Способ подготовки шихты

 

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано при получении легированного кварцевого или оптического стекла. С целью обеспечения кристаллизации с равномерным распределением легирующих компонентов способ подготовки шихты для получения кварцевого стекла включает легирование аморфного кремнезема и обработку в автоклаве при давлении паров воды 100-300 атм и температуре 300- 500°С в присутствии гидроксидов легирующих металлов в количестве 10<SP POS="POST">-3</SP> - 10<SP POS="POST">-2</SP>% от массы кремнезема. Гидроксиды легирующих металлов являются активаторами кристаллизации. Изобретение обеспечивает равномерное распределение легирующих компонентов по всему объему кристаллов. 3 табл.

26 А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (Г с " -, (лц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕНКЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 43 19625/29-33 (22) 26.10.87 (46) 15.07.89. Бюл. К - 26 (71) МГУ им. М.В. Ломоносова (72) М.Н. Данчевская, В.А. Крейсберг, В.В. Лазарев, Г.П. Панасюк, А.3. Базурин и Т.И. Прохорова (53) 666.1,037.98(088.8) (56) Патент США ч 3864113, кл.65-60, опублик. 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 857026, кл . С 03 С 3/06, 197". (54) спосов подготовки пихты (57) Изобретение относится к стекольной промппленности и момет быть использовано при получении легированИзобретение относится к стекольной промышленности и мокет быть использовано при получении легированного кварцевого или оптического стекла.

Цель изобретения — обеспечение кристаллизации с равномерным распределением легирующих компонентов.

Подготовку легированной кварцевой шихты осуществляют следующим образом.

Легированный аморфный кремнезем, полученный методом совместного осждения, вымачивают в водном растворе гидроксида легирукицего металла. Для увеличения равстворимости аморфных и труднорастворимых основных гидроксидов к водному раствору активатора добавляют аммиак в количестве до 10 мас.%. Активатор кристаллиза(51)4 С 03 С 1/02 С 03 В 1/00

2 ного кварцевого или оптического стекла. С целью обеспечения кристаллизации с равномерным распределением

1 легирующих компонентов способ подготовки шихты для получения кварцевого стекла включает легирование аморфного кремнезема и обработку в автоклаве при давлении паров воды 100300 атм и температуре 300-500 С в присутствии гидроксидов легирующих металлов в количестве 10 з- 10 %. от массы кремнезема. Гидроксиды легирукнцих металлов являются активаторами кристаллизации. Изобретение обеспечивает равномерное распределение легирующих компонентов по всему объему кристаллов. 3 табл. ции адсорбируется на поверхности кремнезема практически полностью в течение нескольких секунд. Кремнезем с адсорбированным активатором высушивают при 50-70 С,. помещают во вкладыш автоклава. Воду для создания необходимого давления паров заливают в никнюю часть автоклава. Затем проводят термопаровую обработку в течение 1-3 суток.

Операцию вымачивания в раствора гидроксида легирующего металла мокко заменить вымачиванием легированного аморфного кремнезема в 1-10Xном водном растворе аммиака при

50-70 С в течение 1 ч. При этом окислы легирующих элементов частично переходят в раствор в виде гщ роксидов, которые адсорбируются

Формула изобретения

Способ подготовки шихты для получения кварцевого стекла путем легирования аморфного кремнезема и последующей обработки в парах воды при 300 500 С, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения кристаллизации с равномерным распределением легирукщих компонентов, обработку ведут в автоклаве при з 149362 на поверхности частиц кремнезема как активаторы кристаллизации.

В процессе кристаллизации под действием гидроксидов легирующих

5 металлов происходит объемное структурирование кремнезема с включением легирующих элементов в узлы решетки или междоузлия. Гидроксиды легирующих металлов, адсорбированные на поверхности частиц, оказывают зарядово-деформационное воздействие на процесс выстраивания кристаллической решетки кварца и образования совершенных кристаллов. Полная структурная перестройка кремнезема на атомарном уровне в процессе термопаровой обработки приводит к повышению равномерности распределения легирующих добавок в объеме шихты.

В результате кристаллизации получается крупка кристаллического И -кварца с размером кристаллов О, 05-0,5 мм, удовлетворяющая требованиям стекольной промышленности для получения высококачественного кварцевого стекла. Содержание легирующих компонентов в кварцевой шихте практически соответствует исходному материалу, так как адсорбированнъзе количества активаr

Анализ содержания легирующих комг.îÿeHòoâ в синтезированной кварцевой крупке методом послойного травления свидетельствует о равномерном распределении этих компонентов по объему кристалла кварца.

