Стекло для ионного обмена Советский патент 1993 года по МПК C03C3/78 

Изобретение относится к стеклам для элементов с градиентом оптических и аку- стфеских свойств, изготовляемых методом иойообменной взаимодиффузии из расплава Ьолей одновалентных металлов.

Целью изобретения является повышение величины инкремента и максимального изменения (перепада) показателя преломления.

Поставленная цель достигается тем, что стекло имеет компонентный состав в мол.%:

Si0250,7-59,8

ТЮ2. 15,0-17,0

НЮ23,0-9,0

SbaOa0,2-0,3

Li200,1-25,0

Na200,1-25,0 ; Величина перепада ПП (показателя преломления)

Д П Ппов - По.

где Ппов и По, соответственно, ПП поверхности стекла после и до ионного обмена.

Величины Л п могут быть как положительными, так и отрицательными, соответственно , виду обмена и увеличению или уменьшению ПП поверхности, по сравнению с По, при этом 2(Li20 + Na20) 20,0 - 25,1 мол.% и 2(ТЮ2 + НЮ2) 20-24 мол.% так что

wЈ (

Таким образом, суммарное содержание щелочных оксидов Li20 и N320 в предлагаемом стекле 20-25,1 мол.%, а суммарное содержание оксидов титзна и гафния 20-24 мсл.%, отсюда среднее отношение

LI2 О + Na20 1.,

ТЮ2+НЮ2

С

о

со

СО

ю

со

Подобное соотношение

для стекол

R20 аналога и прототипа в среднем равняется

1,4,

Способ формирования градиентного стекла осуществляется следующим образом.

Варку стекла проводят в платиновых тиглях емкостью 250-300 мл в лабораторных силитовых печах из шихты, в которой в качестве ингредиентов брались ЫаСОз, Ма2СОз, а остальные - в виде оксидов.

Температура варки, стекла 1450-1500°С.

Конкретные составы стекла представлены в таблице 1.

Из стекла предлагаемого состава изготовлены образцы размером 10x10x10 мм. Образцы погружались в расплав солей и подвергались химико-термической обработке в режимах при температуре 625-650°С.

В таблице 2 приведены условия ионообменной обработки и основные параметры стекол после взаимодиффузии, а именно, полный перепад An (изменение) ПП исходного стекла после ионного обмена, а также величины соответствующего ИПП, равного

7-ГТ5-т;, где CR20 содержание обмениваюU К 2 U

щегося оксида в исходном стекле. Знак плюс при ИПП означает увеличение ПП стекла после обмена, знак минус-уменьшение.

В таблице 3 приведены значения модуля Юнга Е, показателя преломления ПП и ИПП предлагаемого стекла (1, 2, 3, 4), а также аналога и прототипа.

Стекло для градиентных элементов является тем лучшим, более ценным, для ионо- обменного получения градиентных элементов, чем больше изменение (перепад) ПП А п в нем можно получить, как в сторону увеличения ПП, так и в сторону уменьшения ПП. Кроме того, стекло тем более эффективно, чем больше величина удельного изменения полезного свойства, т.е. чем больше инкремент свойства, равного величине -г р п изменение ПП (ИПП)

w г 2 U

на мольный процент обменивающегося оксида щелочного металла.

Величина перепада ПП является определяющей для параметров (апертура, длина периодичности, фокусное расстояние и т.д.) элементов из градиентного стекл а.

Поэтому увеличение An и ИПП является важнейшей задачей (целью) такой разработки, стекол для градиентных элементов, получаемых путем ионного обмена, из расплава солей одновалентных металлов.

0

5

Из данных, приведенных в табл.2 и 3 видны преимущества предлагаемого стекла по сравнению с известным (авт.свид. № 1414810 и 1495319); предлагаемое стекло имеет высокие модули Юнга от 855 до 950x10 н/м , не уступающие величинам упругих модулей в стеклах аналога и прототипа, высокие ПП от 1,66 до 1,67, и главное позволяет получить высокие перепады ПП от - 270 до +275x10 и высокие значения ИПП, т.е. наиболее эффективно и полно изменяет ПП при ионном обмене. При высокотемпературном ионном обмене значения ИПП достигают величины от -14 до +14х10 4 (мол.%)-1, что значительно превосходит стекло-прототип и аналог.

0

5

0

5

0

5

0

5

Отношение

R20

величина отношения

и.-, для стекол по

предлагаемом многощелочном стекле близко к единице, что благоприятно для ионного обмена и взаимодиффузии, а также механической прочности исходного и градиентного стекла. Средняя

R20

2

авт. свид. NJ 1414810 и 1495319 около 1, 4, а

в предлагаемом стекле рЛ (1.1 ± 0.1).

2

Измерения модуля Юнга проводили акустическим методом наложения импульсов, измерения ПП на рефрактометре Пуль- фриха, а величину перепада ПП определяли по плоскопараллельным срезам градиентного стекла на интерферометре Маха-Цен- дера.

Ионообменную обработку стекол проводили в расплавах солей лития и натрия по режимам табл.2 в шахтных печах типа СШОЛ.

Использование предлагаемого стекла позволяет эффективно изменять ПП и получать оптические градиентные стекла с высокими значениями перепада ПП, как в плюсовую, так и в минусовую сторону от значения ПП исходного стекла. Таким образом, возможно получение прямых и обратных (фокусирующих и дефокусирующих) изменений ПП в первоначально однородном стекле при увеличенных значениях удельного изменения полезного свойства.

Формула изобретения

Стекло для ионного обмена содержащее Si02, Li20, Na20, ЗЬзОз, отличающ е- е с я тем, что, с целью повышения величины инкремента и максимального изменения показателя преломления, оно дополнительно содержит ТЮ2 и НЮ2 при следующем соотношении компонентов, мол.%:

50.7-59,8:

0.1-25,0:

0.1-25.0;

0,2-0.3:

15.0-17.0;

3.0-9,0.

) Использование: для элементов с градиентом оптических и акустических свойств, изготовляемых методом ионообменной взаимодиффузии из расплавов солей одновалентных металлов. Сущность изобретения: стекло для ионного обмена содержит оксид кремния 50,7-59.8% БФ LiO-, оксид лития 0,1-25% БФ SI20, оксид натрия 0,1-25% БФ N320, оксид титана 15-17% БФ ТЮг, оксид гафния 3-9% БФ НГО2, оксид сурьмы 0,2- 0,3% БФ 5Ь20з. Изменение показателя преломления (-270-+275/104, инкремент показателя преломления (-13-+14) мол.%. 3 табл.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3