RU2084414C1

RU2084414C1 - Glass for glass crystal material

Info

Publication number: RU2084414C1
Application number: RU93020061A
Authority: RU
Inventors: Ю.Д. Тропин; В.Ф. Павлов; В.Ю. Бердов; Г.А. Мардосевич
Original assignee: Сибирская аэрокосмическая академия
Priority date: 1993-04-19
Filing date: 1993-04-19
Publication date: 1997-07-20

Abstract

FIELD: glass melting. SUBSTANCE: glass for glass-crystal material applicable as structural material in instrumentation engineering, chemical industry, radio engineering, etc. is composed of (in wt %): silica, 55-63; alumina, 8-20; lithium oxide, 3-13; and calcium fluoride, 14-24. Glass-ceramic materials are characterized with coefficient of thermal expansion from ± 10 to +15•10^-7 dcg^-1. EFFECT: improved consumers' quality. 1 tbl

Description

Изобретение относится к стеклокерамике, в частности к литиевоалюмосиликатной стеклокерамике с низким коэффициентом термического расширения (КТР), используемой в качестве конструкционного материала в приборостроении, электротехнической, химической, радиотехнической и др. отраслях промышленности. The invention relates to glass ceramics, in particular to lithium aluminosilicate glass ceramics with a low coefficient of thermal expansion (CTE), used as a structural material in instrumentation, electrical, chemical, radio engineering and other industries.

Известен состав стекла [1] для стеклокристаллического материала (ситалла), содержащий следующие компоненты, вес. SiO₂ 56,5 59,6; Al₂O₃ 27,5 30,5; Li₂O 7 9; TiO₂ 1,6 2; B₂O₃ 0,5 2,0; AsO₃ 0,6 1,2. Варку стекла производят при 1450 1520^oC, а кристаллизацию при 640 860^oC. Полученный из стекла указанного состава ситалл характеризуется значением КТР - 50•10^-7 1/град, в области температур +50^oC. Недостатками известного состава являются наличие в шихте ядовитого вещества-оксида мышьяка и высокая температура варки стекла.The known composition of glass [1] for a glass-crystalline material (glass), containing the following components, weight. SiO ₂ 56.5 59.6; Al ₂ O ₃ 27.5 30.5; Li ₂ O 7 9; TiO ₂ 1.6 2; B ₂ O ₃ 0.5 2.0; AsO ₃ 0.6 1.2. Glass is melted at 1450 1520 ^o C, and crystallization is at 640 860 ^o C. The glass obtained from glass of the indicated composition is characterized by a KTP value of 50 • 10 ^-7 1 / deg, in the temperature range +50 ^o C. The disadvantages of the known composition are a mixture of a toxic substance-arsenic oxide and a high temperature of glass melting.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому составу стекла является стекло, включающее следующие компоненты, вес. SiO₂ 53 - 73,5; Al₂O₃ 16,2 34,5; Li₂O 4,3 14; TiO₂ 4,5 - 7 [2] После двухступенчатой термообработки стекла указанного состава (первая ступень при 700 900^oC в течение 2 ч и вторая при 1000 1450^oC и экспозиции 2 4 ч) получают ситаллы, имеющие КТР от 0,7 до +14,5•10^-7 1/град.The closest in technical essence to the claimed composition of the glass is glass, including the following components, weight. SiO ₂ 53 - 73.5; Al ₂ O ₃ 16.2 34.5; Li ₂ O 4.3 14; TiO ₂ 4.5 - 7 [2] After a two-stage heat treatment of glass of the specified composition (the first stage at 700 900 ^o C for 2 h and the second at 1000 1450 ^o C and exposure 2 4 h), glass crystals with a CTE of 0.7 up to + 14.5 • 10 ^-7 1 / deg.

Недостатками описанного технического решения являются использование в составе шихты дорогостоящего и дефицитного оксида титана и двухступенчатый режим кристаллизации стекла, причем варка стекла и вторая стадия кристаллизации требуют высокотемпературной выдержки: 1400 1450 и 1000 - 1150^oC соответственно.The disadvantages of the described technical solution are the use of an expensive and scarce titanium oxide as a part of the charge and a two-stage crystallization mode of glass, moreover, glass melting and the second crystallization stage require high-temperature exposure: 1400 1450 and 1000 - 1150 ^o C, respectively.

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии получения ситаллов с низким КТР. The technical result of the invention is the simplification and cheapening of the technology for producing low-KTP ceramic.

