Стекло для прозрачного цветного стеклокристаллического материала

Стекло для прозрачного цветного стеклокристаллического материала, включающее SiO₂, Al₂O₃, Li₂O, TiO₂, ZnO₂, ZnO, PbO, BaO, Na₂O, K₂O, отличающееся тем, что, с целью повышения пропускания в ИК-области в диапазоне длин волн 2,5 5,0 мкм, снижения температуры выработки, обеспечения коэффициента линейного термического расширения (-4,0)-(+3,8) 10^-7 град ^-1 в интервале температур 20 600^oС, повышения термостойкости, оно дополнительно содержит Sb₂O₃, NiO, CoO, CeO₂, La₂O₃, Pr₂O₃, Nd₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.
SiO₂ 60 67
Al₂O₃ 17 25
Li₂O 3,5 6,5
TiO₂ 3,0 4,5
ZrO₂ 1 3
ZnO 1 3
PbO 0,3 2,0
BaO 0,3 2,0
Na₂O 0,3 1,0
K₂O 0,2 1,5
Sb₂O₃ 0,9 3,0
NiO 0,2 2,0
CoO 0,03 1,00
CeO₂ 0,05 1,80
La₂O₃ 0,03 1,30
Pr₂O₃ 0,01 0,30
Nd₂O₃ 0,01 0,60

Изобретение относится к составам стекол, на основе которых могут быть получены методами прессования и проката прозрачные цветные стеклокристаллические материалы, используемые для изготовления широкого ассортимента изделий для электротехнической, химической, радиотехнической отраслей промышленности, а также для лазерной СВЧ-, микроволновой техники и для производства товаров народного потребления.
Известно стекло, включающее, мас.
SiO₂ 41,9-65,8
Al₂O₃ 21,8-33,8
Li₂O 4,1-5,9
CaO 0,1-2,0
MgO 0,1-2,0
ZnO 0,1-2,0
TiO₂ 4,7-8,0
Na₂O 0,1-2,0
P₂O₅ 0,1-16,0
Sb₂O₃ 0,5-0,6
Один компонент из группы
CoO 0,05-0,5
NiO 0,1-2,4
Fe₂O₃ 0,1-1,5
CuO 0,1-2,0
MnO₂ 0,1-2,4
Cr₂O₃ 0,05-0,25
Из приведенных составов прозрачных цветных стеклокристаллических материалов для изготовления диэлектрических настилов кухонных плит как основной области использования, могут быть пригодны только материалы, окрашенные NiO и СоО, поскольку указанные оксиды обеспечивают высокое пропускание в ИК-области спектра, определяющее их эксплуатационные свойства, а также стабильность и воспроизводимость светотехнических характеристик материала от варки к варке.
Однако материалы, окрашенные одним из оксидов NiO или СоО, имеют довольно высокое интегральное пропускание в видимой области спектра (до 85%), за исключением материала, содержащего 0,5 мас. СоО (пропускание 7,5%). Это также не отвечает требованиям декоративного оформления. Использование же состава, содержащего 0,5 мас. СоО, неприемлемо из-за высокой скорости твердения расплава стекломассы при формовании листов стекла больших габаритов.
Получаемые на основе указанных составов стеклокристаллические материалы характеризуются коэффициентом линейного термического расширения в интервале температур 30-300^оС [(-8)-(+10)] 10^-7 град^-1, а температура выработки стекломассы методом проката (при lg 3,7) равна 1400-1500^оС.
Такая высокая температура формования создает определенные технологические трудности при выработке изделий из стекла методом проката, в частности требует сверхжаропрочной стали для изготовления формующих валов, интенсивного их охлаждения и значительно сокращает срок службы прокатного оборудования.
Кроме того, у стеклокристаллических материалов, закристаллизованных по указанным режимам обработки, нет стабилизации низкого ТКЛР в области высоких температур (до 700^оС), что может привести в конечном счете к понижению термостойкости изготавливаемых изделий.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является стекло, включающее, мас.
