термостойкое желтое светотехническое стекло

Формула изобретения

Термостойкое желтое светотехническое стекло, включающее SiO ₂, Al₂O₃, Li₂O, TiO ₂, Sb₂O₃, CeO₂, BaO, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂O и

P₂O₅ при следующем соотношении компонентов, мас.%: SiO₂ 48,0-53,0; Al₂O₃ 23,0-27,0; LiO₂ 3,0-4,5; Na₂O 1,5-3,5; P₂O₅ 2,0-3,5; TiO₂ 6,5-8,0; BaO 2,5-3,5; CeO₂ 1,5-2,5; Sb₂O₃ 0,5-1,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам термостойких желтых стекол для изделий аэродромной техники со стабильными при повышенных температурах эксплуатации светотехническими характеристиками.

Применение в сигнальных аэродромных огнях высокоинтенсивных источников излучения вызывает нагрев линз-светофильтров до температуры 175°С. При этой температуре цвет стекла, окрашенного молекулярными красителями, например сульфоселенидами кадмия, меняется, и стекло из желтого становится оранжевым. Так как коэффициент светопропускания и координаты цветности связаны между собой, то изменение коэффициента пропускания приводит к изменению и координат цветности. Поэтому проблема стабилизации цветовых параметров стекла в авиационной технике актуальна.

Известен состав желтого термостойкого стекла (авторское свидетельство СССР 1025075, опубл. 20.06.1983 г), включающий следующие компоненты, мас.%:

SiO2	67,0-72,0
B2 O3	6,0-9,0
ZnO	1,0-2,0
Na 2O	4,0-6,0
Al2 O3	2,0-4,0
La2 O3	0,5-2,5
CdO	0,2-0.7
Se	0,2-0,6
Li2O	0,5-2,0
BaO	5,0-10
CeO2	0,4-1,2
CdS	1,2-3,0

Это стекло, в силу полупроводниковой природы используемых красителей CdS и CdSe, не отличается стабильностью светотехнических параметров при повышенных рабочих температурах (повышение температуры стекла на каждые 50°С снижает интегральный коэффициент пропускания на 5-7%, координаты цветности могут выйти из желтой области).

Известно стекло (патент США 4461839 от 24.07.1984) состава:

SiO2	63,5-69,0
Al2 O3	15-25,0
Li2 O	2,5-4,0
Na2O	0,1-0,6
P2O5	0,1-0,6
K2O	0,1-0,6
TiO2	>2,5-6,0
BaO	0-5
ZrO2	0-2,0
Fe2O3	0,05-0,2
As2O3	0,4-0,8
CeO 2	0-3

Светотехнические характеристики этого материала при указанных концентрациях церия и титана не будут соответствовать требованиям международной комиссии по освещению к цветовым координатам сигнальных стекол.

Минимальное содержание щелочных и щелочноземельных оксидов при высоком содержании SiO₂ и Al₂O₃ указывает на высокие температуры варки 1550-1600°С, выработки и отжига 750-700°С стекла, что ограничивает его применение в производстве сложнопрофильных изделий линзового типа методом прессования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав стекла (патент США 4707458 от 17.11.1987 г), содержащий следующие компоненты, мас.%:

SiO2	64-67
Al2 O3	21-24
Li2 O	2,6-3,7
BaO	0-2,0
TiO 2	2,0-3,25
ZrO2	1,25-2,5
MgO	0,8-1,5
ZnO	0,7-4,2
As2O3	0-1,0
Sb2O3	0-1,0
CeO2	0-1,0

Температура варки этого состава составляет 1650°С, что затрудняет выработку сложнопрофильных светотехнических изделий, а предлагаемая концентрация титана и церия не обеспечит необходимые светотехнические параметры: интегральное светопропускание будет высоким (более 70%,) и координаты цветности не попадут в заданную область, т.е. стекло не пригодно для сигнальных огней.

Задачей изобретения является стабилизация светотехнических параметров (коэффициента светопропускания и координат цветности) в интервале температур 20-1750°С стекла, понижении температуры варки, выработки и отжига.

