Стекло

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

САНИ

<1 727586

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 030878 (21) 2654174/29-33 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150480. Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования описания 150480 (5})М. Кл.2

С 03 С 3/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 666.112. 9 (088.8) Н.Ф.Шаповалова, Г.И.Артамонова, Д.Л.Орлов, Л.A.Ãoëóáåâà, М.М.Маврина и В.A.Àñòàôbåâ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Государственный научно-исследовательский институт стекла (54) СТЕКЛО

8102

A1à Оь

ВЕО

20-43 8-21

4-10

Изобретение относится к стеклам, обладающим высокой теплопроводностью и высокими электроизоляционными харак теристиками. Стекло используют для изготовления охлаждаемых электроиэоляторов в системе тиристорных электроприводов и в качестве изоляционных подложек в электро- и радиотехнике, .где необходимо обеспечение стабильного температурного режима работы приборов.

Известно стекло, содержащее следующие компоненты, масс Ъ:

$10 . .6-9 15

Ха О . 30-50

Ъ О 0-5 (еО 1-5

В хОз 7,5-9,5

Та.„О 15-20 2()

Z rO 6-8

Са О 1-20 (1 }

В известном стекле окись бора находится в трехкоординированном состоянии и ослабляет структурные связи. Уменьшение силы сцепления структурных элементов приводит к снижению упругих характеристик и не обеспечивает.достаточной теплопроводности стекла. зо

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стекло, включающее (в мас..Ъ) по крайней мере один окисел из группы Ча Оз

Х à 0, Nb 0»

СЕ.,0 2 7-58 по крайней мере один окисел иэ группы Ng0, ЕпО, Zr0 3-12 (2}

Данные составы рекомендуются для получения стекловолокна.

Теплопроводность стекол указанных составов по нашим измерениям лежит в пределах 1,17-2,08 вт/м.град. и недостаточна для использования указанного стекла в качестве электроизоляционных элементов, обеспечивающих необходимый отвод тепла.

Целью изобретения является повышение теплопроводности стекла.

Указанная цель достигается тем, что стекло, включающее S10,, АЕ О, 727586 (Л при 25 С 1,25 вт/м град.) и приближается по своему значению к теплопроводности высокоглиноэемистой керамики и монокристаллического сапфира (Л при 25 C = 23 вт/м град.), С увеличением температуры тег.лопро водность стекла возрастает, тогда как у кристаллических тел она значительно снижается.

Удельное сопротивление предлагае мого стекла составляет при 20 С примерно 10 ом.см

Ниже изобретение поясняется на конкретных примерах его выполнения

Т а б л и ц а 1

SiO, 20-50

Л1 О 22-30

La О 5-25 5

Се О

5-20

ZnO. 2-10

P fO

3-8

СеО

5-10

Указаннбе стекло может дополнительно содержать Pr Π— 0,5-3,5, Ий О1-7,0 в мас.%

Такое, соОтношение компонентов позволяет получить стекло преимуще- ственно с сильными ковалентными свя- »5

: эями и плотной структурной упаковкой, обладаюцее высокой тепловодностью.

Положительную роль в уплотнении структуры играет повышенное содержа- ние в стекле окиси алюминия. Присут- 2(» ствие двуокиси германия увеличивает ковалентность связей в стекле. Тугоплавкая окись гафния также способствует упрочению связей в структуре стекла. Все укаэанное обеспечивает повышенную теплопроводность стекла.

Состав компонентов указанного

Стекла обуславливает также высокие эдектроизоляционные свойства последнего.

