CZ85795A3 - Sklo s teplotou liquidus nižší než 800C - Google Patents

Abstract

Sklo s velmi nízkou teplotou liquidus a tedy i nízkou teplotou krystalizace, a to pod 800°C, a indexem lomu vyšším než 1,523, obsahuje 62 až 66 % hmot. S1O2, 17 až 21 % hmot.R2O, 12 až 20 % hmot.RO, 0,8 až 16 % hmot. R2O3, přičemž R2O představuje alespoň dva oxidy ze skupiny zahrnující Na2O, K2O a L12O, RO představuje alespoň tři oxidy ze skupiny zahrnující ZnO, CaO, MgO, BaO, PbO, SrO, přitom suma oxidů ZnO, CaO, MgO je 8 až 11 % hmot., R2O3 představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující AI2O3, Sb2O3, AS2O3. S výhodou obsahuje 7,0 až 9,0 % hmot. K2O a 10,0 až 12,0 % hmot. Na2O. Může obsahovat 3,5 až 3,9 % hmot. ZnO, 3,0 až 4,0 % hmot. CaO, 2,0 až 3,0 % hmot. MgO a 4,0 až 6,0 % hmot. BaO. Sklo ve výhodném provedení obsahuje 0,1 až 3,0 % hmot. PbO. Sklo též může obsahovat 0,1 až 0,6 % hmot. RO2, přičemž RO2 představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující T1O2, ZrO2, GeO2, CeO2. Sklo může mít 0,1 až 0,5 % hmot. R2O5, přičemž R2O5 představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující V2O5, P2O5. Sklo může obsahovat 0,8 až 1,2 % hmot. AI2O3 a 0,1 až 0,6 % hmot. SbO3, případně 0,1 až 0,6 % hmot. AS2O3.

Description

Sklo s teplotou liquidus nižší než 800 °C

Oblast techniky .'i

I Vynález se týká skla s teplotou liquidus skla, která je nižší než 800 °C. Sklo má index lomu n_D vyšší než 1,523.

Dosavadní stav techniky

V československém patentu č. 174 225 přihlašovatelé z Velké

Británie je uvedeno sklo odolné proti alkáliím, které obsahuje až 65 % váhových SiO₂ 6 až 20 % hmot. ZrO₂, až 45 % hmot. RO, kde RO je alespoň jeden dvojmocný oxid ze skupiny zahrnující CaO, MgO, SrO, BaO, a ZnO, přičemž podíl CaO je 20 až 45 % hmot. z váhy skla.

Sklo může obsahovat přídavně k CaO O až 10 % hmot. BaO, až 10 % hmot. MgO, až 10 % hmot. SrO, až 5 % hmot. ZnO.

Dále může sklo obsahovat nejvýše 6 % hmot. alespoň jedné slouče* niny zvolené ze skupiny zahrnující B₂O₃, A1₂O₃, TiO₂, Fe₂O₃, Na₂O,

K₂O, 2° ^{a F}2' Přičemž každý z těchto oxidů je obsažen v množství il^! a až 5 % hmot. , přičemž součet hmot. podílů Na₂O, K₂O ,a Li₂O je nejvýše roven 5 % hmot. skla.

V popisu vynálezu, v příkladných provedeních je uvedeno, že teploty liquidus těchto skel leží uvnitř oblasti od 1400 °C do

1500 °C, přičemž s přítomností MgO nebo SrO, případně TiO₂ lze dosáhnout mírného snížení teploty liquidus, ale může tak dojít ke snížení odolnosti proti alkáliím. V popisu vynálezu je uvedeno využití tohoto skla pro skleněná vlákna.

V patentu USA číslo 4,824,808 je uveden substrát skla pro tekuté krystaly na principu borosilikátů, s chemickou odolností a vysokou teplotní stabilitou při tvarování skleněných tabulí pro tekuté krystaly displejů, obsahující okolo až 58 % hmot. SiO₂,

12,5 až 18 % hmot. A1₂O₃,

20 až 23 %hmot. B2O3,
0	až	4	% hmot.	MgO,
0	až	6	% hmot.	CaO,
0	až	6	% hmot.	SrO,
1	až	9	% hmot.	BaO,
8	až	12 %hmot.	MgO + CaO + SrO + BaO,
0	až	3	% hmot.	ZnO a
0	až	1	% hmot.	přídavků.
		Sklo tohoto složení má deformační teplotu nad 624 °C, vnitřní

teplota liquidus nepřesahuje 1050 °C, střední koeficient délkové teplotní roztažnosti je 20 až 60 . 10“⁷ °c^-1 v rozmezí teplot 20 až 300 °C. Pro užší rozmezí složení tohoto skla je uvedena viskozita teploty liquidus vyšší než 1,3 . ΙΟ⁵ P. V příkladných provedeních vynálezu jsou uvedeny teploty liquidus 1032, 1016, 1014, 1013, 1001,

932, 907, 1013, 1080, 1011, 983, 1013, 1042, 1034, 1037, 1043, 1022 °C. Teploty liquidus tohoto skla se tedy pohybují v rozmezí teplot 907 až 1043 °C.

