Электровакуумное стекло

Использование: для изготовления оболочек газоразрядных ламп высокого давления, электровакуумных приборов и других источников света с высокими рабочими температурами на поверхности оболочки в процессе службы, а также жаропрочной кухонной посуды и поддонов для печей СВ-4. Сущность изобретения: электровакуумное стекло содержит, мас.%: оксид кремния 76,5 — 80,1 БФ SiO₂; оксид бора 10,1 — 12,2 БФ B₂O₃; оксид алюминия 1 — 3 БФ Al₂O₃; оксид натрия 2 — 6 БФ Na₂O; оксид кальция 0,5 — 1,5 БФ СаО; оксид магния 0,5 — 1,5 БФ MgO; оксид свинца 0,5 — 2,5 БФ PbO; оксид церия 0,1 — 0,3 БФ СеО₂ и по крайней мере один из оксидов из ряда оксид мышьяка, оксид сурьмы 0,1 — 0,3 БФ As₂O₃, Sb₂O₃ соответственно. Температура размягчения при вязкости 10¹⁰ Па с 690 — 717^oС, ТКЛР (34 — 38) 10^—7 1/^oС. 1 табл.

Изобретение относится к электровакуумной технике, производству источников света, приборостроению, в частности к составам электровакуумных стекол, используемых для изготовления оболочек газоразрядных ламп высокого давления, электровакуумных приборов и других источников света с высокими рабочими температурами на поверхности оболочки в процессе службы, а также жаропрочной кухонной посуды и поддонов для печей СВЧ.

Известно электровакуумное стекло вольфрамовой группы [1], предназначенное для изготовления оболочек ламп-фар, газоразрядных ламп высокого давления и защитных стекол светотехнических устройств, содержащее, мас.%: SiO₂ — 73,2 — 76,1 B₂O₃ — 15,0 — 17,0 Na₂O — 3,8 — 4,8 K₂O — 1,4 — 1,8 PbO — 2,7 — 4,2 и имеющее следующие физические свойства: Температурный коэффициент линейного расширения (20 — 300^oC), ^oC^-1 — 38,5 — 41,9 10^-7 Термостойкость, ^oC — 310 — 312^oC Температура размягчения при вязкости 10^-10 Пас, ^oC — 630
Температура, при которой удельное электрическое сопротивление равно 100 МОМ см (Тк — 100), ^oC — 300
Химическая устойчивость к воде, гидролитический класс — 3
Кристаллизационная способность:
Верхний предел кристаллизации, ^oC — 1090
Нижний предел кристаллизации, ^oC — 790
Интервал кристаллизации, ^oC — 300
Температура максимальной кристаллизации — 877
Скорость роста кристаллов, мкм/мин — 0,45
Стекло хорошо варится, осветляется и формуется. К недостаткам данного стекла следует отнести его низкую температуру размягчения при вязкости 10¹⁰ Пас. При эксплуатации мощных металлогалоидных ламп с рабочей температурой на поверхности оболочки более 600^oC происходит размягчение стекла и раздувание ее. В результате лампа разрушается или, если целостность оболочки сохраняется, меняются световые и цветовые характеристики лампы и она становится непригодной для эксплуатации по своему прямому назначению. Стекло имеет недостаточную химическую устойчивость к воде, соответствующую 3 гидролитическому классу, и поэтому не может быть использовано для изготовления жаростойкой кухонной посуды и посуды для печей СВЧ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является термостойкое стекло типа «Пайрекс» [2], применяемое для изготовления химико-лабораторной и жаростойкой кухонной посуды, а также оболочек источников света и содержащее, мас.%:
SiO₂ — 80,5
B₂O₃ — 11,8
Al₂O₃ — 2,0
Na₂O — 4,4
K₂O — 0,2
CaO — 0,3
MgO — 0,1
As₂O₃ — 0,7
Известное стекло имеет
Температурный коэффициент линейного расширения (20 — 300^oC), ^oC^-1 — 32 10^-7
Термостойкость, ^oC — 260
Температуру размягчения при вязкости 10¹⁰ Пас, ^oC — 625
Температуру, при которой удельное электрическое сопротивление равно 100 МОмсм (ТК — 100), ^oC — 290
Химическую устойчивость к воде, гидролитический класс — 1
Кристаллизационную способность:
Верхний предел кристаллизации, ^oC — 1100
Нижний предел кристаллизации, ^oC — 640
Интервал кристаллизации, ^oC — 460
Температура максимальной кристаллизации, ^oC — 840
Скорость роста кристаллов, мкм/мин — 0,8
Стекло довольно технологично при варке и формовании, хорошо обрабатывается на огнях и имеет высокую химическую устойчивость к воде, соответствующую 1 гидролитическому классу, высокую термостойкость. Однако из-за низкой температуры размягчения при вязкости 10¹⁰ Пас и повышенной склонности к кристаллизации в процессе эксплуатации в лампах, работающих при больших тепловых нагрузках, текло быстро кристаллизуется, оболочка мутнеет и растрескивается. При варке стекла из-за большой вязкости стекломасса полностью не освобождается от мелких пузырей и мошки, которые портят внешний вид изделия.