Присутствие в стекле до 7% по мас- () се Ий О и Pr О до 3,5% по массе, при использовайии в качестве. сырья дешевого цериевого концентрата,не ухудшает теплопроводности и электроизоляционных характеристик. 35

Тейлопроводность стекла составляет при 25о С 12, 56 С-14, 24 вт/м град., т.е. более чем в 10 раз превышает теплопроводность кварцевого стекла

Наимен ванне компо нентов

8 15 5 а,оз

25 13 10

7,5

4 10 ЕпО

2,5 3 2

8 3

3 3

7 . 5

5,5 10 5

Ge0

2,5

3,5

Pr 3

0,5

1,0

»И„О 7

5,0

Таблица 2

Значение свойств стекол

Теплопроводность (вт/м оград) 14,07 14,24 13,75 13,49 12,56

12 Зб 1 17 2 08

Электропроводность (ом см) 45

10 -10.Температура варки (C) 1540-1560 цинка, окись гафния, окись германия.

Использование вместо окиси церия дешевого цериевого концентрата соста65 Ва (в мас.%) 53 Geg, 21 Ьа О

La 0>, Се„О, ЕпО дополнительно содержит HbO и Ge0 при следующем соотношении компонентов (в мас.%) Яля синтеза стекол используют следуюшие сырьевые материалы.

Кварцевый песок, окись алюминия, окись лантана, окись церия, окись

Si0 20 25 30 35 50 45

AI O 24 30 28 22 22 22

Се О 20 7 16 5 5 5

Свойства синтезированных стекол приведены в таблице 2.

727586

Формула изобретения

S " О

AI2O

La Оз

Се,Оз

ZnO HfO

Оео„

2. Стекло по п. щ е е с я тем, что содержит (в мас.%) 20-50

22-30

5-25

5-20

2-10

3-8

5-10

1, отличаю оно дополнительно

Составитель О.Самохина

Техред N.Ïåòêo . Корректор H.Стец

Редактор В.Большакова

Заказ 1064/21 Тираж 528 Подписное цНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

18 Nd20, 9 Pr<0> обуславливает присутствие в стекле указанных количеств Nd>0 и Pr20 .

Варку стекла осуществляют в газовых печах или в печах индукционного нагрева в кварцевых или платиновых тиглях. Максимальная температура варки составляет 1560 С.

Для достижения однородности физико-химических свойств производят перемешивацие стекломассы при максимальной температуре варки в течение

3-х часов.

Из полученной стекломассы можно вырабатывать толстостенные изделия, характеризуемые высокой теплопроводностью и электроизоляционными. свойствами.

Из стекла могут быть изготовлены, например, охлаждаемые электроизоляторы для тиристорных электроприводов, электроиэоляционные подложки для. 2О полупроводниковой микроэлектроники и другие электроиэоляционные элемейты,с высокой теплопроводностью.

Электроизоляционные подложки из стекла вследствии простой технологии. Я5 изготовления и изотропности материала будут в 20-30 раз дешевле используемых сейчас подложек из искусственного монокристаллического сапфира.

Охлаждаемые водой электроизолято- Зо . ры из стекла отличаются от изоляторов из высокоглиноземистой керамики полным отсутствием пористости,и зна1чительно более высокой частотой обра-. ботки поверхности изделия контактирующей с полупроводниковыми элементами.

По данным института горного дела им. A, A, Скочинского экономический эффект от использования 30 комплектов иэделий из описываемого стекла в системе тиристорных электроприво дов ориентировочно составит около

200 тыс.руб. в год.

Применяемые для григотовления шйх" ты компоненты не обладают токсичностью, поэтому технологический процесс:(составление шихты, варка, выработка иэделий) может производиться в обычном производственном помещении без дополнительных затрат на специальную герметизацию и усиленную приточно-вытяжную вентиляционную систему, необходимые при варке известных бериллийсодержащих стекол.

1. Стекло, включающее Si02, AI О2 3

La2O, йеОз, Епо, отличаю— щ е е с я тем, что, с целью повышения теплопроводнрсти, оно дополнительно содержит,HfO и Ge02 при следующем соотношении указаннйх компонентов (в мас.%) 2 э 0,5-3,5

Nd О 1-7

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

9 1299879, С 1 М, 1972.

2. Патент CIIIA 9 3947281, кл. 106-52, 1976.