стекло

Формула изобретения

Стекло, содержащее аморфный диоксид кремния и распределенную в нем дисперсную фазу, отличающееся тем, что в качестве последней используют кристаллы оксифторида церия диаметром 40 - 80 нм в количестве (4 - 7) 10⁷ шт/см³ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кристаллы оксифторида церия - 0,31 - 0,85

Аморфный диоксид кремния - Остальное

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к составам высококремнеземистого стекла, в частности к светорассеивающему кварцевому стеклу, и может быть использовано для изготовления диффузно-рассеивающих элементов, экранов, фильтров, отрезающих ультрафиолетовую часть спектра, в частности фильтров-отражателей систем накачки твердотельных лазеров.

Известно высокочистое полупрозрачное кварцевое стекло, содержащее аморфную матрицу из диоксида кремния и распределенные в объеме матрицы светорассеивающие частицы (см. заявку Японии N 1226747, C 03 B 20/00, C 03 C 3/06, опубл. 11.09.88). Известное стекло содержит более 99,9% диоксида кремния, а в качестве светорассеивающих частиц - пузыри и пустоты малого диаметра, образованные давлением инертного газа на стекломассу при температурах более 1500^oC. Получение такого стекла технологически сложно и требует значительных энергетических и экономических затрат. Известное стекло пропускает значительную часть ультрафиолетового излучения и обладает недостаточной радиационной стойкостью.

Известно стекло, содержащее матрицу из аморфной фазы на основе диоксида кремния и кристаллическую фазу в виде кристаллов, распределенных в матрице (см. авторское свидетельство СССР N 1701660, МКИ C 03 C 3/12, 4/06, опубл. 30.12.91). Известное стекло имеет сложный состав аморфной фазы и кристаллы неустойчивого состава диаметром 3-4 мм в количестве (3-6) 10⁶ шт/см³ и используется для изготовления диффузно-рассеивающих светофильтров. Стекло получают путем варки при температуре 1460^oC, а выделение кристаллов осуществляется путем длительной термообработки при 550^oC, что требует значительных энергетических затрат. Известное стекло не обладает высокой термической стойкостью, в частности из-за перекристаллизации и роста кристаллической фазы.

Наиболее близким к заявляемому является стекло, содержащее аморфную фазу из диоксида кремния и распределенные в ней частицы другой фазы (см., Т.И. Прохорова, О.М.Острогина, Е.Г.Романова. Новый материал - кварцевое светорассеивающее стекло // Стекло и керамика. N 7, 1991, с. 9 - 10). В качестве распределенных частиц в известном стекле используют пузырьки с размером 0,01 - 0,1 мм и с концентрацией 500 - 10000 шт/см³ . Известное стекло получают методом направления электротермическим или газоплазменным способом при регулируемом избыточном давлении и высокой температуре, что создает технологические трудности и требует повышенных энергозатрат. Известное стекло не обеспечивает поглощение ультрафиолетового излучения в области менее 360 нм, что затрудняет использование его в системах накачки твердотельных лазеров в качестве отражателей ввиду необходимости применения дополнительного УФ-фильтра.

Заявляется термостойкое диффузно-рассеивающее кварцевое стекло, поглощающее УФ-излучение в области до 360 нм и обладающее высоким светопропусканием в видимой области спектра.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что в стекле, содержащем аморфный диоксид кремния и распределенную в нем дисперсную фазу, в качестве последней используют кристаллы оксифторида церия диаметром 40 - 80 нм в количестве (4 - 7) 10⁷ шт/см³ при следующем содержании компонентов, мас.%:

Кристаллы оксифторида церия - 0,31 - 0,85

Аморфный диоксид кремния - 99,15 - 99,69

Согласно изобретению предлагается кварцевое стекло, содержащее в качестве добавки кристаллический оксифторид церия, стекло имеет структуру двухфазной системы, в которой в матрице из аморфной фазы диоксида кремния равномерно распределены кристаллы оксифторида церия, т.е. кристаллическая фаза.

Введение кристаллической фазы оксифторида церия ниже указанных пределов не позволяет получать кристаллическую фазу указанных размеров, а выше указанных пределов ухудшает пропускание и приводит к растрескиванию стекла. Указанные размеры и концентрации кристаллов оксифторида церия позволяют идентифицировать предлагаемое стекло и обеспечивают возможность диффузного рассеивания света.

Существенное значение имеет содержание примесей в заявленном стекле, которое в сумме не превышает 10^-4% и основную часть которого составляют ионы гидроксида.

Конкретные составы и свойства стекла для диффузно-рассеивающих светофильтров приведены в таблице, где составы 2-5 предлагаемые, а составы 1, 6 характеризуют выбор граничных условий.

На чертеже приведены спектры пропускания стекол составов N 2 и N 5 (соответственно кривые 1 и 2).

В качестве исходного сырья для получения заявляемого стекла используют тетраэтилортосиликат (ТЭОС), аморфный тонкодисперсный кремнезем (SiO₂), хлорид церия (CeCl₃ 7H₂O), фторид аммония (NH₄F) марок ХЧ и ОСЧ.

Материал получают прямым золь-гелем методом. ТЭОС гидролизуют деионизованной водой в присутствии кислого катализатора, например соляной кислоты; в полученный золь вводят тонкодисперный кремнезем и хлорид церия в виде раствора в деионизованной воде, превращают золь в гель, добавляя в полученную смесь фторид аммония, при этом формируются кристаллы CeF₃; разливают в плотно закрывающиеся формы и выдерживают. Полученные заготовки модифицированного геля сушат, а затем спекают на воздухе при 1150 - 1200^oC в течение 1 -1,5 часа. В процессе термообработки кристаллы окисляются до оксифторида церия (GOF) и остаются в стекле в виде белых кристаллов.

Заготовки стекла получают в виде труб, пластин, стержней и других профилей. Заготовки могут использоваться как изделия либо для превращения в изделия, могут подвергаться дальнейшей механической обработке.

Таким образом получен стеклокристаллический материал - кварцевое стекло, используемое как светорассеивающее стекло для светофильтров с различной оптической плотностью, обладающей высокой термостойкостью (до 1000^oC), стойкостью к тепловому удару, высокой химической стойкостью.