Патент на изобретение №2314272

(54) СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству прозрачных в видимой области спектра стеклокристаллических материалов (ситаллов). Техническая задача изобретения – получение ситалла с ультранизким ТКЛР, повышенными значениями светопропускания, термо- и химической стойкости, термостабильностью основных свойств и линейных размеров при изменении температуры. Стеклокристаллический материал имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ 45,0-65,0, Al₂О₃ 20,0-35,0, Li₂O 3,2-5,0, Р₂О₅ 4,0-10,0, TiO₂ 3,0-4,0, ZrO₂ 1,0-2,8, СаО 1,0-3,0, MgO 0,5-2,8, As₂O₃ 0,5-1,5, Sb₂O₃-0,3-1,0. Варку осуществляют при температуре 1570±10°С. Максимальная температура кристаллизации 760-800°С. Полученные при этом ситаллы характеризуются тонкодисперсной структурой с размерами кристаллов 25-30 нм, повышенной прозрачностью и кислотостойкостью. ТКЛР ситалла в интервале от минус 20 до плюс 40°С практически равен 0. Стеклокристаллический материал предназначен для изделий прецизионной оптики, требующих сохранения линейных размеров при работе в условиях резкого изменения температуры. 2 табл.

Изобретение относится к производству прозрачных в видимой области спектра стеклокристаллических материалов (ситаллов) с ультранизким ТКЛР, повышенными значениями светопропускания, термо- и химической стойкости, термостабильностью основных свойств и линейных размеров при изменении температуры для изделий прецизионной оптики.

Известен состав прозрачного стеклокристаллического материала (авторское свидетельство СССР 695156, опубл. 27.06.05), включающий следующие компоненты, мас.%:

Недостатками данного материала являются:

– низкая кислотостойкость, что значительно снижает качество оптической обработки и соединения изделий методом оптического контакта;

– невысокая прозрачность в видимой области спектра (порядка 70%).

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

Данный стеклокристаллический материал характеризуется размерами кристаллов порядка 50 нм и низким ТКЛР в диапазоне температур от минус 50 до плюс 100°С – (минус 1,0 до плюс 1,0) 10^-7, К^-1.

Однако температура варки этих стекол составляет 1650°С, что затрудняет получение однородного материала.

Целью изобретения является снижение и стабилизация ТКЛР в области рабочих температур, повышение химической стойкости, улучшение технологических параметров, в частности, снижение температуры варки, выработки и ситаллизации стекол.

Это достигается тем, что стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Al₂О₃, Li₂O, TiO₂, ZrO₂, As₂O₃, Sb₂О₃, дополнительно содержит P₂O₅ и СаО в следующем соотношении, мас.%:

Авторы экспериментально установили, что введение комбинированного катализатора (TiO₂+ZrO₂+P₂O₅) в указанных количествах приводит к повышению светопропускания и изменению соотношения кристаллической и стеклофазы. Совместное присутствие оксидов фосфора, магния и кальция в выбранном соотношении улучшает технологические свойства и позволяет получать качественное стекло на существующих промышленных печах при температурах 1570±10°С. Кроме того, для данного ситалла характерно незначительное увеличение теплового расширения вплоть до температуры 700-800°С, а в интервале температур от минус 20 до плюс 40°С ТКЛР практически равен нулю.

В таблице 1 приведены следующие примеры конкретного выполнения составов стеклокристаллического материала, мас.%.

Авторы считают, что по полученному результату и для практического применения состав 3 является оптимальным.

Сочетание приведенного состава и выбранного режима кристаллизации с максимальной температурой термообработки 760-800°С позволило получить наноструктурированный ситалл с уменьшенными по сравнению с прототипом размерами кристаллов в два раза – 25-30 нм и содержанием в качестве основной кристаллической фазы твердых растворов -эвкриптита со структурой высокотемпературного кварца. Уменьшение размеров кристаллов также способствует повышению прозрачности ситалла.

В таблице 2 приведены свойства синтезированных стеклокристаллических материалов.

Таблица 2
Наименование свойств	Единицы измерен.	Номера стекол			Прототип
		1	2	3
1	2	3	4	5	6
Температура варки	°С	1580	1560	1570	1650
Температура кристаллизации	°С	700-800	750-800	700-800	800-900
Размер кристаллов	нм	25-30	25-30	25-30	50
ТКЛР в диапазоне температур, °С:
минус 50 плюс 100	107, К-1	0,1-0,6	0,2-0,6	0,02-0,6	-1 – +1
20-300		5-6	5-6	4-6	–
20-500		5-6	5-6	4-6	–
20-700		5-6	5-6	4-6	–
Интегральное светопропускание в видимой области спектра	%	80-82	82-85	80-85	–
Кислотостойкость	гидролит. класс	1	1	1	–

Из приведенных данных видно, что предлагаемый состав стеклокристаллического материала позволяет существенно снизить температуру варки, уменьшить температурный коэффициент термического расширения, получить тонкодисперсную структуру и увеличить светопропускание.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 695156, опубл. 27.06.05.

2. Патент США 4707458 от 17.11.1987 г.

Формула изобретения

Стеклокристаллический материал, включающий SiO₂, Al₂О₃, Li₂О, TiO₂, ZrO₂, AS₂O₃, Sb₂O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит Р₂О₅ и СаО в следующем соотношении, мас.%: