электровакуумное стекло

Формула изобретения

Электровакуумное стекло, включающее SiO₂, В₂О₃, Al₂О₃, Na₂O, СаО, MgO, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит PbO, CeO₂ и по крайней мере один из оксидов из ряда As₂O₃, Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ - 76,5 - 80,1

В₂О₃ - 10,1 - 13,2

Al₂O₃ - 1 - 3

Na₂O - 2 - 6

СаО - 0,5 - 1,5

MgO - 0,5 - 1,5

PbO - 0,5 - 2,5

CeO₂ - 0,1 - 0,3

По крайней мере один из оксидов из ряда

As₂O₃, Sb₂O₃ - 0,1 - 0,3ц

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электровакуумной технике, производству источников света, приборостроению, в частности к составам электровакуумных стекол, используемых для изготовления оболочек газоразрядных ламп высокого давления, электровакуумных приборов и других источников света с высокими рабочими температурами на поверхности оболочки в процессе службы, а также жаропрочной кухонной посуды и поддонов для печей СВЧ.

Известно электровакуумное стекло вольфрамовой группы [1], предназначенное для изготовления оболочек ламп-фар, газоразрядных ламп высокого давления и защитных стекол светотехнических устройств, содержащее, мас.%:

SiO₂ - 73,2 - 76,1

B₂O₃ - 15,0 - 17,0

Na₂O - 3,8 - 4,8

K₂O - 1,4 - 1,8

PbO - 2,7 - 4,2

и имеющее следующие физические свойства:

Температурный коэффициент линейного расширения (20 - 300^oC), ^oC^-1 - 38,5 - 41,9 10^-7

Термостойкость, ^oC - 310 - 312^oC

Температура размягчения при вязкости 10^-10 Пас, ^oC - 630

Температура, при которой удельное электрическое сопротивление равно 100 МОМ см (Тк - 100), ^oC - 300

Химическая устойчивость к воде, гидролитический класс - 3

Кристаллизационная способность:

Верхний предел кристаллизации, ^oC - 1090

Нижний предел кристаллизации, ^oC - 790

Интервал кристаллизации, ^oC - 300

Температура максимальной кристаллизации - 877

Скорость роста кристаллов, мкм/мин - 0,45

Стекло хорошо варится, осветляется и формуется. К недостаткам данного стекла следует отнести его низкую температуру размягчения при вязкости 10¹⁰ Пас. При эксплуатации мощных металлогалоидных ламп с рабочей температурой на поверхности оболочки более 600^oC происходит размягчение стекла и раздувание ее. В результате лампа разрушается или, если целостность оболочки сохраняется, меняются световые и цветовые характеристики лампы и она становится непригодной для эксплуатации по своему прямому назначению. Стекло имеет недостаточную химическую устойчивость к воде, соответствующую 3 гидролитическому классу, и поэтому не может быть использовано для изготовления жаростойкой кухонной посуды и посуды для печей СВЧ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является термостойкое стекло типа "Пайрекс" [2], применяемое для изготовления химико-лабораторной и жаростойкой кухонной посуды, а также оболочек источников света и содержащее, мас.%:

SiO₂ - 80,5

B₂O₃ - 11,8

Al₂O₃ - 2,0

Na₂O - 4,4

K₂O - 0,2

CaO - 0,3

MgO - 0,1

As₂O₃ - 0,7

Известное стекло имеет

Температурный коэффициент линейного расширения (20 - 300^oC), ^oC^-1 - 32 10^-7

Термостойкость, ^oC - 260

Температуру размягчения при вязкости 10¹⁰ Пас, ^oC - 625

Температуру, при которой удельное электрическое сопротивление равно 100 МОмсм (ТК - 100), ^oC - 290

Химическую устойчивость к воде, гидролитический класс - 1

Кристаллизационную способность:

Верхний предел кристаллизации, ^oC - 1100

Нижний предел кристаллизации, ^oC - 640

Интервал кристаллизации, ^oC - 460

Температура максимальной кристаллизации, ^oC - 840

Скорость роста кристаллов, мкм/мин - 0,8

Стекло довольно технологично при варке и формовании, хорошо обрабатывается на огнях и имеет высокую химическую устойчивость к воде, соответствующую 1 гидролитическому классу, высокую термостойкость. Однако из-за низкой температуры размягчения при вязкости 10¹⁰ Пас и повышенной склонности к кристаллизации в процессе эксплуатации в лампах, работающих при больших тепловых нагрузках, текло быстро кристаллизуется, оболочка мутнеет и растрескивается. При варке стекла из-за большой вязкости стекломасса полностью не освобождается от мелких пузырей и мошки, которые портят внешний вид изделия.

