ТЕРМОСТОЙКОЕ ЖЕЛТОЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКОЕ СТЕКЛО
HEAT-RESISTANT YELLOW LIGHT GLASS

Изобретение относится к составам термостойких желтых стекол для изделий аэродромной техники со стабильными при повышенных температурах эксплуатации светотехническими характеристиками.
Применение в сигнальных аэродромных огнях высокоинтенсивных источников излучения вызывает нагрев линз-светофильтров до температуры 175°С. При этой температуре цвет стекла, окрашенного молекулярными красителями, например сульфоселенидами кадмия, меняется, и стекло из желтого становится оранжевым. Так как коэффициент светопропускания и координаты цветности связаны между собой, то изменение коэффициента пропускания приводит к изменению и координат цветности. Поэтому проблема стабилизации цветовых параметров стекла в авиационной технике актуальна.
Известен состав желтого термостойкого стекла (авторское свидетельство СССР 1025075, опубл. 20.06.1983 г), включающий следующие компоненты, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
67,0-72,0
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
6,0-9,0
ZnO
1,0-2,0
Na<sub>2</sub>O
4,0-6,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
2,0-4,0
La<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-2,5
CdO
0,2-0.7
Se
0,2-0,6
Li<sub>2</sub>O
0,5-2,0
BaO
5,0-10
CeO<sub>2</sub>
0,4-1,2
CdS
1,2-3,0
Это стекло, в силу полупроводниковой природы используемых красителей CdS и CdSe, не отличается стабильностью светотехнических параметров при повышенных рабочих температурах (повышение температуры стекла на каждые 50°С снижает интегральный коэффициент пропускания на 5-7%, координаты цветности могут выйти из желтой области).
Известно стекло (патент США 4461839 от 24.07.1984) состава:
SiO<sub>2</sub>
63,5-69,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
15-25,0
Li<sub>2</sub>O
2,5-4,0
Na<sub>2</sub>O
0,1-0,6
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,1-0,6
K<sub>2</sub>O
0,1-0,6
TiO<sub>2</sub>
>2,5-6,0
BaO
0-5
ZrO<sub>2</sub>
0-2,0
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,05-0,2
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,4-0,8
CeO<sub>2</sub>
0-3
Светотехнические характеристики этого материала при указанных концентрациях церия и титана не будут соответствовать требованиям международной комиссии по освещению к цветовым координатам сигнальных стекол.
2
2
3
Минимальное содержание щелочных и щелочноземельных оксидов при высоком содержании SiO и AlO указывает на высокие температуры варки 1550-1600°С, выработки и отжига 750-700°С стекла, что ограничивает его применение в производстве сложнопрофильных изделий линзового типа методом прессования.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является состав стекла (патент США 4707458 от 17.11.1987 г), содержащий следующие компоненты, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
64-67
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
21-24
Li<sub>2</sub>O
2,6-3,7
BaO
0-2,0
TiO<sub>2</sub>
2,0-3,25
ZrO<sub>2</sub>
1,25-2,5
MgO
0,8-1,5
ZnO
0,7-4,2
As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,0
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0-1,0
CeO<sub>2</sub>
0-1,0
Температура варки этого состава составляет 1650°С, что затрудняет выработку сложнопрофильных светотехнических изделий, а предлагаемая концентрация титана и церия не обеспечит необходимые светотехнические параметры: интегральное светопропускание будет высоким (более 70%,) и координаты цветности не попадут в заданную область, т.е. стекло не пригодно для сигнальных огней.
Задачей изобретения является стабилизация светотехнических параметров (коэффициента светопропускания и координат цветности) в интервале температур 20-1750°С стекла, понижении температуры варки, выработки и отжига.
