СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1997 года по МПК C03C10/12 

Изобретение относится к стеклокерамике, в частности к литиевоалюмосиликатной стеклокерамике с низким коэффициентом термического расширения (КТР), используемой в качестве конструкционного материала в приборостроении, электротехнической, химической, радиотехнической и др. отраслях промышленности.

Известен состав стекла [1] для стеклокристаллического материала (ситалла), содержащий следующие компоненты, вес. SiO₂ 56,5 59,6; Al₂O₃ 27,5 30,5; Li₂O 7 9; TiO₂ 1,6 2; B₂O₃ 0,5 2,0; AsO₃ 0,6 1,2. Варку стекла производят при 1450 1520^oC, а кристаллизацию при 640 860^oC. Полученный из стекла указанного состава ситалл характеризуется значением КТР - 50•10^-7 1/град, в области температур +50^oC. Недостатками известного состава являются наличие в шихте ядовитого вещества-оксида мышьяка и высокая температура варки стекла.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому составу стекла является стекло, включающее следующие компоненты, вес. SiO₂ 53 - 73,5; Al₂O₃ 16,2 34,5; Li₂O 4,3 14; TiO₂ 4,5 - 7 [2] После двухступенчатой термообработки стекла указанного состава (первая ступень при 700 900^oC в течение 2 ч и вторая при 1000 1450^oC и экспозиции 2 4 ч) получают ситаллы, имеющие КТР от 0,7 до +14,5•10^-7 1/град.

Недостатками описанного технического решения являются использование в составе шихты дорогостоящего и дефицитного оксида титана и двухступенчатый режим кристаллизации стекла, причем варка стекла и вторая стадия кристаллизации требуют высокотемпературной выдержки: 1400 1450 и 1000 - 1150^oC соответственно.

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии получения ситаллов с низким КТР.

Для этого предлагается состав стекла для ситалла, включающий SiO₂, Al₂O₃, Li₂O и CaF₂ в следующем соотношении: вес. SiO₂ 53 63; Al₂O₃ 8 20; Li₂O 5 13 и CaF₂ 14 24. Варку стекла поводят при температуре 1200 1250^oC, а кристаллизацию осуществляют термообработкой стекла при 800 850^oC.

Техническим результатом предлагаемого решения является получение ситаллов, характеризующихся КТР от +10 до +15•10^-7 1/град.

По сравнению с прототипом заявляемый состав стекол имеет следующие преимущества:
позволяет заменить дорогостоящий и дефицитный оксид титана на природный фторид (удешевление технологии),
снижает температуру варки стекла на 200^o и исключает вторую высокотемпературную стадию термообработки стекла (удешевление и упрощение технологии).

Получение ситаллов из стекла заявляемого состава осуществляется следующим образом.

Пример 1.

Компоненты шихты: 53 г аморфного кварца, 20 г оксида алюминия, 32 г углекислого лития и 14 г флюорита, что соответствует содержанию, вес. SiO₂ 53, Al₂O₃ 20, Li₂O 13 и CaF₂ 14, тщательно перемешивают и варят стекло в платиновом тигле при температуре 1200 1250^o в течение 2 ч. Расплав охлаждают отливом в воду в режиме термоудара. Полученный стеклогранулят измельчают и изготавливают ситалловые изделия методом порошковой технологии при следующих условиях: дисперсность порошка 0 50 мкм, удельное давление при прессовании 150 кг/см², термообработка для кристаллизации при 800^oC в течение 2 4 ч, охлаждение со скоростью 8 10 град/ч.

Основной кристаллической фазой полученного при этом ситалла является эвкриптит, а фаза, образованная введением фторида кальция, представляет собой куспидин.

Полученные при этом ситалловые изделия имеют КТР +10•10^-7 1/град.

Условия и результаты экспериментов по получению ситаллов из стекол заявляемого состава представлены в таблице.

Результаты экспериментов показывают, что снижение содержания фторида кальция в составе стекла до 10 вес. (ниже заявляемого предела) не ухудшает термических свойств ситаллов, но повышает температуру варки стекла. Увеличение же количества фторида кальция до 28 все. (более заявляемого предела) приводит к ухудшению свойств ситалла, повышая абсолютное значение коэффициента термического расширения в 2,5 5 раз.

Использование: для изготовления конструкционного материала в приборостроении, электротехнической, химической, радиотехнической и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: стекло для стеклокристаллического материала содержит в мас.%: оксид кремния 55 - 63 БФ SiO₂, оксид алюминия 8 - 20 БФ Al₂O₃, оксид лития 3 - 13 БФ Li₂O, фтористый кальций 14 - 24 БФ CaF₂. Ситаллы характеризуются коэффициентом термического расширения (КТР) от ± 10 до +15•10^-7 1/град. 1 табл.

Стекло для стеклокристаллического материала, включающее SiO₂, AI₂O₃, Li₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит CaF₂ при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 53 63
AI₂O₃ 8 20
Li₂O 5 13
CaF₂ 14 24и