термостойкое светотехническое стекло

Формула изобретения

Термостойкое светотехническое стекло, содержащее, мас.%: SiO ₂ 70,0-76,0; Al₂O ₃ 3,0-4,0; В₂O₃ 9,0-11,0; Na₂O 4,5-6,0; К ₂O 1,5-2,0; ВаО 3,5-4,5; СаО 2,0-3,0; CeO ₂ 0,1-0,5; F^- 0,1-0,6, характеризующееся сочетанием следующих свойств: термостойкость 110-120°С, светопропускание 88,5-92%, интервал кристаллизации 800-1050°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам термостойких стекол, используемых в светотехнических изделиях конструкционной оптики авиационной, космической, аэродромной, химической и металлургической техники.

Известен состав термостойкого стекла (Патент России 2021986, опубл. 30.10.1994 г.), включающий следующие компоненты, мас.%.:

SiO2	73,0-75,0
Al2 O3	3,0-5,5
BaO	0,5-2,5
MgO	0,5-2,0
K2O	0,5-3,0
Na2O	4,5-6,0
В2O 3	11,0-15,0
Li2O	0-0,5
один из оксидов группы:
Sb2O 3, SnO2, Fe2 O3	05-4,0
Cu2O	0,5-5,0

Данное стекло удовлетворяет требованиям по термостойкости, но непригодно для изделий с высоким светопропусканием в видимой области спектра, так как содержит поливалентные ионы меди и железа, которые имеют полосы поглощения в видимой области спектра.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав стекла (патент DE 10238915 В3, опубл. 29.04.2004 г.), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO2	70,5-73,0
Al2 О3	4-5,6
Na2O	7,0-9,0
K2O	1,2-2,5
Li 2O	0-0,5
В2O3	8,0-10,0
СаО	0-2,5
BaO	2,0-4,0
CeO2	0-1,0
ZrO2	0-2,0
F -	0-0,6

Данное стекло не удовлетворяет требованиям по термостойкости вследствие повышенного суммарного содержания щелочей и светопропусканию из-за значительного содержания оксида алюминия (более 4 мас.%).

Задачей изобретения является: повышение светопропускания в видимой области спектра и повышение термостойкости, снижение ТКЛР при сохранении хороших технологических свойств стекла (широком температурном интервале выработки и пониженной склонности к кристаллизации) для получения изделий сложной конфигурации методом прессования.

Это достигается тем, что стекло содержит оксиды SiO ₂, Al₂О₃, В ₂О₃, Na₂O, K₂O, СаО, ВаО, CeO₂ , F^-1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

SiO2	70,0-76,0
Al2 O3	3,0-4,0
В2О3	9,0-11,0
Na 2O	4,5-6,0
K2O	1,5-2,0
ВаО	3,5-4,5
СаО	2,0-3,0
CeO2	0,1-0,5
F-	0,1-0,6

Авторы экспериментально установили, что выход за минимальные и максимальные значения компонентов стекла приводит к ухудшению его термических или технологических свойств. Также установлено, что снижение содержания Al ₂O₃ до 3,0-4,0 мас.% в стекле указанного состава повышает светопропускание в видимой области спектра до 92%.

Уменьшение суммарного содержания щелочей до 6,5-7,5 мас.% при оптимальной концентрации алюминия не более 4 мас.% снижает ТКЛР до (4,8-5,3)10^-7°С ^-1 и повышает термостойкость стекла до 120°С.

Примеры конкретных составов предлагаемого стекла приведены в табл.1.

Таблица 1
Вводимый компонент	Номер стекла
	1	2	3
SiO2	70,5	72,5	75,1
Al2O 3	4,0	4,0	3,0
В 2O3	9,5	10,0	10,0
Na2O	6,0	5,5	4,5
К2O	1,5	2,0	1,5
ВаО	4,5	3,5	3,5
СаО	3,0	2,0	2,0
CeO2	0,5	0,1	0,1
F-	0,5	0,4	0,3

Варка стекол проводилась при температуре 1530-1550°С. Температура выработки 1300-1450°С.

Авторы считают, что для практического применения (изготовления сложнопрофильных изделий) состав 2 является оптимальным.

Свойства полученных стекол представлены в табл.2.

Таблица 2
Наименование Свойств	Единицы измерен.	Номера стекол			Прототип
		1	2	3
ТКЛР (20°С, 300°С)	10-7°С -1	5,0	5,2	4,8	5,8-7,0
Термостойкость	°С	115	110	120	-
Светопропускание	%	88,5	90,0	92,0	<88
Интервал кристаллизации	°С	800-1025	800-1035	800-1050	-

Как видно из таблицы, светопропускание предлагаемых составов стекол выше, чем у прототипа, при сохранении высокой кристаллизационной устойчивости и химстойкости.

Коэффициент линейного термического расширения предлагаемого стекла ниже, чем у прототипа, а термостойкость выше, что позволяет использовать материал для огней высокой интенсивности. Хорошие технологические свойства стекла (широкий температурный интервал выработки, кристаллизационная устойчивость) позволяют вырабатывать изделия различной конфигурации и различной толщины.

Стекло обладает хорошей способностью упрочняться воздушной и жидкостной закалкой, что позволяет получать высокопрочные изделия

Высокая влагостойкость предлагаемого материала в пределах 0,05-0,07% в сочетании с высокими прочностными характеристиками позволяет использовать его не только в светотехнических изделиях, но и в качестве высокопрочных указателей уровня жидкости и смотровых окон сосудов высокого давления.

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

- пониженный коэффициент линейного расширения и повышенную термостойкость при хороших технологических свойствах, что позволяет применять предлагаемое стекло для светофильтров в огнях высокой интенсивности;

- повышенное светопропускание 88,5-92% при высокой кристаллизационной устойчивости.

Использованная литература

1. Патент России 2021986, опубл. 30.10.1994 г.

2. Патент Германии DE 10238915 В3.