СТЕКЛО

СТЕКЛО


RU (11) 2016857 (13) C1

(51) 5 C03C3/078 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 4944219/33 
(22) Дата подачи заявки: 1991.05.29 
(45) Опубликовано: 1994.07.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 1495319, кл. C 03C 3/095, 1988. 2. Авторское свидетельство СССР N 1414810, кл. C 03C 3/11, 1986. 
(71) Заявитель(и): Ленинградский технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности 
(72) Автор(ы): Лившиц В.Я.; Гольденфанг Б.Г.; Марчук Е.А.; Поталицын М.Г. 
(73) Патентообладатель(и): Лившиц Владислав Яковлевич; Гольденфанг Борис Геннадьевич; Марчук Евгений Александрович; Поталицын Максим Георгиевич 

(54) СТЕКЛО 

Использование: изготовление оптических и акустических элементов с градиентом свойств методом ионообменной взаимодиффузии из расплавов солей одновалентных металлов. Сущность изобретения: стекло содержит, мол.%: оксид кремния 51,1 - 56,8, БФ SiO2 ; оксид лития 5 - 20, БФ Li2O ; оксид натрия 5 - 20, БФ Na2O ; оксид титана 15 - 19, БФ TiO2 ; оксид олова 1 - 3, БФ SnO2 ; оксид сурьмы 0,2 - 0,4, БФ Sb2O3 . Перепад показателя преломления от +300 до -28510-4 , инкремент показателя преломления (14-17)10-4(мол.%)-1 при ионном обмене, модуль Юнга (870-977)108H/м2 . 3 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к стеклам для оптических и акустических элементов с градиентом свойств, изготовляемых методом ионообменной взаимодиффузии из расплава солей одновалентных металлов.

Известно, стекло [1] состава, мол.%: SiO2 64,0-71,0; Na2O 4,0-14,0; Li2O 1,0-12,0; NaCl 1,0-3,0; CeO2 0,1-0,5; Sb2O3 0,1-1,0; HfO2 11,0-13,0; K2O 0,5-3,0, имеющее высокий модуль Юнга (820-870)х108 Н/м2, показатель преломления (ПП) nd 1,62, перепад показателя преломления после ионного обмена от 150 до 128x104 и инкремент показателя преломления от -10,7 до +11,3х10-4 мол.%-1.

Наиболее близким к описываемому стеклу по технической сущности и достигаемому результату является стекло следующего состава, мол.%: SiO2 62,9-70,8; Li2O 2,0-12,1; NA2O 6,5-15,8; ZRO2 0,5-10,5; TiO2 0,5-11,8; Sb2O3 0,1-1,0; CeO2 0,1-0,5; NaCl 1,0-3,7; SnO2 1,0-10,5 [2]. Это стекло имеет высокий модуль Юнга (798-846) 108 Н/м2, высокую скорость взаимодиффузии и высокий ПП 1,61, однако величина максимального перепада показателя преломления после ионного обмена не превышает значений +126 и -104 10-4 соответственно, при изменении ПП в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от вида ионного обмена.

Целью изобретения является увеличение модуля Юнга и показателя преломления, а также перепада и инкремента показателя преломления.

Высокие значения модуля Юнга являются характеристикой высокой механической прочности исходного и целостности градиентного (измененного) стекла. Поставленная цель достигается тем, что стекло имеет компонентный состав, мол. % : SiO2 51,1-56,8; Li2O 5,0-20,0; Na2O 5,0-20,0; TIO2 15,0-19,0; SnO2 1,0-3,0; Sb2O3 0,2-0,4.

Конкретные составы стекла приведены в табл. 1.

Варку стекла проводили в платиновых тиглях из расчета на 0,5 кг стекла в лабораторных силитовых печах из шихты, в которой в качестве ингредиентов брали Li2CO3, Na2CO3 и остальные - в виде оксидов.

Температура варки 1450-1480оС.

Способ формирования градиентного стекла осуществляется следующим образом. Из стекла предлагаемого состава (табл.1) изготовлены образцы размером 10х10х10 мм. Образцы погружались в расплав солей и подвергались химикотермической обработке в режимах по табл. 2 при температуре 610-630оС в течение 3-7 Ч В табл. 2, кроме условий ионообменной обработки, приведены параметры стекла после взаимодиффузии, т.е. величина n - перепад ПП в диффузионном слое стекла после ионного обмена, а также величина ИПП = n/lR2O, гдеl - содержание обменивающегося оксида в исходное стекла. Знак "плюс" при и ИПП означает увеличение ПП стекла после обмена, знак "минус" - уменьшение.

В табл. 3 приведены значения показателя преломления n , модуля Юнга Е= плотности и дисперсии nF - nc предлагаемого стекла.

Стекло для ионного обмена тем лучше для получения градиентных элементов, чем больше величина изменения (перепада) ПП в нем и чем эффективнее это изменение происходит при эквимолярной замене одного щелочного оксида другим, т. е. чем больше величина ИПП. В стекле - прототипе величина n меняется от +126 до -104 10-4, а в предложенном стекло от +300 до -285 10-4, при этом ИПП в стекле - прототипе 8 10-4 (мол.%)-1, т.е. примерно в два раза меньше, чем в предлагаемом стекле (табл.2), где он в среднем (14-17) 10-4 (мол.%)-1.

Из данных табл. 3 видно, что предлагаемое стекло является по своим оптическим характеристикам nD и nF - nc типичным флинтом, однако со значительно меньшей, чем для обычных стекол этой группы плотностью. ПП предлагаемого стекла 1,63-1,67 выше, чем у прототипа, где nd < 1,61. Модуль упругости (модуль Юнга) предлагаемого стекла превосходит модуль Юнга для прототипа: Е = (798-846) 108 Н/м2 у прототипа, (870-977) 108 Н/м2 у предлагаемого стекла.

Предлагаемое стекло имеет прочную титаноловосиликатную сетку с минимальным количеством немостиковых связей и с преимущественным содержащем титан - и оловощелочных ионогенных групп, что создает благоприятную для высокотемпературной ионообменной обработки структурную ситуацию.

Измерения плотности стекла проводили методом гидростатического взвешивания, ПП - на рефрактометре Пульриха, величину перепада ПП определяли по плоскопараллельным срезам с образцов градиентного стекла на интерферометре Маха-Цендера, модули Юнга рассчитывали по данным измерения продольной и поперечнoй скоростей УЗВ, найденным экспериментально с помощью акустического метода "наложения импульсов".

Ионообменную обработку образцов стекол приводили по режимам табл.2 в шахтных печах типа СШОЛ.

Предлагаемое стекло не содержит дефицитных и токсичных компонентов, позволяет эффективно изменять ПП как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения от первоначального значения ПП исходного стекла. Это определяет возможность формирования методом ионного обмена градиентных слоев стекла, обладающих свойствами фокусировки и дефокусировки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СТЕКЛО, включающее SiO2, Na2O, Li2O, TiO2, SnO2 и Sb2O3, отличающееся тем, что, с целью увеличения модуля Юнга и показателя преломления, а также перепада и инкремента показателя преломления, оно содержит указанные компоненты в следующих количествах, мол.%:

SiO2 51,1 - 56,8

Na2O 5,0 - 20,0

Li2O 5,0 - 20,0

TiO2 15,0 - 19,0

SnO2 1,0 - 3,0

Sb2O3 0,2 - 0,4