Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения

Изобретение относится к стеклокристаллическим материалам. Стеклокристаллический материал содержит кристаллические фазы кордиерита и силиката иттрия и изготовлен из стекол составов в мол. %: SiO2 46-52, Аl2O3 15-18, MgO 15-18, ТiO2 8-16, Y2O3 4-8. Способ включает синтез стекол состава в мол. %: SiO2 46-52, Al2O3 15-18, MgO 15-18, ТiO2 8-16, Y2O3 4-8, для чего компоненты смешивают для получения однородной смеси, которую засыпают в варочный сосуд и помещают в стекловаренную печь. Плавление смеси осуществляют в слабо окислительной атмосфере при температуре 1550-1600°C в течение 3-12 часов с гомогенизацией расплава. Затем расплавленную стекломассу отливают на металлическую плиту и отжигают при температуре 550-650°C в течение 1-3 часов, после чего инерционно охлаждают. Далее заготовку стекла подвергают двухстадийной изотермической термообработке с первой стадией в интервале температур 720-800°С в течение 3-24 часов и второй стадией в интервале температур от 950 до 1100°С в течение 3-24 часов с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры. Технический результат - увеличение модуля упругости до 190 ГПа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к стеклокристаллическим материалам и технологии их получения, в частности к стеклокристаллическим материалам магниевоалюмосиликатной системы, содержащим кристаллы силиката иттрия и обладающим высокими механическими свойствами и низкими диэлектрическими потерями в СВЧ диапазоне электромагнитного спектра. Данные материалы могут быть использованы для изготовления заготовок обтекателей антенн и радиолокационных устройств в высокоскоростных самолетах и ракетах.

Из уровня техники известно стекло, по составу близкое к кордиериту, с поверхностным слоем, содержащим кристаллы кордиерита, и способ его получения (патент США №3275493, опубл. 27.09.1966 по индексам МПК С03С 10/00, С03С 10/08). Стекло имеет состав, масс. %: SiO2 40-57, MgO 10-22, Al2O3 30-40, содержит дополнительно, по крайней мере, один из оксидов AS2O3 и Sb2O3 в количестве 0,5-6 масс. %, а также может содержать дополнительно, по крайней мере, один из оксидов K2O, Rb2O, CS2O, PbO, CaO, Bi2O3, Ta2O5 в количестве 0-6 масс. %. Диапазон рабочих температур при эксплуатации изделий из заявленного материала ограничен температурой размягчения стекольной фазы, составляющей основу материала.

Из уровня техники известен стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости по патенту США №3899340, опубл. 12.08.1975 по индексу МПК С03С 10/00. Стеклокристаллические материалы получены из стекол магниевоалюмоборатной системы, составы которых находятся в интервале (масс. %) MgO 5-25, Al2O3 10-45, В2О3 20-45 и могут содержать до 50 масс. % упрочняющих модификаторов из следующего ряда: 0-10 TiO2, 0-40 Ta2O5, 0-50 La2O3, 0-25 CeO2, 0-10 ZrO2, 0-35 Y2O3 и 0-15 ВеО. Данные стеклокристаллические материалы обладают модулями упругости свыше 18⋅106 фунтов на квадратный дюйм (что соответствует 123 ГПа), вплоть до 22⋅106 фунтов на квадратный дюйм (150 ГПа). В ходе кристаллизации стекол выделяются бораты магния и алюминия. Несмотря на относительно высокие значения, модули упругости этих материалов не превосходят модулей упругости известных стеклокерамик, содержащих кордиерит.

В патенте США №6184162, опубл. 06.02.2002 по индексам МПК С03С 10/00, С03С 10/02, С03С 21/00, С03С 3/068, G11B 5/73, G11B 5/733, G11B 5/84, заявлены стекла и стеклокристаллические материалы с высоким модулем упругости. Модули упругости полученных стекол системы SiO2-B2O3-RO-R2O-ZrO2-TiO2-Nb2O5-La2O3 с малым содержанием оксида лития или без него, а также стеклокерамик из стекол этой системы с добавлением от 1 до 8 процентов оксида лития, содержащих преимущественно кристаллическую фазу титаната лития, охватывают диапазон от 120 ГПа до 145 ГПа. К недостаткам можно отнести относительно невысокие величины достигаемых в материале модулей упругости.

