DE1931760A1 - Verfahren zur mechanischen Verbesserung von Gegenstaenden aus Trueb-Glas durch Ionenaustausch - Google Patents
Verfahren zur mechanischen Verbesserung von Gegenstaenden aus Trueb-Glas durch IonenaustauschInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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- C03C1/04—Opacifiers, e.g. fluorides or phosphates; Pigments
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- C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
- C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
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Description
Verfahren zur mechanischen Verbesserung von Gegenstanden
aus Trüb-Glas durch Ionenaustausch
Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 16 96 O63.7)
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit von Gegenständen aus Trüb-Glas
durch Ionenaustausch. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Bor-Aluminium-Silicatgrundglasgeraenge mit
einer oxydischen Zusammensetzung von 59 - 81 Gew.-% SiO2,
11 - 22,5 Gew.-% B3O3, 6-24 Gew.~% Al3O3, 0 - 0 Gew.-%
Erdalkalioxiden und mindestens 2 Gew.■-% austauschbaren Alkalioxiden
und mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen 20°C und 300°C unter 60*10 /0C, dem erfindungagemäß
Trübungszusätze beigefügt sind, erschmolzen und das Glas
in an sich bekannter Weise einem Ionenaustausch unterworfen wird.
Die bekannten Verfahren zur Verbesserung der mechanischen
Festigkeit von Glasern durch Induzieren von Druckspannungen in und nahe der GlasoberflMche und Zugspannungen im Glaninnern
mit Hilfe desIonenaudtauschns sind Ln der Patentanmeldung
0 0 9 8 B 11 ϋ 9 8'2
BAD ORIGINAL
P 16 96 063.7 ausführlich beschrieben. Jene Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zur mechanischen Festigkeitsverbesserung von GlasgegenstSnden durch Ionenaustausch, dadurch gekennzeichnet, dafl als Ausgangsglas ein Bor~Alurainium-Silicat-Glas aus einen Geroenge erschmolzen und verformt wird, dessen
oxydische Zusammensetzung aus 59 - 81 Gew.-% SiO3, H - 22,5
Gew.-% B3O3, 6-24 Gew.-% Al3O3, 0-8 Gew.-% Erdalkalioxyden und mindestens 2 Gew.-% austauschbaren Alkalioxyden
besteht und dessen Ausdehnungskoeffizient zwischen 20 und 30O0C unter 60·10~7/°C liegt.
Für die verschiedensten Anwendungszwecke, wie z. B. als
Haushaltsgeschirr oder als Laapenabdeckungen, ist Trüb-Gla
von besonderem Interesse. Diese TrOb-Glaser besitzen für
viele Anwendungszwecke häufig eine zu große Bruchanfälligkeit, und ihre Verwendbarkeit ist daher begrenzt. Zur Steigerung der Bruchfestigkeit, vor allem solcher Trüb-Glä3er mit
niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, benfitigt man Glaszusammensetzungen, welche eine chemische Härtung erlauben. Speziell
bei der Verwendung von Trüb-Glas als Haushaltsglas würde eine Erhöhung der Bruchfestigkeit erlauben, die Wandstärke
dieser Glaegeräte erheblich zu verringern und die Konkurrenzfähigkeit des Haushaltsglases mit Haushaltsgeräten aus anderen Werkstoffen zu steigern.
Aufgabe der Erfindung ist es, Glaszusammensetzungen zu erschmelzen und zu verformen, die einerseits zur Ver-besserung
der mechanischen Festigkeit von Glasgegenständen durch Ionenaustausch geeignet sind und andererseits einen niedrigen
Ausdehnungskoeffizienten besitzen,-die weiterhin jedoch so
aufgebaut sind, daß sich nach dem Schmelzprozeß ein TrUb-Glas ergibt.
009882/098 2
Ausgangsglas ein Bor-Aluminium-Silicat-Glas aus einem Gemenge
oracliMolzen und verformt wird, dorn zur Erzeugung eines
Trttbungs -Ef fektes Trübungsmittel beigefügt sind.
Die Unterscheidung zwischen der Grundglaszusammensetzung
einerseits und der TrUbungskomoonente andererseits ist willkürlich
und soll nur zur Verdeutlichung des Zusammenhanges zvrischen der vorliegenden Erfindung und dem Hauntnatent ...