SiO₂ 60-72
Al₂O₃ 14-28
Li₂O 2,5-5,5
MgO 0,1-0,9
ZnO 0,1-0,9
TiO₂ 3,0-6,0
V₂O₅ 0,03-0,50
Na₂O 0,1-1,0
K₂O 0,0-1,0
CaO 0,0-2,0
BaO 0,0-2,0
PbO 0,0-2,0
As₂O₃ 0,0-2,0
ZrO₂ 0,0-3,0
P₂O₅ 0,0-3,0
Приведенные составы прозрачных цветных стеклокристаллических материалов имеют высокое спектральное пропускание при длине волны 1,5 мкм (1500 нм).
Однако решающим является высокое пропускание ИК-лучей в диапазоне 2,5-5,0 мкм. Выбран именно этот диапазон, так как он является определяющим в пропускании тепловых лучей, создаваемых нихромовыми нагревателями для электробытовых плит.
Интегральное пропускание приведенных составов в диапазоне длин волн 2,5-5,0 мкм при толщине образца 3 мм составляют 30-35% а для толщины 5 мм (отвечающей толщине настилов электробытовых плит) лишь 25-28%
Получаемые на основе указанных составов стеклокристаллические материалы характеризуются коэффициентом линейного термического расширения в интервале 20-600^оС (2-7) 10⁷ град^-1, а температура выработки стекломассы методом проката (при lg 3,7) равна 1400-1450^оС.
Высокая температура формования технологически затрудняет процесс механизированной выработки стекломассы методом проката для получения плоских элементов небольшой толщины (2-5 мм). В частности, это потребует сверхжаропрочных сталей для изготовления формующего оборудования. Кроме того, высокие температуры прокатки существенно сократят сроки службы прокатных валов.
У стеклокристаллических материалов приведенных составов нет стабилизации низкого температурного коэффициента линейного расширения в широком диапазоне температур (до 700^оС), что приводит к понижению термостойкости материала.
Целью изобретения является повышение пропускания в ИК-области в диапазоне длин волн 2,5-5,0 мкм, снижение температуры выработки, обеспечение коэффициента линейного термического расширения (-4,0)-(3,8) х 10^-7 град^-1 в интервале температур 20-600^оС и повышение термостойкости стеклокристаллического материала.
Это достигается тем, что стекло для прозрачного цветного стеклокристаллического материала, включающее SiO₂, Al₂O₃, Li₂O, TiO₂, ZrO₂, ZnO, PbO, BaO, Na₂O, K₂O, дополнительно содержит Sb₂O₃, NiO, CoO, La₂O₃, Pr₂O₃, Na₂O₃ при следующем соотношении указанных компонентов, мас.
SiO₂ 60-67
Al₂O₃ 17-25
Li₂O 3,5-6,5
TiO₂ 3,0-4,5
ZrO₂ 1,0-3,0
ZnO 1,0-3,0
PbO 0,3-2,0
BaO 0,3-2,0
Na₂O 0,3-1,0
K₂O 0,2-1,5
Sb₂O₃ 0,9-3,0
NiO 0,2-2,0
CoO 0,03-1,00
CeO 0,05-1,80
La₂O₃ 0,03-1,30
Pr₂O₃ 0,01-0,30
Nd₂O₃ 0,01-0,60
Конкретные составы стекол приведены в табл.1. Свойства стекол в табл.2.
Для синтеза стекол применяли кварцевый песок, глинозем, углекислый литий, двуокись титана, двуокись циркония, окись цинка, свинцовый сурик, углекислый барий, сульфат натрия, поташ, трехокись сурьмы, окись никеля, окись кобальта, пилирит.
