Електровакуумне скло
Використання: для виготовлення оболонок газорозрядних ламп високого тиску, електровакуумних приладів та інших джерел світла з високими робочими температурами на поверхні оболонки в процесі служби, а також жароміцного кухонного посуду та піддонів для печей СВ-4. Сутність винаходу: електровакуумне скло містить, мас.%: оксид кремнію 76,5 - 80,1 БФ SiO2; оксид бору 10,1 - 12,2 БФ B2O3; оксид алюмінію 1 - 3 БФ Al2O3; оксид натрію 2 - 6 БФ Na2O; оксид кальцію 0,5 – 1,5 БФ СаО; оксид магнію 0,5 - 1,5 БФ MgO; оксид свинцю 0,5 - 2,5 БФ PbO; оксид церію 0,1 - 0,3 БФ СеО2 і принаймні один з оксидів з ряду оксид миш'яку, оксид сурми 0,1 - 0,3 БФ As2O3, Sb2O3 відповідно. Температура розм'якшення при в'язкості 10 1 0 Па з 690 - 717 o С, ТКЛР (34 - 38) 10 - 7 1 / o С. 1 табл.
Винахід відноситься до електровакуумної техніки, виробництва джерел світла, приладобудування, зокрема до складів електровакуумного скла, що використовуються для виготовлення оболонок газорозрядних ламп високого тиску, електровакуумних приладів та інших джерел світла з високими робочими температурами на поверхні оболонки в процесі служби, а також жароміцної та піддонів для печей НВЧ.
Відомо електровакуумне скло вольфрамової групи [1], призначене для виготовлення оболонок ламп-фар, газорозрядних ламп високого тиску і захисних стекол світлотехнічних пристроїв, що містить, 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 і має такі фізичні властивості: Температурний коефіцієнт лінійного розширення (20 - 300 o C), o C -1 - 38,5 - 41,9 10 -7 Термостійкість, o C - 310 - 312 o C Температура розм'якшення при в'язкості 10 -10 Пас, o C - 630 Температура, при якій питомаелектричний опір дорівнює 100 МОМ см (Тк - 100), o C - 300 Хімічна стійкість до води, гідролітичний клас - 3 Кристалізаційна здатність: Верхня межа кристалізації, o C - 1090 Нижня межа кристалізації, o C - 790 Інтервал кристалізації, o C - 300 Температура максимальної кристалізації - 877 Швидкість росту кристалів, мкм/хв - 0,45 Скло добре вариться, освітлюється і формується. До недоліків даного скла слід віднести його низьку температуру розм'якшення при в'язкості 1010 Пас. При експлуатації потужних металогалоїдних ламп з робочою температурою на поверхні оболонки понад 600 o C відбувається розм'якшення скла та роздування її. В результаті лампа руйнується або, якщо цілісність оболонки зберігається, змінюються світлові та колірні характеристики лампи і вона стає непридатною для експлуатації за своїм прямим призначенням. Скло має недостатню хімічну стійкість до води, що відповідає 3 гідролітичному класу, і тому не може бути використане для виготовлення жаростійкого кухонного посуду та посуду для печей НВЧ.
Найбільш близьким до винаходу за технічною сутністю і досягається результатом є термостійке скло типу "Пайрекс" [2], що застосовується для виготовлення хіміко-лабораторного та жаростійкого кухонного посуду, а також оболонок джерел світла і містить, 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 Відоме скло має Температурний коефіцієнт лінійного розширення (20 - 300 o C), o C -1 - 32 10 -7 Термостійкість, o C - 260 Температуру розм'якшення при в'язкості 10 10 Пас, o C - 625 Температуру, при якій питомий електричний опір дорівнює 100 МОмсм (ТК - 100), o C - 290 Хімічну стійкість до води, гідролітичний клас - 1 Кристалізаційну здатність: Верхня межа кристалізації, o C - 1100 Нижня межа кристалізації, o C - 640 Інтервал кристалізації, o C - 460 Температура максимальної кристалізації, o C - 840 Швидкість росту кристалів, мкм/хв - 0,8 Скло досить технологічне при варінні та формуванні, добре обробляється на вогнях і має високу хімічну стійкість до води, що відповідає 1 гідролітичного класу, високу термостійкість. Однак через низьку температуру розм'якшення при в'язкості 10 10 Пас і підвищену схильність до кристалізації в процесі експлуатації в лампах, що працюють при великих теплових навантаженнях, текло швидко кристалізується, оболонка каламутніє і розтріскується. При варінні скла через велику в'язкість скломаса повністю не звільняється від дрібних бульбашок і мошки, які псують зовнішній вигляд виробу.
