RU1811512C - Стекло дл прозрачного стеклокристаллического материала на основе ганита - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к прозрачным стеклокристаллическим материалам, которые наход т все более широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) в различных област х техники, а также дл  изготовлени  товаров народного потреблени , Сущность изобретени : стекло дл  стеклокристаллического материала содержит следующие оксиды, мае, %: оксид алюмини  10-28 БФ оксид цинка 8-22 БФ ZnO; оксид кремни  30-70 БФ Si02; оксид титана 1,5-8 БФТЮа: оксид кали  0,1-3 БФ КаО; оксид мышь ка 0,5-1 БФА520з; оксид свинца 2-17 БФ РЬО. Дл  получени  люминесценции стекло содержит оксид переходного элемента 0,03-1 из группы: оксид хрома БФ , оксид никел  БФ N10; оксид кобальта БФ СоО или, по крайней мере, один оксид 1-3 редкоземельного элемента. Характеристика стекла: температура варки 1520-1580°С. 1 з, п. ф- лы, 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к прозрачным стеклокерамическим материалам, которые наход т все более широкое применение в качестве конструкционных и функциональных материалов (оптических, люминесцентных и т. д.) и в различных област х техники, а также дл  изготовлени  товаров народного потреблени .

Целью изобретени   вл етс  снижение температуры варки и повышение светопро- пускани  стеклокерамики.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в высокопрозрачную стеклокерамику на основе кристаллической фазы ганита, содер- жащую.рксид алюмини  AlaOa оксид цинка ZnO, диоксид кремни  SI02, диоксид титана ТЮа, оксид кали  К20, дополнительно ввод т оксид мышь ка А$20з и оксид свинца

РЬО при следующем соотношении компонентов , мае. %:

А 20зЮ-28 ZnO 8-22 SI02 30-70 ТЮ2 1,5-8 К20 0,1-3 А820з 0,5-1 РЬО 2-17 Дл  получени  люминесценции в стеклокерамику можно ввести оксиды переходных элементов СгаОз, N10. СоО 0,03-1 мае. % или оксиды редкоземельных элементов Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tu, Yb 1-3 мае. %.

Стекла в с теклообразующей области псевдотройной цинкоалюминийсиликатной системе в зависимости от химического состава , температуры кристаллизации, а так00

о

to

00

же от количества и вида катализатора в процессе кристаллизации способны образовывать кристаллические фазы виллемита 2ZnO) SiOa, ганита ZnO AlaOaтвердых растворов /J-кварцэ или Zn-петалита. ....

Необходимым условием кристаллизации ганита в цинкоалюмосиликатной системе  вл ютс  достаточно высокое содержание оксидов цинка и алюмини  при их эквимол рном соотношении и присутст; вии в качестве катализатора объемного за- родышеобразовани  оксида титана. В присутствии оксида титана не образуютс  такие метастабильные фазы как виллемит 2ZnO SiOa и твердые растворы /3-кварца и Zn-петалита. Эти услови  обуславливают содержание А120з 10 мае. %;ZnO 8мас.%; TI02 1,5 мае. %. Максимально допустимое содержание указанных оксидов, при кото-, рбм в рассматриваемой псевдочетырехком- гтонёнтной системе происходит стеклообразование составл ет дл  АЬОз 28 мае. %; дл  ZnO . 22мас. %: дл  TI02 8 мае. %.

В ведение оксида свинца позвол ет снизить в зкость расплава исходного стекла, ускорить процессы расплавлени  и рафинировани , улучшить рабочие характеристики стекла. Оксид свинца вместе с оксидом кремни  образуют остаточную стеклофазу, причем присутствие РЬО не оказывает вли ни  на фазовый состав стеклокерамики. Присутствии РЬ 2 % не приводит к заметному снижению температуры варки стекла, а при содержании РЬ 17 мае. % в цинка- люминийсвинецсиликатной системе нарушаетс  стеклообразование. Оксид свинца,  вл  сь условным стеклообразующим оксидом , обычно замещает оксид кремни , не наруша  беспор дочную трехмерную сетчатую структуру стекла. Оксид кали   вл етс  модифицирующим оксидом и при его введении в состав стекла целостность непрерывной структурной сетки стекла нарушаетс , что способствует расстекловыванию стекла. Исходные стекла дл  стеклокерамики должны обладать устойчивостью к самопроизвольному расстекловыванию, поэтому содержание оксида кали  в предлагаемом составе ограничено до 3 мае. %. В то же врем , как показали экспериментальные исследовани , присутствие оксид кали  0,1 мае. % в составе исходного стекла способствует получению тонкозернистой структуры стеклокерамики, т. е. способствует получению высокопрозрачного материала. Указанные выше оксиды переходных и редкоземельных элементов при содержании 1 и 3 мае. % соответственно не

