Стекло для прозрачного стеклокристаллического материала

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕКЛО ДЛЯ ПРОЗРАЧНОГО СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Бобкова Нинель Мироновна Рачковская Галина Евтихиевна Чертко Геннадий Васильевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Стекло для прозрачного стеклокристаллического материала, содержащее 2, 23,2, , 2, 25 и 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит 2 при следующем соотношении компонентов, мас.2 51,0-61,5 23 9,0-13,0 2 10,0-14,5 5,0-7,5 2 3,0-5,0 25 4,0-8,0 2 2,0-4,0 2 1,0-2,0. Изобретение относится к технологии получения стеклокристаллических материалов,предназначенных для производства изделий технического и бытового назначения, обладающих низким, нулевым или слабоотрицательным температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), высокой термо- и жаростойкостью. Основой для получения термостойких и жаростойких стеклокристаллических материалов служат стекла литиевоалюмосиликатной системы. Кристаллические фазы, формирующиеся при термообработке стекол этой системы, обладают низким или отрицательным значением ТКЛР (-кварцевые или сподумено-эвкриптитовые твердые растворы) 1, 2,что создает возможность регулирования значениями ТКЛР полученных при термообработке стеклокристаллических материалов, изменяя соотношение фаз в ситалле. Получение прозрачных ситаллов возможно в очень ограниченной области составов литиевоалюмосиликатной системы. Основным условием прозрачности ситаллов является 11825 1 2009.04.30 выделение при термообработке исходных стекол только одного типа кристаллов - кварцевых твердых растворов с размером кристаллов не более 300 нм 2, 3. Переход кварцевых твердых растворов в сподумено-эвкриптитовые при изменении режимов термообработки приводит к потере прозрачности материала 4. Известен состав стекла для прозрачного стеклокристаллического материала голубовато-серой окраски, имеющий состав, мас.2 64-70 А 2 О 3 17,5-20 2 2,5-3,51,5-2,50-2 2 2-4,5 2 1-20,2-0,5 5. Температура варки стекла составляет 1640-1650 С с выдержкой в течение 16 часов. Для получения голубовато-серого прозрачного стеклокристаллического материала стекло подвергают термообработке при температуре 790 С в течение 0,3 ч (голубой цвет) или по двухступенчатому режиму первая ступень - 790 С в течение 0,3 ч, вторая ступень - 890 С в течение 0,3 ч (серый цвет). Недостатком этого состава является очень высокая температура синтеза и длительность варки до 16 часов, а также зависимость цветового тона от условий синтеза в результате частичного перехода -кварцевых твердых растворов в -сподуменовые. Запатентован состав прозрачной стеклокерамики для окон печей, который содержит,мас.2 65-75 А 2 О 3 15-25 2 1-40,5-2,0 2 (2) 0-2 2 2-6 2 0-20-2,50-1,2 23 0,01-0,1 6. Температура варки стекла 1550-1600 С, время варки 16 часов. С целью получения прозрачной стеклокерамики стекла подвергают двухступенчатой термообработке. Температура первой ступени составляет 750 С в течение одного часа и второй ступени - 825 С в течение двух часов, либо при температуре 780 С в течение двух часов и 900 С в течение одного часа. Превалирующая кристаллическая фаза -кварцевые твердые растворы. Недостатком данного состава также является высокая температура синтеза, длительность варки до 16 часов и двухступенчатость термообработки. Наиболее близким к предлагаемому стеклу для прозрачного стеклокристаллического материала по технической сущности и достигаемому результату является стеклокристаллической материал, содержащий в мас.2 48-70 А 2 О 3 18-30 2 О 2,5-5 Т 2 2-4 2 1-41-2 Р 2 О 5 1-120-2 7. Стекло варится при температуре 1600-1650 С с выдержкой в течение 16 часов. Термообработка двухступенчатаяступень - температура 750-825 С, выдержка 1 час иступень - температура 850-950 С, выдержка 1 час. В зависимости от режима тепловой обработки изменяется окраска стеклокерамического материала от голубого до черного цвета. Кристаллическая фаза - -кварцевые твердые растворы, размер кристаллов 300 нм. Причем кроме -кварцевых твердых растворов выделяются кристаллы титаната циркония - 4. ТКЛР стеклокристаллического материала 1010-7 К-1, в частности, для голубого состава - 6,710-7 К-1. Недостатком данного состава является высокая температура синтеза, двухступенчатость термообработки, нестабильность состояния-кварцевых твердых растворов, приводящая к изменению окраски материала от голубого до черного цвета и, как следствие, к снижению светопрозрачности. Задачей предлагаемого изобретения является снижение температуры синтеза стекла,обеспечение одноступенчатой