Цель изобретения — повышение температуры размягчения стекла при вязкости 10¹⁰ Пас, уменьшение склонности к кристаллизации и улучшение варочных свойств.

Цель достигается тем, что электровакуумное стекло, включающее SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, CaO, MgO, дополнительно содержит PbO, CeO₂ и по крайней мере один из оксидов из ряда As₂O₃, Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ — 76,5 — 80,1
B₂O₃ — 10,1 — 13,3
Al₂O₃ — 1 — 3
Na₂O — 2 — 6
CaO — 0,5 — 1,5
MgO — 0,5 — 1,5
PbO — 0,5 — 2,5
CeO₂ — 0,1 — 0,3
По крайней мере один из оксидов из ряда As₂O₃, Sb₂O₃ — 0,1 — 0,3
Триоксид сурьмы в присутствии селитры в начале окисляется до пятиоксида
Sb₂O₃ + 2NaNO₃ = Sb₂O₅ + Na₂O + NO₂ + NO,
а затем во время варки при температуре 1500^oC вновь отдает кислород

Присутствуя в небольших количествах, Sb₂O₃ способствует стабилизации окислительного потенциала стекломассы и освобождению ее от мелких пузырей и мошки в процессе осветления. Кроме того, во время варки тугоплавкого стекла триоксид сурьмы испаряется, образуя при этом большое количество крупных пузырей, которые, улетучиваясь, очищают стекломассу от мелких пузырей и мошки.

Осветлению стекломассы от мелких пузырей способствует также и диоксид церия CeO₂.

Под действием высоких температур CeO₂ разлагается по реакции

Кислород, выделяющийся в результате разложения, удаляясь из стекломассы, захватывает с собой мелкие пузыри и мошку и очищает ее. Совместное присутствие в стекле триоксида сурьмы и диоксида церия снижает соляризацию стекла и способствует стабилизации светопропускания в процессе эксплуатации ламп.

Нашими исследователями установлено, что оксид свинца, вводимый в состав стекла, резко повышает устойчивость стекла к кристаллизации в процессе службы. Более высокое содержание CaO и MgO при одновременном выводе из состава K₂O повышает температуру размягчения стекла при вязкости 10¹⁰ Пас. Такая совокупность оксидов свинца, церия, мышьяка и сурьмы при производстве электровакуумного стекла для оболочек металлогалоидных ламп и изготовлении жаростойкой посуды является новой и именно она позволила достигнуть цели изобретения.

Составы стекол и их физико-химические свойства приведены в таблице.

Варка предлагаемых стекол осуществляется в газовой, газово-электрической или электрической печи при температуре 1550 — 1580^oC.

Для ввода SiO₂ в стекло применяется чистый кварцевый песок, для ввода борного ангидрида B₂O₃ — техническая борная кислота, Al₂O₃ вводится через глинозем или гидроксид алюминия. Na₂O вводится через натриевую селитру, а PbO — через свинцовый сурик. Для ввода CaO и MgO служат углекислые соли CaCO₃ и MgCO₃, CeO₂, As₂O₃, Sb₂O₃ вводятся через одноименные химические реактивы марок «хч», «чда» и «ч».

Обработка технических материалов, приготовление шихты, загрузка ее в печь осуществляется на существующем оборудовании.

Формование оболочек для металлогалоидных ламп высокого давления осуществляется вручную или на автоматах с фидерным питанием в интервале температур 1305 — 1340^oC, а формование жаростойкой посуды производится в гидравлическом прессе с шаровым питателем в интервале температур 1400 — 1430^oC.

Предлагаемые стекла по физическим свойствам относится к группе стекол, пригодных для спаивания с вольфрамом. Они хорошо варятся, осветляются и формуются.

