RU2811701C2 - Стеклокерамический материал типа шпинели для производства бижутерии и ювелирных камней - Google Patents
Стеклокерамический материал типа шпинели для производства бижутерии и ювелирных камней Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811701C2 RU2811701C2 RU2021127067A RU2021127067A RU2811701C2 RU 2811701 C2 RU2811701 C2 RU 2811701C2 RU 2021127067 A RU2021127067 A RU 2021127067A RU 2021127067 A RU2021127067 A RU 2021127067A RU 2811701 C2 RU2811701 C2 RU 2811701C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- ceramic material
- jewelry
- stones
- production
- Prior art date
Links
- 239000006112 glass ceramic composition Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004575 stone Substances 0.000 title claims description 14
- 239000011029 spinel Substances 0.000 title abstract description 18
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 title abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000004040 coloring Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- -1 Pr2O3 Chemical compound 0.000 claims abstract description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- FVJVAGSQQNKTJZ-UHFFFAOYSA-N [B+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] Chemical compound [B+3].[Al+3].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] FVJVAGSQQNKTJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000010437 gem Substances 0.000 abstract description 9
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 5
- 239000003086 colorant Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002969 artificial stone Substances 0.000 abstract description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 6
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 2
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 abstract 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N CuO Inorganic materials [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(II) oxide Inorganic materials [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(III) oxide Inorganic materials O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910000108 silver(I,III) oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEHRHMRHPUNLIR-UHFFFAOYSA-N aluminum;hydroxy-[hydroxy(oxo)silyl]oxy-oxosilane;lithium Chemical compound [Li].[Al].O[Si](=O)O[Si](O)=O.O[Si](=O)O[Si](O)=O HEHRHMRHPUNLIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- 229910052670 petalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 241000579895 Chlorostilbon Species 0.000 description 2
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009694 cold isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229910052634 enstatite Inorganic materials 0.000 description 2
- CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N gallium nitrate Inorganic materials [Ga+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O CHPZKNULDCNCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940084478 ganite Drugs 0.000 description 2
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N magnesium;dihydroxy(oxo)silane Chemical compound [Mg+2].O[Si](O)=O BBCCCLINBSELLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 229910052844 willemite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021193 La 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000502 Li-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BKUKLPQANLPGEV-UHFFFAOYSA-N [Li].[Mg].[Zn] Chemical compound [Li].[Mg].[Zn] BKUKLPQANLPGEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N aluminum;lithium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Li+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O CNLWCVNCHLKFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006103 coloring component Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000010976 emerald Substances 0.000 description 1
- 229910052876 emerald Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000174 eucryptite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000010929 jewellery material Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002611 lead compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- FOKWMWSOTUZOPN-UHFFFAOYSA-N octamagnesium;iron(2+);pentasilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Fe+2].[Fe+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] FOKWMWSOTUZOPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011025 peridot Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052642 spodumene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000011009 synthetic ruby Substances 0.000 description 1
