close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 05124

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 5124
(13) C1
(19)
7
(51) C 03C 10/12
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СТЕКЛО ДЛЯ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
(21) Номер заявки: a 20000193
(22) 2000.02.29
(46) 2003.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Бобкова Нинель Мироновна;
Чертко Геннадий Васильевич (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный
технологический университет" (BY)
(57)
Стекло для стеклокристаллического материала, включающее SiO2, Al2O3, Li2O, TiO2,
MgO, ZnO, B2O3, As2O3, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит P2O5 и ZrO2
при следующем соотношении компонентов, мас. %:
SiO2
50–66
17–31
Al2O3
Li2O
1,5–8,0
TiO2
2–5
ZrO2
1–5
MgO
0,5–3,0
ZnO
1–4
1–4
B2O3
3–16
P2O5
As2O3
0,5–1,5.
BY 5124 C1
(56)
BY 2419 C1, 1998.
JP 09183629 A, 1997.
US 4851372 A, 1989.
US 3642504 A, 1968.
JP 11292616 A, 1999.
Изобретение относится к технологии силикатов, а именно к производству стекла для
стеклокристаллического материала, предназначенного для производства изделий технического и бытового назначения.
Основой для получения жаро- и термостойких стеклокристаллических материалов могут служить стекла литиевоалюмосиликатной системы. Чрезвычайно низкий коэффициент
термического расширения основных кристаллических фаз, способность выдерживать не
разрушаясь резкие перепады температуры, самоглазурующиеся, с блеском и высокой белизной поверхности обуславливают широкое применение этого класса ситаллов, в том
числе для производства товаров бытового назначения.
BY 5124 C1
Известен состав стекла для стеклокристаллического материала следующего состава, содержащий, мас. %: SiO2 65-72; Li2O 1,5-4,0; Аl2О3 19,5-23,5; ТiO2 3,5-5,5; ZnO до 2,5; MgO
0,5-2,8; BaO, Na2O, K2O вместе взятые ~ 1; ZrO2 и СаО < 0,25 каждый; Аs2О3 до 1,5 [1].
Основными кристаллическими фазами, образующимися при термообработках, являются β - сподумен, шпинель (MgO·Аl2О3) и рутил (ТiO2). ТКЛР полученного материала
(11,6-17,4)·10-7 К-1.
К недостаткам указанного материала относятся сравнительно невысокая механическая
прочность, высокие температуры варки (1600 °С) и термообработки: 1 ступень - 750-900 °С в
течение 1-6 ч и 2 ступень - 1000-1200 °С в течение 1-8 ч.
Известно также стекло для стеклокристаллического материала, включающее, мас. %:
SiO2 64,0-70,0; Li2O 2,5-3,5; Аl2О3 17,75-20,0; ТiO2 2,0-4,5; MgO 1,5-2,5; BaO 0-2,0; ZrO2
1,0-2,0; Сl 0,5-2,0 [2].
Стеклокристаллический материал содержит в качестве единственной кристаллической фазы твердые растворы β - кварца. Данная фаза обеспечивает ситаллу низкий ТКЛР
(<10·10-7 К-1) и высокую термостойкость. Однако недостатками полученного материала
также являются высокая температура варки (1650 °С) и большая длительность выдержки
при этой температуре (16 ч).
Наиболее близким к заявленному составу является стеклокристаллический материал
следующего состава, мас. %: SiO2 60,0-67,5; Li2O 1,5-3,0; Al2O3 19,5-22,5; ZnO 2,0-3,2;
TiO2 3,0-5,5; MgO 1,1-1,7; B2O3 1,6-5,0; Na2O 1,6-2,0; As2O3 0,5-1,0 [3].
Недостатком указанного материала является высокая температура термообработки,
при получении стеклокристаллического материала (1050 °С), что требует создания для
этих целей специальных нетиповых печей для термообработки. Это приводит к дополнительным капитальным и энергетическим затратам.
Задачей предполагаемого изобретения является разработка состава стекла для термостойкого стеклокристаллического материала с улучшенными технологическими свойствами, обеспечивающими снижение температур варки, выработки и термообработки, что
приведет к снижению энергозатрат на его получение.
Для решения поставленной задачи предлагается стекло для стеклокристаллического материала, включающее SiO2, Аl2О3, Li2O, TiO2, MgO, ZnO, B2O3 и которая дополнительно содержит ZrO2 и P2O5, при следующем соотношении компонентов, мас. %: SiO2 50-66; Аl2О3 1731; Li2O 1,5-8; ТiO2 2-5; ZrO2 1-5; MgO 0,5-3; ZnO 1-4; В2О3 1-4; Р2О5 3-16; As2O3 0,5-l,5.