В патенте США №6376402, опубл. 23.04.2002 по индексам МПК С03С 10/00, С03С 10/02, С03С 3/064, С03С 3/066, С03С 3/068, С03С 3/091, С03С 3/093, С03С 3/095, С03С 3/097, С03С 4/00, G11B 5/73, заявлены стеклокристаллические материалы составов, масс. %: SiO2 25-50, В2О3>5-16, Al2O3 10-17, P2O5 0-8, Li2O 5-15, Na2O 0-10, K2O 0-10, MgO 10-30, CaO 0-10, SrO 0-8, ZnO 0-8, TiO2 0.1-10; ZrO2 0-8; обладающие модулем упругости от >90 ГПа до <125 ГПа. К недостаткам можно отнести и относительно невысокие величины достигаемых в материалах модулей упругости.

Наиболее близким по составу аналогом, принятым за прототип, является стеклокристаллический материал для создания обтекателей по патенту США №4304603, опубл. 08.12.1981 по индексам МПК С03С 10/00, С03С 10/14, С03С 3/085, С03С 4/16, H01Q 1/28, H01Q 1/42. Стеклокристаллические материалы получены на основе стекол составов (масс. %): MgO 15-18, Al2O3 21-25, SiO2 48-53, TiO2 9.5-11.5, As2O3 0-1 с кордиеритом в качестве основной кристаллической фазы, а также содержащие в незначительном количестве кристаллы кристобалита, алюмотитаната магния и рутила. Исходя из фазового состава данного материала, его модуль упругости не может превышать величины 140 ГПа.

Задача заявляемого изобретения заключается в получении стеклокристаллического материала, обладающего более высоким модулем упругости.

Технический результат - увеличение модуля упругости до 190 ГПа.

Изобретение представляет группу объектов: состав и способ его получения.

Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости на основе стекол магниевоалюмосиликатной системы, содержащий кристаллические фазы кордиерита и силиката иттрия, и изготовленный из стекол следующих составов в мол. %: SiO2 46-52, Al2O3 15-18, MgO 15-18, TiO2 8-16, Y2O34-8.

Способ получения стеклокристаллического материала с высоким модулем упругости, содержащего кристаллические фазы кордиерита и силиката иттрия, включающий синтез стекол состава в мол. %: SiO2 46-52, Al2O3 15-18, MgO 15-18, TiO2 8-16, Y2O3 4-8, для чего компоненты смешивают для получения однородной смеси, которую засыпают в варочный сосуд и помещают в стекловаренную печь. Плавление смеси осуществляют в слабо окислительной атмосфере при температуре 1550-1600°С в течение 3-12 часов с гомогенизацией расплава, затем расплавленную стекломассу отливают на металлическую плиту и отжигают при температуре 550-650°С в течение 1-3 часов, после чего инерционно охлаждают, далее заготовку стекла подвергают двухстадийной изотермической термообработке с первой стадией в интервале температур 720-800°С в течение 3-24 часов и второй стадией в интервале температур от 950 до 1100°С в течение 3-24 часов с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры.

Заявляемый стеклокристаллический материал, содержащий кристаллы силиката иттрия и обладающий высокими значениями модуля упругости и низкими диэлектрическими потерями, который может быть использован для изготовления заготовок обтекателей антенн и радиолокационных устройств в высокоскоростных самолетах и ракетах, получают из составов, представленных в Таблице 1.

Совокупность оксидов MgO, Al2O3 и SiO2 вводится в соотношении, близком к составу кордиерита (2MgO:2Al2O3:5SiO2). TiO2 участвует в ликвационном процессе на этапе первичной термообработки, при которой образуются центры кристаллизации. Y2O3 и SiO2 образуют кристаллическую фазу Y2Si2O7, которая обеспечивает в композиции с кордиеритом заявленные свойства стеклокристаллического материала.

