СТЕКЛО Российский патент 1997 года по МПК C03C3/93 C03C4/10 

Изобретение относится к составам цветных оптических стекол для изготовления фильтров, используемых в качестве ослабителей в инфракрасной технике.

Развитие инфракрасной техники ведет к созданию мощных источников ИК-излучения, для работы с которыми требуются фильтры, равномерно ослабляющие поток излучения (нейтральные, оптическая плотность которых мало зависит от длины волны). Для этой цели применяются фильтры, изготавливаемые путем распыления металлов в вакууме, что создает технологические трудности при изготовлении, активном контроле и аттестации изделий. Кроме того, фильтры, изготовленные таким образом, обладают значительным светорассеянием, что вызывает дополнительные ошибки в работе регистрирующих устройств.

Известны стекла, содержащие в качестве основы оксиды кремния, алюминия, цинка, кальция, а также железа, кобальта, никеля и др. служащие для изготовления светофильтров, равномерно ослабляющих поток видимого света. В качестве аналога нами выбрано стекло состава (патент США N 3094423):
SiO₂ 65,3
Al₂O₃ 0-1
K₂CO₃ 9-9,5
Na₂CO₃ 8,75-9,25
ZnO 13
Fe₂O₃ 2,5-2,75
Ni₂O₃ 0,15-0,20
Co₂O₃ 0,005-0,01
Al₂O₃ 0-1
Sb₂O₃ 0,1
Недостатком этого стекла является отсутствие нейтральности в близкой ИК-области спектра 0,8-1,8 мкм.

В качестве прототипа выбрано стекло наиболее близкое по химическому составу (патент Франции N 2074983):
SiO₂ 68-75
Al₂O₃ 0-5
CaO 5-15
MgO 0-10
Na₂O 10-18
K₂O 0-5
Fe₂O₃ 0,1-0,5
NiO 0-0,002
CoO 0,003-0,02
Se 0,0005-0,001
MgO + CaO 6-15
K₂O + Na₂O 10-20
Указанное стекло в толщине 5 мм имеет нейтральную кривую спектрального поглощения в видимой области спектра, а в области 1,05-1,6 мкм стекло обладает избирательным поглощением (см. табл. 2), следовательно, не может быть использовано для изготовления светофильтров, нейтральных в области длин волн от 0,8 до 1,8 мкм. Кроме того, это стекло имеет достаточно высокую температуру варки, а именно 1480^oC, что также является его недостатком.

Целью данного изобретения является получение стекла, равномерно ослабляющего поток ИК-излучения в области длин волн от 0,8 до 1,8 мкм, из которого возможно изготовление нейтральных светофильтров со значениями оптической плотности 0,2-10, а также с более низкой температурой варки.

Указанная цель достигается тем, что стекло, включающее как и прототип, SiO₂, Al₂O₃, K₂O, NiO, CoO, дополнительно содержит B₂O₃ и ZnO при следующем количестве ингредиентов, мас.

SiO₂ 58-62
Al₂O₃ 1-3
CoO 0,05-1,0
NiO 0,1-6,0
B₂O₃ 12-20
ZnO 3-6
Na₂O 1-3
и/или
K₂O 12-17
причем суммарное содержание оксидов натрия и калия находится в интервале 12-17%
Выбор интервала для щелочей диктуется следующими соображениями: 1) при суммарном количестве Na₂O и K₂O менее 12% увеличивается температура варки стекла, 2) при суммарном количестве Na₂O и K₂O более 17% ухудшается химическая устойчивость стекла.

Конкретные составы приводятся в табл. 1.

Температура синтеза составляла 1340-1360^oC. Стекла были получены в стекритовых тиглях емкостью 0,5 л в электрической печи с карборундовыми нагревателями. Время синтеза 4 ч (включая засыпку и осветление).

Для количественной оценки равномерности ослабления (независимости оптической плотности от длины волны) введены следующие характеристики:
среднее арифметическое значение K_λ в интервале длин волн 800-1800 нм.

О абсолютное отклонение K_λ от
О_ср среднее арифметическое абсолютных отклонений, выраженное в процентах от
О_max наибольшее из отклонений K_λ от в к .

значения , О, О_ср и О_max для заявляемого стекла и прототипа даны в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что для заявляемого стекла среднее отклонение показателя поглощения по спектру не превышает 4% а максимальное отклонение ≈ 10% в то время как для прототипа значительно превышает, а именно 13% и 20% соответственно.

Таким образом, преимуществом заявляемого стекла является равномерность поглощения по длине волны в области спектра 800-1800 нм, а также меньшая температура варки, что значительно снижает энергозатраты при его производстве.

Отметим, что выбор интервала для щелочей диктуется следующими соображениями:
1) при суммарном количестве Na₂O и K₂O менее 12% увеличивается температура варки стекла;
2) при суммарном количестве Na₂O и K₂O ухудшается устойчивость стекла.

Использование: в качестве светофильтров, равномерно ослабляющих поток ИК-излучения в области спектра 800-1800 нм. Стекло имеет следующий состав, мас.%: оксид кремния 58-62 БФ SiO₂, оксид алюминия 1-3 БФ Al₂O₃, оксид кобальта 0,05-1,0 БФ CoO, оксид никеля 0,1-6,0 БФ NiO, оксид бора 12-20 БФ B₂O₃, оксид цинка 3-6 БФ ZnO, оксид натрия 1-3 БФ Na₂O, и/или оксид калия 12-17 БФ K₂O, причем суммарное содержание оксидов натрия и калия находится в интервале 12-17%. Стекло имеет равномерное поглощение в интервале длин волн 800-1800 нм, температуру синтеза 1340-1360^oC. 2 табл.

Стекло, включающее SiO₂, Al₂O₃, K₂O, Na₂O, NiO, CoO, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит B₂O₃ и ZnO при следующем соотношении компонентов, мас.

SiO₂ 58 62
Al₂O₃ 1 3
CoO 0,05 1,0
NiO 0,1 6,0
B₂O₃ 12 20
ZnO 3 6
Na₂O 1 3
и/или
K₂O 12 17
причем суммарное содержание оксидов натрия и калия находится в интервале 12 17%