавляют дистиллированной водой до плотности 1,1·10³кг/м³. 1 табл.

РАСТВОР ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ СТЕКЛЯННЫХ МИКРОСФЕР для лазерного термоядерного синтеза по жидкофазному методу, включающий H₂SiO₃, H₃BO₃, NaOH, KOH и соединение лития, отличающийся тем, что он дополнительно содержит Eu₂O₃, C₆H₈O₇ и (NH₂)₂CO, а в качестве соединения лития Li₂CO₃ при следующем соотношении ингредиентов, мас.

H₃BO₃ 7,64 7,82
NaON 26,46 26,72
KOH 10,25 10,48
Li₂CO₃ 0,22 0,74
Eu₂O₃ 0,70 4,00
C₆H₈O₇ 3,90 22,30
(NH₂)₂CO 1 3
H₂SiO₃ Остальное