Конкретные примеры составов, режимов термообработки и свойств предлагаемых материалов приведены в Таблице 2. Из Таблицы 2 видно, что стеклокерамики данных составов, полученные по приведенным режимам, технологичны в производстве, так как в них отсутствуют летучие и токсичные компоненты.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где представлена дифрактограмма образца №2 (Таблица 2), полученного термообработкой при 750°С в течение 6 часов на первом этапе и при 1000°С в течение 6 часов на втором этапе, где ys - силикат иттрия, mat - магниевоалюмотитанатный твердый раствор, c - кордиерит. Высокое значение модуля упругости обусловлено образованием каркасной сетки кристаллов силиката иттрия, распределенной в матрице из кристаллов кордиерита.

Модули упругости полученных образцов были измерены на ультразвуковой установке импульсным методом.

Введение SiO2 в количествах, меньших указанного, не приводит к стеклообразованию, а введение SiO2 в количествах, больших указанного, повышает температуру плавления смеси до температур, превышающих 1600°С, что не обеспечивается стандартным стекловаренным оборудованием и препятствует получению расплава компонентов. Введение Al2O3 в количествах, меньших заявляемого интервала концентраций, выводит стеклокерамику из области кристаллизации кордиерита. Введение Al2O3 в количествах, больших заявляемого интервала концентраций, повышает температуру плавления смеси до температур, превышающих 1600°С, что не обеспечивается стандартным стекловаренным оборудованием и препятствует получению расплава компонентов. Соотношение оксидов MgO, Al2O3 и SiO2 должно составлять примерно 2:2:5 (стехиометрическое соотношение компонентов в формуле кордиерита) с возможным увеличением концентрации SiO2. Введение TiO2 в меньшем количестве, чем указано, выводит состав из области ликвации на этапе первичной термообработки и препятствует получению мелкодисперсной объемной кристаллизации. При введении TiO2 в большем количестве происходит самопроизвольная кристаллизация стекла при отливе и нарушение целостности образцов. При смещении соотношения концентраций оксидов Y2O3 и TiO2 в сторону увеличения содержания оксида иттрия меняется характер ликвации и не происходит объемная кристаллизация при термообработке. Отсутствие первой стадии термообработки, а также термообработка на первой стадии при температуре и длительности, ниже или выше указанной, приводит к выделению титаната иттрия наряду с силикатом иттрия, что уменьшает модуль упругости материала. Термообработка на второй стадии при температуре и длительности, ниже или выше указанной, препятствует выделению силиката иттрия, что уменьшает модуль упругости материала.

Увеличение модулей упругости получаемого стеклокристаллического материала позволяет изготавливать заготовки обтекателей антенн и радиолокационных устройств с более тонкими по толщине стенками, что существенно снижает массу обтекателя.

Тангенс угла диэлектрических потерь составляет порядка (2-7)⋅10-3 на частоте 1010 Гц.

1. Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости на основе стекол магниевоалюмосиликатной системы, содержащий кристаллические фазы кордиерита и силиката иттрия и изготовленный из стекол следующих составов в мол. %: SiO2 - 46-52, Al2O3 - 15-18, MgO - 15-18, TiO2 - 8-16, Y2O3 - 4-8.

2. Способ получения стеклокристаллического материала с высоким модулем упругости, содержащего кристаллические фазы кордиерита и силиката иттрия, включающий синтез стекол состава в мол. %: SiO2 46-52, Al2O3 15-18, MgO 15-18, ТiO2 8-16, Y2O3 4-8, для чего компоненты смешивают, засыпают в варочный сосуд и помещают в стекловаренную печь, где плавление смеси осуществляют в слабо окислительной атмосфере при температуре 1550-1600°С в течение 3-12 часов с гомогенизацией расплава, затем расплавленную стекломассу отливают на металлическую плиту и отжигают при температуре 550-650°С в течение 1-3 часов, после чего инерционно охлаждают, далее заготовку стекла подвергают двухстадийной термообработке с первой стадией в интервале температур 720-800°С в течение 3-24 часов и второй стадией в интервале температур от 950 до 1100°С в течение 3-24 часов с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерному стеклу, допированному Nd, с длиной волны пика излучения, превышающей 1059,7 нм, поперечным сечением пучка излучения (σem)≥1,5×10-20 см2 и/или шириной полосы излучения (Δλeff)≥28 нм, при сохранении свойств, которые делают стекло подходящим для коммерческого использования, такие как низкая температура стеклования Tg и низкий нелинейный показатель преломления n2.

