ТЕРМОСТОЙКОЕ ЗЕЛЕНОЕ СТЕКЛО ДЛЯ СВЕТОФИЛЬТРОВ
HEAT-RESISTANT GREEN GLASS FOR LIGHT FILTERS

2
Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к составу термостойкого зеленого стекла, предназначенного для получения изделий конструкционной оптики, имеющих на своей поверхности токопроводящее покрытие, например из SnO.
В настоящее время для самолетов пятого поколения требуются светофильтры со сложной кривизной поверхности, которые используются в бортовых аэронавигационных огнях (БАНО). Они изготавливаются из термостойких цветных стекол, на которые для обеспечения радиолокационной незаметности самолета необходимо наносить токопроводящее покрытие. Светофильтры с покрытием должны иметь высокий коэффициент пропускания (не менее 20%), чтобы обеспечивать дальность видимости сигнала БАНО, и координаты цветности с граничными значениями зеленой цветовой области, отвечающей требованиям МКО:
Х<sub>1</sub>=0,266
Х<sub>2</sub>=0,024
Х<sub>3</sub>=0,245
Х<sub>4</sub>=0,311
У<sub>1</sub>=0,724
У<sub>2</sub>=0,414
У<sub>3</sub>=0,414
У<sub>4</sub>=0,465
Однако после нанесения токопроводящего покрытия из двуокиси олова сигнал БАНО теряет яркость, так как снижается на 5-6% интегральное пропускание стекла и изменяются координаты цветности. У термостойких зеленых стекол значение координаты X увеличивается и выходит из заданной цветовой области. В связи с изложенным, для зеленых светофильтров, на которые наносится токопроводящее покрытие, актуальна проблема получения термостойкого стекла, имеющего повышенный коэффициент пропускания и стабилизация его координат цветности.
Известен состав термостойкого зеленого стекла (а.с. 726040 МПК C03C 3/08, опубл. 5.04.1980), включающий следующие компоненты, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
75,0-78,5
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,5-3,5
Na<sub>2</sub>O
6,0-7,0
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
4,0-8,0
MgO
1,0-4,0
СаО
3,0-1,0
CuO
0,35-1,9
V<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,01-0,2
Данный состав стекла имеет высокую термостойкость, приемлемые технологические свойства, но наличие в составе оксида бора в сочетании с оксидом ванадия повышает пропускание в зеленой области спектра (λ=530-540 нм). Такое стекло после нанесения токопроводящего покрытия снизит коэффициент пропускания до 14-15%, а его координаты не будут соответствовать требуемой цветовой области МКО, поэтому оно не пригодно для изделий БАНО с покрытием.
Известен также состав (а.с. 147068 МПК C03C 3/08, опубл. 29.04.1989 г.), содержащий следующие компоненты, масс.%:
SiO<sub>2</sub>
81,0-85,0
BaO
4,0-5,0
B<sub>12</sub>O<sub>3</sub>
0,5-0,8
Na<sub>2</sub>O
2,5-4,0
ZrO<sub>2</sub>
2,0-4,6
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,0-3,5
CuO
1,3-2,0
CeO<sub>2</sub>
0,5-1,0
-7
-1,
-7
-1
Это стекло без покрытия удовлетворяет требованиям по термостойкости и светотехническим характеристикам (коэффициенту пропускани координатам цветности). Однако варка этого состава показала, что получить бессвильное и беспузырное стекло даже при температуре 1560° невозможно. Стекло относится к группе "коротких", т.е. отличается высокой скорость нарастания вязкости, а это ограничит его применение при изготовлении сложнопрофильных изделий методом прессования. На высокие температур варки указывает также расчетное значение ТКЛР стекла, которое составляет 33·10С хотя в авторском свидетельстве указано (60-63)·10 С.
Спектр пропускания этого стекла имеет максимум на длине волны более 530 нм, что характерно для высококремнеземистых, малощелочных (содержание щелочных оксидов ≤10 мас. %) составов с низким значение ТКЛР, а следовательно, после нанесения покрытия координаты не будут соответствовать заданной цветовой области.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав зеленого стекла (а.с. 1265157 МПК C03C 3/118, опубл. 23.10.1986 г.), содержащий следующие компоненты, масс.%:
SiO<sub>2</sub>
75,09-78,50
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
1,5-2,4
Na<sub>2</sub>O
6,5-11,4
MgO
0,001-0,8
CaO
4,5-6,9
CuO
0,3-1,5
K<sub>2</sub>O
0,001-2,0
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,15-0,3
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,8-7,0
PbO
0,3-2,0
F
0,4-1,0
Cl
0,2-0,5
Li<sub>2</sub>O
0,009-0,5
Данное стекло отличается хорошими технологическими свойствами (имеет низкие температуры варки и выработки) и пониженным значением коэффициента линейного термического расширения. Однако по светотехническим характеристикам это стекло не отвечает требованиям, предъявляемым к изделиям БАНО пятого поколения, так как имеет расширенную область пропускания зеленых лучей и низкий коэффициент пропускания (не более 17%), который после нанесения покрытия будет еще ниже. Поэтому стекло не может использоваться для нового поколения светофильтров.
Задачей изобретения является получение высокого коэффициента пропускания у термостойкого зеленого стекла с нанесенным на его поверхность токопроводящим покрытием, и координат цветности, обеспечивающих соответствие заданной цветовой области.
2
2
2
2
3
2
3
2
5
2
2
2
2
2
2
5
2
3
2
3
Это достигается тем, что термостойкое зеленое стекло, включающее SiO, KO, LiO, CrO, CuO, отличается тем, что оно дополнительно содержит BiO, PO, SrO, BaO, ZrO при следующем соотношении компонентов, масс.%: SiO 72,0-75,0; LiO 1,5-3,0; KO 5,0-7,0; ZrO 1,0-2,0; BaO 7,5-9,5; PO 1,0-1,5; BiO 2,0-3,0; SrO 3,0-4,0; CuO 1,5-2,0; CrO 0,1-0,2.
Авторы установили, что для получения требуемых координат у изделия с нанесенным покрытием исходное стекло без покрытия должно иметь спектр пропускания с максимумом в диапазоне длин волн 490-515 нм и ограниченную цветовую область (см. чертеж).
Это возможно достичь при совместном введении в состав оксидов висмута и фосфора, суммарная концентрация которых не превышает 4 мас. %. Оксид висмута в количестве 2-3 мас. % в сочетании с оксидом фосфора (до 1,5 мас. %) изменяет спектр пропускания термостойкого медьсодержащего стекла, а именно смещает максимум пропускания в коротковолновую область. Это уменьшает координату X и компенсирует ее увеличение при нанесении покрытия. Более высокие концентрации висмута снижают термостойкость стекла, а фосфора - вызывают ликвацию стекла и потерю его прозрачности. Выбранные оксиды обеспечивают хорошие технологические свойства - снижают температуру варки стекла.
Введение в состав стекла оксида лития до 3 мас. % способствует улучшению светотехнических характеристик: повышается коэффициент пропускания до 25-24% и на 10-15 нм смещается в коротковолновую область край полосы поглощения (а значит, и максимум пропускания). Поэтому после нанесения покрытия координаты не выходят из заданной цветовой области, а стекло имеет коэффициент пропускания не ниже 20%.
2
Повышение содержания в стекле LiO более 3 мас. % понижает его термостойкость и увеличивает ТКЛР, что недопустимо для изделий, работающих с высокоинтенсивными источниками излучения и испытывающих аэродинамический нагрев.
Введение оксида бария до 9,5 мас. % в сочетании с оксидом стронция до 4 мас. % повышает основность стекла, что влияет на спектральную кривую стекла и повышает коэффициент пропускания (он достигает 23-24%). Максимум пропускания при этом находится в интервале 515-520 нм, а координата X смещается вглубь цветовой области.