- 239000011010 synthetic spinel Substances 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000563 toxic property Toxicity 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000010981 turquoise Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021489 α-quartz Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000500 β-quartz Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к стеклокерамическому материалу для производства синтетических камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий, доступному в широком диапазоне цветовых решений, достоверно имитирующему натуральные драгоценные камни, благодаря высокому содержанию кристаллической фазы шпинели и пониженному содержанию SiO2. Стеклокерамический материал содержит не менее 20% нанокристаллической фазы шпинели и имеет следующий состав, мас.%: SiO2 от 20 до 40, B2O3 от 1,5 до 10, Al2O3 от 20 до 35, MgO от 0,1 до 20, ZnO от 0,1 до 20, где содержание MgO + ZnO составляет по меньшей мере 10%. Стеклокерамический материал может дополнительно содержать зародышеобразователь, мас.%: ZrO2 от 0,5 до 15 и TiO2 от 0 до 15, где содержание TiO2 +ZrO2 составляет по меньшей мере 5%, для контролируемой кристаллизации в объеме стеклокерамического материала кристаллических фаз ZrO2 и ZrTiO4, а также от 0 до 20 мас.% окрашивающих добавок в виде СоО, NiO, CuO, Fe2O3, MnO2, Cr2O3, V2O5, Pr2O3, CeO2, Nd2O3, Er2O3, AgO и Au. Технический результат изобретения – материал имеет прекрасные механические свойства, химическую стойкость и теплостойкость, 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к новому стекло керамическому материалу для производства синтетических камней для промышленного изготовления бижутерии и ювелирных украшений. Материал образован матрицей из алюминий-бор-силикатного стекла, в которой гомогенно диспергирована кристаллическая фаза, образованная нанокристаллами типа шпинели и инициаторами образования центров кристаллизации. Показатель преломления этого материала превышает 1,62, его плотность превышает 3,1 г⋅см-3, и модуль упругости (модуль Юнга) превышает 110 ГПа. Материал не содержит соединений свинца, кадмия, мышьяка, лития. Применение подходящих добавок позволяет получать материалы в широком цветовом диапазоне. Благодаря кристаллизации предварительно расплавленного стекла, материал имеет улучшенную механическую, тепловую и химическую стойкость. Благодаря высокому содержанию кристаллической фазы типа шпинели, материал обеспечивает достоверную имитацию внешнего вида и свойств натуральных драгоценных камней.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В отраслях промышленности, связанных с изготовлением бижутерии и ювелирных изделий, кроме натуральных материалов также применяют некоторые типы синтетических материалов. Основным материалом, применяемым в производстве камней (самоцветов) для бижутерии, является стекло (например, как описано в документах WO 2010142256, CZ 2010-575). Его полезными свойствами являются: способность принимать форму в горячем виде и очень широкий диапазон цветовых оттенков, а его недостатки включают: низкий показатель преломления, из-за чего на камень приходится наносить отражающий слой, и низкая теплостойкость, из-за которой камни нельзя обрабатывать применяемыми в ювелирном деле методиками, включающими налив расплавленного металла, такими как способы литья по выплавляемым восковым моделям (например, как описано в документе US 4154282).
В ювелирной промышленности преобладающим бесцветным синтетическим материалом является монокристаллический оксид циркония, стабилизированный иттрием (Nassau, Gems & Gemology, 1981). Его полезными свойствами являются: высокий показатель преломления, дисперсия и термическая стабильность. Его недостатками являются очень ограниченный цветовой диапазон и очень низкий выход материала при производстве готового камня, что обусловлено неправильными формами исходных кристаллов.
Кроме указанного материала, в качестве цветных камней в ювелирной промышленности используют монокристаллическую синтетическую шпинель и корунд, и стекло керамические материалы на основе иттрия, лития, магния и алюмосиликатов цинка.
Алюмосиликатное стекло/стекло керамические материалы, содержащие оксиды редкоземельных элементов (RE2O3), такие как Y2O3, подходящие для изготовления бижутерии и ювелирных изделий, рассмотрены в патенте ЕР 3339262. Композиция основы включает (% масс): от 0 до 30% SiO2, от 10 до 50% Al2O3, от 20 до 70% (Y2O3+La2O3), от 0,1 до 20% Nb2O5. Кроме широкого возможного диапазона окраски, преимущества этого материала также включают высокий показатель преломления, оптическую дисперсию, механическую и химическую стойкость, а также теплостойкость.
Стеклокерамические материалы на основе алюмосиликатов лития применяют для производства варочных поверхностей и кухонной утвари. Компания Corning Inc. имеет множество патентов в этой области, включая патенты, относящиеся к окрашиванию (US 5491115, US 5070045, US 5179045, US 5256600).
В патенте RU 2613520 рассмотрен поликристаллический синтетический ювелирный материал. Прозрачный керамический материал получают применением комбинации способов CIP (англ. cold isostatic pressing, т.е. холодного изостатического прессования) и HIP (англ. hot isostatic pressing, т.е. горячего изостатического прессования), и полученный материал включает кристаллические фазы ИАГ (иттрийалюминиевого граната) и шпинели.
В патенте US 6632758 рассмотрено получение прозрачного стеклокерамического материала, включающего кристаллы алюмосиликатной шпинели. Потенциально этот материал может быть применен в оптике (волокна, лазеры, усилители).
В патенте CN 10205058 рассмотрен алюмосиликатный стеклокерамический материал и способ его получения. Основными кристаллическими фазами являются: сподумен, петалит и эвкриптит. Этот непрозрачный материал применяют в строительной промышленности.