Мета винаходу - підвищення температури розм'якшення скла при в'язкості 10 10 Пас, зменшення схильності до кристалізації та поліпшення варильних властивостей.
Ціль досягається тим, що електровакуумне скло, що включає SiO2, B2O3, Al2O3, Na2O, CaO, MgO, додатково містить PbO, CeO2 і принаймні один з оксидів з ряду As2O3, Sb2O3 при наступному співвідношенні компонентів, 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 Принаймні один з оксидів з ряду As2O3, Sb2O3 - 0,1 - 0,3 Триоксид сурми в присутності селітри на початку окислюється до п'ятиоксиду Sb2O3 + 2NaNO3 = Sb2O5 + Na2O + NO2 + NO, а потім під час варіння при температурі 1500 o C знову віддає кисень Присутня в невеликих кількостях, Sb2O3 сприяєстабілізації окисного потенціалу скломаси та звільнення її від дрібних бульбашок та мошки в процесі освітлення. Крім того, під час варіння тугоплавкого скла триоксид сурми випаровується, утворюючи при цьому велику кількість великих бульбашок, які, випаровуючись, очищають скломасу від дрібних бульбашок і мошки.
Освітленню скломаси від дрібних бульбашок сприяє також і діоксид церію CeO2.
Під дією високих температур CeO2 розкладається по реакції Кисень, що виділяється в результаті розкладання, віддаляючись зі скломаси, захоплює з собою дрібні бульбашки та мошку та очищає її. Спільна присутність у склі триоксиду сурми та діоксиду церію знижує соляризацію скла та сприяє стабілізації світлопропускання в процесі експлуатації ламп.
Склади скла та його фізико-хімічні властивості наведені у таблиці.
Варіння пропонованого скла здійснюється в газовій, газово-електричній або електричній печі при температурі 1550 - 1580 o C.
Для введення SiO2 у скло застосовується чистий кварцовий пісок, для введення борного ангідриду B2O3 – технічна борна кислота, Al2O3 вводиться через глинозем або гідроксид алюмінію. Na2O вводиться через натрієву селітру, а PbO – через свинцевий сурик. Для введення CaO та MgO служать вуглекислі солі CaCO3 і MgCO3, CeO2, As2O3, Sb2O3 вводяться через однойменні хімічні реактиви марок "хч", "чда" та "ч".
Обробка технічних матеріалів, приготування шихти, завантаження її в піч здійснюється на обладнанні.
Формування оболонок для металогалоїдних ламп високого тиску здійснюється вручну або на автоматах з фідерним харчуванням в інтервалі температур 1305 - 1340 o C, а формування жаростійкого посуду проводиться в гідравлічному пресі з кульовим живильником в інтервалітемператур 1400 – 1430 o C.
Пропоноване скло за фізичними властивостями відноситься до групи стекол, придатних для спаювання з вольфрамом. Вони добре варяться, освітлюються та формуються.
Завдяки високій температурі розм'якшення, при якій в'язкість дорівнює 10 10 Пас, оболонки високоінтенсивних джерел світла не деформуються в процесі служби та не розтріскуються. Завдяки високій стійкості скла до кристалізації оболонки не каламутніють. Жаростійкий посуд, виготовлений з цього скла, не розтріскується при приготуванні їжі на кухонній плиті або в печах НВЧ і не вилуговується.
Електровакуумне скло, що включає SiO2, В2О3, Al2О3, Na2O, СаО, MgO, яке відрізняється тим, що воно додатково містить PbO, CeO2 і принаймні один з оксидів з ряду As2O3, Sb2O3 при наступному співвідношенні компонентів, 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 Принаймні один з оксидів з ряду As2O3 , Sb2O3 - 0,1 - 0,3ц