Совместное введение в стекло перечисленных оксидов при выбранном базовом составе стекла увеличивает интегральный коэффициент пропускания до 25-26% и смещает спектральную кривую в коротковолновую область с максимумом пропускания на длине волны 490-515 нм. Это обеспечивает после нанесения покрытия сохранение координат в нужной цветовой области и их соответствие требованиям МКО.
Дополнительно в стекло вводится диоксид циркония (до 2 мас. %) для понижения ТКЛР стекла и повышения его термостойкости.
Положительным моментом для предлагаемого состава стекла являются достаточно низкие для термостойких стекол температуры варки (1520-1540°C) и расширение интервала выработки, что позволяет изготавливать из предлагаемого состава стекла светофильтры сложной конфигурации на имеющемся оборудовании методом прессования.
В табл.1 приведены примеры конкретных сваренных составов (хром добавляется сверх 100%), а в табл.2 - свойства полученных стекол.
Таблица 1
Вводимый оксид (мас.%)
Номер стекла
1
2
3
SiO<sub>2</sub>
72,0
74,5
75,0
ZrO<sub>2</sub>
2,0
1,5
1,0
K<sub>2</sub>O
5,2
5,5
7,0
BaO
9,2
7,5
7,5
SrO
4,0
2,5
2,0
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
3,0
3,0
2,0
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
1,5
1,0
1,0
Li<sub>2</sub>O
1,5
2,5
3,0
CuO
1,6
2,0
1,5
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,15
0,10
0,20
Таблица 2
Наименование свойств
Ед. изм.
Номера стекол
1
2
3
Прототип
Температура варки
°C
1520
150
1540
1510
Термостойкость
°C
ПО
120
120
130
Коэффициент светопропускания (стекло без покрытия)
%
27,0
25,0
26,0
16-17
Коэффициент светопропускания (стекло с покрытием)
%
22
20
21,5
12-13
Соответствие стекла без покрытия цветовому графику
Соответствие МКО
Соответствие МКО
Соответствие МКО
Соответствие МКО
Соответствие стекла с покрытием цветовому графику
Соответствие МКО
Соответствие МКО
Соответствие МКО
Выход из координат цветности
Как видно из таблицы 2, светотехнические характеристики предлагаемого стекла улучшены по сравнению с прототипом. Стекло без покрытия имеет повышенный коэффициент пропускания (не менее 24-26%). После нанесения покрытия интегральный коэффициент светопропускания стекла сохраняется высоким ≥20%, а координаты цветности соответствуют требованиям МКО. Новый состав имеет хорошие технологические свойства и высокую кристаллизационную устойчивость.
Хорошие технологические свойства стекла и пониженная температура варки (1520-1540°C) позволяют использовать предлагаемый состав стекла при производстве светофильтров сложной конфигурации методом прессования.
Пониженная температура выработки исключает металлизацию поверхности изделия вследствие восстановления меди.
Таким образом, предлагаемый состав термостойкого зеленого стекла расширяет возможности светофильтров БАНО и имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
- повышенный исходный коэффициент светопропускания 25-26%, что обеспечивает у стекла после нанесения покрытия коэффициент пропускания не менее 20%, а следовательно, высокую яркость сигнала;
2
- сохранение координат цветности после нанесения токопроводящего покрытия из SnO в требуемой цветовой области, так как спектр пропускания стекла смещен в коротковолновую область и имеет максимум в интервале длин волн 495-515 нм.
Источники информации
1. Авт. свид. SU №726040 МПК, C03C 3/08, опуб. 05.04.1980 г.
2. Авт. свид. SU №1470681 МПК, C03C 3/095, C03C 3/089, C03C 4/02, опуб. 07.04.1989 г.
3. Авт. свид. SU №1265157 МПК, C03C 3/118, опубл. 23.10.1986 г.