Стеклокерамический материал, имеющий высокий модуль Юнга, рассмотрен в документе US 5476821. Предлагаемая композиция включает (% масс): от 35 до 60% SiO2, от 20 до 35% Al2O3, от 0 до 25% MgO, от 0 до 25% ZnO, по меньшей мере 10% MgO + ZnO, от 0 до 20% TiO2, от 0 до 10% ZrO2, от 0 до 2% Li2O, от 0 до 8% NiO и необязательно другие дополнительные оксиды. Основной кристаллической фазой является шпинель; материал применяется в запоминающих устройствах. Прозрачность этому материалу не требуется. Аналогичный материал, в котором присутствуют другие кристаллические фазы (сапфир, α и β кварц), рассмотрен в более ранних патентах US 3873329 и US 3936287.
Прозрачный стеклокерамический материал с добавлением Cr2O3, испускающий фотолюминесценцию, аналогичную фотолюминесценции синтетического рубина, описан в патенте US 3681102. Предлагаемая композиция включает (% масс): от 55 до 75% SiO2, от 8 до 25% Al2O3, от 2 до 20% ZnO, от 0,01 до 1% Cr2O3 и от 2 до 12% ZrO2. Основной кристаллической фазой является ганит.
Теплостойкий стеклокерамический материал для ювелирных изделий описан в патенте US 9801435. Предлагаемая композиция включает (% мол.): от 45 до 72% SiO2, от 15 до 30% Al2O3, от 0,1 до 23,9% MgO, от 0,1 до 29% ZnO, от 1 до 18% Li2O, от 0,1 до 7% PbO, от 0,1 до 10% ZrO2, от 0,1 до 15% TiO2 и окрашивающие компоненты: NiO, СоО, CuO, Cr2O3, Bi2O3, Fe2O3, MnO2, CeO2, Nd2O3, Er2O3, Pr2O3 и Au. Очень низкий коэффициент термического расширения и, благодаря этому, высокая сопротивляемость термическому шоку, обусловлена присутствием твердого раствора алюмосиликатов лития-магния-цинка, имеющих структуру виргилита или китита. Кроме того, материал включает по меньшей мере одну из следующих кристаллических фаз: шпинель, сапфир, энстатит, петалит, титанат алюминия-магния, кордиерит, виллемит, циркон, рутил, титанат циркония, ZrO2. Температура плавления материала лежит ниже 1570°С.
Стеклокерамические материалы на основе алюмосиликатов магния и/или цинка обычно применяют в ювелирной промышленности из-за их механических, термических и оптических свойств. Однако в цитируемых патентах не упоминается возможность адаптации композиции для получения преобладающей фазы шпинели, и, таким образом, для имитации внешнего вида и свойств натуральных драгоценных камней.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к материалу для изготовления ювелирных изделий и бижутерии - прозрачному, полупрозрачному или непрозрачному стеклокерамическому материалу типа шпинели, имеющему показатель преломления по меньшей мере 1,62, высокую механическую твердость (ударопрочность) и очень высокую теплостойкость, который не содержит соединений свинца, мышьяка, кадмия и лития, что обеспечивает максимальную безопасность для здоровья. Благодаря высокому содержанию кристаллической фазы шпинели и пониженному содержанию SiO2, этот материал может быть окрашен посредством добавления различных оксидов, и, таким образом, он достоверно имитирует цвета натуральных драгоценных камней (таких как шпинель и ганит).
Изобретение относится к материалу для получения камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий, который состоит из (% масс):
от 20% до 40% SiO2,
от 1,5% до 10% B2O3,
от 20% до 35% Al2O3,
от 0,1% до 20% MgO,
от 0,1% до 20% ZnO,
причем содержание MgO + ZnO составляет по меньшей мере 10%,
и также предпочтительно содержит
от 0% до 15% TiO2,
от 0,1% до 15%ZrO2,
причем содержание TiO2 + ZrO2 составляет по меньшей мере 5%,
и более предпочтительно также содержит:
от 0 до 20% окрашивающих добавок в виде СоО, NiO, CuO, Fe2O3, MnO2, Cr2O3, V2O5, Pr2O3, CeO2, Nd2O3, Er2O3, AgO и Au.