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

оказывают вли ни  на стеклообразование системы. Введение оксидов переходных элементов 1 мае. %, а оксидов редкоземельных элементов 3 мае. % приводит к снижению светопропускани  стеклокерамики в видимой и ближней ИК-област х спектра, что очевидно св зано с их катализирующим действием, при этом переходные элементы Cr, NI. Со встраиваютс  в кристаллическую решетку ганита.

Термообработку исходного цинкалюми- нийсвинецсиликатного стекла провод т в температурах интервала 680-780 и 800- 950°С в течение 2-8 ч каждый. Указанный режим обеспечивает заданный фазовый состав стеклокерамики и определенные свойства , в данном случае светопропускание стеклокерамики. Перва  ступень термообработки 680-780°С в течение 2-8 ч обеспечивает максимальное образование центров кристаллизации, при температурах выше или ниже указанных и времени менее 2 ч эффективность процесса зародышеобразо- вани , обеспечивающа  тонкозернистость микроструктуры, снижаетс , Выдерживание заготовок исходного стекла в указанном температурном интервале более 6 ч нецелесообразно , т. к. значительно удлин .ет процесс ситаллизации. .

Втора  ступень термообработки 800- . 950°С в течении 2-8 ч обеспечивает услови  роста кристаллов на зародышах. При более низких температурах рост кристаллов либо не происходит, либо идет очень медленно; при более высоких температурах размеры образующихс  кристаллов настолько велики , что образцы стеклокерамики начинают опалесцировать, «то обуславливает значительные потери света на рассеивание, либо стеклокерамика становитс  глухой. Рост кристаллов в указанном температурном интервале дл  Предлагаемых составов стеклокерамики завершаетс  за 2-8 ч.

Пример. Исходную шихту готов т механическим смешением оксидов и солей (нитратов, карбонатов) исходных компонентов: АЬОз, ZnO, Si02, ТЮ2, РЬО, KaO. согласно заданной стехиометрии (см. табли . ЧУ)Варку стекла провод т в алундовых тигл х (V 0,1 л и 1м) при температурах 1520- 1580°С в течение 2-4 ч. Формование изделий провод т отливом в формы. Термическую обработку стекл нных заготовок провод т по режимам, указанным а таблице . В предлагаемые составы стеклокерамики на стадии приготовлени  шихты в виде оксидов вводили указанные выше переходные редкоземельные элементы (см. таблицу ). Максимумы полос люминесценции

полученных образцов также приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, варка стекол проводитс  при температурах 1520-1580°С, что на 70-100°С ниже, чем дл  известного состава стеклокерамики. Это позвол ет значительно интенсифицировать процесс получени  прозрачной стеклокера- ики на основе кристаллической фазы гани- та, упрощает поиск футеровочных огнеупорных материалов дл  ванных и гор- шковых печей.

Предлагаемый состав стеклокерамики  вл етс  высокопрозрачным в видимой и ближней ПК-област х спектра, что позвол ет использовать его в качестве матрицы дл  введени  ионов-активаторов (переходные и редкоземельные элементы) дл  получени  новых люминесцентных материалов.

Claims (2)

1. Стекло дл  прозрачного стеклокри- сталлического материала на основе ганита.

включающее А120з. ZnO, SiOa, ТЮ2, К20, отличающеес  тем, что, с целью снижени  температуры варки и повышени  светопро- пускани  стеклокерамики, оно дополнительно содержит А$20з и РЬО при следующем соотношении компонентов, мае. %:

0

5

А120з

ZnQ

SI02

Ti02 К20 АзаОз Роб

10-28

8-22

30-70.

1,5-8.

0,1-3,0

0,5-1,0

2-17.

2. Стекло по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью получени  люминесценции стеклокерамики, оно содержит оксид переходного элемента из группы Сг20з, N10, СоО в количестве .0,03-1,0 мае. % или редкоземельного элемента в количестве 1-3 мае. %.