РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСЩЕЛОЧНОГО ТЕРМОСТОЙКОГО 
СТЕКЛА

РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСЩЕЛОЧНОГО ТЕРМОСТОЙКОГО СТЕКЛА


RU (11) 2273607 (13) C1

(51) МПК
C03B 8/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.04.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004121088/03 
(22) Дата подачи заявки: 2004.07.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.07.12 
(45) Опубликовано: 2006.04.10 
(56) Аналоги изобретения: WO 9324421 A1, 09.12.1993.

RU 2036856 C1, 09.06.1995. 

US 4257799 A, 24.03.1981.

EP 0407181 A, 09.01.1991. 

RU 2209188 C2, 27.07.2003. 
(72) Имя изобретателя: Колмогоров Юрий Георгиевич (RU); Папета Александр Федорович (RU); Павлушкина Татьяна Константиновна (RU); Сапунар Мирон Захарович (RU); Морозова Ирина Владимировна (RU); Хапов Александр Сергеевич (RU); Воробьев Станислав Петрович (RU); Лукоперова Марина Григорьевна (RU) 
(73) Имя патентообладателя: ГУП "ОКТБ ИС" Отраслевое конструкторско-технологическое бюро по разработке современных технологий и производства изделий из стекла (RU) 
(98) Адрес для переписки: 141420, Московская обл., г. Сходня, ул. Первомайская, 56, ГУП "ОКТБ ИС", А.Ф. Папета 

(54) РАСТВОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСЩЕЛОЧНОГО ТЕРМОСТОЙКОГО СТЕКЛА

Использование: в технологии получения стекла золь-гель методом. Технической задачей изобретения является получение однородного термостойкого бесщелочного стекла. Раствор для получения бесщелочного термостойкого стекла имеет следующий состав: ТЭОС - 187-220 вес.ч., вода - 220-270 вес.ч., этанол - 60-200 вес.ч., нитрат алюминия - 110-150 вес.ч., ацетат кальция - 35-50 вес.ч., ацетат цинка - 10-30 вес.ч., ацетат бария - 10-20 вес.ч. Время гелирования 4-6 часов, температура сушки геля - 180-200°С до постоянного веса. Получаемое термостойкое бесщелочное стекло отличается высокой однородностью, отсутствием свилей и включений, обнаруживаемых в стекле, синтезированном по традиционной стекольной технологии из общепринятых сырьевых материалов.



ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области получения стекла по золь-гель технологии. Золь-гель метод является наиболее перспективным в технологии получения синтетических силикатных стекломатериалов, позволяющий получать стекло с высокой степенью однородности. Чистота исходных компонентов обеспечивает высокое светопропускание синтезированных стекол в видимой области спектра. Кроме того, данным методом возможно получение новых видов стекол, изготовление которых традиционным способом весьма проблематично.
Известен раствор (RU 203 6856, кл. С 03 В 8/02, 1995) для изготовления стекла для микросфер следующего состава, мас.%:
Н3ВО3 7,64-7,82 
NaOH 26,46-26,72 
КОН 10,25-10,48 
LiCO3 0,22-0,74 
Eu2O 3 0,7-4,00 
С6Н8O 7 3,9-22,3 
(NH4)2СО 1-3 
Н3SiO 3 остальное 

Известен раствор для изготовления стекла для микросфер, включающий, в мас.%:
Н3ВО3 5,56-7,44 
NaOH 13,60-15,52 
КОН 0,06-0,15 
СаСО3 5,94-6,06 
Mg(ОН)2 1,17-1,45 
Al(ОН)3 0,02-0,05 
PbO 6,65-6,82 
(НООС)3(СН2) 2СОН 20,5-22,90 
(Н4NOOC)3(С 6Н3)3СО(ОН) 2 0,10-0,24 
Н3SiO 3 остальное 

