СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАКРОПОРИСТОГО СТЕКЛА ОПТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАКРОПОРИСТОГО СТЕКЛА ОПТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА


RU (11) 2250881 (13) C2

(51) 7 C03C15/00 

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

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

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.04.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 2002125765/03 
(22) Дата подачи заявки: 2002.09.23 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.09.23 
(43) Дата публикации заявки: 2004.03.27 
(45) Опубликовано: 2005.04.27 
(56) Аналоги изобретения: РОЩИНА Ю.В., Получение образцов макропористых стекол из микропористых пластин толщиной более 2 мм, Физика и химия стекла, т. 19, № 2, 1993, с. 366 - 374. SU 1629267 А1, 23.02.1991. SU 513018 А, 06.05.1976.

SU 545602 А, 09.03.1977. SU 1444314 А1, 15.12.1988. RU 2064460 С1, 27.07.1996. GB 1587844 А, 08.04.1981. 
(72) Имя изобретателя: Обыкновенная И.Е. (RU); Веселова Т.В. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Обыкновенная Ирина Евгеньевна (RU); Веселова Татьяна Владимировна (RU) 
(98) Адрес для переписки: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец, ул. Ульяновская, 5, НИИ РЦЛФ, А.В.Курочкину 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАКРОПОРИСТОГО СТЕКЛА ОПТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА

Изобретение относится к технологии изготовления макропористых стекол оптического качества из натриевоборосиликатного стекла типа ДВ-1 и может быть использовано для создания объемных микрогетерогенных сред как элементной базы в системах записи, хранения и обработки информации, в волоконно-оптических системах передачи информации, в голографии и лазерной технике. Техническим результатом является получение однородного макропористого стекла оптического качества толщиной до 4 мм. В способе получения макропористого стекла оптического качества путем обработки раствором щелочи пластин из микропористого стекла в течение времени, соответствующего получению величины относительного объема пор не менее 50%, последующего промывания дистиллированной водой и сушки, производят обработку раствором щелочи пластин толщиной от 3 до 4 мм при температуре раствора от 0 до 2оС, промывание - при температуре дистиллированной воды, близкой к температуре ее замерзания, в течение 7 суток с ежедневной сменой дистиллированной воды, затем температуру дистиллированной воды увеличивают до комнатной температуры, сушку производят при температуре 80оС в течение от 1 до 1,5 часов, а перед сушкой пластин производят постепенное их перемещение из последней дистиллированной воды через водно-спиртовые растворы с возрастающей концентрацией спирта, а затем через безводный спирт. 2 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к технологии изготовления макропористых стекол оптического качества из натриевоборосиликатного стекла типа ДВ-1 и может быть использовано для создания объемных микрогетерогенных сред как элементной базы в системах записи, хранения и обработки информации, в волоконно-оптических системах передачи информации, в голографии и лазерной технике.
Известен способ получения из стекла ДВ-1 макропористого стекла технического назначения путем обработки микропористого стекла 0,5 М раствором щелочи (NaOH) при температуре (18±2)°С в течение 24 часов с дальнейшим промыванием дистиллированной водой и сушкой пластин (ОСТ 3-5692-84, Пластины пористые из стекла ДВ-1, 22.06.1984). 
Недостатком этого способа является то, что данный режим щелочного травления позволяет получать макропористые пластины неоптического качества и может приводить к частичному или полному растворению пластин.
Известен способ получения макропористых стекол оптического качества путем обработки микропористых пластин из стекла типа ДВ-1 раствором 0,5 М КОН при температуре раствора 20°С (Рощина Ю.В. Получение образцов макропористых стекол из микропористых пластин толщиной более 2 мм, Физика и химия стекла, т.19, № 2, 1993, с.366-374).
Недостатком этого способа является невозможность получения макропористых пластин толщиной более 1,8 мм. При 20°С контролируемая диффузией скорость выхода продуктов реакции из объема пластины в раствор существенно меньше скорости растворения вторичного кремнезема микропористого стекла. В этих условиях гелирование золя кремнезема может приводить к возникновению “запорного слоя” в глубине пластины, толщина которого не изменяется с увеличением длительности обработки. 
Замедление скорости реакции путем понижения температуры до 10°С или использование вместо КОН солей при 20°С также не позволяет увеличить глубину протравливания пластин. И только в случае проведения битермической обработки исходного непротравленного стекла были получены при 20°С макропористые пластины толщиной 2-4 мм, которые, однако, оказались непрозрачными в видимой области спектра из-за большого светорассеяния.
В основу изобретения положена задача создания способа получения макропористого стекла оптического качества путем обработки раствором щелочи микропористого стекла, в котором за счет максимально возможного понижения температуры раствора щелочи и промывающей дистиллированной воды оптимизируется соотношение скорости реакции растворения вторичного кремнезема щелочью и скорости выхода продуктов реакции из пластины, что позволяет получить пластины макропористого стекла оптического качества толщиной до 4 мм.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе получения макропористого стекла оптического качества путем обработки раствором щелочи пластин из микропористого стекла в течение времени, соответствующего получению величины относительного объема пор не менее 50%, последующего промывания дистиллированной водой и сушки, производят обработку раствором щелочи пластин толщиной от 3 до 4 мм при температуре раствора от 0 до 2°С, промывание - при температуре дистиллированной воды, близкой к температуре ее замерзания, в течение 7 суток с ежедневной сменой дистиллированной воды, затем температуру дистиллированной воды увеличивают до комнатной температуры, сушку производят при температуре 80°С в течение от 1 до 1,5 часов, а перед сушкой пластин производят постепенное их перемещение из последней дистиллированной воды через водно-спиртовые растворы с возрастающей концентрацией спирта, а затем через безводный спирт.
Обработка пластин из макропористого стекла щелочным раствором с температурой от -1°С до +1°С позволяет замедлить скорость щелочного травления и приблизить ее к скорости выхода продуктов реакции из объема пластины в раствор, что дает возможность увеличить глубину протравливания микропористых пластин и уменьшить вероятность образования периодических слоистых отложений кремнегеля (так называемых стратт) внутри макропористой пластины, наличие которых не позволяет получить пластины оптического качества из макропористого стекла типа ДВ-1 толщиной свыше 2 мм. Формирование структуры макропористого стекла также продолжается на стадии промывания водой вследствие гидролиза продуктов разрушения микропористого стекла с образованием вторичной кремнекислоты и последующей ее коагуляцией (новым страттообразованием) в толще пластин и, следовательно, для получения макропористого стекла оптического качества промывание пластин необходимо проводить в том же температурном режиме, что и травление.
Таким образом, низкотемпературный способ получения макропористого стекла позволяет увеличить глубину сквозного протравливания и получить макропористые пластины толщиной до 4 мм, а также уменьшить вероятность образования из щелочного золя кремниевой кислоты кремнегеля, т.е. исключить страттообразование в объеме пластины и тем самым улучшить оптическую однородность получаемых макропористых стекол.