Варку стекол осуществляют в ванных печах как периодического, так и непрерывного действия при температуре 1620 10^оС, осветление и гомогенизацию при 1640 10^оС. Выработку стеклоизделий осуществляют методами проката, свободного отлива в форму, прессования и выдувания. Отжиг изделий проводят при температуре 570 20^оС с выдержкой в течение 1-2 ч с дальнейшим понижением температуры по 50 град/ч до 300^оС, а затем ведут произвольное охлаждение до комнатной температуры.
Термообработку с целью получения стеклокристаллических материалов осуществляют в электрических экранированных печах по двухступенчатому режиму. На основе предлагаемых составов стекол получают прозрачные цветные стеклокристаллические материалы. Температура первой ступени термообработки 700 10^оС, скорость подъема температуры 50 град/ч, выдержка 3 ч. Затем осуществляют подъем температуры и дают выдержку в течение 5 ч. Температура второй ступени термообработки составляет 840 10^оС для прозрачных ситаллов.
Предлагаемые ситаллы стекол по сравнению с прототипом обладают значительно более низкой температурой выработки (рассчитано по составам стекол) 1270-1350^оС, а стеклокристаллические материалы, полученные на их основе, имеют более стабильный низкий коэффициент термического расширения в широком диапазоне температур _20-600= (-4,0)-(+3,8) х 10^-7град^-1 и, как следствие, более высокую термостойкость (770-850^оС), при сравнительно высоком интегральном пропускании в ИК-области спектра в диапазоне длин волн 2,50-5,00 мкм (35,0-41,0%).
Предлагаемые составы могут быть рекомендованы для изготовления листового высокотемпературного ситалла методом непрерывного проката, который можно использовать в качестве диэлектрических настилов для комплектации электробытовых плит. Предлагаемые прозрачные цветные стеклокристаллические материалы существенно улучшат декоративное оформление элементов интерьера кухни, поскольку наряду с возможностью варьирования цветовыми оттенками обеспечивают отсутствие видимости нагревательных элементов кухонной плиты.
Кроме того, предлагаемые составы могут быть использованы для изготовления жаростойкой бытовой посуды, подложек различного назначения (в том числе для люминесцентных экранов), изготовления печатных плат для нужд радиоэлектроники и счетной техники, а также для изготовления всевозможных изоляторов и деталей высокотемпературных установок, работающих в резкопеременном температурном режиме.
Сущность изобретения: стекло содержит %: оксид кремния (SiO₂) 60 - 67, оксид алюминия (Ai₂O₃) 17 - 25 , оксид лития (Li₂O) 3,5 - 6,5, оксид титана (TiO₂) 3,0 - 4,5, оксид циркония (ZrO₂) 1 - 3, оксид цинка (ZnO) 1 - 3, оксид свинца (PbO) 0,3 -2,0, оксид бария (BaO) 0,3 - 2,0, оксид натрия (Na₂O) 0,3 - 1,0, оксид калия (K₂O) 0,2 - 1,5, оксид сурьмы (Sb₂O₃) 0,9 - 3,0, оксид никеля (NiO) 0,2 - 2,0, оксид кобальта (CoO) 0,003 - 1,00, оксид церия (CeO) 0,05 -1,80, оксид лантана (La₂O₃) 0,03 -1,30, оксид празеодима (Pr₂O₃) 0,01 - 0,30, оксид неодима (Nd₂O3) 0,01 - 0,60. Стекло варят при 1620 10^oС. Выработку осуществляют методом проката, отлива в форме, прессования и выдувания. Отжиг проводят при 570 20^oС с выдержкой в течение 1 - 2 ч. Термообработку осуществляют по двухступенчатому режиму. Температура первой ступени 700 10^oС, выдержка 3 ч. Температура второй ступени 840 10^oС, характеристика стекла: пропускание в ИК - области в диапазоне длин волн 2,50 - 5,00 мкм 35,0 - 40,3%; ТКЛР (-4, 0) - (+3, 8) 10^-7 град^-1. 2 табл.