Пример 1. 300 r аморфного кремнезема, легированного 2,5Х A1 0 > и 1,8Х Nd 0 методом совместного осаждения, .заливают водно-аммиачным (10X-ным) раствором, содержащим гидроксид н<одима с концентрацией

5 10 Õ по отношению к массе крем45 незема, и выдерживают при комнатной температуре в течение суток. Раствор сливают, влажный осадок высушивают при 60 С и помещают в стальной вкладыш, расположенный в автоклаве объемом

1 л. На дно автоклава наливают 100 мл

50 воды. Автоклав герметизируют, нагревают до 400 С. Кристаллизацию проводят при 400 С в течение двух суток, давление паров волы 200 атм.

Получают легированный кварц того же состава, что и исходный продукт, с

I размером кристаллов 0,05- 0,5 мм.

Продукт содержит только -кварц и

4 имеет дифрактограмму, приведенную в табл. 1.

Легирующие добавки равномерно распределены по объему кристаллов кварца. Послойное стадийное растворение синтезированного мелкокристаллического кварца в 10Х-ном водном растворе плавиковой кислоты не показало изменения концентрации легирующих элементов в стравленных слоях кварца. Результаты приведены в табл. 2.

Пример 2. 300 г аморфного кремнезема с содержанием легирующих компонентов А1 0 2,5Х, НЙ, 0 э 1,8Х заливают 10Х-ным раствором аммиака, прогревают с перемешиванием при 6070 С в течение 1 ч и высушивают при

70 С. Сухой аморфный кремнезем помещают во вкладыш автоклава объемом

1 л. На дно автоклава заливают

200 мл воды. Кристаллизацию проводят при 400 С в течение одних суток, давление паров воды 300 атм. Получают кристаллы легированного d -кварца размером 0,1-0,4 мм того же состава, что и исходный продукт, и равномерным распределением примесей по объему кристаллов.

Аналогично проводят серию опытов.

Примеры приведены в табл. 3, Термопаровая обработка легированного аморфного кремнезема в присутствии гидроксидов легирующих металлов позволяет, не загрязняя продукта кристаллизации, получать кристаллический кварц с равномерно распределенными по объему легирующими компонентами и фракционным составом, удовлетворяющим тербованиям стекольной промышленности. Использование легированного мелкокристаллического кварца в качестве сырья для наплава легированного стекла позволяет получить стекло высокого качества с однородной оптической плотностью.

5 1493626 е давлении паров воды 100-300 атм в металлов в количестве 10 3- 10 Х присутствии гидроксидов легирующнк от массы кремнезема.

Таблица I дифрактограмма продукта кристаллизации легированного кремнезема состава, Х: SiO 95,7; А1 03 2,5;

0 0 3 1,8Х о

9, град d, А

Таблица 2

Результаты послойного травления мелкокристаллнческого кварца, легированного 2,5Х А1 0 3 и 1,SX Nd 03

Общее стравл кварца

Стад трав ериание легирующих коментов в кахдом стравном слое кварца, мас.Х ест

ro и с ф Х

Р3 NNd d003

Т а блица 3

Ы(ОН)3 5 10

Nd(OH)3 5 10

Ti (OH)+ ! -10"

200

300

3 Т о 1 6

8пО 0,05

300

2 qO-3

Еи(ОЙ)3

4 Еи,О 1

400

2

3.

5

А1,0, 2,5

Nd 03 1 8

2 К10 3

Nd 0g 1,8

1,5

5 ° 8

10,5

15,7

21,4

25,6

32,8

20,7

26,4

36,35

39,3

40, 15

42, 25

45,65

49,95

4,278

3, 365

2,465

2, 286

2,240

2, 1334

1,9778

1,8210

1,5

4,3

4,7

5,2

5,7

4,2

7,2

100

6

2,51

2,45

2,55

2,49

2,48

2,51

2,50

1,81

1,82

1,80

1,79

1,81

1,78

1,79

Кристаллы кварца с равномер вью ра спределением л егирукщи компонентов

1493626

Продолжение табл.3

5 ь (300 То же

400

200

400

300

380

Составитель О. Самохина

Редактор А. Огар Техред Я.Сердюкова Корректор М. Демчик

Заказ 4060/26 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раупская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101

5 ТiO 1

6 БтО 18

ТЬ О, 1

Fe

Ti(ОН), 3

Fe(OH)z

1 -10

1 ° 10

1.10