Термостойкое желтое светотехническое стекло

Термостойкое желтое светотехническое стекло

Реферат

Изобретение относится к составам термостойких желтых стекол для изделий аэродромной техники со стабильными при повышенных температурах эксплуатации светотехническими характеристиками.

Применение в сигнальных аэродромных огнях высокоинтенсивных источников излучения вызывает нагрев линз-светофильтров до температуры 175°С. При этой температуре цвет стекла, окрашенного молекулярными красителями, например сульфоселенидами кадмия, меняется, и стекло из желтого становится оранжевым. Так как коэффициент светопропускания и координаты цветности связаны между собой, то изменение коэффициента пропускания приводит к изменению и координат цветности. Поэтому проблема стабилизации цветовых параметров стекла в авиационной технике актуальна.

Известен состав желтого термостойкого стекла (авторское свидетельство СССР 1025075, опубл. 20.06.1983 г), включающий следующие компоненты, мас.%:

SiO2	67,0-72,0
B2O3	6,0-9,0
ZnO	1,0-2,0
Na2O	4,0-6,0
Al2O3	2,0-4,0
La2O3	0,5-2,5
CdO	0,2-0.7
Se	0,2-0,6
Li2O	0,5-2,0
BaO	5,0-10
CeO2	0,4-1,2
CdS	1,2-3,0

Это стекло, в силу полупроводниковой природы используемых красителей CdS и CdSe, не отличается стабильностью светотехнических параметров при повышенных рабочих температурах (повышение температуры стекла на каждые 50°С снижает интегральный коэффициент пропускания на 5-7%, координаты цветности могут выйти из желтой области).

Известно стекло (патент США 4461839 от 24.07.1984) состава:

SiO2	63,5-69,0
Al2O3	15-25,0
Li2O	2,5-4,0
Na2O	0,1-0,6
P2O5	0,1-0,6
K2O	0,1-0,6
TiO2	>2,5-6,0
BaO	0-5
ZrO2	0-2,0
Fe2O3	0,05-0,2
As2O3	0,4-0,8
CeO2	0-3

Светотехнические характеристики этого материала при указанных концентрациях церия и титана не будут соответствовать требованиям международной комиссии по освещению к цветовым координатам сигнальных стекол.

Минимальное содержание щелочных и щелочноземельных оксидов при высоком содержании SiO₂ и Al₂O₃ указывает на высокие температуры варки 1550-1600°С, выработки и отжига 750-700°С стекла, что ограничивает его применение в производстве сложнопрофильных изделий линзового типа методом прессования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав стекла (патент США 4707458 от 17.11.1987 г), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO2	64-67
Al2O3	21-24
Li2O	2,6-3,7
BaO	0-2,0
TiO2	2,0-3,25
ZrO2	1,25-2,5
MgO	0,8-1,5
ZnO	0,7-4,2
As2O3	0-1,0
Sb2O3	0-1,0
CeO2	0-1,0

Температура варки этого состава составляет 1650°С, что затрудняет выработку сложнопрофильных светотехнических изделий, а предлагаемая концентрация титана и церия не обеспечит необходимые светотехнические параметры: интегральное светопропускание будет высоким (более 70%,) и координаты цветности не попадут в заданную область, т.е. стекло не пригодно для сигнальных огней.

Задачей изобретения является стабилизация светотехнических параметров (коэффициента светопропускания и координат цветности) в интервале температур 20-1750°С стекла, понижении температуры варки, выработки и отжига.

Это достигается тем, что стекло, содержащее: SiO₂; Al₂O₃; Li₂O, TiO₂, CeO₂ BaO; Sb₂O₃ дополнительно содержит Na₂O и P₂O₅ в следующем соотношении, мас.%:

SiO2	48,0-53,0
Al2O3	23,0-27,0
LiO	3,0-4,5
Na2O	1,5-3,5
P2O5	2,0-3,5
TiO2	6,5-8,0
BaO	2,5-3,5
CeO2	1,5-2,5
Sb2O3	0,5-1,0

Авторы установили, что для получения требуемых координат цветности при температурах до 175°С необходимо иметь коэффициент светопропускания стекла 45%≤τ≤65%, что достигается совместным присутствием в стекле диоксидов титана и церия в выбранных концентрациях. Суммарное содержание красящих оксидов должно быть не менее 8% и не более 10 мас.%, а отношение TiO₂/СеО₂ 3-5. Концентрация диоксида титана ограничивается 6,5-8 мас.%. Выход концентрации TiO₂ за нижний предел изменяет координаты цветности - они перестают соответствовать цветовому графику МКО. При более высокой концентрации TiO₂ при отжиге изделий наблюдается поверхностная кристаллизация стекла.