V německém patentu č. 31 39 212 německého přihlašovatele je uvedeno sklo s indexem lomu n_D > 1,58 a měrnou hmotností < 2,75

g.cm“³,vhodné pro výrobu brýlových skel. Toto sklo obsahuje následující složky skla v uvedeném rozmezí % hmot. :

SiO₂ 58 až 64 % hmot.,

B₂O₃ 4 až 9 % hmot.,

A1₂O₃ 0 až 3 % hmot.,

SÍO₂ + B₂O₃+ A1₂O₃ 66 až 73 % hmot.,

Li₂O 6 až 13 % hmot.,

Na₂O 0 až 2 % hmot.,

K₂O 0 až 2 % hmot.,

LÍ2O + Νβ2θ+ Κ2Ο 10,5 až 13,5 % hmot.,

MgO 0 až 6 % hmot.,

CaO 7 až 14 % hmot.,

MgO + CaO 9 až 17 % hmot.,

T TiO₂ ^{1,5 7} % hmot., ) ^ZrO2 1 ^až 6 % hmot.,

TiO₂ + ZrO₂ 4 až 8 % hmot.

Uvedeným složením skla podle tohoto vynálezu se dosahuje vysokého indexu lomu, který je rozhodujícím ukazatelem při výrobě brýlového skla, jemuž je teplota liquidus podřízena.

Při zpracování běžných typů skel na bázi křemičitosodnovápenatých dochází k jejich silné krystalizaci vlivem poměrně vysoké teploty liquidus, takže výrobky mohou být znehodnoceny krystalizaci, t.j. odskelněním.

Skla i s relativně nízkou hodnotou teploty liquidus však obvykle nedosahují vyššího indexu lomu, který je nutný pro výrobky s výrazně dobrými subjektivně posuzovanýni vlastnostmi, zejména vizuálními či optickými.

Úkolem tohoto vynálezu je vytvořit takovou chemickou skladbu skel s nízkou teplotou liquidus, tedy krystalizace skel, u nichž by byla možnost využití technologie tažení nebo lití, ale také i lisování optických výrobků. Současně však bylo nutno řešit i získání optimálního průběhu viskozitní křivky. Pro možnou flexibilitu výroby byl řešen i vyšší index lomu skla.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje sklo s nízkou teplotou liquidus nižší než

800 °C, při indexu lomu nD vyšší než	1,523, podle tohoto vynálezu,
jehož podstata spočívá v tom, že sklo 62 až 66 % hmot. SiO2, 17 až 21 % hmot. R2O , 12 až 20 % hmot. RO, 0,8 až 16 % hmot. R2°3' přičemž	obsahuje

R₂o představuje alespoň dva oxidy ze skupiny zahrnující Na₂O, Ll₂O,

RO představuje alespoň tři oxidy ze skupiny zahrnující ZnO, CaO, MgO,

BaO, PbO, SrO, přitom suma oxidů ZnO, CaO, MgO je 8 až 11 % hmot. R₂O₃ představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující A1₂O₃,

Sb₂O₃, As₂O₃·

Pokud se týká alkalických oxidů, je výhodné, když sklo obsahuje 7,0 až 9,0 % hmot. K₂O a 10,0 až 12,0 % hmot. Na₂0.

Pokud se týká dvojmocných oxidů, je výhodné, když sklo obsahuje

3,5 až 3,9 % hmot. ZnO,

3,0 až 4,0 % hmot. CaO,

2,0 až 3,0 % hmot. MgO,

4,0 až 6,0 % hmot. BaO.

Rovněž je výhodné, když sklo obsahuje 0,1 až 3,0 % hmot. PbO.

Dále je výhodné, když sklo obsahuje 0,1 až 0,6 % hmot. RO₂, přičemž R0₂ představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující TiO₂, ZrO₂, Ge0₂, Ce0₂ ·

Kromě toho je výhodné, když sklo obsahuje 0,1 až 0,5 % hmot

R₂O₅, přičemž R₂O₅ představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující V₂O₅, Ρ₂θ5·

Mimoto je výhodné, když sklo obsahuje 0,8 až 1,2 % hmot. A1₂O₃, 0,1 až 0,6 % hmot. Sb₂O₃, event. 0,1 až 0,6 % hmot. As₂O₃.

