DE1596855C - Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75.10 hoch - 7 /Grad C liegenden Ausdehnungskoeffizienten - Google Patents
Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75.10 hoch - 7 /Grad C liegenden AusdehnungskoeffizientenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtiger Glaskeramik,
vielfach auch als Glas-Kristall-Mischkörper bezeichnet,welche durch eine Wärmebehandlung der aus
den Zusammensetzungen erschmolzenen Glasgegenstände oberhalb der Transformationstemperatur
(Zähigkeit // < 10135 Poise) durch eine gesteuerte Kristallisation erhalten werden, und welche Wärmedehnungskoeffizienten
zwischen 75 und 9 · 10~7/°C im Temperaturbereich von 20 bis 3000C haben. Diese
Glaskeramiken werden aus Gläsern hergestellt, welche aus SiO2, B2O3, Li2O, CaO, BaO, MgO, ZnO, P2O5,
TiO2, ZrO2 und As2O3 bestehen. P2O5, TiO2 und
ZrO2 wirken als Keimbildner und dienen zur Einleituiig
und damit zur Förderung der Kristallisation. As2O3 dient zur Läuterung der Glasschmelzen. Die
übrigen Komponenten bestimmen durch das jeweilige Mischungsverhältnis die während des Keramisierungsprozesses
sich ausscheidenden Kristallphasen und damit die Eigenschaften der so entstandenen Glaskeramiken.
Derartige Glaskeramiken sind im allgemeinen durch eine höhere mechanische Festigkeit, durch höhere
Gebrauchstemperaturen und durch höhere oder niedrigere Wärmedehnungskoeffizienten als die
ursprünglichen Gläser gekennzeichnet und sind beispielsweise beschrieben in der deutschen Patentschrift
1 045 056 (transparente und undurchsichtige Glaskeramiken), deutsche Patentschrift 1 159 142 (transparente
Glaskeramik), deutsche Auslegeschrift 1 090 397 (transparente Glaskeramik), französische
Patentschrift 1 300 614 (transparente und undurchsichtige Glaskeramiken) und USA.-Patentschrift
3 241 985 (transparente Glaskeramik).
Zur Herstellung dieser bekannten Glaskeramiken waren sowohl hohe Schmelz- wie Verarbeitungstemperaturen
erforderlich. Ferner lagen die Umwandlungstemperaturen ebenfalls sehr hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen,
neben Beta-Eukryptit-Mischkristallen als weitere Kristallphasen mindestens noch Zinkspinell und/oder
Celsian und/oder ZrO2-Keimphase enthaltenden
Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75 · 10~7°C (20 bis 3000C) liegenden Ausdehnungskoeffizienten
durch eine Wärmebehandlung zwischen 720 und 820° C der aus den Zusammensetzungen
erschmolzenen Glasgegenstände.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgenden Zusammensetzungsbereich in Gewichtsprozent
:
SiO2 54,0 bis 62,0,
B2O3 0 bis 6,4,
Al2O3.
Li2O .
CaO..
BaO..
Li2O .
CaO..
BaO..
mindestens eines der Oxide
MgO
ZnO.
P2O5
TiO2
ZrO2
14,5 | bis | 22,0, |
1,5 | bis | 2,8, |
O | bis | 1,9, |
O | bis | 7,0, |
O | bis | 7,5 und |
O | bis | 12,0 sowie |
O | bis | 8,0, |
0,6 | bis | 1,8, |
1,8 | bis | 4,0, |
0,15 | bis | 0,30, |
As2O3 0,15 bis
wobei folgende Summen einzuhalten sind
CaO + BaO + MgO + ZnO
= 7,5 bis 19 Gewichtsprozent,
P2O5 + TiO2 + ZrO2
P2O5 + TiO2 + ZrO2
= 3,6 bis 11,6 Gewichtsprozent.
Von den bekannten Glaskeramiken unterscheiden sich die Glaskeramiken gemäß der Erfindung durch
andere Zusammensetzungen mit einem deutlich höheren Gehalt an den zweiwertigen Metalloxiden
CaO, BaO, MgO, ZnO und durch einen niedrigen
Gehalt an Li2O und SiO2. Die Gläser sind aus.