Для этого предлагается состав стекла для ситалла, включающий SiO₂, Al₂O₃, Li₂O и CaF₂ в следующем соотношении: вес. SiO₂ 53 63; Al₂O₃ 8 20; Li₂O 5 13 и CaF₂ 14 24. Варку стекла поводят при температуре 1200 1250^oC, а кристаллизацию осуществляют термообработкой стекла при 800 850^oC.To do this, we propose a glass composition for glass, including SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , Li ₂ O and CaF ₂ in the following ratio: weight. SiO ₂ 53 63; Al ₂ O ₃ 8 20; Li ₂ O 5 13 and CaF ₂ 14 24. Glass is melted at a temperature of 1200 1250 ^o C, and crystallization is carried out by heat treatment of glass at 800 850 ^o C.

Техническим результатом предлагаемого решения является получение ситаллов, характеризующихся КТР от +10 до +15•10^-7 1/град.The technical result of the proposed solution is to obtain ceramic materials characterized by KTP from +10 to + 15 • 10 ^-7 1 / deg.

По сравнению с прототипом заявляемый состав стекол имеет следующие преимущества:
позволяет заменить дорогостоящий и дефицитный оксид титана на природный фторид (удешевление технологии),
снижает температуру варки стекла на 200^o и исключает вторую высокотемпературную стадию термообработки стекла (удешевление и упрощение технологии).Compared with the prototype of the claimed composition of the glasses has the following advantages:
allows you to replace expensive and scarce titanium oxide with natural fluoride (cheaper technology),
reduces the temperature of glass melting by 200 ^o and eliminates the second high-temperature stage of heat treatment of glass (cheaper and simplified technology).

Получение ситаллов из стекла заявляемого состава осуществляется следующим образом. Obtaining glass from glass of the claimed composition is as follows.

Пример 1. Example 1

Компоненты шихты: 53 г аморфного кварца, 20 г оксида алюминия, 32 г углекислого лития и 14 г флюорита, что соответствует содержанию, вес. SiO₂ 53, Al₂O₃ 20, Li₂O 13 и CaF₂ 14, тщательно перемешивают и варят стекло в платиновом тигле при температуре 1200 1250^o в течение 2 ч. Расплав охлаждают отливом в воду в режиме термоудара. Полученный стеклогранулят измельчают и изготавливают ситалловые изделия методом порошковой технологии при следующих условиях: дисперсность порошка 0 50 мкм, удельное давление при прессовании 150 кг/см², термообработка для кристаллизации при 800^oC в течение 2 4 ч, охлаждение со скоростью 8 10 град/ч.The components of the charge: 53 g of amorphous quartz, 20 g of aluminum oxide, 32 g of lithium carbonate and 14 g of fluorite, which corresponds to the content, weight. SiO ₂ 53, Al ₂ O ₃ 20, Li ₂ O 13 and CaF ₂ 14, mix thoroughly and boil glass in a platinum crucible at a temperature of 1200 1250 ^o for 2 hours. The melt is cooled by reflux into water in the thermal shock mode. The obtained glass granulate is crushed and ceramic products are made by powder technology under the following conditions: powder dispersion 0 50 μm, specific pressure during pressing 150 kg / cm ² , heat treatment for crystallization at 800 ^o C for 2 4 hours, cooling at a speed of 8 10 deg / h

Основной кристаллической фазой полученного при этом ситалла является эвкриптит, а фаза, образованная введением фторида кальция, представляет собой куспидин. The main crystalline phase of the obtained glass is eucriptite, and the phase formed by the introduction of calcium fluoride is cuspidine.

Полученные при этом ситалловые изделия имеют КТР +10•10^-7 1/град.The resulting glass products have a KTP + 10 • 10 ^-7 1 / deg.

Условия и результаты экспериментов по получению ситаллов из стекол заявляемого состава представлены в таблице. The conditions and results of experiments to obtain glass from glass of the claimed composition are presented in the table.

Результаты экспериментов показывают, что снижение содержания фторида кальция в составе стекла до 10 вес. (ниже заявляемого предела) не ухудшает термических свойств ситаллов, но повышает температуру варки стекла. Увеличение же количества фторида кальция до 28 все. (более заявляемого предела) приводит к ухудшению свойств ситалла, повышая абсолютное значение коэффициента термического расширения в 2,5 5 раз. The experimental results show that a decrease in the content of calcium fluoride in the glass to 10 wt. (below the claimed limit) does not impair the thermal properties of the glass, but increases the temperature of glass melting. An increase in the amount of calcium fluoride to 28 all. (more than the claimed limit) leads to deterioration of the properties of the glass, increasing the absolute value of the coefficient of thermal expansion in 2.5 to 5 times.

Claims

Glass for a glass-crystalline material, including SiO ₂ , AI ₂ O ₃ , Li ₂ O, characterized in that it additionally contains CaF ₂ in the following ratio of components, wt.

SiO ₂ 53 63
AI ₂ O ₃ 8 20
Li ₂ O 5 13
CaF ₂ 14 24i