RU2660672C1 - Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения - Google Patents
Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2660672C1 RU2660672C1 RU2017128964A RU2017128964A RU2660672C1 RU 2660672 C1 RU2660672 C1 RU 2660672C1 RU 2017128964 A RU2017128964 A RU 2017128964A RU 2017128964 A RU2017128964 A RU 2017128964A RU 2660672 C1 RU2660672 C1 RU 2660672C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- hours
- temperature
- sio
- stage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B32/00—Thermal after-treatment of glass products not provided for in groups C03B19/00, C03B25/00 - C03B31/00 or C03B37/00, e.g. crystallisation, eliminating gas inclusions or other impurities; Hot-pressing vitrified, non-porous, shaped glass products
- C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C10/00—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
- C03C10/0036—Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
- C03C3/076—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight
- C03C3/095—Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing rare earths
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (2)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128964A RU2660672C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128964A RU2660672C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2660672C1 true RU2660672C1 (ru) | 2018-07-09 |
Family
ID=62815814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017128964A RU2660672C1 (ru) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2660672C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4304603A (en) * | 1980-08-11 | 1981-12-08 | Corning Glass Works | Glass-ceramic compositions designed for radomes |
US6458730B1 (en) * | 1999-07-14 | 2002-10-01 | Minolta Co., Ltd. | Glass-ceramic composition for recording disk substrate |
US6627565B1 (en) * | 1999-07-27 | 2003-09-30 | Hoya Corporation | Crystallized glass substrate for information recording medium |
EP1067101B1 (en) * | 1999-07-07 | 2008-08-13 | Hoya Corporation | Process for preparation of crystallized glass for information recording disk |
EP3100985A1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-07 | Ohara Inc. | Crystallized glass and crystallized glass substrate |
RU2611809C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2017-03-01 | Ивоклар Вивадент Аг | Предварительно спеченная заготовка для дентального применения |
-
2017
- 2017-08-14 RU RU2017128964A patent/RU2660672C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4304603A (en) * | 1980-08-11 | 1981-12-08 | Corning Glass Works | Glass-ceramic compositions designed for radomes |
EP1067101B1 (en) * | 1999-07-07 | 2008-08-13 | Hoya Corporation | Process for preparation of crystallized glass for information recording disk |
US6458730B1 (en) * | 1999-07-14 | 2002-10-01 | Minolta Co., Ltd. | Glass-ceramic composition for recording disk substrate |
US6627565B1 (en) * | 1999-07-27 | 2003-09-30 | Hoya Corporation | Crystallized glass substrate for information recording medium |
RU2611809C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2017-03-01 | Ивоклар Вивадент Аг | Предварительно спеченная заготовка для дентального применения |
EP3100985A1 (en) * | 2015-06-04 | 2016-12-07 | Ohara Inc. | Crystallized glass and crystallized glass substrate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4304603A (en) | Glass-ceramic compositions designed for radomes | |
US4464475A (en) | Glass-ceramic articles containing osumilite | |
US4540671A (en) | Glass-ceramic product | |
JPS59207850A (ja) | カリウム・フロロリヒテル閃石のガラスセラミック体 | |
JP3421284B2 (ja) | 負熱膨張性ガラスセラミックスおよびその製造方法 | |
JPH07187710A (ja) | セルフグレージングの二ケイ酸リチウム含有ガラスセラミック製品 | |
US3445252A (en) | Alpha- and beta-cristobalite glassceramic articles and methods | |
Kržmanc et al. | Effect of a TiO 2 nucleating agent on the nucleation and crystallization behavior of MgO–B 2 O 3–SiO 2 glass | |
US3540895A (en) | Process for the manufacture of a devitrified glass | |
RU2660672C1 (ru) | Стеклокристаллический материал с высоким модулем упругости и способ его получения | |
JPH02116643A (ja) | アルカリ亜鉛アルミノホスフェートガラスセラミック | |
CN1315747C (zh) | 一种含氟磷锂铝硅玻璃陶瓷及其制备方法 | |
US4397670A (en) | Method of making alkali metal, calcium fluorosilicate glass-ceramic articles | |
CN100352782C (zh) | 一种含磷锂铝硅玻璃陶瓷及其制备方法 | |
EP0494357A1 (en) | Glass-ceramic-bonded ceramic composites | |
JPH0269335A (ja) | アルカリ土類金属アルミノホウ酸塩ガラスセラミックおよびその製造方法 | |
RU2169712C1 (ru) | Высокопрочный ситалл и способ его получения | |
US4022627A (en) | Crystallizable glasses and nephetine glass-ceramics containing ZrO2 and ZnO | |
Marques et al. | Low temperature production of glass ceramics in the anorthite–diopside system via sintering and crystallization of glass powder compacts | |
JPH08104539A (ja) | 透明非膨張性結晶化ガラス | |
GB2172282A (en) | Toughened glass-ceramics | |
US3901719A (en) | Glasses and glass-ceramics containing rutile fibers | |
JP2010030849A (ja) | ガラス | |
JPS5819626B2 (ja) | 酸化硼素アルミナ質耐火物 | |
JPH01141837A (ja) | 回路基板用誘電体材料 |