Это достигается тем, что стекло, содержащее: SiO₂; Al₂O₃; Li₂O, TiO₂ , CeO₂ BaO; Sb₂O₃ дополнительно содержит Na₂O и P₂O₅ в следующем соотношении, мас.%:

SiO2	48,0-53,0
Al2 O3	23,0-27,0
LiO	3,0-4,5
Na 2O	1,5-3,5
P2 O5	2,0-3,5
TiO2	6,5-8,0
BaO	2,5-3,5
CeO 2	1,5-2,5
Sb2 O3	0,5-1,0

Авторы установили, что для получения требуемых координат цветности при температурах до 175°С необходимо иметь коэффициент светопропускания стекла 45% 65%, что достигается совместным присутствием в стекле диоксидов титана и церия в выбранных концентрациях. Суммарное содержание красящих оксидов должно быть не менее 8% и не более 10 мас.%, а отношение TiO₂/СеО₂ 3-5. Концентрация диоксида титана ограничивается 6,5-8 мас.%. Выход концентрации TiO₂ за нижний предел изменяет координаты цветности - они перестают соответствовать цветовому графику МКО. При более высокой концентрации TiO₂ при отжиге изделий наблюдается поверхностная кристаллизация стекла.

В процессе исследований было установлено, что при оптимальном соотношении стеклообразующих оксидов Li₂O:Al₂O ₃:SiO₂ соответственно 1:7:14 модификация системы оксидами фосфора и натрия в выбранном соотношении улучшает его технологические свойства, а именно существенно снижает температуру варки стекла. Это позволяет изготавливать изделия линзового типа методом прессования на имеющихся промышленных печах с рабочей температурой 1570±10°С. Отжиг изделий проводится при температуре 650±10°С.

Дополнительно в стекло вводится NH₄NO₃ и оксид сурьмы для поддержания титана в высшей степени окисления и получения титано-цериевого комплекса, обеспечивающего требуемые светотехнические характеристики.

В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов, мас.%:

Таблица 1
Вводимый компонент	Номер стекла
1	2	3
SiO 2	55,5	54,0	48,5
Al 2O3	27,0	23,0	26,5
Li 2O	3,5	4,0	4,5
Na 2O	1,5	3,0	3,5
TiO 2	6,5	7,5	7,5
BaO	1,5	2,5	3.5
Sb2O 3	0.5	1,0	1,0
P 2O5	2,0	2,5	3.5
CeO 2	2,0	2,5	1,5

Свойства полученных стекол представлены в таблице 2.

Таблица 2
Наименование свойств	Ед. изм	Номера стекол	Прототип
1	2	3
Температура варки	°С	1540	1530	1530	1650
Интервал отжига	°С	650±10	650±10	650±10	>700
Температура выработки	°С	1350-1400	1300-1350	1350-1400	>1500
Коэффициент светопропускания (20°С)	%	45,0	48,5	50,0	>75
Координаты цветности (20°С)	х	0,5419	0,5381	0,5412
у	0,4288	0,4355	0,4390
Коэффициент светопропускания (75C)	%	44,5	48,1	49,6
Координаты цветности (175°С)	х	0,5422	0,5389	0,5417
у	0,4286	0,4348	0,4381

Как видно из таблицы, предлагаемый состав стекла позволяет получить светотехнические характеристики, отвечающие требованиям, предъявляемым к материалам для аэродромных светосигнальных комплексов, снизить температуру варки и выработки, уменьшить кристаллизационную способность по сравнению с прототипом. Проведение выработки стекла при более низких температурах позволяет вырабатывать сложнопрофильные изделия без кристаллических включений.

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

- стабильные при повышенных температурах коэффициент светопропускания 45% 65% и координаты цветности, отвечающие требованиям международной системы МКО для сигнальных огней и ограниченные точками: х ₁=0,611 y₁=0,372, х₂=0,630 у ₂=0,372; х₃=0,560 у₃=0,470; х ₄=0,550 у₄=0,420;

- улучшенные технологические свойства, а именно: пониженную температуру варки, расширенный температурный интервал выработки и пониженную температуру отжига, что расширяет возможности выработки линз-светофильтров методом прессования и позволяет получать изделия на существующих стекловаренных печах.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР 1025075, опубл. 20.06.1983 г.

2. Патент США 4461839 от 24.07.1984.

3. Патент США 4707458 от 17.11.1987 г.