VIDRIO DE LITIO, ALUMINA Y SILICATO CON UNOS CORTOS PERIODOS DE TIEMPO DE CERAMIZACION.

Vidrio de litio, alúmina y silicato, que es transformable, con unos periodos de tiempo de ceramización situados por debajo de 2,

5 horas, en un material vitrocerámico transparente con cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo como fase cristalina predominante, con un enturbiamiento de menos que 1% según la norma ASTM D 1003 y con un tono de color neutro, y que tiene un contenido (expresado en % en peso sobre la base de los óxidos) de:



eventualmente con unas adiciones de agentes de afinamiento químicos tales como las de As2O3, Sb2O3, CeO2 y unas adiciones afinadoras tales como compuestos de sulfato, cloruro y fluoruro en unos contenidos totales hasta de 2% en peso

Vidrio de litio, alúmina y silicato con unos cortos períodos de tiempo de ceramización.

Es conocido por lo general que unos vidrios a base del sistema Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ se pueden transformar en materiales vitrocerámicos con cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo o con cristales mixtos de keatita como fases cristalinas principales.

El invento se refiere a un vidrio de litio, alúmina y silicato, que se puede transformar con unos cortos períodos de tiempo de ceramización, menores que 2,5 horas, de manera preferida menores que 100 minutos, en un material vitrocerámico transparente con cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo como fase cristalina predominante y en tal caso está sin dispersión de luz (enturbiamiento) visualmente perturbadora o sin color propio.

Una propiedad clave de estos materiales vitrocerámicos consiste en que ellos, en un intervalo de temperaturas comprendido desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 700ºC, disponen de un coeficiente de dilatación térmica extremadamente bajo a_20/700 < 1,5 x 10^-6/K. Estos materiales vitrocerámicos encuentran utilización, por lo tanto, en una forma transparente, p.ej. como vidrio protector contra incendios, pantallas de visión para chimeneas, vajillas de cocina, superficies de cocción, así como en calidad de material de substrato para plataformas de obleas (en inglés wafer stages) o para soportes de espejos para telescopios así como para reflectores en un Beamem.

En el caso de numerosas utilizaciones de materiales vitrocerámicos transparentes, éstos se necesitan en una forma plana, por ejemplo en forma de lunas, como pantallas de visión para chimeneas, para acristalamientos protectores contra incendios, superficies de cocción con un revestimiento coloreado de la cara inferior y para finalidades de presentación visual (en inglés display). La producción de tal vidrio plano a partir de la masa fundida de vidrio, que sirve como vidrio de partida para la producción de materiales vitrocerámicos, se efectúa usualmente por laminación y últimamente también por flotación. Para una producción rentable de estos vidrios de litio, alúmina y silicato, por una parte, se desean una baja temperatura de fusión y una baja temperatura de tratamiento V_A, y, por otra parte, el vidrio, al realizar la conformación, no debe de mostrar ninguna desvitrificación, es decir no deben formarse cristales perturbadores de ningún tipo, que perjudiquen a la resistencia mecánica en los vidrios de partida y en los materiales vitrocerámicos producidos a partir de ellos. Al realizar la conformación a través de cilindros de laminación, es el último contacto de la masa fundida de vidrio con la tobera de estiramiento a base de un metal noble (usualmente Pr/Rh), antes de que el vidrio sea conformado por los cilindros de laminación y enfriado.

En el caso de la producción a gran escala técnica de un material vitrocerámico, primeramente el vidrio de partida se produce por medio de usuales procedimientos de fabricación de vidrio. En el caso de la masa fundida se emplea típicamente un óxido de arsénico y/o de antimonio como agente de afinamiento. Estos agentes de afinamiento (para la eliminación de burbujas) son compatibles con las propiedades solicitadas del material vitrocerámico y conducen a unas buenas calidades de burbujas al realizar la fusión. También se emplea el SnO₂ como agente de afinamiento, en particular en unión con un afinamiento a altas temperaturas situadas por encima de 1.700ºC.

Después de la fusión y del afinamiento, el vidrio se somete usualmente a una conformación en caliente mediante laminación, colada, prensado o últimamente flotación. A continuación, el vidrio de partida es transformado en el artículo vitrocerámico mediante una cristalización regulada. Esta ceramización se efectúa en un proceso térmico de dos etapas en el cual, en primer lugar, mediante formación de núcleos de cristalización a una temperatura situada entre 600 y 800ºC se producen unos núcleos de cristalización, usualmente a base de cristales mixtos de ZrO₂/TiO₂. También, el SnO₂ puede participar en la formación de los núcleos de cristalización. Al elevar subsiguientemente la temperatura, a la temperatura de cristalización de 800 a 900ºC, los cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo crecen sobre estos núcleos de cristalización. Caso de que se desee, los cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo pueden ser transformados a continuación todavía en cristales mixtos de keatita. La transformación en cristales mixtos de keatita se efectúa, en el caso de una elevación de la temperatura, en un intervalo de temperaturas de aproximadamente 900 a 1.200ºC. Por regla general, los materiales vitrocerámicos con cristales mixtos de keatita como fase principal son translúcidos u opacos y disponen de un tono de color blanco, que puede ser modificado mediante una adición de óxidos coloreados. Con la transición desde los cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo hasta los de keatita se eleva el coeficiente de dilatación térmica del material vitrocerámico y la transparencia se disminuye mediante la dispersión de la luz que va acompañada con el aumento del tamaño de los cristales.