Предлагаемое изобретение поясняется фиг.1, на которой приведены спектральные зависимости светопропускания воздушно-сухих и иммертированных этанолом макропористых пластин разной толщины, изготовленных из натриевоборосиликатного стекла ДВ-1, и фиг.2, на которой приведены кривые распределения объема пор по радиусам в макропористой пластине толщиной 1 мм (кривая 1) и центральной части этой же пластины толщиной 0,3 мм, полученные методом адсорбции-десорбции паров ртути.
Предлагаемый способ получения макропористого стекла осуществляется следующим образом.
Щелочное травление микропористых пластин, изготовленных из натриевоборосиликатного стекла типа ДВ-1, проводится в 0,5 М растворе КОН в висячем положении при температуре от 0 до 2°С в бытовом холодильнике, отрегулированном на пониженную температуру. Степень протравливания определялась по изменению относительного объема пор (W), определяемого весовым методом по разности массы мокрой и высушенной при 120°С пластин. Согласно теоретическим расчетам (Раскова Г.П., Антропова Т.В., Цехомская Т.С., Анфимова И.Н. Физика и химия стекла, т.10, №3, 1984, с.354-364), полное удаление раствором КОН вторичного кремнезема соответствует значениям W=(50-53)%. В предложенном нами режиме травления такая степень протравливания для пластин толщиной 1 мм достигается за 15-20 часов травления.
Промывание пластин осуществляется в дистиллированной воде в том же температурном режиме, что и травление, в течение 6-7 дней с ежедневной сменой воды, затем температура дистиллированной воды доводится до комнатной, после чего пластины высушиваются в термостате при температуре 120°С в течение 1 часа.
Сквозное протравливание пластин толщиной 3 и 4 мм осуществляется в том же температурном режиме за значительно большее время - порядка 90 часов. Сушка толстых макропористых пластин требует осторожности во избежание растрескивания и осуществляется постепенным перемещением пластины из последней дистиллированной воды через водно-спиртовые растворы с возрастающей концентрацией спирта, а затем через безводный спирт, сушку пластин от спирта производят при температуре 80°С в течение 1,5 часов.
Существенной характеристикой, определяющей границы применимости стекол в оптике, является величина их светопропускания в зависимости от длины волны . Оптическое качество макропористых пластин, полученных предлагаемым способом щелочного травления, иллюстрируется фиг.1, на которой приведены спектральные зависимости светопропускания воздушно-сухих и иммертированных этанолом макропористых пластин разной толщины, изготовленных из натриевоборосиликатного стекла ДВ-1.
Из приведенных данных видно, что величина светопропускания (Т%) макропористой пластины толщиной 1 мм (кривая 1) в области не менее 500 нм близка к 90%. В коротковолновой области вследствие светорассеяния воздушно-сухих пластин их светопропускание уменьшается и составляет примерно 70% при , равном 400 нм, и 30% при , равном 300 нм. Использование иммерсии существенно уменьшает светорассеяние макропористых стекол и значительно увеличивает их светопропускание в коротковолновой области (при , равном 300 нм, Т примерно равно 80%, кривая 1’).
Коротковолновая граница светопропускания иммертированных стекол определяется поглощением кварцевого каркаса макропористого стекла. Увеличение толщины воздушно-сухих макропористых стекол до 3-4 мм приводит к уменьшению величины Т и сдвигу границы светопропускания в длинноволновую область. Однако иммертирование толстых пластин дает возможность успешно использовать их в качестве матрицы для оптических элементов вплоть до 350-400 нм. Так, для иммертированной пластины толщиной 4 мм при , равном 400 нм, Т примерно равно 85%, а для , равном 350 нм, Т примерно равно 75% (кривая 3’). Для полученных нами воздушно-сухих пластин толщиной 3 и 4 мм при , равном 900 нм, величина Т примерно составляет 85% соответственно, тогда как для макропористых пластин толщиной 3 мм, которые удалось получить в работе (Рощина Ю.В. Получение образцов макропористых стекол из микропористых пластин толщиной более 2 мм, Физика и химия стекла, т.19, № 2, 1993, с.366-374) только из битермически обработанного исходного стекла типа ДВ-1 величина Т при , равном 900 нм не превышает 10%. Использованная нами методика также позволяет получить макропористые пластины толщиной до 4 мм из стекла типа ДВ-1 несколько иных составов (см., кривые 3 и 3’ на фиг.1).
На фиг.2 приведены кривые распределения объема пор по радиусам в макропористой пластине толщиной 1 мм (кривая 1) и центральной части этой же пластины толщиной 0,3 мм (кривая 2), полученные методом адсорбции-десорбции паров ртути. Близкие значения преобладающих радиусов пор (8,5 и 8,4 нм соответственно) свидетельствуют о высокой однородности макропористой структуры по объему пластин.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает достижение технического результата, а именно позволяет получить однородное макропористое стекло оптического качества толщиной до 4 мм.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения макропористого стекла оптического качества путем обработки раствором щелочи пластин из микропористого стекла в течение времени, соответствующего получению величины относительного объема пор не менее 50%, последующего промывания дистиллированной водой и сушки, отличающийся тем, что производят обработку раствором щелочи пластин толщиной от 3 до 4 мм при температуре раствора от 0 до 2оС, промывание - при температуре дистиллированной воды, близкой к температуре ее замерзания, в течение 7 суток с ежедневной сменой дистиллированной воды, затем температуру дистиллированной воды увеличивают до комнатной температуры, сушку производят при температуре 80оС в течение от 1 до 1,5 ч, а перед сушкой пластин производят постепенное их перемещение из последней дистиллированной воды через водно-спиртовые растворы с возрастающей концентрацией спирта, а затем через безводный спирт.



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к стекольной промышленности: стекольные составы и композиции, обработка стекла, оборудование для производства и разработки новых стекольных составов и композиций, приспособления и механизмы для обработки и производства стекла, специальные стекла и др.



Стекло. Стекольные составы и композиции. Обработка стекла




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "закалка стекла" будет найдено словосочетание "закалка стекла". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("закалка" или "стекла").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+закалка -стекла".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "состав" будут найдены слова "составы", "составом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "состав!".


Рейтинг@Mail.ru