Благодаря высокой температуре размягчения, при которой вязкость равна 10¹⁰ Пас, оболочки высокоинтенсивных источников света не деформируются в процессе службы и не растрескиваются. Благодаря высокой устойчивости стекол к кристаллизации оболочки не мутнеют. Жаростойкая посуда, изготовленная из данного стекла, не растрескивается при приготовлении пищи на кухонной плите или в печах СВЧ и не выщелачивается.

Формула изобретения

Электровакуумное стекло, включающее SiO₂, В₂О₃, Al₂О₃, Na₂O, СаО, MgO, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит PbO, CeO₂ и по крайней мере один из оксидов из ряда As₂O₃, Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
SiO₂ — 76,5 — 80,1
В₂О₃ — 10,1 — 13,2
Al₂O₃ — 1 — 3
Na₂O — 2 — 6
СаО — 0,5 — 1,5
MgO — 0,5 — 1,5
PbO — 0,5 — 2,5
CeO₂ — 0,1 — 0,3
По крайней мере один из оксидов из ряда
As₂O₃, Sb₂O₃ — 0,1 — 0,3ц

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

Электровакуумное стекло

Авторы патента:

Литюшкин В. В.

Сивко А.П.

Коваленко А.И.

Павлов Е.В.

Смирнова Л.П.

Филимонова М.А.

Малыгин В.Ф.

Нугаев Р.А.

Симонов А.В.

Дуденкова Т.П.

Духонькин В.А.

C03C3/112 — содержащие фтор

C03C3/085 — содержащие оксид двухвалентного металла

Изобретение относится к составам бессвинцовых электровакуумных стекол и может быть использовано при производстве электроизолирующего стекла для деталей и узлов электровакуумных приборов. Техническая задача изобретения — повышение температуры Тк-100 и снижение температуры размягчения стекла. Электровакуумное стекло имеет следующий состав, мас.%: SiO₂ 63,05-67,55; Аl₂О 3,5-5,3; Ва0 11,5-16,5, Na₂O 4,0-8,0; K₂0 6,0-10,0; Li₂O 0,2-1,2; F₂ 0,2-1,0; CaO 0,2-1,0; ZrO₂ 0,15-0,3; Fe₂O₃ 0,05-0,1; Sb₂O₃ 0,1-0,3. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к составам бессвинцовых электровакуумных стекол платинитовой группы и может быть использовано при производстве электроизолирующего стекла для деталей и узлов электровакуумных приборов, работающих в условиях нестабильного или постоянно повышенного напряжения сети (электронно-лучевые трубки, лампы накаливания общего назначения, люминесцентные лампы и др. ). Решение направлено на увеличение диэлектрических свойств (температуры Т_K-100 ) и уменьшение температуры размягчения стекла.

Известно бессвинцовое стекло N 713, включающее, мас.%: SiO₂ — 67,5; Al₂O₃ — 5,0; BaO — 12,0; Na₂O — 7,0; K₂O — 7,0; Li₂O — 0,6, F₂ — 0,9 и сверх 100% Sb₂O₃ — 0,4; Co₂O₃ — 0,0008; Ni₂O₃ — 0,008 [1].

Недостатками этого стекла являются недостаточно высокая температура Т_K — 100 (293^oC) и недостаточно низкая температура размягчения (520^oC). Стекло имеет ТКЛР (20-300^oC) = 9510^-7oC^-1, термостойкость 125^oC.

При подаче повышенного напряжения на электроды источника света, впаянные в ножку, изготовленную из этого стекла, из-за низкого электрического сопротивления (Т_K — 100) последнего нередко наблюдается электрический пробой ножки и может происходить электролит стекла. При этом появляются трещины, стекло отстает от металла токовводов, что приводит к нарушению вакуума источника и преждевременному выходу его из строя во время эксплуатации. Из-за повышенной температуры размягчения стекла ухудшается обрабатываемость его на газопламенных горелках при изготовлении ламп, в результате чего затрудняется процесс спаивания ножки с токовводами и трубкой (колбой) ламп на операции заварки. При этом может происходить растрескивание стекла тарелки ножки или трубочного (колбочного) стекла оболочек ламп.

Известно бессвинцовое стекло марки С97-1, включающее, мас.%: SiO₂ — 64,0; Al₂O₃ — 4,0; BaO — 16,5; Na₂O — 5,0; K₂O — 9,5; Li₂O — 1,0 [2].

К недостаткам такого стекла относится также сравнительно невысокая температура Т_K — 100 (330^oC) и недостаточно низкая температура размягчения (520^oC). Стекло имеет ТКЛР a(20-300^oC)=9710^-7oC^-1, термостойкость 120^oC.

Указанное стекло является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению.

