СПОСОБ ВАРКИ АЛЮМОИТТРИЕВЫХ СТЕКОЛ Российский патент 2024 года по МПК C03B5/02 C03C3/12 

Изобретение относится к области синтеза тугоплавких стекол технического назначения, которые могут быть использованы в химической промышленности, оптике, электронике.

Известен ряд способов получения алюмоиттриевых стекол, недостатками которых является высокая энергоемкость и длительность процесса [Медведев В.В., Будов В.В., Бормотунов К.А. Свойства стекол системы RO-Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂ // Стекло и керамика. 1996. № 12. С. 5-7].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ синтеза алюмоиттриевых стекол, включающий смешение компонентов шихты в шаровой мельнице при соотношении материал: вода : шары 1:1:5 (масс. частей); высушивание смеси, усреднение смеси с выгорающей добавкой (клей ПВА) при соотношении клей ПВА : шихта = 1:10 (масс. частей); формование стержней диаметром 2-4 мм и длиной 250-300 мм: сушку стержней, ввод стержней в струю плазменной горелки; диспергация расплава газовой струей; охлаждение диспергированных капель и сбор охлажденного продукта. [Крохин В.П., Бессмертный В.С., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов// Стекло и керамика. 1997. № 9. С. 6-8].

Недостатком данного способа является длительность технологического процесса.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в ускорении процесса получения конечного продукта.

Технический результат достигается тем, способ варки алюмоиттриевых стекол включает подготовку и усреднение шихты, и плавление ее в плазменной струе, причем проводят раздельный мокрый помол компонентов шихты, заливку шихты в тигель, обезвоживание шихты, а плазменный синтез стекла осуществляют в тигле в течение 20 или 25 минут при параметрах работы плазменной горелки 450 А и расходе плазмообразующего газа 0,0028-0,0042 кг/с.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов

Известный способ
[Крохин В.П., Бессмертный В.С., Пучка О.В., Никифоров В.М. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов// Стекло и керамика. 1997. № 9. С. 6-8]. Предлагаемый способ Смешение компонентов в шаровой мельнице

Обезвоживание шихты (сушка)

Смешивание шихты с выгорающей добавкой

Формование из шихты стержней

Сушка стержней

Подача стрежней в плазменную струю

Диспергация расплава газовой струей

Охлаждение и сбор конечного продукта Раздельный мокрый помол компонентов шихты в шаровой мельнице

Усреднение компонентов шихты

Помещение шихты в тигель

Обезвоживание шихты (сушка)

Синтез стекла в тигле плазменной струей

Предложенный способ отличатся от прототипа тем, что проводят раздельный мокрый помол компонентов шихты, заливку шихты в тигель, обезвоживание шихты, а плазменный синтез стекла осуществляют в тигле в течение 20 или 25 минут при параметрах работы плазменной горелки 450 А и расходе плазмообразующего газа 0,0028-0,0042 кг/с.

Технологические параметры, экспериментально полученные, представлены в таблице 2. Показатели качества стекла и условия синтеза в известном и предлагаемом способе представлены в таблице 3.

Таблица 2

Параметры синтеза

№ Сила тока, А Расход аргона, кг/с Время синтеза, мин Качество конечного продукта 400 0,0014 15 непровар шихты 20 непровар шихты 25 непровар шихты 0,0028 15 непровар шихты 20 непровар шихты 25 неполный провар шихты 0,0042 15 расслоение шихты 20 непровар шихты 25 провар шихты 450* 0,0014 15 непровар шихты 20 неполный провар шихты 25 неполный провар шихты 0,0028* 15 непровар шихты 20* провар шихты 25* провар шихты 0,0042* 15 непровар шихты 20* провар шихты 25* провар шихты 500 0,0014 15 расслоение шихты 20 расслоение шихты 25 расслоение шихты 0,0028 15 неполная гомогенизация 20 неполная гомогенизация 25 неполная гомогенизация 0,0042 15 ликвация 20 расслоение шихты 25 ликвация * – оптимальный вариант

Таблица 3

Показатели качества и условия синтеза

№
п/п Наименование Известный способ Предлагаемый способ Показатель преломления 1,855 1,856 Плотность, г/см³ 4,08-4,12 4,11 Состав, %:
Y₂O₃
Al₂O₃ 43,7
56,3 43,7
56,3 Параметры плазменной струи:
- ток, А
- расход аргона, кг/с 400-450
0,0014 450
0,0028 Шихта стержни Ø 2-4 мм, длиной 250-300 мм монолит в корундовом тигле Скорость подачи стержня, мм/с 2-3 - Время синтеза, мин - 20

Пример.

В качестве исходного материала использовали оксид иттрия по ТУ-48-4-191-72 и оксид алюминия по ТУ 48-5-58-73. В шаровой мельнице раздельно мололи компоненты шихты при соотношении материал: вода: шары = 1:1:5. После помола компоненты шихты усредняли с использованием лабораторного лопастного смесителя. Подготовленную шихту состава 43,7 мас. % Y₂O₃ и 56,3 мас. % Al₂O₃ заваливали в корундовый тигель объемом 200 мл. Тигель помещали в сушильный шкаф и обезвоживали шихту при 105°С в течение 1 часа. После обезвоживания корундовый тигель извлекали из сушильного шкафа. Тигель с шихтой устанавливали в вытяжном шкафу, где стационарно была установлена плазменная горелка ГН-5Р электродугового плазмотрона УПУ-3Н. Включали плазменную горелку. Параметры синтеза были следующие: ток – 450 А, напряжение – 30 В, расход плазмообразующего газа аргона – 0,0028 кг/с. Время синтеза составляло – 20 мин.

После синтеза отключали плазменную горелку ГН-5Р. Тигель с расплавом извлекали из вытяжного шкафа.

После охлаждения расплава исследовали плотность и показатель преломления стекла по стандартным методикам на аттестованном оборудовании. Плотность алюмоиттриевого стела составила 4,11 г/см³, показатель преломления 1,856. Прототип: [В.П. Крохин, В.С. Бессмертный, О.В. Пучка, В.М. Никифоров. Синтез алюмоиттриевых стекол и минералов / Стекло и керамика. 1997. № 9. с. 6-8.].

Изобретение относится к области синтеза тугоплавких стекол технического назначения, которые могут быть использованы в химической промышленности, оптике, электронике. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в ускорении процесса получения конечного продукта. Способ варки алюмоиттриевых стекол включает подготовку и усреднение шихты, и плавление ее в плазменной струе. При этом проводят раздельный мокрый помол компонентов шихты, заливку шихты в тигель, обезвоживание шихты, а плазменный синтез стекла осуществляют в тигле в течение 20 или 25 минут при параметрах работы плазменной горелки 450 А и расходе плазмообразующего газа 0,0028-0,0042 кг/с. 3 табл., 1 пр.

Способ варки алюмоиттриевых стекол, включающий подготовку и усреднение шихты, и плавление ее в плазменной струе, отличающийся тем, что проводят раздельный мокрый помол компонентов шихты, заливку шихты в тигель, обезвоживание шихты, а плазменный синтез стекла осуществляют в тигле в течение 20 или 25 минут при параметрах работы плазменной горелки 450 А и расходе плазмообразующего газа 0,0028-0,0042 кг/с.