Стекло для прозрачного стеклокристаллического материала на основе ганита Советский патент 1993 года по МПК C03C10/04 

Изобретение относится к прозрачным стеклокерамическим материалам, которые находят все более широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) и в различных областях техники, а также для изготовления товаров народного потребления.

Целью изобретения является снижение температуры варки и повышение светопро- пускания стеклокерамики.

Поставленная цель достигается тем, что в высокопрозрачную стеклокерамику на основе кристаллической фазы ганита, содер- жащую.рксид алюминия AlaOa оксид цинка ZnO, диоксид кремния SI02, диоксид титана ТЮа, оксид калия К20, дополнительно вводят оксид мышьяка А$20з и оксид свинца

РЬО при следующем соотношении компонентов, мае. %:

А 20зЮ-28 ZnO 8-22 SI02 30-70 ТЮ2 1,5-8 К20 0,1-3 А820з 0,5-1 РЬО 2-17 Для получения люминесценции в стеклокерамику можно ввести оксиды переходных элементов СгаОз, N10. СоО 0,03-1 мае. % или оксиды редкоземельных элементов Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tu, Yb 1-3 мае. %.

Стекла в с теклообразующей области псевдотройной цинкоалюминийсиликатной системе в зависимости от химического состава, температуры кристаллизации, а так00

о

to

00

же от количества и вида катализатора в процессе кристаллизации способны образовывать кристаллические фазы виллемита 2ZnO) SiOa, ганита ZnO AlaOaтвердых растворов /J-кварцэ или Zn-петалита. ....

Необходимым условием кристаллизации ганита в цинкоалюмосиликатной системе являются достаточно высокое содержание оксидов цинка и алюминия при их эквимолярном соотношении и присутст; вии в качестве катализатора объемного за- родышеобразования оксида титана. В присутствии оксида титана не образуются такие метастабильные фазы как виллемит 2ZnO SiOa и твердые растворы /3-кварца и Zn-петалита. Эти условия обуславливают содержание А120з 10 мае. %;ZnO 8мас.%; TI02 1,5 мае. %. Максимально допустимое содержание указанных оксидов, при кото-, рбм в рассматриваемой псевдочетырехком- гтонёнтной системе происходит стеклообразование составляет для АЬОз 28 мае. %; для ZnO . 22мас. %: для TI02 8 мае. %.

В ведение оксида свинца позволяет снизить вязкость расплава исходного стекла, ускорить процессы расплавления и рафинирования, улучшить рабочие характеристики стекла. Оксид свинца вместе с оксидом кремния образуют остаточную стеклофазу, причем присутствие РЬО не оказывает влияния на фазовый состав стеклокерамики. Присутствии РЬ 2 % не приводит к заметному снижению температуры варки стекла, а при содержании РЬ 17 мае. % в цинка- люминийсвинецсиликатной системе нарушается стеклообразование. Оксид свинца, являясь условным стеклообразующим оксидом, обычно замещает оксид кремния, не нарушая беспорядочную трехмерную сетчатую структуру стекла. Оксид калия является модифицирующим оксидом и при его введении в состав стекла целостность непрерывной структурной сетки стекла нарушается, что способствует расстекловыванию стекла. Исходные стекла для стеклокерамики должны обладать устойчивостью к самопроизвольному расстекловыванию, поэтому содержание оксида калия в предлагаемом составе ограничено до 3 мае. %. В то же время, как показали экспериментальные исследования, присутствие оксид калия 0,1 мае. % в составе исходного стекла способствует получению тонкозернистой структуры стеклокерамики, т. е. способствует получению высокопрозрачного материала. Указанные выше оксиды переходных и редкоземельных элементов при содержании 1 и 3 мае. % соответственно не

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

оказывают влияния на стеклообразование системы. Введение оксидов переходных элементов 1 мае. %, а оксидов редкоземельных элементов 3 мае. % приводит к снижению светопропускания стеклокерамики в видимой и ближней ИК-областях спектра, что очевидно связано с их катализирующим действием, при этом переходные элементы Cr, NI. Со встраиваются в кристаллическую решетку ганита.