Группа изобретений относится к способам получения зубного протеза на основе литийсиликатного стекла или литиевой стеклокерамики. Способы включают стадию расплавления порошковой смеси следующего состава (вес.%): SiO2 50-70, Li2O 5-25, Al2O3 0,1-20, K2O 0,1-15, CeO2 0,1-15, B2O3 0-5, P2O5 0-15, Tb2O3 0-2, ZrO2 0-15, ZnO 0-4, включающего также 0,1-5% по меньшей мере одной добавки из группы BaO, CaO, MgO, MnO, Er2O3, Gd2O3, Na2O, Pr2O3, Pr6O11, Sm2O3, TiO2, V2O5, Y2O3.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим материалам магнийалюмосиликатной системы. Предлагается прозрачный ситалл, содержащий, мас.%: SiO2 40-50; Al2O3 10-15; MgO 6-10; ZnO 20-25; Na2O 0,5-3; TiO2 3-9; ZrO2 1-6; As2O3 0,1-1.

Эмаль // 2643840
Изобретение относится к составам эмалей. Эмаль содержит, мас.%: SiO2 45,4-46,0; Sb2O3 2,2-2,6; ZnO 3,0-4,0; Na2O 0,5-1,5; Al2O3 22,0-24,0; BaO 1,0-1,5; CaO 0,3-0,5; B2O3 6,0-7,5; K2O 2,0-2,5; P2O5 0,5-1,0; TiO2 11,0-12,5; Nd2O3 1,0-1,5.

Стекло // 2643221
Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов стекол, которые могут быть использованы для изготовления витражей, в ювелирной промышленности. Стекло содержит, мас.

Изобретение относится к технологии силикатов и касается составов хрустального стекла, которое может быть использовано для изготовления сортовой посуды. Хрустальное стекло содержит, мас.%: SiO2 53,4-58,4; В2О3 16,0-17,0; СаО 4,0-6,0; MgO 1,0-3,0; ZnO 4,0-6,0; K2O 12,0-14,0; SeO2 1,0-1,6; ТеO2 1,0-1,6.

Изобретение относится к ап-конверсионно люминесцирующей оксифторидной наностеклокерамике. Люминесцирующая наностеклокерамика включает следующие компоненты, мол.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим наноматериалам. Ап-конверсионно люминесцирующая наностеклокерамика содержит, мол.
Стекло // 2634595
Изобретение относится к составу стекла. Техническим результатом является повышение коэффициента преломления стекла.

Группа изобретений относится к области производства литиево-силикатной стеклокерамики, способам получения и применения такой стеклокерамики. Способ изготовления литиево-силикатной стеклокерамики, включающей: оксид четырехвалентного металла, выбранный из ZrO2, TiO2, СеО2, GeO2, SnO2 и смесей таковых, по меньшей мере, 12,1 массовых % Li2O, от 0 до менее 0,1 массового % La2O3, от 0 до менее 1,0 массового % K2О и от 0 до менее 2,0 массовых % Na2O, содержит этапы, на которых: (a) исходное стекло, включающее компоненты стеклокерамики, подвергают термической обработке при температуре в 480-520°С в течение 10-30 мин для формирования стекла с зародышами, которые являются пригодными для формирования кристаллов дисиликата лития, и (b) стекло с зародышами подвергают термической обработке при температуре в 640-740°С для формирования стеклокерамики с дисиликатом лития в качестве основной кристаллической фазы, причем продолжительность второй термической обработки на стадии (b) составляет 10-60 мин.

Изобретение относится к оптически прозрачным стеклокристаллическим материалам магнийалюмосиликатной системы. Предлагается прозрачный ситалл, содержащий, мас.%: SiO2 40-50; Al2O3 10-15; MgO 6-10; ZnO 20-25; Na2O 0,5-3; TiO2 3-9; ZrO2 1-6; As2O3 0,1-1.

Изобретение относится к производству высокотермостойких радиопрозрачных стеклокерамических материалов, используемых в изделиях радиотехнического назначения. Технический результат – упрощение технологического процесса получения стеклокерамического материала.

Изобретение относится к производству высокотемпературных радиопрозрачных стеклокристаллических материалов в бесщелочной магнийалюмосиликатной системе с оксидами титана и циркония в качестве катализатора кристаллизации.