diesem Grunde in guter Qualität zwischen 1560 und 158O0C schmelzbar und lassen sich im Gegensatz
zu den bekannten Glaskeramiken bei tieferen Temperaturen
verarbeiten, weil sie im schmelzflüssigen Zustand weniger zäh sind. Ein weiterer Unterschied
besteht im kristallinen Phasengehalt nach der Umwandlung (Keramisierung). Während die bisherigen
Li2O-haltigen undurchsichtigen Glaskeramiken vorwiegend
die Lithiumminerale/S-Eukryptit (Li2O Al2 O3:
SiO2 = 1:1:2) und h-Spodumen (Li2O : Al2O3: SiO2
= 1:1:4) als kristalline Phase enthalten, sind in den erfindungsgemäßen Glaskeramiken neben /S-Eukryptitmischkristallen
noch Zinkspinell (ZnO · Al2O3)
und/oder Celsian (BaO-Al2O3 · 2SiO2) und/oder
ZrO2-Keimphase als Kristallphasen vorhanden. Als
ein besonderer Vorteil ist schließlich die tiefe Umwandlungstemperatur zwischen 720 und 820° C anzusprechen,
wodurch eine Deformation der Formkörper während der Keramisierung vermieden wird. Nach
dem Stand der Technik mußten bisher dafür Temperaturen bis zu 1300° C angewendet werden, wobei
für alle auf dem Markt bekannten Produkte die Endstufe der Umwandlung über 1000° C liegt.
In der Tabelle 1 sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung die Zusammensetzungen von 16 Glaskeramikgrundgläsern aufgeführt. Tabelle 2 enthält verschiedene Eigenschaftswerte der Gläser und der entsprechenden keramisierten Produkte zusammen mit den kristallinen Phasengehalten.
In der Tabelle 1 sind zur weiteren Erläuterung der Erfindung die Zusammensetzungen von 16 Glaskeramikgrundgläsern aufgeführt. Tabelle 2 enthält verschiedene Eigenschaftswerte der Gläser und der entsprechenden keramisierten Produkte zusammen mit den kristallinen Phasengehalten.
Tabelle 1
Gewichtsprozent-Zusammensetzungen der Glaskeramikgrundgläser 1 bis 16
Gewichtsprozent-Zusammensetzungen der Glaskeramikgrundgläser 1 bis 16
Nr. | SiO2 | B2O3 | AI2O3 | Li2O | BaO | CaO | MgO | ZnO | TiO2 | ZrO2 | P2O5 | As2O3 |
1 | 54,0 | 6,4 | 17,0 | 2,8 | 4,2 | 12,0 | 1,8 | 1,8 | 0,15 | |||
2 | 54,0 | 0,6 | 17,0 | 2,0 | 4,0 | 3,0 | 12,0 | 0,6 | 4,0 | 2,8 | 0,30 | |
3 | 54,0 | 0,6 | 17,0 | 2,8 | 7,0 | 12,0 | 1,0 | 3,6 | 2,0 | 0,30 | ||
4 | 54,7 | 1,1 | 22,0 | Z,ö | 7,5 | 1,8 | 1,8 | 8,0 | 0,30 | |||
5 | 54,7 | 22,0 | 2,0 | 7,5 | 1,9 | 1,8 | 1,8 | 8,0 | 0,30 | |||
6 | ■ 60,5 | 14,5 | 2,0 | 3,0 | 12,0 | 1,0 | 2,8 | 4,2 | 0,30 |
Fortsetzung
Nr. | SiO, | B, O, | Λ UO, | Li,o | BnO | Ca O | MgO | ZnO | TiO, | ZrO, | P, O5 | /\s,O., |
7 | 54,7 | 22,0 |
2,8 | 7,5 | 1,1 | 1,8 | 1,8 | 8,0 | 0,30 | |||
8 | 62,0 | 14,5 | 1,5 | 3,0 | 12,0 | 1,0 | 1,8 | 4,2 | 0,30 | |||
9 | 61,5 | 14,5 | 2,0 | 3,0 | 12,0 | 1,0 | 1,8 | 4,2 | 0,30 | |||
10 | 54,0 | 3,6 | 17,0 | 2,8 | 7,0 | 12,0 | 1,0 | 2,6 | 0,15 | |||
11 | 61,0 | 16,0 | 2,5 | 1,90 | 3,0 | 12,0 | 1,8 | 1,8 | 0,30 | |||
12 | 55,6 | 17,0 | 2,8 | 7,0 | 12,0 | 1,0 | 2,6 | 2,0 | 0,15 | |||
13 | 56,9 | 17,0 | 1,5 | 7,0 | 12,0 | 1,0 | 2,6 | 2,0 | 0,15 | |||
14 | 54,0 | 0,6 | 17,0 | 2,0 | 7,0 | 12,0 | 0,6 | 4,0 | 2,8 | 0,30 | ||
15 | 61,0 | 16,0 | 2,5 | 3,0 | 12,0 | 1,0 | 1,8 | 2,7 | 0,30 | |||
16 | 54,0 | 17,0 | 2,8 | 7,0 | 12,0 | 1,0 | 2,6 | 3,6 | 0,15 |
7 Eigenschaften der Zusammensetzungsbeispiele 1 bis 16 von Tabelle 1 im glasigen und keramisierten Zustand
. nach einer Wärmebehandlung von 2 Stunden 72O0C + 3 Stunden 8200C