Термообработку исходного цинкалюми- нийсвинецсиликатного стекла проводят в температурах интервала 680-780 и 800- 950°С в течение 2-8 ч каждый. Указанный режим обеспечивает заданный фазовый состав стеклокерамики и определенные свойства, в данном случае светопропускание стеклокерамики. Первая ступень термообработки 680-780°С в течение 2-8 ч обеспечивает максимальное образование центров кристаллизации, при температурах выше или ниже указанных и времени менее 2 ч эффективность процесса зародышеобразо- вания, обеспечивающая тонкозернистость микроструктуры, снижается, Выдерживание заготовок исходного стекла в указанном температурном интервале более 6 ч нецелесообразно, т. к. значительно удлиня.ет процесс ситаллизации. .

Вторая ступень термообработки 800- . 950°С в течении 2-8 ч обеспечивает условия роста кристаллов на зародышах. При более низких температурах рост кристаллов либо не происходит, либо идет очень медленно; при более высоких температурах размеры образующихся кристаллов настолько велики, что образцы стеклокерамики начинают опалесцировать, «то обуславливает значительные потери света на рассеивание, либо стеклокерамика становится глухой. Рост кристаллов в указанном температурном интервале для Предлагаемых составов стеклокерамики завершается за 2-8 ч.

Пример. Исходную шихту готовят механическим смешением оксидов и солей (нитратов, карбонатов) исходных компонентов: АЬОз, ZnO, Si02, ТЮ2, РЬО, KaO. согласно заданной стехиометрии (см. табли. ЧУ)Варку стекла проводят в алундовых тиглях (V 0,1 л и 1м) при температурах 1520- 1580°С в течение 2-4 ч. Формование изделий проводят отливом в формы. Термическую обработку стеклянных заготовок проводят по режимам, указанным а таблице. В предлагаемые составы стеклокерамики на стадии приготовления шихты в виде оксидов вводили указанные выше переходные редкоземельные элементы (см. таблицу). Максимумы полос люминесценции

полученных образцов также приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, варка стекол проводится при температурах 1520-1580°С, что на 70-100°С ниже, чем для известного состава стеклокерамики. Это позволяет значительно интенсифицировать процесс получения прозрачной стеклокера- ики на основе кристаллической фазы гани- та, упрощает поиск футеровочных огнеупорных материалов для ванных и гор- шковых печей.

Предлагаемый состав стеклокерамики является высокопрозрачным в видимой и ближней ПК-областях спектра, что позволяет использовать его в качестве матрицы для введения ионов-активаторов (переходные и редкоземельные элементы) для получения новых люминесцентных материалов.

Формула изобретения

1. Стекло для прозрачного стеклокри- сталлического материала на основе ганита.

включающее А120з. ZnO, SiOa, ТЮ2, К20, отличающееся тем, что, с целью снижения температуры варки и повышения светопро- пускания стеклокерамики, оно дополнительно содержит А$20з и РЬО при следующем соотношении компонентов, мае. %:

0

5

А120з

ZnQ

SI02

Ti02 К20 АзаОз Роб

10-28

8-22

30-70.

1,5-8.

0,1-3,0

0,5-1,0

2-17.

2. Стекло по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения люминесценции стеклокерамики, оно содержит оксид переходного элемента из группы Сг20з, N10, СоО в количестве .0,03-1,0 мае. % или редкоземельного элемента в количестве 1-3 мае. %.

Изобретение относится к прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые находят все более широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) в различных областях техники, а также для изготовления товаров народного потребления, Сущность изобретения: стекло для стеклокристаллического материала содержит следующие оксиды, мае, %: оксид алюминия 10-28 БФ оксид цинка 8-22 БФ ZnO; оксид кремния 30-70 БФ Si02; оксид титана 1,5-8 БФТЮа: оксид калия 0,1-3 БФ КаО; оксид мышьяка 0,5-1 БФА520з; оксид свинца 2-17 БФ РЬО. Для получения люминесценции стекло содержит оксид переходного элемента 0,03-1 из группы: оксид хрома БФ , оксид никеля БФ N10; оксид кобальта БФ СоО или, по крайней мере, один оксид 1-3 редкоземельного элемента. Характеристика стекла: температура варки 1520-1580°С. 1 з, п. ф- лы, 1 табл.