Таким образом, изобретение относится к стекло керамическому материалу с пониженным содержанием SiO2, включающему только кристаллическую фазу шпинели и кристаллические фазы, связанные с зародышеобразующими агентами (ZrO2, ZrTiO4), имеющему высокую термическую, механическую и химическую стойкость.
Параметры материала согласно изобретению представлены в Таблице 1.
СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Стеклянные основы были получены гомогенизацией исходных компонентов и плавлением в тигле из платины или SiO2 при температурах, составляющих от 1550°С до 1700°С. Расплавленное стекло гомогенизировали мешалкой из платины или SiO2, затем выливали в предварительно нагретую изложницу, которую переносили в охладительную зону печи, нагретую до температуры, составляющей от 600 до 650°С, для релаксации внутренних напряжений, и затем охлаждали в контролируемом режиме до комнатной температуры. Охлажденные блоки нарезали на пластины или призмы подходящих размеров, которые затем подвергали кристаллизации в контролируемом режиме.
Кристаллизацию стекла проводили в два этапа при температурах, оптимизированных с помощью анализа ДСК (дифференциальной сканирующей калориметрии). Правильный выбор температуры зародышеобразования (Tn), температуры кристаллизации (Тс), скорости нагревания и времени выдерживания при выбранной температуре позволяет контролировать процесс кристаллизации, что позволяет получать нужный размер и количество кристаллической фазы (Z. Strnad, , 1983). Для получения прозрачного материала необходимо (в случае кубической фазы шпинели), чтобы максимальный размер кристаллических частиц составлял 50 нм. Если размер кристаллитов превышает указанную величину, то сначала происходит опалесцентное окрашивание материала, и затем, при дальнейшем росте кристалла, полностью исчезает прозрачность. Температуры зародышеобразования согласно обнаруженным значениям температур фазового перехода Tg составляют от 600°С до 700°С, температуры последующей кристаллизации прозрачного материала составляют от 750°С до 950°С, температуры последующей кристаллизации непрозрачного материала составляют от 950°С до 1100°С. Конкретные температурные режимы представлены в Таблице 2 при описании иллюстративных примеров осуществления. Пример рентгенограммы с анализом фаз представлен на Фиг. 1. Рентгенограмма показывает, что материал содержит только фазу шпинели и ZrO2, который применяли в качестве зародышеобразующего агента.
Материал, полученный таким образом, может быть огранен, отшлифован и отполирован для придания ему требуемой формы камня для бижутерии или ювелирного изделия.
Основой нового стекло керамического материала служит матрица алюминий-бор-силикатного стекла, содержащая ZnO и MgO, которая не имеет токсичных свойств. В процессе гетерогенного зародышеобразования в объеме в матрице образуются отдельные области твердых растворов ZrO2 - TiO2 и/или нанокристаллов ZrO2 и/или ZrTiO4. Благодаря пониженному содержанию SiO2, оптимизированному количеству и соотношению MgO и ZnO, а также добавлению B2O3, во время последующей кристаллизации образуются только фазы шпинели, а генерация других нежелательных фаз (например, кварца, сапфира, энстатита, виллемита, муллита, петалита, кордиерита) подавляется. Это отличает новый материал от материалов, описанных в указанных выше патентах, в частности, в патенте US 9801435. Кроме того, материал не содержит лития, свинца или других нежелательных соединений. Добавление В2Оэ изменяет кинетику кристаллизации, расширяет температурную область образования фазы шпинели и, кроме того, снижает температуру плавления первичного стекла. Это позволяет расплавлять материал в традиционной электрической печи в платиновом или кварцевом тигле.
Модификация состава базового стеклокерамического материала позволяет окрашивать его в различные цветовые оттенки, достоверно имитирующие цвета натуральных драгоценных камней, а именно, шпинелей и ганитов, а также сапфиров, аметистов, изумрудов, рубинов и т.д. Новый материал особенно подходит для получения темно-синих, зеленых и сине-зеленых оттенков. Изменение окраски может быть произведено добавлением одного или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из оксидов СоО, NiO, CuO, Fe2O3, MnO2, Cr2O3, V2O5, Pr2O3, CeO2, Nd2O3, Er2O3, AgO и/или Au в количестве, составляющем от 0 до 20% масс.