Следует отметить, что действие комплекса катализаторов более эффективно, чем отдельный оксид, поэтому в качестве катализатора кристаллизации, помимо ТiO2, в исследуемую систему дополнительно вводится ZrO2. Серьезным препятствием в использовании
ZrO2 является то, что он плохо растворяется в расплаве стекла, особенно при низком содержании Li2O. Однако при введении ZrO2 в виде минерала циркона (ZrO2·SiO2) данный
оксид легко переходит в расплав при температуре плавления, при добавлении некоторого
количества Р2О5 и с повышением содержания Li2O.
Известно, что оксид фосфора способен выполнять функции стеклообразователя за
счет частичного замещения ионов Si+4 на Р+5 в кремнекислородном каркасе, что приводит
к снижению температуры ликвидуса. К тому же Р2О5 способен выступать и в роли катализатора кристаллизации стекол [4].
Введение оксида фосфора в состав стекла для стеклокристаллического материала приводит к снижению температур варки и выработки стеклоизделий, повышению технологичности при выработке за счет снижения скорости твердения стекломассы.
Варку предлагаемого стекла осуществляют при температуре 1540 ± 10 °С.
В качестве сырьевых материалов для приготовления шихты используют: кварцевый песок, глинозем, оксид цинка (цинковые белила), оксид титана, цирконовый концентрат, литий
углекислый, борную кислоту, магний углекислый, одно- или двухзамещенный фосфат аммония и оксид мышьяка. Из стекломассы формуют изделия заданной конфигурации.
2
BY 5124 C1
Кристаллизацию стеклоизделий осуществляют по двухстадийному режиму путем термообработки при 700-800 °С в течение 90-120 мин. с целью образования в материале зародышей
кристаллизации и далее при 900-950 °С в течение 60-90 мин. для формирования основной
кристаллической фазы - алюмосиликата лития и создания мелкодисперсной структуры.
Полученный материал обладает высокими прочностными свойствами, высокой термостойкостью и характеризуется самоглазурующейся блестящей поверхностью. Рекомендуется для изделий технического (отражатели оптических квантовых генераторов) и
бытового (хозяйственная посуда, посуда для печей СВЧ) назначения.
Составы разработанного материала и их физико-химические свойства приведены в
табл. 1 и 2.
Таблица 1
Примеры составов стекол
Наименование
компонентов
SiO2
Аl2O3
Li2O
ZnO
MgO
ZrO2
ТiO2
B2O3
P2O5
As2O3
1
61,8
19,4
3,4
2,6
0,63
3,9
3,8
3,0
4,0
0,5
Содержание компонентов в составах, мас. %
2
3
Прототип
52,4
50,4
60,0-67,5
24,2
17,2
19,5-22,5
3,4
4,2
1,5-3,0
3,4
2,2
2,0-3,2
1,2
0,56
1,1-1,7
3,5
3,4
2,3
3,3
3,0-5,5
1,0
2,6
1,6-5,0
4,0
15,9
0,5
0,5
0,5-1,0
Таблица 2
Физико-химические свойства полученных материалов
Свойства
Температура варки, °С
Температура выработки, °С
Температурный режим термообработок, °С
I ступень
II ступень
Коэффициент термического расширения,
·107K-1
Термостойкость, °С
Предел прочности при изгибе, МПа
Предел прочности при сжатии, МПа
Микротвердость, МПа
Плотность, кг/м3
Химическая устойчивость, потери в массе
образца, %
В 1 н. НСl
В 1 н. NaOH
В воде
3
Показатели свойств
1
2
3
Прототип
1540 ± 10 1540 ± 10 1540 ± 10 1580 ± 10
1280 ± 10 1280 ± 10 1280 ± 10 1320 ± 10
690-710
930-950
18,3
700-720
920-940
14,2
710-730
930-950
16,1
670-680
1030-1050
14,9
550
140
750
8650
2500
600
145
750
9150
2480
575
140
750
8500
2470
600
145
745
8600
2500
0,08
1,91
0,02
0,07
1,91
0,02
0,07
1,92
0,025
0,06
1,86
0,015
BY 5124 C1
Сопоставляя показатели физико-химических свойств, можно заключить, что предлагаемый стеклокристаллический материал (состав 2) имеет более низкие температуры варки и термообработки по сравнению с прототипом, что приводит к снижению энергозатрат
на его получение и не требует содержания специальных кристаллизаторов.
Составы, находящиеся за пределом заявленной области, характеризуются наличием
крупнодисперсной структуры, несамоглазурующейся поверхностью, а также более низкой
термостойкостью.
Источники информации:
1. Патент США 3582371, МПК С04 В 33/00, 1971.
2. Патент США 5064461, МПК С036 С 10/00, С03 С 10/14, С03 С 10/16, 1991.
3. Патент РБ 2419, МПК С03 С 10/12, 1998.
4. Безбородов М.А. Стеклокристаллические материалы.- Мн.: Наука и техника, 1982. С.256.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
115 Кб
Теги
05124, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа