СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ОДНОРОДНОСТИ РАСПЛАВА СТЕКЛА
METHOD OF INSPECTING OPTICAL HOMOGENEITY OF MOLTEN GLASS

Изобретение относится к области получения высококачественного оптического стекла и предназначено для контроля процесса гомогенизации стеклообразующего расплава. Достижение однородности физико-химических свойств стеклообразующего расплава является важным условием получения оптического стекла высокого качества.
Известен способ контроля процесса гомогенизации расплава стекла с помощью люминесцентных или радиоактивных меток - индикаторов. Отмеченный способ включает внесение (пуск) в расплав люминесцентных веществ или радиоактивных изотопов с последующим инструментальным контролем их концентрации в разных точках объема расплава (Лукьянов В.Б. Радиоактивные индикаторы в химии. М.: Высшая школа. 1985. 234 с.; Бондарев К.Т., Солинов Ф.Г., Поляк В.В. Исследование трасс потоков стекломассы в ванной печи методом радиоактивных индикаторов. Стекло и керамика. 1990. №11. С.4-9).
К недостаткам данного способа относятся нежелательное изменение химического состава стеклообразующего расплава, происходящее при внесении индикаторов, необходимость применения специальных мер безопасности при работе с радиоактивными веществами, а также необходимость отбора проб расплава при невозможности непрерывного дистанционного контроля за движением и распределением индикатора с помощью стационарных детекторов излучения.
Известны способы контроля оптической однородности расплава стекла, измеряемой по одному из физических параметров при постоянной температуре в расплаве. Эти способы основаны на измерении таких свойств, как плотность и электропроводность. Измерение осуществляют в двух точках расплава с одинаковой температурой, вычисляют разность, например, плотностей и по ней судят о степени гомогенизации расплава стекла (Лаптев В.И. Способ контроля процесса гомогенизации расплава стекла. А.с. на изобретение №605792. БИ 1978. №17). Известен другой способ контроля процесса гомогенизации расплава стекла, включающий измерение плотности расплава. По этому способу плотность измеряется с учетом коррекции измеренного значения по температуре путем сравнения с эталоном (Лаптев В.И. Способ определения однородности стекломассы. А.с. на изобретение №447374. БИ 1974. №39).
Основным недостатком данных способов является то, что они не обеспечивают прямого контроля оптических свойств расплава стекла. Кроме этого они сами могут вызывать появление областей оптической неоднородности в виде следов скольжения, появляющихся в объеме расплава при перемещении измерительного инструмента. В случае появления неоднородности значений оптических свойств наследуются при затвердевании, снижая оптическое качество стекла.
Задача предлагаемого изобретения состоит в создании способа прямого контроля оптической однородности расплава стекла, не требующего применения радиоактивных меток и люминесцентных индикаторов, отбора проб расплава или введения в него каких-либо измерительных устройств и обеспечивающего получение высококачественного исходного стекломатериала для получения оптических изделий.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности прямого визуального контроля оптической однородности расплава стекла без применения индикаторов, отбора проб и введения в расплав каких-либо измерительных устройств.
Указанный результат достигается тем, что в способе оценки однородности расплава стекла, включающем измерение физического свойства в разных точках расплава, при температуре варки формируют теневое изображение расплава стекла в кювете с плоскопараллельными стенками, расположенной перпендикулярно проходящему световому пучку, и регистрируют области неоднородности коэффициента преломления расплава стекла в виде следов скольжения, а достижение однородности оптических свойств расплава стекла устанавливают из условия отсутствия следов скольжения. Достигший гомогенного состояния расплав охлаждают в кювете. После охлаждения оптически однородный монолит стекла отделяют от кюветы для дальнейшего применения.
2
3
На фиг.1 представлены теневые фотографии стеклообразующего расплава ВО при 993 К, имеющего следы скольжения после механического перемешивания (1), и оптически однородного расплава, в котором следы скольжения отсутствуют (2).
Предлагаемый способ контроля однородности расплава стекла может быть пояснен следующим образом.
Если прозрачная вязкая жидкость, например высокотемпературный стеклообразующий расплав, течет, происходящий процесс переноса вызывает появление в объеме жидкой системы локальных областей оптической неоднородности в виде полос скольжения. Поэтому оптическое качество стекла заметно выше, если оно получено из однородного расплава без следов скольжения.
Практически предлагаемый способ контроля однородности расплава стекла может быть осуществлен следующим образом.
Шихту для получения стекла помещают в кювету с плоскопараллельными стенками из оптического кварца и нагревают до необходимой температуры в тоннельной печи с горизонтальным расположением нагревателя. Горизонтальное расположение нагревателя печи позволяет формировать теневое изображение расплава в кювете при ее перпендикулярном расположении к световому пучку. Оптическая база соответствующей установки состоит из светящейся точки (малой диафрагмы) и проекционного экрана. Источником света служит, например, лампа накаливания, излучение которой двухлинзовым кварцевым конденсором фокусируется на отверстие диафрагмы. В расходящийся световой пучок диафрагмы вводится кювета с контролируемым расплавом. Удаленность кюветы и экрана от светящейся точки определяется по максимальной четкости теневого изображения. Наблюдения прекращают, когда следы скольжения, сопровождающие процесс гомогенизации расплава стекла при его механическом или конвективном перемешивании, исчезают.
Верхнее значение температуры варки шихты обусловлено химической и термической стойкостью оптического кварца и составляет 1100 К.
Заявленный способ контроля оптической однородности стеклообразующего расплава был реализован в лабораторных условиях следующим образом.
2
3
Шихту из обезвоженного ВО помещали для плавления в кювету из оптического кварца с плоскопараллельными стенками. Расстояние между стенками кюветы составило 30 мм, высота - 70 мм. Кювету устанавливали в трубчатой печи сопротивления мощностью 1000 Вт с горизонтальным расположением нагревателя. В качестве источника света для формирования теневого изображения образца использовали лампу накаливания мощностью 500 Вт. Излучение лампы двухлинзовым кварцевым конденсором фокусировали на отверстие диафрагмы диаметром 1 мм. В расходящийся световой пучок диафрагмы вводили кювету с контролируемым расплавом. Удаленность кюветы и экрана от светящейся точки определяли по максимальной четкости теневого изображения (фиг.1). Однородность оптических свойств расплава фиксировали по отсутствию следов скольжения. Достигший гомогенного состояния расплав охлаждали в кювете. После охлаждения оптически однородный монолит стекла отделяли от кюветы для дальнейшего применения.
Преимущество предлагаемого технического решения заключается в том, что визуальный контроль оптической однородности расплава стекла по его теневому изображению не требует применения люминесцентных или радиоактивных меток - индикаторов, а также связанных с ними детекторов излучения и манипуляций по отбору проб расплава для последующего стационарного контроля равномерности распределения концентрации индикатора по объему расплава.
Рассмотренный выше материал позволяет сделать вывод о промышленной применимости предложенного способа контроля оптической однородности расплава стекла.