Целью изобретения является повышение температуры Т_K — 100 и снижение температуры размягчения стекла. Поставленная цель достигается тем, что стекло, включающее SiO₂, Al₂O₃, BaO, Na₂O, K₂O, Li₂O, дополнительно содержит F₂, CaO, ZrO₂, Fe₂O₃ и Sb₂O₃ при следующих соотношениях компонентов, мас.%: SiO₂ — 63,05-67,55 Al₂O₃ — 3,5-5,3 BaO — 11,5-16,5 Na₂O — 4,0-8,0 K₂O — 6,0-10,0 Li₂O — 0,2-1,2 F₂ — 0,2-1,0 CaO — 0,2-1,0 ZrO₂ — 0,15-0,3
Fe₂O₃ — 0,05-0,1
Sb₂O₃ — 0,1-0,3
Свойства предлагаемого стекла в зависимости от состава приведены в таблице.

Из приведенных примером таблицы видно, что предлагаемое стекло имеет достаточно высокую температуру Т_K — 100 (335-341^oC) и достаточно низкую температуру размягчения (508-518^oC) без применения оксида свинца. Более того, замена свинецсодержащих стекол на бессвинцовый состав позволяет избежать выбросов паров оксидов свинца в атмосферу при варке стекла и восстановления свинца при огневой обработке в процессе изготовления электровакуумных приборов, то есть способствует улучшению экологической обстановки около стекловаренной печи и в стекольном цехе, а также в зоне заварочных работ при сборке электровакуумных приборов.

Добавки оксидов CaO, ZrO₂ и F₂ в составах стекол вместе с BaO и Na₂O (в калиевых составах) и K₂O (в натриевых составах) снижают электропроводность стекла и тем самым повышают его Т_K — 100. Введение F₂, CaO, Fe₂O₃ совместно со щелочными оксидами и BaO понижает вязкость стекла, а следовательно, и его температуру размягчения.

Варку стекла производят в ванной печи непрерывного действия. Для ввода в состав шихты оксида SiO₂ применяют кварцевый песок марки BC-050-1. Оксиды Na₂O, Al₂O₃ и F₂ вводят через соду кальцинированную, глинозем и криолит технический искусственный соответственно, оксид K₂O — через поташ и селитру, а оксиды Li₂O и CaO — через углекислые соли. Оксиды ZrO₂ и Fe₂O₃ вводят в стекло цирконийсодержащими и железосодержащими сырьевыми материалами. Оксид Sb₂O₃ применяют в качестве химического обесцвечивателя для предотвращения закраски стекла. Плавление шихты, осветление стекломассы ведут при температуре 146510^oC. Изделия — трубы и штенгельное стекло для изготовления ножек электровакуумных приборов формуют на механизированной линии горизонтального вытягивания по способу Е.Даннера.

Источники информации
1. Веклич П.М., Ощипков Ф.П., Фролов В.К.»Технология электровакуумного стекла». М. -Л: Гос. Энергоизд-во, 1961.-262 с. (с.12-13)
2. ОСТ 11 027.010-75. «Стекло электровакуумное и стеклокристаллические материалы. -1991. -Т.1. -c.81.

Формула изобретения

Электровакуумное стекло, включающее SiO₂, Al₂O₃, BaO, Na₂O, K₂O, Li₂O, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит F₂, СаО, ZrO₂, Fe₂O₃ и Sb₂O₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%
SiO₂ — 63,05 — 67,55
Al₂O₃ — 3,5 — 5,3
BaO — 11,5 — 16,5
Na₂O — 4,0 — 8,0
K₂O — 6,0 — 10,0
Li₂O — 0,2 — 1,2
F₂ — 0,2 — 1,0
CaO — 0,2 — 1,0
ZrO₂ — 0,15 — 0,3
Fe₂O₃ — 0,05 — 0,1
Sb₂O₃ — 0,1 — 0,3

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Авантюриновое стекло // 2093483

Изобретение относится к составам авантюриновых стекол, которые могут быть использованы при получении декоративных облицовочных и ювелирных изделий

Цветное стекло // 2067560

Глушеное стекло // 2059580

Глушеное стекло // 2045486

Глушеное стекло // 2016861

Изобретение относится к производству глушеного стекла, используемого для изготовления различных облицовочных материалов, в частности декоративно-облицовочной плитки, стекломрамора, стеклокремнезита

Стекло // 2014291

Биостойкое стекло // 2013394

Стекло для стеклокристаллического материала // 1788950

Глушеное стекло // 1772090

Глушеное стекло // 1749192

Стекло, не содержащее свинца, и посуда и декоративные хрустальные изделия из него // 2129100