Наиболее близким к предложенному изобретению по химическому составу и свойствам является раствор для получения пористого стекла, включающий: 100 мл тетраэтоксисилана, 100 мл этанола, 80,4 мл дистиллированной воды, 18,6 грамма Al(NO3) 3·9Н2O и 2,8 мл концентрированной HNO3 (WO 93/24421, кл. С 03 В 8/02, 1993).
Недостатком известных растворов для получения стекла является невозможность синтеза однородного, монолитного термостойкого стекла.
Технической задачей данного изобретения является получение раствора (золя), пригодного после гелирования и сушки геля для синтеза монолитного, однородного термостойкого стекла, применяемого в электровакуумной промышленности для изготовления оболочек и деталей приборов и устройств.
Поставленная задача достигается тем, что раствор для получения стекла, включающий тетраэтоксисилан (ТЭОС), этанол, нитрат алюминия и воду, дополнительно содержит ацетаты кальция, цинка и бария при следующем соотношении компонентов по весу: ТЭОС - 187-220 вес.ч., вода - 220-270 вес.ч., этанол - 60-200 вес.ч., нитрат алюминия - 110-150 вес.ч., ацетат кальция 35-50 вес.ч., ацетат цинка - 10-30 вес.ч., ацетат бария 10-20 вес.ч.
Указанный раствор готовят методом золь-гель технологии. 
Золь-гель метод включает в себя следующие этапы синтеза: приготовление однородного раствора - золя; гелирование; сушка геля и термообработка ксерогеля при высоких температурах с целью плавления до образования однородной стекломассы.
В качестве источника SiO2 используют тетраэхтоксисилан (Si(OC 2Н5)4 - ТЭОС. Остальные оксиды вводят через нитраты и ацетаты металлов, растворенные в воде. 
Время гелеобразования линейно растет с увеличением отношения этанол: ТЭОС, т.е. по мере разбавления раствора, но существует оптимальное соотношение вода: ТЭОС, обеспечивающее минимальное время гелирования, причем значение этого отношения растет с увеличением содержания этанола (от 4 до 6).
Предложенный нами состав для получения стекла золь-гель методом отличается от ранее известных смешанным составом исходного золя, включающего ТЭОС, этанол, воду, нитраты и ацетаты, входящих в состав стекла компонентов. 
Ниже приведены конкретные исходные составы растворов для получения стекла, вес.ч.
Пример 1
ТЭОС 187,03 
Вода 225 
Этанол 60,4 
Al(NO 3)3·9Н2 О 136,13 
Са(СН 3COO)2·Н 2О 42,42 
Zn(СН3COO)2·Н 2О 16,19 
Ва(СН3COO) 2·Н2О 14,27 

Пример 2
ТЭОС 187,03 
Этанол 150,1 
Вода 257 
Al(NO 3)3·9Н 2О 136,13 
Са(СН3COO)2·Н 2O 42,42 
Zn(NO3)2 ·6Н2О 21,94 
Ва(СН3COO) 2·Н2О 14,27 

Количества компонентов приведены в расчете на 100 гр сухого ксерогеля.
На аналитических весах взвешиваются навески сухих реагентов: Al(NO2)3·9Н2 O; Zn(СН3COO)2·2Н2 O; Ва(СН3COO)2 и Са(СН3COO)·Н 2O.
Каждая навеска помещается в отдельный стеклянный стакан.
С помощью мерного цилиндра отмериваются необходимые по расчету количества жидких реагентов: ТЭОС, спирт и вода дистиллированная. Отмеренные реагенты переливаются в отдельные стаканы и закрываются стеклянными либо пластиковыми крышками или пробками во избежание испарения.
Стакан с отмеренным количеством дистиллированной воды помещается на водяную баню и нагревается до температуры 75°С.
В нагретую воду постепенно добавляется азотнокислый алюминий, перемешивается стеклянной мешалкой до полного растворения каждой порции, затем в полученном растворе последовательно растворяется уксуснокислый кальций и уксуснокислый цинк. Растворение компонентов в воде проводится при перемешивании. Температура раствора поддерживается в интервале 75±3°С. Далее в полученном растворе аналогичным способом растворяется барий уксуснокислый и в последнюю очередь вливается 50 мл уксусной кислоты. Перемешивание проводится до полного растворения реагентов и достижения однородности раствора. 
Однородный раствор (золь) переливается в реактор, находящийся в термостате при температуре 70-75°С.
В реактор вводится электрическая мешалка и раствор перемешивается со скоростью 200˜300 об./мин.
Отмеренное количество ТЭОС подогревается на водяной бане в закрытом стакане до температуры 65-70°С и медленно, струйно выливается в реактор с раствором солей.
Реакционная смесь перемешивается в течение двух часов при температуре 70-75°С до полной однородности золя.
Далее проходит процесс гелирования путем выдерживания золя в течение 4-6 часов при температуре 70±5°С. Гель выдерживается в закрытой фторопластовой емкости при комнатной температуре не ниже 20°С в течение суток. Старение геля приводит к его "охрупчиванию", что облегчает процесс дальнейшей сушки.
Сушку геля проводят при температуре 180-200°С до постоянного веса. Полученный ксерогель плавят при высоких температурах до образования однородной стекломассы, из которой вырабатываются стеклоизделия путем отливки.
Предложенный раствор отличается пониженным содержанием воды и спирта, что благоприятно сказывается на процессах гелирования и сушки геля. 
Стекло, полученное из предложенного раствора, обладает высокой однородностью и светопропусканием в видимой области спектра, обеспечивающих воспроизводимость эксплуатационных характеристик изготовленных из него изделий. Термостойкость стекла лежит в пределах 150-180°С.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раствор для получения стекла, включающий тетраэтоксисилан, этанол, нитрат алюминия и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ацетаты кальция, цинка и бария при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
ТЭОС 187-220 
Вода 220-270 
Этанол 60-200 
Нитрат алюминия 110-150 
Ацетат кальция 35-50 
Ацетат цинка 10-30 
Ацетат бария 10-20