Стекло Советский патент 1980 года по МПК C03C3/04 

-, - - Изобретение относится к стеклам, обладающим высокой теплопроводностью и высокими электроизоляционными хара теристиками . Стекло используют для изготовления охлаждаемых электроизоляторов в системе тиристорных электроприводов и в качестве изоляционных подложек в электро- и радиотехнике, где необходимо обеспечение стабильного температурного режима работы приборов. Известно стекло, содержащее следу ющие компоненты, масс %: . 30-50 0-5 1-5 7,5-9,5 15-20 6-8 1-20 В известном стекле окись бора на ходится в трехкоорданированном состоянии и ослабляет структ фные связи. Уменьшение силы сцепления структурных элементов приводит к снижению упругих характеристик и не обеспечи вает.достаточной теплопроводности стекла. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стекло, включающее (в мае.%) по крайней мере один окисел из группы VjOj , Nbj,Oj, С1.;0з27-58 ПО крайней мере один окисел из группы МдО, ZnO, ZrO 3-12 2 Данные составы рекомендуются для получения стекловолокна. Теплопроводность стекол указанных составов по нашим измерениям лежит в пределах 1,17-2,08 вт/м.град. и недостаточна для.использования указанного стекла в качестве электроизолйционных элементов, обеспечивающих необходимый отвод т.епла. Целью изобретения является повышение теплопроводности стекла. Указанная цель достигается тем, что стекло, включающее SiOj , ,

727586

Laa.Oi, , ZnO дополнительно содержит HbOa. и GeOa при;следующем соотношении компонентов (в мас.%)

20-50 22-30 5-25 5-20 2-10 3-8 5-10

Указанное стекло может дополяи ельно содержать - 0,5-3,5, ,0 в Ma-c.i

Такое соотношение компонентов позволяет получить стекло преимущественно с сильными ковалентными связями tT платной структурной упаковкой обладагоще«е высокой тепловодностью. Положитетьяую роль в уплотнении структуры играет повытеннре содержание в стекле окиси алюминия. Присутствие двуокиси германия увеличивает ковалентность связей в стекле. Тугоплавкая окись гафния также способствует упрочению : связей в структуре стекла. Все указанное обеспечивает повышенную теплопроводность стекла.

Состав компонентов указанного стекла обуславливает также высокие электроизоляционные свойства последнего.

Присутствие в стекле до 7% по массе NdgOзИ РГдО,, до 3,5% по массе, при использовании в качестве, сырья дешевого цериевЬго концентрата,не ухудшает теплопроводности и электроизоляционных характеристик.

Теплопрбводность стекла составляет при 25°С i2j56°C-14,24 вт/м-град. т.е. болеечем в 10 раз превышает теплопроводность кварцевого стекла

значение свойств стекол

(Л при ,25 вт/м-град.) и приближается по своему значению к теплопроводности высокоглиноземистой керамики и монокристаллического сапфира (Л при 25°С : 23 вт/м-град.), С увеличением температуры теплопроводность стекла возрастает, тогда как у кристаллических тел она значительно снижается.

Удельное сопротивление предлагаемого стекла сйставляет при 20°С примерно Ю ом-см .

Ниже изобретение поясняется на конкретных примерах его выполнения

Т а б ли ц а .1

Свойства синтезированных стекол приведены в таблице 2.

Таблица 2

Теплопроводность14,07 14,24 13,75 13,49 12,56 вт/мтрадО Электропроводность -10 (ом-см) -Температура 1540-1560 варки (°С)

Для синтеза стекЬ:л й6Г1вйТ зуют сяеду{6Шегы Зьевые материалы.

Кварцевый песок, окись алюминия, окись лантана, окись церия, окись

цинка, окись гафния, окись германия. Использование вместо окиси церия дешевого цериевого концентрата состава (в мас.%) 53 Ge, 21 , 6 1,17-2,08

18 ,,, 9 обуславливает присутствие в стекле указанных количеств NdjO и ,

Варку стекла осуществляют в газо.вых печах или в печах индукционного нагрева в кварцевых или платиновых тиглях. Максимальная температура варки составляет .

Для достижения однородности физико-химических свойств производят перемешивание стекломассы при максимальной температуре варки в течение 3-х часов..

Из полученной стекломассы можно вырабатывать толстостенные изделия, характеризуемые высокой теплопроводностью и электроизоляционными свойствами,

Из стекла могут быть изготовлены, например, охлаждаемые электройзоляторы для тиристорных электроприводов электроизоляционные подложки для полупроводниковой микроэлектроники и другие электроизоляционные элементы ,с высокой теплопроводностью.

Электроизоляционные подложки из стекла вследствии простой технологии изготовления и изотропности материала будут в 20-30 раз дешевле используемых сейчас подложек из искусственного монокристаллического сапфира.

Охлаждаемую водой электроизрляторы из стекла отличаются от изоляторов из высокоглиноземистой керамики полным отсутствием пористости,и зна|чительно более высокой частотой обработки поверхности изделия контактируйей с полупроводниковыми элементами.

По данным института горного дела им. А.А. Скочинского экономический эффект от использования 30 комплектов изделий из описываемого стекла в системе трристорных электроприводов ориентировочно составит около 200 тыс.руб. в год.

Применяемые для приготовления шихты компоненты не обладают токсичностью, поэтому технологический процесс ;(составление -шихты, варка, выработка изделий) может производиться в обычном, производственном помеедении без дополнительных затрат на специальную герметизацию и усилен 0 ную приточно-вытяжную вентиляционную систему, необходимые при варке известных бериллийсодержащих стекол.

Формула изобретения

15

2Q содержит:HfO и GeOj при следующем соотношении указанных компонентов (в мас.%) - ,

SiO;,20-5022-30

AI

5 5-25

Celol 5-20

ZnO 2-10

H.fOg 3-8

GeO, 5-10

30

.0,5-3,5

ш;о1-7

35

Гсточнйки информации,

Ис принятые во внимание при экспе

2.Патент США № 3947281, 40 кл. 106-52, 1976.