Термостойкое светотехническое стекло
Патент 2337890
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Термостойкое светотехническое стекло
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.
Реферат
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.%.:
| SiO2 | 73,0-75,0 |
| Al2O3 | 3,0-5,5 |
| BaO | 0,5-2,5 |
| MgO | 0,5-2,0 |
| K2O | 0,5-3,0 |
| Na2O | 4,5-6,0 |
| В2O3 | 11,0-15,0 |
| Li2O | 0-0,5 |
| один из оксидов группы: | |
| Sb2O3, SnO2, Fe2O3 | 05-4,0 |
| Cu2O | 0,5-5,0 |
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.%:
| SiO2 | 70,5-73,0 |
| Al2О3 | 4-5,6 |
| Na2O | 7,0-9,0 |
| K2O | 1,2-2,5 |
| Li2O | 0-0,5 |
| В2O3 | 8,0-10,0 |
| СаО | 0-2,5 |
| BaO | 2,0-4,0 |
| CeO2 | 0-1,0 |
| ZrO2 | 0-2,0 |
| F- | 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.%:
| SiO2 | 70,0-76,0 |
| Al2O3 | 3,0-4,0 |
| В2О3 | 9,0-11,0 |
| Na2O | 4,5-6,0 |
| K2O | 1,5-2,0 |
| ВаО | 3,5-4,5 |
| СаО | 2,0-3,0 |
| CeO2 | 0,1-0,5 |
| F- | 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 1 | |||
| Вводимый компонент | Номер стекла | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| SiO2 | 70,5 | 72,5 | 75,1 |
| Al2O3 | 4,0 | 4,0 | 3,0 |
| В2O3 | 9,5 | 10,0 | 10,0 |
| Na2O | 6,0 | 5,5 | 4,5 |
| К2O | 1,5 | 2,0 | 1,5 |
| ВаО | 4,5 | 3,5 | 3,5 |
| СаО | 3,0 | 2,0 | 2,0 |
| CeO2 | 0,5 | 0,1 | 0,1 |
| F- | 0,5 | 0,4 | 0,3 |
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 2 | |||||
| НаименованиеСвойств | Единицы измерен. | Номера стекол | Прототип | ||
| 1 | 2 | 3 | |||
| ТКЛР (20°С, 300°С) | 10-7°С-1 | 5,0 | 5,2 | 4,8 | 5,8-7,0 |
| Термостойкость | °С | 115 | 110 | 120 | - |
| Светопропускание | % | 88,5 | 90,0 | 92,0 | <88 |
| Интервал кристаллизации | °С | 800-1025 | 800-1035 | 800-1050 | - |
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.
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.