Para la calidad de los materiales vitrocerámicos transparentes con cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo como fase cristalina principal, es decisiva/o la transparencia y un pequeño color propio. El concepto de transparencia significa que los materiales vitrocerámicos deben de disponer de una alta transmisión de la luz en la región visible, así como una pequeña dispersión de la luz (enturbiamiento). La pequeña dispersión de la luz es conseguida mediante una alta densidad de núcleos de cristalización, que conduce a que los cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo, que están creciendo, estén situados con su tamaño por debajo de la región de longitudes de onda de la luz visible. Típicamente, el tamaño medio de los cristalitos de los cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo, está situado en el intervalo de 20 a 80 nm. Una alta densidad de núcleos de cristalización presupone unos contenidos suficientes de agentes formadores de núcleos de cristalización así como unos suficientes períodos de tiempo de formación de núcleos durante la ceramización.

Resulta desventajoso en estos materiales vitrocerámicos el hecho de que ellos disponen de una débil coloración propia, que de por sí es indeseada.

El color propio de unas placas transparentes de material vitrocerámico puede tener diferentes causas. En las materias primas de las mezclas de partida para las masas fundidas, el elemento coloreador Fe está contenido como impureza. También la utilización de los agentes de afinamiento Sb₂O₃ y CeO₂ conduce a un pequeño color propio. La descrita coloración propia, de amarillo parduzco, de los materiales vitrocerámicos transparentes se debe decisivamente a unas transiciones electrónicas de complejos coloreados, que absorben en la región de la luz visible y en las cuales participa el componente que es necesario para la formación de núcleos de cristalización, a saber el ion de Ti. El más frecuente complejo coloreado absorbente es la formación de iones de Fe y Ti contiguos, entre los cuales tienen lugar unas transiciones de transferencias de cargas electrónicas. Los complejos coloreados de Sn y Ti establecen asimismo un color propio. Los complejos coloreados de Fe y Ti conducen a una descoloración de color pardo rojizo y los complejos coloreados de Sn y Ti conducen a una descoloración de color pardo amarillento. La formación de estos complejos coloreados contiguos tiene lugar ya al enfriar el vidrio de partida y en particular al realizar la posterior ceramización de los materiales vitrocerámicos. En la masa fundida, los iones están distribuidos todavía de una manera uniforme, al enfriar, en el caso de unas altas temperaturas y al efectuarse la ceramización ellos se depositan preferiblemente unos junto a otros. Al efectuarse la ceramización de los materiales vitrocerámicos transparentes se refuerza con ello muy considerablemente el color propio en comparación con el vidrio de partida. Mediante absorción en la parte de onda corta del espectro visible, los vidrios planos transparentes, y en particular los materiales vitrocerámicos producidos a partir de ellos, adquieren un manifiesto color propio, que aumenta en gran manera con el espesor.

La ceramización de los vidrios de litio, alúmina y silicato...

1. Vidrio de litio, alúmina y silicato, que es transformable, con unos periodos de tiempo de ceramización situados por debajo de 2,5 horas, en un material vitrocerámico transparente con cristales mixtos que tienen un alto contenido de cuarzo como fase cristalina predominante, con un enturbiamiento de menos que 1% según la norma ASTM D 1003 y con un tono de color neutro, y que tiene un contenido (expresado en % en peso sobre la base de los óxidos) de:

eventualmente con unas adiciones de agentes de afinamiento químicos tales como las de As₂O₃, Sb₂O₃, CeO₂ y unas adiciones afinadoras tales como compuestos de sulfato, cloruro y fluoruro en unos contenidos totales hasta de 2% en peso.

2. Vidrio de litio, alúmina y silicato de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado por un contenido (expresado en % en peso sobre la base de los óxidos) de:

eventualmente con unas adiciones de agentes de afinamiento químicos tales como As₂O₃, Sb₂O₃, CeO₂ y unas adiciones afinadoras tales como las de compuestos de sulfato, cloruro y fluoruro en unos contenidos totales de hasta 1,5% en peso.

3. Vidrio de litio, alúmina y silicato de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones,

caracterizado por un contenido de MgO de < 0,8, preferiblemente de < 0,6% en peso.

4. Material vitrocerámico, transformado a partir de un vidrio de litio, alúmina y silicato con una composición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3.

5. Material vitrocerámico transparente, transformado a partir de un vidrio de litio, alúmina y silicato con una composición de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, que tiene un contenido de Nd₂O₃ < 0,2% en peso, de CoO < 0,002% en peso y un coeficiente de dilatación térmica a_20/700 de 0 pm 0,5•10^-6/K, de manera preferida de 0 pm 0,3•10^-6/K, una transmisión de la luz con un espesor de 4 mm que es mayor que 80% y una cromaticidad en el sistema cromático CIELAB C* < 3,5.

6. Utilización del material vitrocerámico transparente transformado a partir de un vidrio de litio, alúmina y silicato con una composición de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, como vidrio protector contra incendios, pantalla de visión para chimeneas, pantalla de visión de hornos de cocción, superficies de cocción con revestimiento de la cara inferior y cubierta en el sector de la iluminación.