Aus | Glas | Dichte" | Aus | Dichte | Keramisiertes Produkt | * | kristalline Phasen | |
dehnungs | (g/ccm) | dehnungs | (g/ccm) | |||||
Nr. | koeffizient | koeffizient | prozentuale | |||||
a ■ )0η | T9(0C) | 2,67 | α · 107 | 2,88 | Dichte | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||
(20 bis 300° C) | /;~ 10'"P | (20 bis 300'C) | änderung | Zinkspinell, ZrO2-Keimphase | ||||
42 | 2,72 | 75 | 2,82 | Quarz, Zinkspinell, Celsian, | ||||
1 | 600 | 7,87 | Zr O2-Keimphase | |||||
37 | 2,77 | 75 | 2,86 | /3-Eukryptitmischkristalle, | ||||
2 | 634 | 3,68 | Celsian, ZrO2-Keimphase | |||||
43 | 2,48 | 67 | 2,53 | /S-Eukryptitmischkristalle, | ||||
3 | 607 | 3,25 | ZrO2-Keimphase | |||||
41 | 2,50 | 29 | 2,58 | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||||
4 | 670 | 2,02 | ZrO2-Keimphase | |||||
37 | 2,62 | 24 | 2,73 | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||||
5 | 683 | 3,20 | Zinkspinell, ZrO2-Keimphase | |||||
36 | 2,50 | 24 | 2,55 | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||||
6 | 629 | 4,20 | ZrO2-Keimphase | |||||
41 | 2,60 | 23 | 2,69 | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||||
7 | 666 | 2,00 | ZrO2-Keimphase | |||||
33 | 2,61 | 20 | 2,69 | /S-Eukryptitmischkristalle, | ||||
8 | 650 | 3,46 | Zinkspinell, ZrO2-Keimphase | |||||
35 | 2,47 | 18 | 2,86 | iS-Eukryptitmischkristalle, | ||||
9 | 628 | 3,06 | Celsian, Zinkspinell | |||||
43 | 2,66 | 16 | 2,74 | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||||
10 | 585 | 4,39 | Zinkspinell | |||||
39 | 2,76 | 15 | 2,83 | /J-Eukryptitmischkristalle, | ||||
11 | 634 | 3,02 | ZrO2-Keimphase | |||||
45 | 2,75 | 13 | 2,83 | /S-Eukryptitmischkristalle, | ||||
12 | 637 | 2,54 | ZrO2-Keimphase | |||||
36 | 2,78 | 12 | 2,84 | ß-Eukryptitmischkristalle, | ||||
13 | 662 | 2,90 | ZrO2-Keimphase | |||||
40 | 2,62 | 10 | 2,67 | /S-Eukryptitmischkristalle, | ||||
14 | 630 | 2,16 | Zinkspinell, ZrO2-Keimphase | |||||
37 | 2,75 | 10 | 2,80 | ^-Eukryptitmischkristalle, | ||||
15 | 632 | 1,92 | Celsian, ZrO2-Keimphase | |||||
39 | 9 | |||||||
16 | 627 | 1,82 | ||||||
Claims (1)
- Patentanspruch:Zusammensetzungen zum Herstellen von undurchsichtigen, neben Beta-Eukryptit- Mischkristallen als weitere Kristallphasen mindestens noch Zinkspineil und/oder Celsian und/oder ZrO2-Keimphase enthaltenden Glaskeramiken mit gezielt einstellbaren, zwischen 9 und 75 · 10~7/°C (20 bis 300° C) liegenden Ausdehnungskoeffizienten, gekennzeichnet durch folgenden Bereich in Gewichtsprozent, berechnet auf Oxidbasis:SiO2..
B2O3 .
Al2O3.
Li2O .54,0 bis 62,0, 0 bis 6,4, 14,5 bis 22,0, 1,5 bis 2,8, CaOBaOmindestens eines der OxideMgO ZnO.P2O5 TiO2 ZrO2O bis 1,9, O bis 7,0, 1Q6
Obis 7,5 und O bis 12,0 sowie O bis 8,0, 0,6 bis 1,8, 1,8 bis 4,0, 0,15 bis 0,30, As2O3 0,15 biswobei folgende Summen einzuhalten sind:CaO + BaO + MgO + ZnO = 7,5 bis 19 Gewichtsprozent,P2O5 + TiO2 + ZrO2 = 3,6 bis 11,6 Gewichtsprozent.
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4300084A1 (de) * | 1993-01-06 | 1994-07-07 | Heraeus Sensor Gmbh | Widerstandsthermometer mit einem Meßwiderstand |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4300084A1 (de) * | 1993-01-06 | 1994-07-07 | Heraeus Sensor Gmbh | Widerstandsthermometer mit einem Meßwiderstand |
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