Спосіб виготовлення градієнтних стекол

Винахід належить до силікатної промисловості і може бути використаний для виготовлення матеріалів і виробів змінного складу, які застосовуються в оптичній техніці, електронній промисловості та технології напівпровідників. У даний час у промисловості матеріали змінного складу одержують в результаті дифузійних процесів на межі контакту дво х матеріалів. Проте таким способом матеріали змінного складу одержують лише в дуже тонких (50 - 150мк) поверхневих шарах. Ви готовлення масивних виробів даним способом неможливе. Відомий спосіб виготовлення градієнтних матеріалів, який включав приготування шихти, засипку її в форму, плавлення і охолодження, причому засипку компонентів шихти ведуть таким чином, щоб утворився шар суміші змінного складу, в якому один компонент поступово заміщується іншим. Проте даний спосіб має ряд недоліків. Він є складним. При засипці шихти вноситься похибка в розподілі компонентів, а зміна їх концентрації є ступінчатою. Необхідно проводити попереднє високотемпературне спікання під тиском у формі для ущільнення шихти і видалення повітря. Після зонної плавки в нагрівальному контурі потрібно проводити відпал, щоб зняти термічні напруження, Тобто весь процес є багатостадійним і складається з розділених у часі операцій. В основу винаходу поставлене завдання спрощення процесу і підвищення якості матеріалу за рахунок плавної зміни його хімічного складу по довжині виробу. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі виготовлення градієнтного скла, який включає приготування шихти, засипку її в форму, плавлення та охолодження, згідно з винаходом, при плавленні проводять центрифугування розплаву в ізотермічних умовах. Даний спосіб порівняно з прототипом дозволяє спростити процес виготовлення градієнтних стекол і є одностадійним, оскільки операції нагрівання, плавлення і охолодження суміщені в одну. В результаті високотемпературного ізотермічного центрифугування, під дією відцентрових сил розплави седиментують. Одержується структура змінного складу, в якій відсутні механічні та газові включення і яка фіксується при охолодженні. Змінюючи швидкість центрифугування (величину поля відцентрових сил), час центрифугування і температуру (в'язкість розтопу), можна регулювати градієнт концентрацій компонентів скла. Таким чином, одержують високоякісні стекла змінного складу. Приклад. Проводили ізотермічне високотемпературне центрифугування розтопів системи яка є однією з основних при виробництві оптичних скел типу флінтів. Підготовлену шихту засипали в корундову ампулу, нагрівали до температури варки скла 1000 - 1100°C і витримували протягом 30 хвилин для гомогенізації. Після витримки розплави центрифугували в ізотермічних умовах (1100°C) протягом 20 - 40 хвилин при величині поля відцентрових сил, яка в 1000 разів перевищує силу земного тяжіння. Після ізотермічного центрифугування нагрівання припиняли і охолоджували зразки при таких самих величинах відцентрових сил зі швидкістю 120 - 150°C/хв. Були отримані зразки стекол довжиною 100мм і діаметром 10мм, в яких вміст змінювався від 60% до 35% по довжині зразка, причому концентрація змінювалася плавно. При застосуванні способу, вказаного у прототипі, можна отримати зразки з таким самим градієнтом концентрації, але зміна концентрації в них є ступінчатою, що погіршує якість виробу. Застосування способу, вказаного в прототипі, вимагає ускладнення процесу: використання спеціального пристрою для ступінчатої засипки шихти, проведення попереднього високотемпературного спікання під тиском і зонної плавки в нагрівальному контурі.