Hlavní výhodou tohoto vynálezu je optimální složení skla s velmi nízkou teplotou liquidus nižší než 800 °C, tedy teplotou, při níž dochází ke krystalizaci skla ve srovnání s dosavadním stavem techniky. Tato teplota je velmi příznivá pro variabilní možnost použití při zpracování skla, ve velkém teplotním intervalu, bez nebezpečí vzniku krystalizace. Bylo ověřeno, že sklovina v tomto rozmezí složení nevykazuje žádnou krystalizaci v teplotním rozmezí 500 až 1000 °C za 24 hod. Až po 48 hodinách byly nalezeny ojedinělé krystalky v teplotním pásmu okolo 750 °C.

Definovaný obsah alkalických kovů je příznivý z hlediska snížení tavících teplot. Rozsah oxidů typu RO přispívá k dosažení indexu lomu nejméně 1,523 v tomto typu skla. Sklo s přídavkem PbO má vyšší disperzi a lze jej použít pro výrobky, kde je tato vlastnost požadována, např. lustrové ověsy, bižuterní sklo, kvalitní užitkové sklo. Oxidy typu R0₂ vnesené do tohoto skla spolu s oxidy RO zvýší index lomu nad 1,523. Obsah CeO₂, způsobí silnou absorbci v oblasti UV záření, což je vhodné při výrobě brýlových skel. Oxidy typu R₂O₅ Přispívají k zabarvení skla do zelena, s výraznou absorbci skla v oblasti UV záření. A1₂O₃ zlepšuje mechanické vlastnosti skla, zejména obrusnost. Sb₂O₃ a As₂O₃ působí ve skle jako optimální čeřivo.

Průběh viskozitní křivky je vhodný pro běžné technologie zpracování. Řešení je vhodné pro technologii kontinuálního zpracování skla litím, tažením atp. při nízkých odběrových výkonech nebo pro malokapacitní sklářské tavící agregáty. Vyšší index lomu n_D těchto skel umožňuje výrobu opticky náročných výrobků. Skla mají i dobrou obrusnost a leštitelnost. Řadí se do 3. až 4. hydrolytické třídy odolnosti.

Fyzikální vlastnosti skel v rozmezí daném rozsahem složek podle tohoto vynálezu jsou následující :

Teplota liquidus : Hustota ;

Index lomu n_D ; Disperze :

Abbeho číslo :

Střední koeficient oČ20 až 300 °C :

Měrné teplo :

Tepelná vodivost : Modul pružnosti : Hydrolytická třída

750 až 765 °C

2.5 až 2,65» Kg.m”³

1, 523 ± 0,001

0,009 ± 0,001 až 62 délkové teplotní roztažnosti v rozmezí teplot

9.5 až 10,6 .10”⁶ K ^_1

730 až 760 J. kg^-1. K ¹

0,5 až 0,6 W.m”¹. K”¹

7350 až 7 400 . 10 ⁷Pa odolnosti : 4.

Optimální průběh viskozitní křivky :

Log viskozity	Teplota	(°C)
2,00	1350 až	1400
3,00	1120 až	1130
4,00	950 až	970
5,00	840 až	860
7,65	650 až	670
13,1	470 až	500.

Příklady provedeni vynálezu

Vynález je blíže osvětlen na příkladech složení skel a jejich odpovídajících vlastnostech.

Složení skla podle příkladu 1 je vhodné pro tažení profilových tyčí, složení podle příkladu 2 je určeno pro lité skleněné tyče. Pro výrobu standardních brýlových skel je výhodné složení skla podle příkladu 3, pro brýlová skla s UV filtrem příklad 5 . Sklo podle příkladu 4 je určeno pro výrobu lustrových ověsů, příklad složení skla 6 je vhodný pro bižuterii. Sklo uvedené v příkladu 7 má zvýšenou odolnost vůči solarizaci, jedná se o bezarsenikové sklo. Sklo podle příkladu 8 je využitelné i pro ruční zpracování skloviny.

V tabulce vlastností skel je odpovídající hodnota ^TL (°^c) teplota liquidus, h (g/cm³) - hustota, n_D - index lomu,

A - Abbého číslo, (10~⁶K^_1) - střední koeficient délkové teplotní roztažnosti při teplotách v rozmezí 20 až 300 °C,

Cp (J.kg^-1·.K'¹) - měrné teplo,

Λ, (w.m”¹.K'¹) - tepelná vodivost

T/log^ - teplota skloviny (°C) pro odpovídající log'*? viskozity skloviny.

