СТЕКЛО

СТЕКЛО 


RU (11) 2169124 (13) C2

(51) 7 C03C3/06 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

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

(14) Дата публикации: 2001.06.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 97106156/03 
(22) Дата подачи заявки: 1997.04.15 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1997.04.15 
(43) Дата публикации заявки: 1999.05.10 
(45) Опубликовано: 2001.06.20 
(56) Аналоги изобретения: ПРОХОРОВА Т.И. и др. Новый материал - кварцевое светорассеивающее стекло. - Стекло и керамика, 1991, № 7, с.9 - 10. SU 1701660 A1, 30.12.1991. SU 923975 A, 30.04.1982. US 5236876 A, 17.08.1993. 
(71) Имя заявителя: Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины (BY) 
(72) Имя изобретателя: Бойко Андрей Андреевич (BY); Подденежный Евгений Николаевич (BY); Семченко Алина Валентиновна (BY); Мельниченко Игорь Михайлович (BY) 
(73) Имя патентообладателя: Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины (BY) 
(98) Адрес для переписки: 246699, Республика Беларусь, г.Гомель, ул. Советская, 104, ГГУ им. Ф.Скорины, патентная служба 

(54) СТЕКЛО 
Изобретение относится к составам светорассеивающего кварцевого стекла, используемого для изготовления диффузно-рассеивающих элементов, экранов и светофильтров, в частности, для изготовления Уф-фильтров-отражателей в системах накачки твердотельных лазеров. Техническая задача изобретения - обеспечение поглощения ультрафиолетового излучения в диапазоне менее 360 нм при высоком светопропускании в видимой части спектра. Стекло содержит аморфный диоксид кремния с распределенными в нем кристаллами оксифторида церия в количестве 0,31-0,85 мас.%. Диаметр кристаллов оксифторида церия 40-80 нм, а количество - (4-7)107 шт/см3. 1 табл., 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


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 1500oC. 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 1460oC, а выделение кристаллов осуществляется путем длительной термообработки при 550oC, 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 - 1200oC 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 1000oC), стойкостью к тепловому удару, высокой химической стойкостью. 


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