термообработки, стабилизация кристаллической фазы при сохранении светопрозрачности и близкого к нулю ТКЛР стеклокристаллического материала. Для решения поставленной задачи предлагается стекло для прозрачного стеклокристаллического материла, включаещее 2, 2, 23, 2, , 25, 2, 2, которое содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.2 5161,5 А 2 О 3 9-13 2 10-14,55-7,5 2 3-5 Р 2 О 5 4-8 2 2-4 и 2 1-2. Отличительной особенностью предлагаемого состава стекла для стеклокриталлического материла является дополнительное введение 2 и 2, способствующих стабилизации -кварцевых твердых растворов, выделяющихся при термообработке. Количественное соотношение указанных компонентов в предлагаемом составе стекла для прозрачного стеклокристаллического материала позволяет получить стеклокристаллический материал, светопропускание которого составляет 60-65 , температурный ко 2 11825 1 2009.04.30 эффициент линейного расширения находится в пределах от ( 1,010-7) К-1 до (- 4,010-7) К-1. Стабильной кристаллической фазой, выделяющейся при термообработке стекла, являются только -кварцевые твердые растворы. Из источников литературы не известно стекло для прозрачного стеклокристаллического материала с данным сочетанием компонентов и нами предлагается впервые. Для синтеза стекол применяют кварцевый песок, глинозем, углекислый литий, углекислый натрий, оксид цинка, диоксид титана, диоксид олова, аммоний фосфорнокислый двузамещенный. Варку стекла осуществляют в газовой пламенной печи при температуре 154010 С с выдержкой при максимальной температуре 4 часа. Выработку стекломассы осуществляют методами литья, прессования и выдувания в зависимости от вида изделий. Отжиг изделий проводят при температуре 60020 С с выдержкой в течение 1-2 часов. Прозрачный стеклокристаллический материал получают путем кристаллизации стекла в процессе термической обработки. Термообработку осуществляют по одноступенчатому режиму при температуре 700-750 С в течение 4 часов. При таком температурновременном режиме в стекле происходит формирование -кварцевых твердых растворов с размером кристаллов менее 300 нм, что обеспечивает достаточно высокую светопрозрачность полученного материала (60-65 ). Конкретные примеры стекол для прозрачного стеклокристаллического материала и их свойства приведены в таблице. Для сравнения даны составы и свойства стекла-прототипа. Компоненты и свойства 2 А 203 2 Т 2 205 2 2 2 Температура варки стекла, С Температура термической обработки, Сступеньступень Температурный коэффициент линейного расширения прозрачного стеклокристаллического материала, 107 К-1 Термостойкость, С Светопропускание,Как видно из таблицы, стекло для прозрачного стеклокристаллического материала синтезируются при более низкой температуре (на 100 С ниже), чем стекло-прототип. Значительно сокращена продолжительность варки стекла по сравнению с прототипом. Получение прозрачного стеклокристаллического материала осуществляется при одноступенчатой термической обработке в температурном интервале ниже, чем для стекла-прототипа. Состав предлагаемого стекла обеспечивает стабильность формирующейся при указанной термо 3 11825 1 2009.04.30 обработке кристаллической фазы - -кварцевых твердых растворов - и обусловливает получение стеклокристаллического материала со светопрозрачностью до 65 .Указанные преимущества заявляемого стекла позволяют получить прозрачный стеклокристаллический материал при меньших энергозатратах, что свидетельствует об энергосберегающей технологии производства. Область применения предлагаемого прозрачного стеклокристаллического материала изделия технического и бытового назначения печатные платы для радиоэлектроники и счетной техники, в лазерной технике для активных элементов оптических квантовых генераторов, в качестве деталей высокотемпературных установок, работающих в резкопеременном температурном режиме, а также термостойкая хозяйственная посуда, поддоны и посуда для печей СВЧ и др. Источники информации 1. Бобкова Н.М. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных материалов / Н.М Бобкова. - Минск, 2007. - 301 с. 2. Стекло. Справочник.-М., 1973. - 416 с. 3. Кондратьев Ю.Н. Прозрачные среды на основе ситаллов. Катализированная кристаллизация стекла / Ю.Н. Кондратьев. - М., 1982. - С. 21-27. 4. Бойко Повышение светопрозрачности оптически прозрачных литиевоалюмосиликатных ситаллов / Бойко и др. // Стекло и керамика. -10. - 1996. - С. 25-27. 5. Патент 5064461 США, МПК 5 С 03 С 10/16, 1991. 6. Патент 4438210 США, МПК 5 С 03 С 3/22. 7. Патент 5064460 США, МПК 5 С 03 С 10/00, С 03 С 10/14, 1991 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4