Материал имеет подходящие механические свойства, то есть твердость по шкале Мооса, превышающую 6,5 (≥900 по шкале Виккерса), что гарантирует получение изделий с высоким сопротивлением повреждению, вызываемому частицами пыли, и при этом хорошую обрабатываемость с помощью традиционных абразивных материалов. Он также имеет подходящие высокотемпературные свойства, которые включают низкий коэффициент термического расширения, более низкий, чем у натуральных шпинелей и корунда, что позволяет обрабатывать изделия из этого материала продуктивным способом изготовления ювелирных изделий, т.е. литьем по выплавляемым восковым моделям.
Стеклокерамический материал согласно настоящему изобретению содержит некоторое минимальное количество Na2O, которое поступает в материал в виде примеси, содержащейся в применяемых исходных компонентах, таких как песок для изготовления стекла.
Стеклокерамический материал согласно настоящему изобретению содержит некоторое минимальное количество Fe2O3, которое поступает в материал в виде примеси, содержащейся в применяемых исходных компонентах. В некоторых случаях Fe2O3 целенаправленно добавляют в основу для окрашивания получаемого материала.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В Таблице 2 представлены иллюстративные примеры осуществления изобретения, а также выбранные параметры стекла/стеклокерамики. Композиция согласно Примеру 1 представляет собой прозрачный стеклокерамический материал синего цвета, показатель преломления которого составляет 1,63, имитирующий цвет сапфира. Композиции согласно Примерам 2 и 3 представляют собой следующие прозрачные стеклокерамические материалы: желто-зеленый, имитирующий цвет перидота, и зеленый, имитирующий цвет изумруда, имеющие показатели преломления в диапазоне от 1,62 до 1,67. Композиция согласно Примеру 4 представляет собой непрозрачный стеклокерамический материал сине-зеленого (бирюзового) цвета. Все перечисленные материалы имеют высокую теплостойкость (стабильность цвета и формы) и подходят для обработки способом литья по выплавляемым восковым моделям.
Промышленная применимость
Стеклокерамический материал согласно изобретению безвреден (он не содержит соединений Pb, Cd или As) и предназначен для применения в качестве синтетического камня для изготовления бижутерии и ювелирных изделий. Благодаря высокому содержанию кристаллической фазы шпинели, он достоверно имитирует цвета и оптико-эстетические свойства натуральных драгоценных и полудрагоценных камней, в частности, шпинели. Благодаря прекрасным высокотемпературным свойствам (стабильности формы и цвета) и низкому коэффициенту термического расширения, он предпочтительно может быть применен в производстве ювелирных изделий способом литья по выплавляемым восковым моделям.
Очевидно, что материал может иметь другие области применения в тех отраслях, для которых его свойства могут быть подходящими.
Claims (15)
1. Стеклокерамический материал для производства камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий, образованный алюминий-бор-силикатным стеклом с добавлением оксидов ZnO и MgO и содержащий не менее 20% гомогенно диспергированной нанокристаллической фазы типа шпинели, который состоит из (мас.%):
SiO2 от 20 до 40,
B2O3 от 1,5 до 10,
Al2O3 от 20 до 35,
MgO от 0,1 до 20,
ZnO от 0,1 до 20,
причем содержание MgO + ZnO составляет по меньшей мере 10%.
2. Стеклокерамический материал для производства камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает зародышеобразующие агенты для контролируемой кристаллизации в объеме, мас.%:
ZrO2 от 0,5 до 15,
TiO2 от 0 до 15,
причем содержание TiO2 +ZrO2 составляет по меньшей мере 5%.
3. Стеклокерамический материал для производства камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он включает окрашивающие добавки в виде СоО, NiO, CuO, Fe2O3, MnO2, Cr2O3, V2O5, Pr2O3, CeO2, Nd2O3, Er2O3, AgO и Au в количестве от 0 до 20 мас.%.
4. Стеклокерамический материал для производства камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий по п. 2 или 3, отличающийся тем, что он дополнительно включает кристаллическую фазу ZrO2, ZrTiO4, относящуюся к зародышеобразующим агентам.