В процессе исследований было установлено, что при оптимальном соотношении стеклообразующих оксидов Li₂O:Al₂O₃:SiO₂ соответственно 1:7:14 модификация системы оксидами фосфора и натрия в выбранном соотношении улучшает его технологические свойства, а именно существенно снижает температуру варки стекла. Это позволяет изготавливать изделия линзового типа методом прессования на имеющихся промышленных печах с рабочей температурой 1570±10°С. Отжиг изделий проводится при температуре 650±10°С.

Дополнительно в стекло вводится NH₄NO₃ и оксид сурьмы для поддержания титана в высшей степени окисления и получения титано-цериевого комплекса, обеспечивающего требуемые светотехнические характеристики.

В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов, мас.%:

Таблица 1
Вводимый компонент	Номер стекла
1	2	3
SiO2	55,5	54,0	48,5
Al2O3	27,0	23,0	26,5
Li2O	3,5	4,0	4,5
Na2O	1,5	3,0	3,5
TiO2	6,5	7,5	7,5
BaO	1,5	2,5	3.5
Sb2O3	0.5	1,0	1,0
P2O5	2,0	2,5	3.5
CeO2	2,0	2,5	1,5

Свойства полученных стекол представлены в таблице 2.

Таблица 2
Наименование свойств	Ед. изм	Номера стекол	Прототип
1	2	3
Температура варки	°С	1540	1530	1530	1650
Интервал отжига	°С	650±10	650±10	650±10	>700
Температура выработки	°С	1350-1400	1300-1350	1350-1400	>1500
Коэффициент светопропускания (20°С)	%	45,0	48,5	50,0	>75
Координаты цветности (20°С)	х	0,5419	0,5381	0,5412
у	0,4288	0,4355	0,4390
Коэффициент светопропускания (75C)	%	44,5	48,1	49,6
Координаты цветности (175°С)	х	0,5422	0,5389	0,5417
у	0,4286	0,4348	0,4381

Как видно из таблицы, предлагаемый состав стекла позволяет получить светотехнические характеристики, отвечающие требованиям, предъявляемым к материалам для аэродромных светосигнальных комплексов, снизить температуру варки и выработки, уменьшить кристаллизационную способность по сравнению с прототипом. Проведение выработки стекла при более низких температурах позволяет вырабатывать сложнопрофильные изделия без кристаллических включений.

Таким образом, предлагаемый состав стекла имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:

- стабильные при повышенных температурах коэффициент светопропускания 45%≤τ≤65% и координаты цветности, отвечающие требованиям международной системы МКО для сигнальных огней и ограниченные точками: х₁=0,611 y₁=0,372, х₂=0,630 у₂=0,372; х₃=0,560 у₃=0,470; х₄=0,550 у₄=0,420;

- улучшенные технологические свойства, а именно: пониженную температуру варки, расширенный температурный интервал выработки и пониженную температуру отжига, что расширяет возможности выработки линз-светофильтров методом прессования и позволяет получать изделия на существующих стекловаренных печах.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР 1025075, опубл. 20.06.1983 г.

2. Патент США 4461839 от 24.07.1984.

3. Патент США 4707458 от 17.11.1987 г.

Термостойкое желтое светотехническое стекло, включающее SiO₂, Al₂O₃, Li₂O, TiO₂, Sb₂O₃, CeO₂, BaO, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O иP₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 48,0-53,0; Al₂O₃ 23,0-27,0; LiO₂ 3,0-4,5; Na₂O 1,5-3,5; P₂O₅ 2,0-3,5; TiO₂ 6,5-8,0; BaO 2,5-3,5; CeO₂ 1,5-2,5; Sb₂O₃ 0,5-1,0.