Цель изобретения - повышение температуры размягчения стекла при вязкости 10¹⁰ Пас, уменьшение склонности к кристаллизации и улучшение варочных свойств.

Цель достигается тем, что электровакуумное стекло, включающее SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, CaO, MgO, дополнительно содержит PbO, CeO₂ и по крайней мере один из оксидов из ряда As₂O₃, Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO₂ - 76,5 - 80,1

B₂O₃ - 10,1 - 13,3

Al₂O₃ - 1 - 3

Na₂O - 2 - 6

CaO - 0,5 - 1,5

MgO - 0,5 - 1,5

PbO - 0,5 - 2,5

CeO₂ - 0,1 - 0,3

По крайней мере один из оксидов из ряда As₂O₃, Sb₂O₃ - 0,1 - 0,3

Триоксид сурьмы в присутствии селитры в начале окисляется до пятиоксида

Sb₂O₃ + 2NaNO₃ = Sb₂O₅ + Na₂O + NO₂ + NO,

а затем во время варки при температуре 1500^oC вновь отдает кислород



Присутствуя в небольших количествах, Sb₂O₃ способствует стабилизации окислительного потенциала стекломассы и освобождению ее от мелких пузырей и мошки в процессе осветления. Кроме того, во время варки тугоплавкого стекла триоксид сурьмы испаряется, образуя при этом большое количество крупных пузырей, которые, улетучиваясь, очищают стекломассу от мелких пузырей и мошки.

Осветлению стекломассы от мелких пузырей способствует также и диоксид церия CeO₂.

Под действием высоких температур CeO₂ разлагается по реакции



Кислород, выделяющийся в результате разложения, удаляясь из стекломассы, захватывает с собой мелкие пузыри и мошку и очищает ее. Совместное присутствие в стекле триоксида сурьмы и диоксида церия снижает соляризацию стекла и способствует стабилизации светопропускания в процессе эксплуатации ламп.

Нашими исследователями установлено, что оксид свинца, вводимый в состав стекла, резко повышает устойчивость стекла к кристаллизации в процессе службы. Более высокое содержание CaO и MgO при одновременном выводе из состава K₂O повышает температуру размягчения стекла при вязкости 10¹⁰ Пас. Такая совокупность оксидов свинца, церия, мышьяка и сурьмы при производстве электровакуумного стекла для оболочек металлогалоидных ламп и изготовлении жаростойкой посуды является новой и именно она позволила достигнуть цели изобретения.

Составы стекол и их физико-химические свойства приведены в таблице.

Варка предлагаемых стекол осуществляется в газовой, газово-электрической или электрической печи при температуре 1550 - 1580^oC.

Для ввода SiO₂ в стекло применяется чистый кварцевый песок, для ввода борного ангидрида B₂O₃ - техническая борная кислота, Al₂O₃ вводится через глинозем или гидроксид алюминия. Na₂O вводится через натриевую селитру, а PbO - через свинцовый сурик. Для ввода CaO и MgO служат углекислые соли CaCO₃ и MgCO₃, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃ вводятся через одноименные химические реактивы марок "хч", "чда" и "ч".

Обработка технических материалов, приготовление шихты, загрузка ее в печь осуществляется на существующем оборудовании.

Формование оболочек для металлогалоидных ламп высокого давления осуществляется вручную или на автоматах с фидерным питанием в интервале температур 1305 - 1340^oC, а формование жаростойкой посуды производится в гидравлическом прессе с шаровым питателем в интервале температур 1400 - 1430^oC.

Предлагаемые стекла по физическим свойствам относится к группе стекол, пригодных для спаивания с вольфрамом. Они хорошо варятся, осветляются и формуются.

Благодаря высокой температуре размягчения, при которой вязкость равна 10¹⁰ Пас, оболочки высокоинтенсивных источников света не деформируются в процессе службы и не растрескиваются. Благодаря высокой устойчивости стекол к кристаллизации оболочки не мутнеют. Жаростойкая посуда, изготовленная из данного стекла, не растрескивается при приготовлении пищи на кухонной плите или в печах СВЧ и не выщелачивается.