стеклокристаллический материал

Формула изобретения

Стеклокристаллический материал, включающий SiO ₂, Al₂О₃, Li ₂О, TiO₂, ZrO₂ , AS₂O₃, Sb ₂O₃, отличающийся тем, что он дополнительно содержит Р₂О₅ и СаО в следующем соотношении, мас.%:

SiO2	45,0-65,0
Al2 О3	20,0-35,0
Li2O	3,2-5,0
Р2О 5	4,0-10,0
TiO2	3,0-4,0
ZrO2	1,0-2,8
СаО	1,0-3,0
MgO	0,5-2,8
As2O 3	0,5-1,5
Sb2O3	0,3-1,0

Описание изобретения к патенту

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.%:

SiO2	46,0-57,0
Al2 O3	24,0-30,0
Р2O5	4,0-16,0
L 2O	3,5-5,0
TiO2	3,5-6,0
As2O 3	0,5-1,0
CaO	1,5-3,5

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.%:

SiO2	64,0-67,0
MgO	0,8-1,5
ZnO	0,7-4,2
Al2O 3	21,0-24,0
Li2O	2,6-3,7
TiO2	2,0-3,25
ZrO2	1,25-2,5
As 2O3	0-1,0
Sb2O 3	0-1,0
ВаО	0-2,0
CeO 2	0-1,0

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, Al₂О ₃, Li₂O, TiO₂ , ZrO₂, As₂O ₃, Sb₂О₃, дополнительно содержит P₂O₅ и СаО в следующем соотношении, мас.%:

SiO2	45,0-65,0
Al2 O3	20,0-35,0
Li2O	3,2-5,0
Р2O 5	4,0-10,0
TiO2	3,0-4,0
ZrO2	1,0-2,8
СаО	1,0-3,0
MgO	0,5-2,8
As2O 3	0,5-1,5
Sb2O3	0,3-1,0

Авторы экспериментально установили, что введение комбинированного катализатора (TiO ₂+ZrO₂+P₂O ₅) 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.%.

Таблица 1
Наименование компонента	Номер стекла
	1	2	3
1	2	3	4
SiO2	60,6	45,5	53,0
Al2O 3	21,5	32,1	27,2
Р 2O5	5,4	8,0	6,2
Li2O	4,0	3,2	4,3
TiO 2	3,3	3,0	3,9
ZrO 2	1,5	2,2	1,8
CaO	1,0	2,8	1,2
MgO	0,6	2,2	0,9
As 2О3	1,3	0,7	1,0
Sb2O3	0,8	0,3	0,5

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.