Стекло для структур кремний-на-изоляторе // 2083514

Изобретение относится к составам некристаллизующихся стекол, предназначенных для диэлектрической изоляции активных элементов кремниевых интегральных схем и создания структур кремний-на-изоляторе (КНИ) и кремниевых структур с диэлектрической изоляцией (КСДИ)

Стекло // 1813751

Изобретение относится к технологии силикатов , в частности стекла, используемого преимущественно для изготовления колб электроламп

Стекло для заварки приборов электронной техники // 1747408

Стекло для защитных тонкопленочных покрытий // 1730063

Изобретение относится к бесщелочным диэлектрическим стеклам и может найти применение в электронной и электротехнической промышленности в качестве материала для защиты активной части кремниевых полупроводниковых приборов от неблагоприятных воздействий среды

Цветное стекло // 1661155

Изобретение относится к производству цветного стекла и может быть использовано для изготовления, например, товаров народного потребления, а также декоративно-художественных изделий

Стекло для получения тонкопленочных покрытий // 1520029

Изобретение относится к составам бесщелочных диэлектрических стекол с низким коэффициентом линейного термического расширения и предназначено для применения в электронной и электротехнической промышленности в качестве материала для получения тонкопленочных защитных стеклянных покрытий на кремниевых полупроводниковых устройствах (тиристоры, диоды, транзисторы)

Стекло // 1512936

Изобретение относится к химически устойчивым стеклам, предназначенным для производства фотошаблонов

Стекло // 1470678

Изобретение относится к составам стекол, которые применяются для изготовления оболочек и различных деталей электроламп

Синее стекло для светофильтров // 1386597

Изобретение относится к составам силикатного стекла и может быть использовано для производства синих сигнальных светофильтров

Термостойкое желтое светотехническое стекло // 2387604

Изобретение относится к составам термостойких желтых стекол для изделий аэродромной техники

ООО «Вакуумные компоненты» — производство электровакуумной техники, боросиликатное стекло

ООО «Вакуумные компоненты» — производство электровакуумной техники, боросиликатное стекло

Посвящение отцу пеностекла: профессору Исааку Ильичу Китайгородскому

В 2022 году исполняется 90 лет, когда профессор Китайгородский Илья Иванович представил пеностекло на Всесоюзной конференции по стандартизации и производству новых материалов в Москве. Поэтому компания BELGLAS BV провела небольшое исследование об этом человеке, с которым мы разделяем общее уважение к ячеистому стеклу.

Профессор Исаак Ильич Китайгородский

Профессор Исаак Ильич Китайгородский — основатель кафедры химической технологии стекла и ситалов Российского химико-технологического университета им. Д. Менделеева. Ниже я копирую часть интервью с Владимиром Николаевичем Сигаевым.

Отдел стекла легендарный. Он был основан почти 90 лет назад, в 1932 году, известным советским ученым, технологом №1 в области стекла Исааком Ильичем Китайгородским. Достаточно упомянуть, что рубиновые звезды Московского Кремля были созданы на основе его разработок, связанных с процессами окрашивания стекла. Напомню, что башни Кремля изначально украшали двуглавые орлы. До них строители коммунизма добрались только в 1937, а орлов заменили металлические звезды, которые, однако, ночью не были видны и совсем не производили хорошего впечатления. Поэтому было решено заменить их стеклянными звездами рубинового цвета, которые идеально вписались в архитектурный облик Кремля. Это был очень красивый дизайн, дополнявший блестящую работу Аристотеля Фиораванти.

Вернемся к основанию кафедры. 1932 год стал знаковым не только в контексте его основания. В этом же году была опубликована знаменитая статья Уильяма Захариасена, крупнейшего ученого в области кристаллохимии, заложившего основы теории структуры стеклообразного состояния. Кстати, эта двухстраничная работа до сих пор остается самой цитируемой статьей в области стекольной науки.

Китайгородский, основатель отдела, до событий революции 1917 года работал главным инженером на стекольном заводе в подмосковной Запрудной. Китайгородский наладил производство лампочек на этом, судя по сохранившимся фотографиям, весьма разрушенном предприятии. Фактически, как сегодня говорят, он начал процесс импортозамещения, и с 1913 года в России используются отечественные лампочки. После 1917 года, когда вся страна была электрифицирована по плану ГОЭЛРО, их стали называть «лампочками Ильича», имея в виду не Исаака Ильича, а Владимира Ильича, что я нахожу большой исторической несправедливостью.