[发明专利]具有特种热膨胀性能的玻璃陶瓷

说明书

本发明涉及用于制造玻璃陶瓷的原始玻璃的组成，该玻璃通过控制结晶可转化为含h-石英固溶态晶体的透明玻璃陶瓷，并且玻璃陶瓷可满足下列三个条件：

1.在温度范围为-50℃和+100℃之间，相对长度变化（△1/1）的最大值和其最小值之间的差值小于或等于1×10^-5，即

｜（△1/1）最大-（△1/1）最小｜≤1×10^-5;

2.在温度范围0℃和50℃内，线性热膨胀系数α0/50°的绝对值应小于或等于0.1×10^-6/K，而最佳上限值为0.066×10^-6/K;

3.在允许使用的温度范围内，在以不同速度冷却后，长度的可逆调节若用20℃下长度的相对变化来表示，应小于或等于0.1×10^-5，而最佳上限值为0.14×10^-5。

在有关的文献中，已公开过具有低膨胀系数的，而在其结晶相中含有h-石英固溶态晶体的透明玻璃陶瓷。此外也早已发展了具有光学特殊作用的玻璃陶瓷，特别是用于反光望远镜支架材料。对于这种玻璃陶瓷，最重要的是在温度范围由-50℃至+100℃，应具有低的热膨胀性。

上述材料已经在例如在一西德专利说明书1496611中已叙述过，在该专利说明书中，通过温度范围由0℃至300℃的线性热膨胀系数（α0/300）表明了膨胀性能的特征，并且也给出了α0/300的数值范围即-3≤α0/300≤3×10^-7/K。在一些例子中也列明α0/300的值小于｜1.0｜×10^-7/K。

在西德专利说明书1902432中描述了易加工的玻璃的熔化条件，并且可以通过控制结晶而转化成玻璃陶瓷状态，从而生成具有低线性膨胀系数的透明玻璃陶瓷。由此可成功地得到一种组成，对于这种组成，通过在750℃≤T≤870℃和4小时≤t≤100小时的宽范围内陶瓷化，可以使温度范围-30℃至+70℃的线性膨胀系数α-30/70调整到0±0.15×10^-6/K。后一个条件是很重要的，因为它对大的浇注块也能保证可以获得一种同样的α-值。对于大的浇注块来说，既使以很慢的速度加热，也必须在一定条件下才能得均匀的温度分布。

玻璃陶瓷在光学应用中表明的特征，如在提及的专利说明书所述，已常常不能满足近代对长度恒定性的技术要求。现在需采用上述提到的表明长度和形状恒定性特征的三个条件，来代替一定温度范围的线性热膨胀系数单个数值的表征。

若对市售的玻璃陶瓷如CERVIT和ZERODUR进行试验，可以发现该二种玻璃都不能同时满足前面所提到的条件。

由S.F.Jacobs，M.A.Norton，J.W.BertholdⅢ所著《热膨胀》，1973;AIPConf.Proc.No.17，280-293页以及J.W.BertholdⅢ，S.F.Jacobs：Appl.Opt.15（1976），2344-2347页说明了，CERVIT不能满足条件1。由S.J.Bennett的论文：J.Phys.E.Vol.10（1977），525-530页可知ZERODUR不能满足条件3。

因此本发明的任务是提供玻璃陶瓷的组成以及原始玻璃的陶瓷化条件，从而可以满足对膨胀性能的三个条件要求。除了上述这些要求外还有另外的要求，即相应于粘度为10⁺⁴dPas的温度（以下称之为V_A值）应低于1300℃，以便使原始玻璃具有良好的加工性能。

首先有必要对以不同速率冷却后，在室温下长度相对变化值的确定方法进一步说明。已经发现，按不同的试验材料，在温度范围为150至350℃的冷却速率对在室温下调整棒的长度是有影响的。因此为了按照不同的冷却速率在室温下确定相对长度差异，将一长度约为100毫米;直径约5毫米的棒以6℃/小时速率，由350℃冷却至20℃的棒长，与通过空气骤冷而由350℃冷却至20℃的棒长进行比较。