5. Стеклокерамический материал для производства камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий по пп. 1-4, отличающийся тем, что размер кристаллических частиц составляет не более 50 нм, и материал прозрачен.
6. Стеклокерамический материал для производства камней для изделий бижутерии и ювелирных изделий по пп. 1-4, отличающийся тем, что размер кристаллических частиц составляет более 50 нм, и материал полупрозрачен или непрозрачен.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2019-91 | 2019-02-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021127067A RU2021127067A (ru) | 2023-03-20 |
| RU2811701C2 true RU2811701C2 (ru) | 2024-01-16 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2100301C1 (ru) * | 1995-06-14 | 1997-12-27 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН | Авантюриновое стекло |
| US20010051571A1 (en) * | 2000-04-03 | 2001-12-13 | Hideki Nagata | Glass composition for crystallized glass |
| US7300896B2 (en) * | 2003-09-30 | 2007-11-27 | Schott Ag | Glass ceramic and method of producing the same |
| RU2426488C1 (ru) * | 2010-05-20 | 2011-08-20 | Авакян Карен Хоренович | Синтетический материал для ювелирной промышленности и способ его получения |
| RU2501746C2 (ru) * | 2012-01-10 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Прозрачная стеклокерамика для светофильтра |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2100301C1 (ru) * | 1995-06-14 | 1997-12-27 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН | Авантюриновое стекло |
| US20010051571A1 (en) * | 2000-04-03 | 2001-12-13 | Hideki Nagata | Glass composition for crystallized glass |
| US7300896B2 (en) * | 2003-09-30 | 2007-11-27 | Schott Ag | Glass ceramic and method of producing the same |
| RU2426488C1 (ru) * | 2010-05-20 | 2011-08-20 | Авакян Карен Хоренович | Синтетический материал для ювелирной промышленности и способ его получения |
| RU2501746C2 (ru) * | 2012-01-10 | 2013-12-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (ОАО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") | Прозрачная стеклокерамика для светофильтра |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6122547B2 (ja) | 耐熱衝撃性の合成宝石材料 | |
| RU2758310C2 (ru) | Материал для изготовления ювелирных изделий и ювелирных камней с высоким показателем преломления и высокой термостойкостью | |
| JP6678644B2 (ja) | ネフェリン結晶相を含む不透明で色のついたガラスセラミック | |
| KR100364229B1 (ko) | 니켈 알루미노실리케이트 글라스-세라믹 | |
| RU2645687C1 (ru) | Прозрачный ситалл и способ его получения | |
| RU2426488C1 (ru) | Синтетический материал для ювелирной промышленности и способ его получения | |
| JP2000500730A (ja) | 高硬質の透明な雲母−ガラスセラミック | |
| RU2811701C2 (ru) | Стеклокерамический материал типа шпинели для производства бижутерии и ювелирных камней | |
| US3793824A (en) | Method for manufacturing dials for watches and dials for watches manufactured according to said method | |
| JPH08133782A (ja) | ベージュ色の色調を示すガラスセラミック品およびその製造方法 | |
| CN113698101B (zh) | 一种颜色渐变的玻璃陶瓷成品、制备方法及其应用 | |
| US20210380473A1 (en) | Glass ceramic material of a spinel type for the production of fashion jewellery and jewellery stones | |
| Kang et al. | Structural states of Co (II) in β-eucryptite-based glass-ceramics nucleated with ZrO2 | |
| RU2613520C1 (ru) | Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения | |
| JP3126558B2 (ja) | 結晶化ガラス | |
| JP3187308B2 (ja) | 結晶菊石及び結晶菊石の製造方法 | |
| SU929608A1 (ru) | Авантюриновое стекло | |
| JPH01252550A (ja) | ガラスセラミックス製印鑑 | |
| JPH06121800A (ja) | 歯科補綴物の製造方法 | |
| O’Donoghue | Synthetic and imitation Stones | |
| JPS6365614B2 (ru) | ||
| JPH0442827A (ja) | 模様付ガラスの製造方法 | |
| JPH04224122A (ja) | 模様付透光部を有する結晶化ガラス材及びその製造方法 | |
| JPS5874530A (ja) | 再「鎔」融装飾ガラス体の製造方法 | |
| UA34803A (ru) | Авантюриновое стекло |