СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2008 года по МПК C03C10/12 

Изобретение относится к производству прозрачных в видимой области спектра стеклокристаллических материалов (ситаллов) с ультранизким ТКЛР, повышенными значениями светопропускания, термо- и химической стойкости, термостабильностью основных свойств и линейных размеров при изменении температуры для изделий прецизионной оптики.

Известен состав прозрачного стеклокристаллического материала (авторское свидетельство СССР 695156, опубл. 27.06.05), включающий следующие компоненты, мас.%:

SiO₂46,0-57,0Al₂O₃24,0-30,0Р₂O₅4,0-16,0L₂O3,5-5,0TiO₂3,5-6,0As₂O₃0,5-1,0CaO1,5-3,5

Недостатками данного материала являются:

- низкая кислотостойкость, что значительно снижает качество оптической обработки и соединения изделий методом оптического контакта;

- невысокая прозрачность в видимой области спектра (порядка 70%).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является стеклокристаллический материал (патент США 4707458 от 17.11.1987 г), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO₂64,0-67,0MgO0,8-1,5ZnO0,7-4,2Al₂O₃21,0-24,0Li₂O2,6-3,7TiO₂2,0-3,25ZrO₂1,25-2,5As₂O₃0-1,0Sb₂O₃0-1,0ВаО0-2,0CeO₂0-1,0

Данный стеклокристаллический материал характеризуется размерами кристаллов порядка 50 нм и низким ТКЛР в диапазоне температур от минус 50 до плюс 100°С - (минус 1,0 до плюс 1,0) 10^-7, К^-1.

Однако температура варки этих стекол составляет 1650°С, что затрудняет получение однородного материала.

Целью изобретения является снижение и стабилизация ТКЛР в области рабочих температур, повышение химической стойкости, улучшение технологических параметров, в частности, снижение температуры варки, выработки и ситаллизации стекол.

Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Al₂О₃, Li₂O, TiO₂, ZrO₂, As₂O₃, Sb₂О₃, дополнительно содержит P₂O₅ и СаО в следующем соотношении, мас.%:

SiO₂45,0-65,0Al₂O₃20,0-35,0Li₂O3,2-5,0Р₂O₅4,0-10,0TiO₂3,0-4,0ZrO₂1,0-2,8СаО1,0-3,0MgO0,5-2,8As₂O₃0,5-1,5Sb₂O₃0,3-1,0

Авторы экспериментально установили, что введение комбинированного катализатора (TiO₂+ZrO₂+P₂O₅) в указанных количествах приводит к повышению светопропускания и изменению соотношения кристаллической и стеклофазы. Совместное присутствие оксидов фосфора, магния и кальция в выбранном соотношении улучшает технологические свойства и позволяет получать качественное стекло на существующих промышленных печах при температурах 1570±10°С. Кроме того, для данного ситалла характерно незначительное увеличение теплового расширения вплоть до температуры 700-800°С, а в интервале температур от минус 20 до плюс 40°С ТКЛР практически равен нулю.

В таблице 1 приведены следующие примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала, мас.%.

Таблица 1Наименование компонентаНомер стекла1231234SiO₂60,645,553,0Al₂O₃21,532,127,2Р₂O₅5,48,06,2Li₂O4,03,24,3TiO₂3,33,03,9ZrO₂1,52,21,8CaO1,02,81,2MgO0,62,20,9As₂О₃1,30,71,0Sb₂O₃0,80,30,5

Авторы считают, что по полученному результату и для практического применения состав 3 является оптимальным.

Сочетание приведенного состава и выбранного режима кристаллизации с максимальной температурой термообработки 760-800°С позволило получить наноструктурированный ситалл с уменьшенными по сравнению с прототипом размерами кристаллов в два раза - 25-30 нм и содержанием в качестве основной кристаллической фазы твердых растворов β-эвкриптита со структурой высокотемпературного кварца. Уменьшение размеров кристаллов также способствует повышению прозрачности ситалла.

В таблице 2 приведены свойства синтезированных стеклокристаллических материалов.

Таблица 2Наименование свойствЕдиницы измерен.Номера стеколПрототип123123456Температура варки°С1580156015701650Температура кристаллизации°С700-800750-800700-800800-900Размер кристалловнм25-3025-3025-3050ТКЛР в диапазоне температур, °С:     минус 50 плюс 100α 10⁷, К^-10,1-0,60,2-0,60,02-0,6-1 - +120-300 5-65-64-6-20-500 5-65-64-6-20-700 5-65-64-6-Интегральное светопропускание в видимой области спектра%80-8282-8580-85-Кислотостойкостьгидролит. класс111-

Из приведенных данных видно, что предлагаемый состав стеклокристаллического материала позволяет существенно снизить температуру варки, уменьшить температурный коэффициент термического расширения, получить тонкодисперсную структуру и увеличить светопропускание.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 695156, опубл. 27.06.05.

2. Патент США 4707458 от 17.11.1987 г.

Изобретение относится к производству прозрачных в видимой области спектра стеклокристаллических материалов (ситаллов). Техническая задача изобретения - получение ситалла с ультранизким ТКЛР, повышенными значениями светопропускания, термо- и химической стойкости, термостабильностью основных свойств и линейных размеров при изменении температуры. Стеклокристаллический материал имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ 45,0-65,0, Al₂О₃ 20,0-35,0, Li₂O 3,2-5,0, Р₂О₅ 4,0-10,0, TiO₂ 3,0-4,0, ZrO₂ 1,0-2,8, СаО 1,0-3,0, MgO 0,5-2,8, As₂O₃ 0,5-1,5, Sb₂O₃-0,3-1,0. Варку осуществляют при температуре 1570±10°С. Максимальная температура кристаллизации 760-800°С. Полученные при этом ситаллы характеризуются тонкодисперсной структурой с размерами кристаллов 25-30 нм, повышенной прозрачностью и кислотостойкостью. ТКЛР ситалла в интервале от минус 20 до плюс 40°С практически равен 0. Стеклокристаллический материал предназначен для изделий прецизионной оптики, требующих сохранения линейных размеров при работе в условиях резкого изменения температуры. 2 табл.

Стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Al₂О₃, Li₂О, TiO₂, ZrO₂, AS₂O₃, Sb₂O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит Р₂О₅ и СаО в следующем соотношении, мас.%:

SiO₂45,0-65,0Al₂О₃20,0-35,0Li₂O3,2-5,0Р₂О₅4,0-10,0TiO₂3,0-4,0ZrO₂1,0-2,8СаО1,0-3,0MgO0,5-2,8As₂O₃0,5-1,5Sb₂O₃0,3-1,0