Изобретение относится к производству стеклокристаллического материала радиотехнического назначения и может быть использовано в керамической и авиационной промышленности.

Изобретение относится к области стеклокерамики, в частности к высокотемпературным радиопрозрачным стеклокристаллическим материалам для СВЧ-техники, предназначенным для изготовления средств радиосопровождения в авиационно-космической и ракетной технике и производства изделий электронной техники, преимущественно фазовращателей, модулей управляемых решеток и т.д.

Изобретение относится к батарее твердооксидных электролитических элементов (SOEC), изготовляемой способом, который включает следующие стадии: (a) формирование первого блока батареи элементов путем чередования по меньшей мере одной соединительной пластины и по меньшей мере одного узла элемента, причем каждый узел элемента содержит первый электрод, второй электрод и электролит, расположенный между этими электродами, а также обеспечение стеклянного уплотнителя между соединительной пластиной и каждым узлом элемента, причем стеклянный уплотнитель имеет следующий состав: от 50 до 70 мас.% SiO2, от 0 до 20 мас.% Аl2О3, от 10 до 50 мас.% СаО, от 0 до 10 мас.% МgО, от 0 до 2 мас.% (Na2O+K2O), от 0 до 10 мас.% В2O3 и от 0 до 5 мас.% функциональных элементов, выбранных из TiO2, ZrO2, F2, P2O5, МоО3, Fе2O3, MnO2, La-Sr-Mn-O перовскита (LSM) и их комбинаций; (b) превращение указанного первого блока батареи элементов во второй блок со стеклянным уплотнителем толщиной от 5 до 100 мкм путем нагревания указанного первого блока до температуры 500°C или выше и воздействия на батарею элементов давлением нагрузки от 2 до 20 кг/см2; (c) превращение указанного второго блока в конечный блок батареи твердооксидных электролитических элементов путем охлаждения второго блока батареи, полученного на стадии (b), до температуры ниже, чем на стадии (b), при этом стеклянный уплотнитель на стадии (a) представляет собой лист стекловолокон.
Изобретение относится к производству высокотермостойких керамических материалов, используемых в изделиях радиотехнического назначения. Технический результат изобретения заключается в снижении диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.
Изобретение относится к производству радиопрозрачных стеклокристаллических материалов. .

Изобретение относится к составу стеклокристаллического материала и может быть использовано в химической, строительной промышленности, для изготовления ювелирно-поделочных изделий и пробирного камня.

Описаны предварительно спеченные заготовки на основе стеклокерамики на основе метасиликата лития, которые в частности пригодны для получения зубных реставраций. Предварительно спеченная заготовка для зубов на основе стеклокерамики на основе метасиликата лития имеет относительную плотность от 66 до 90%, предпочтительно от 70 до 86%, по отношению к истинной плотности соответствующей подвергшейся уплотнительному спеканию стеклокерамики на основе дисиликата лития.

Изобретение относится к стеклокристаллическим материалам. Стеклокристаллический материал содержит кристаллические фазы кордиерита и силиката иттрия и изготовлен из стекол составов в мол. : SiO2 46-52, Аl2O3 15-18, MgO 15-18, ТiO2 8-16, Y2O3 4-8. Способ включает синтез стекол состава в мол. : SiO2 46-52, Al2O3 15-18, MgO 15-18, ТiO2 8-16, Y2O3 4-8, для чего компоненты смешивают для получения однородной смеси, которую засыпают в варочный сосуд и помещают в стекловаренную печь. Плавление смеси осуществляют в слабо окислительной атмосфере при температуре 1550-1600°C в течение 3-12 часов с гомогенизацией расплава. Затем расплавленную стекломассу отливают на металлическую плиту и отжигают при температуре 550-650°C в течение 1-3 часов, после чего инерционно охлаждают. Далее заготовку стекла подвергают двухстадийной изотермической термообработке с первой стадией в интервале температур 720-800°С в течение 3-24 часов и второй стадией в интервале температур от 950 до 1100°С в течение 3-24 часов с последующим инерционным охлаждением до комнатной температуры. Технический результат - увеличение модуля упругости до 190 ГПа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Наверх