Složky oxidy	skla 1	2	Pří 3	klad 4	y
5	6	7	8
SiO2	63,86	63,63	63,28	62,11	63,68	63,51	63,79	63,19
ZnO	3,76	3,74	3,9	3,66	3,75	3,74	3,75	3,72
CaO	3,44	3,43	3,41	3,35	3,43	3,67	3,44	3,40
MgO	2,45	2,44	2,43	2,38	2,44	2,43	2,46	2,42
BaO	5,14	5,12	5,82	5,00	5,13	5,11	5,14	5,09
K2O	8,84	8,80	8,76	8,60	8,81	8,79	8,83	8,75
Na2O	11,04	10,99	10,94	10,74	11,01	10,97	11,03	10,92
	1,00	1,00	0,99	0,98	1,00	1,00	1,00	0,99
Sb2°3	0,19	0,28	0,28	0,27	0,28	-	0,56	0,19
As2°3	0,28	0,19	0,19	0,18	0,19	0,56	-	0,28
lí2o	-	0,38	-	-	-	-	-	-
PbO	-	-	-	2,73	-	-	-	-
CeO2	-	-	-	-	0,28	-	-	-
P2°5	-	-	-	-	-	0,22	-	-
®2θ3	-	-	—	—	—	—	—	1,05
Vlastnosti		Pří	klad	y
skla	1	2	3	4	5	6	7	8

TL	755	750	755	750	755	765	755	765
h	2,608	2,608	2,624	2,659	2,608	2,608	2,612	2,613
nD	1,5233	1,5246	1,5249	1,5287	1,5235	1,5235	1,524	1,5247
A	61,74	61,65	61,68	61,50	61,74	61,71	61,72	62,06
oC	10,54	10,70	10,57	10,55	10,54	10,52	10,55	10,40
Gp	741,9	735,5	740,6	739,0	741,9	739,7	741,9	744,2
Λ	0,598	0,593	0,597	0,598	0,598	0,598	0,598	0,613
T/log^ 2 3	1366	1343	1359	1348	1365	1362	1367	1366
1122	1100	1116	1107	1121	1119	1123	1122
4	960	940	857	948	959	959	961	964
5	846	826	843	836	845	845	847	846
7,65	660	640	658	652	659	660	661	660
'· 13,1	484	465	483	478	483	485	484	484

Z těchto příkladů je zřejmé, že teplota liquidus T_L i teplota zpracování těchto skel leží výrazně pod 800 °C, index lomu n_D těchto skel nad 1,523.

Průmyslová využitelnost

Řešení je vhodné pro technologii kontinuálního zpracování skla litím, tažením, lisováním atp., při nízkých odběrových výkonech, a to pro malokapacitní sklářské tavící vanové agregáty i sklářské pánve, otápěné plynem i elektricky. Sklo podle tohoto vynálezu je možno využít jako základního skla a libovolně ho barvit při zachování uvedených vlastností. Sklo je vhodné např. pro výrobu lustrových ověsů, brýlových skel, kvalitního užitkového skla, skleněných tyčí a bižuterie.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY (£>

   cn

   O o

   w.

   O

   l.Sklo s teplotou liquidus nižší než 800 °C, a indexem lomu n_D vyšším

   než 1,523 , vyznačuj ící s e tím, že obsahuje 62 až 66 % hmot. SiO₂, 17 až 21 % hmot. R₂O , 12 až 20 % hmot. RO, 0,8 až 16 % hmot. R₂O₃, přičemž r₂° představuje alespoň dva oxidy ze skupiny zahrnuj ící Na₂O , K₂O a Li₂O,

   RO představuje alespoň tři oxidy ze skupiny zahrnující ZnO, CaO, MgO, BaO, PbO, SrO, přitom suma oxidů ZnO, CaO MgO je 8 až 11 % hmot.,

   R₂O₃ představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující A1₂O₃, Sb₂O₃, As₂O₃·
2. 2.Sklo podle nároku l,vyznačující se tím, že obsahuje

   7,0 až 9,0 % hmot. K₂O,

   10,0 až 12,0 % hmot. Na₂0.
3. 3.Sklo podle nároku la2,v yznačující se tím,že obsahuj

   3,5 až 3,9 % hmot. ZnO, 3,0 až 4,0 % hmot. CaO, 2,0 až 3,0 % hmot. MgO, 4,0 až 6,0 % hmot. BaO.
4. 4.Sklo 0,1 podle nároku l,v y z až 3,0 % hmot. PbO.

   ící tím, že obsahuje
5. 5.Sklo podle nároku 1,v yznačující se tím, že obsahuje 0,1 až 0,6 % hmot. R0₂, přičemž R0₂ představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující TiO₂, ZrO₂, GeO₂, CeO₂ .
6. 6.Sklo podle nároku 1,vyznačující se tím, že obsahuje 0,1 až 0,5 % hmot R₂O₅, přičemž R₂O₅ Představuje alespoň jeden oxid ze skupiny zahrnující V₂O₅, P₂O₅.
7. 7.Sklo podle nároku 1,v yznačující se tím, že obsahuje 0,8 až 1,2 % hmot. A1₂O₃, 0,1 až 0,6 % hmot. S₂bC>3.
8. 8.Sklo podle nároku 7,vyznačující se tím, že obsahuje 0,1 až 0,6 % hmot. As₂O₃.