ТЕРМОСТОЙКОЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО Российский патент 2008 года по МПК C03C3/91 

Изобретение относится к составам термостойких стекол, используемых в светотехнических изделиях конструкционной оптики авиационной, космической, аэродромной, химической и металлургической техники.

Известен состав термостойкого стекла (Патент России 2021986, опубл. 30.10.1994 г.), включающий следующие компоненты, мас.%.:

SiO₂73,0-75,0Al₂O₃3,0-5,5BaO0,5-2,5MgO0,5-2,0K₂O0,5-3,0Na₂O4,5-6,0В₂O₃11,0-15,0Li₂O0-0,5один из оксидов группы: Sb₂O₃, SnO₂, Fe₂O₃05-4,0Cu₂O0,5-5,0

Данное стекло удовлетворяет требованиям по термостойкости, но непригодно для изделий с высоким светопропусканием в видимой области спектра, так как содержит поливалентные ионы меди и железа, которые имеют полосы поглощения в видимой области спектра.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав стекла (патент DE 10238915 В3, опубл. 29.04.2004 г.), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO₂70,5-73,0Al₂О₃4-5,6Na₂O7,0-9,0K₂O1,2-2,5Li₂O0-0,5В₂O₃8,0-10,0СаО0-2,5BaO2,0-4,0CeO₂0-1,0ZrO₂0-2,0F^-0-0,6

Данное стекло не удовлетворяет требованиям по термостойкости вследствие повышенного суммарного содержания щелочей и светопропусканию из-за значительного содержания оксида алюминия (более 4 мас.%).

Задачей изобретения является: повышение светопропускания в видимой области спектра и повышение термостойкости, снижение ТКЛР при сохранении хороших технологических свойств стекла (широком температурном интервале выработки и пониженной склонности к кристаллизации) для получения изделий сложной конфигурации методом прессования.

Это достигается тем, что стекло содержит оксиды SiO₂, Al₂О₃, В₂О₃, Na₂O, K₂O, СаО, ВаО, CeO₂, F^-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂70,0-76,0Al₂O₃3,0-4,0В₂О₃9,0-11,0Na₂O4,5-6,0K₂O1,5-2,0ВаО3,5-4,5СаО2,0-3,0CeO₂0,1-0,5F^-0,1-0,6

Авторы экспериментально установили, что выход за минимальные и максимальные значения компонентов стекла приводит к ухудшению его термических или технологических свойств. Также установлено, что снижение содержания Al₂O₃ до 3,0-4,0 мас.% в стекле указанного состава повышает светопропускание в видимой области спектра до 92%.

Уменьшение суммарного содержания щелочей до 6,5-7,5 мас.% при оптимальной концентрации алюминия не более 4 мас.% снижает ТКЛР до (4,8-5,3)10^-7°С^-1 и повышает термостойкость стекла до 120°С.

Примеры конкретных составов предлагаемого стекла приведены в табл.1.

Таблица 1Вводимый компонентНомер стекла123SiO₂70,572,575,1Al₂O₃4,04,03,0В₂O₃9,510,010,0Na₂O6,05,54,5К₂O1,52,01,5ВаО4,53,53,5СаО3,02,02,0CeO₂0,50,10,1F^-0,50,40,3

Варка стекол проводилась при температуре 1530-1550°С. Температура выработки 1300-1450°С.

Авторы считают, что для практического применения (изготовления сложнопрофильных изделий) состав 2 является оптимальным.

Свойства полученных стекол представлены в табл.2.

Таблица 2Наименование
СвойствЕдиницы измерен.Номера стеколПрототип123ТКЛР (20°С, 300°С)10^-7°С^-15,05,24,85,8-7,0Термостойкость°С115110120-Светопропускание%88,590,092,0<88Интервал кристаллизации°С800-1025800-1035800-1050-

Как видно из таблицы, светопропускание предлагаемых составов стекол выше, чем у прототипа, при сохранении высокой кристаллизационной устойчивости и химстойкости.

Коэффициент линейного термического расширения предлагаемого стекла ниже, чем у прототипа, а термостойкость выше, что позволяет использовать материал для огней высокой интенсивности. Хорошие технологические свойства стекла (широкий температурный интервал выработки, кристаллизационная устойчивость) позволяют вырабатывать изделия различной конфигурации и различной толщины.

Стекло обладает хорошей способностью упрочняться воздушной и жидкостной закалкой, что позволяет получать высокопрочные изделия

Высокая влагостойкость предлагаемого материала в пределах 0,05-0,07% в сочетании с высокими прочностными характеристиками позволяет использовать его не только в светотехнических изделиях, но и в качестве высокопрочных указателей уровня жидкости и смотровых окон сосудов высокого давления.

Таким образом, предлагаемый состав стекла имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- пониженный коэффициент линейного расширения и повышенную термостойкость при хороших технологических свойствах, что позволяет применять предлагаемое стекло для светофильтров в огнях высокой интенсивности;

- повышенное светопропускание 88,5-92% при высокой кристаллизационной устойчивости.

Использованная литература

1. Патент России 2021986, опубл. 30.10.1994 г.

2. Патент Германии DE 10238915 В3.

Изобретение относится к составам термостойких стекол, предназначенным для выпуска широкого ассортимента светотехнических изделий конструкционной оптики авиационной, космической, аэродромной, химической, металлургической техники. Техническая задача - повышение светопропускания в видимой области спектра, повышение термостойкости и снижение ТКЛР. Стекло содержит, мас.%: SiO₂ 70,0-76,0; Al₂О₃ 3,0-4,0; В₂O₃ 9,0-11,0; Na₂O 4,5-6,0; К₂O 1,5-2,0; CaO 2,0-3,0; BaO 3,5-4,5; СеО₂ 0,1-0,5; F^- 0,1-0,6. Варку стекла осуществляют при температуре 1530-1550°С. Температура выработки 1300-1450°С, температура кристаллизации 800-1050°С. Полученное стекло характеризуется светопропусканием 88,5-92%, термостойкостью 110-120°С. 2 табл.

Термостойкое светотехническое стекло, содержащее, мас.%: SiO₂ 70,0-76,0; Al₂O₃ 3,0-4,0; В₂O₃ 9,0-11,0; Na₂O 4,5-6,0; К₂O 1,5-2,0; ВаО 3,5-4,5; СаО 2,0-3,0; CeO₂ 0,1-0,5; F^- 0,1-0,6, характеризующееся сочетанием следующих свойств: термостойкость 110-120°С, светопропускание 88,5-92%, интервал кристаллизации 800-1050°С.