2
2
3
2
2
2
2
3
2
2
5
Это достигается тем, что стекло, содержащее: SiO; AlO; LiO, TiO, CeO BaO; SbO дополнительно содержит NaO и PO в следующем соотношении, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
48,0-53,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
23,0-27,0
LiO
3,0-4,5
Na<sub>2</sub>O
1,5-3,5
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
2,0-3,5
TiO<sub>2</sub>
6,5-8,0
BaO
2,5-3,5
CeO<sub>2</sub>
1,5-2,5
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,5-1,0
2
2
2
2
Авторы установили, что для получения требуемых координат цветности при температурах до 175°С необходимо иметь коэффициент светопропускания стекла 45%≤τ≤65%, что достигается совместным присутствием в стекле диоксидов титана и церия в выбранных концентрациях. Суммарное содержание красящих оксидов должно быть не менее 8% и не более 10 мас.%, а отношение TiO/СеО 3-5. Концентрация диоксида титана ограничивается 6,5-8 мас.%. Выход концентрации TiO за нижний предел изменяет координаты цветности - они перестают соответствовать цветовому графику МКО. При более высокой концентрации TiO при отжиге изделий наблюдается поверхностная кристаллизация стекла.
2
2
3
2
В процессе исследований было установлено, что при оптимальном соотношении стеклообразующих оксидов LiO:AlO:SiO соответственно 1:7:14 модификация системы оксидами фосфора и натрия в выбранном соотношении улучшает его технологические свойства, а именно существенно снижает температуру варки стекла. Это позволяет изготавливать изделия линзового типа методом прессования на имеющихся промышленных печах с рабочей температурой 1570±10°С. Отжиг изделий проводится при температуре 650±10°С.
4
3
Дополнительно в стекло вводится NHNO и оксид сурьмы для поддержания титана в высшей степени окисления и получения титано-цериевого комплекса, обеспечивающего требуемые светотехнические характеристики.
В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения составов, мас.%:
Таблица 1
Вводимый компонент
Номер стекла
1
2
3
SiO<sub>2</sub>
55,5
54,0
48,5
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
27,0
23,0
26,5
Li<sub>2</sub>O
3,5
4,0
4,5
Na<sub>2</sub>O
1,5
3,0
3,5
TiO<sub>2</sub>
6,5
7,5
7,5
BaO
1,5
2,5
3.5
Sb<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.5
1,0
1,0
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
2,0
2,5
3.5
CeO<sub>2</sub>
2,0
2,5
1,5
Свойства полученных стекол представлены в таблице 2.
Таблица 2
Наименование свойств
Ед. изм
Номера стекол
Прототип
1
2
3
Температура варки
°С
1540
1530
1530
1650
Интервал отжига
°С
650±10
650±10
650±10
>700
Температура выработки
°С
1350-1400
1300-1350
1350-1400
>1500
Коэффициент светопропускания (20°С)
%
45,0
48,5
50,0
>75
Координаты цветности (20°С)
х
0,5419
0,5381
0,5412
у
0,4288
0,4355
0,4390
Коэффициент светопропускания (75C)
%
44,5
48,1
49,6
Координаты цветности (175°С)
х
0,5422
0,5389
0,5417
у
0,4286
0,4348
0,4381
Как видно из таблицы, предлагаемый состав стекла позволяет получить светотехнические характеристики, отвечающие требованиям, предъявляемым к материалам для аэродромных светосигнальных комплексов, снизить температуру варки и выработки, уменьшить кристаллизационную способность по сравнению с прототипом. Проведение выработки стекла при более низких температурах позволяет вырабатывать сложнопрофильные изделия без кристаллических включений.
Таким образом, предлагаемый состав стекла имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом:
1
1
2
2
3
3
4
4
- стабильные при повышенных температурах коэффициент светопропускания 45%≤τ≤65% и координаты цветности, отвечающие требованиям международной системы МКО для сигнальных огней и ограниченные точками: х=0,611 y=0,372, х=0,630 у=0,372; х=0,560 у=0,470; х=0,550 у=0,420;
- улучшенные технологические свойства, а именно: пониженную температуру варки, расширенный температурный интервал выработки и пониженную температуру отжига, что расширяет возможности выработки линз-светофильтров методом прессования и позволяет получать изделия на существующих стекловаренных печах.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР 1025075, опубл. 20.06.1983 г.
2. Патент США 4461839 от 24.07.1984.
3. Патент США 4707458 от 17.11.1987 г.