(Patentannelduno P IG 96 rC3.7) dienen.
Es wurde befunden, dafl Auogangsglasgemenge mit einer oxvdischon
Zusammensetzung von 59 - 81 Gew.~% SiO , 11 - 22,5
Gew.-3 B2O3, C - 24 Gew.-S M3O3, ° ~ 8 r~c\'.~% UrdalJialioxyden
und 2 - 7,5 Gew.-% Mkalioxyden, von denen mindestens
2 Gew.-% austauschbar sind, so zusammengestellt werden kennen,
daß ein Teil der ErdalkaliVomnonenten bei zusätzlicher Zugabe von boienlelnwoise Ρ-,^ς als Trübungsmittel einen guten,
in der Ooazitfit variablen Trilbungs-rffekt ergeben.
Es wurde weiter gefunden, daß die Zugabt? von Ρ2°Γ *n
Bereich von O,25 bis 4,8 % besonders günstige Ergebnisse
bringt, wenn der CaO-Gehalt des nrundglases auf den jeweiligen
P2Oc-GeIIaIt abgestimmt wird.
Einfluß auf diese Art der Erzeugung des Trübungs-Kffektes
haben u.a. das Verhältnis von CaO t P3O5, der Gesamtgehalt
an CaO + P3O5* der Gehalt an Al3O3 und der Gehalt an Alkalien.
Es wurde weiter gefunden, daß das Verhältnis von CaO : P2O5,
wenn es In Bereich zwischen 0,6 und 5,7 liegt und der Gesamtgehalt
an CaO und P3O5 zwischen 2,2 und 7,8 Gew.-% liegt,
einen besonders günstigen TrHbuncrs-Effeht bringt.
0098 82/09 82
Es wurde weiterhin gefunden, daß eich auch durch Zugabe von
Fluor bzw. fluorhaltigen Komponenten als Trübungsmittel zur
Ausgangsglaszusammensetzung anateile des eben beschriebenen P3O5 oder in Addition au diesem P3O5 geeignete Trüb~Gl?iser
erschmelzen lassen, die zur chemischen Härtung durch Ionenaustausch
geeignet sind und niedrige Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
. Auf die erreichbare Opazität "".eser durch Pluorzugabe zur
* Ausgangsglaszusammensetzung getrübten Closer hat u.a. der
Gesamtgehalt an Fluor, das Verhältnis von Fluor : CaO und das Verhältnis von AlJralien : CaO sowie die Gesamtmenge von
CaO + Fluor Einfluß.
Die in Tabelle 1 aufgeführten Glaszusammensetzungen (Synthese) enthalten Beispiele für Glaszusammensetzungen von Trüb-Gläsern
mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, welche durch Ionenaustausch gehörtet werden kfinnen.
Bei einem HSrtungsversuch, bei dem Rundscheiben von Gläsern,
welche den Beispielen der Tabelle 1 entsprechen, in einer Natriunmitratschmelze 2 Std. 75° unter der Transformationsteraperatur
gehSrtet wurden, ergaben sich für die einzelnen
Gläser die in Tabelle 2 aufgeführten Biegezugfestigkeiten. Die Rundscheiben mit einem Durchmesser von 40 mm v/urden vor
der Biegexugfestigkeitsprüfung mit 6OOer Schmirgel behandelt·
Aus folgenden Komponenten wird ein Gemenge gemischt:
(entsprechend Zusammensetzung A in Tabelle 1)
Sand 3829,3 gr
Borsäure 1380,5 gr
0098 82/0982
J ■**
Tonerdehydrat 545,0 gr
Magnesit 72S-1 gr
Hthiumkarbonat 690,0 gr
Kalk 182,3 gr
Schwersoat 312,3 gr
Kochsalz 42,0 gr
Phosphorpentoxid 348,0 gr
Arsenik 12,0 gr
Dieses Gemenge wird in einen 18 1-Tiegel aus Keramik eingelegt
bei einer Temperatur von 162O0C, nach dem Einlegeprozeß
bei einer Temperatur von 1600 C 6 Std. geläutert, dann auf
149O°C abgekühlt und in Metaliforraen gegossen. Diese Metallforraen
kommen in Kühlöfen und werden bei einer Temperatur von
595°C 1 Std. gehalten, um dann mit einer Kühlgeschwindigkeit von 25°C/Std. auf Räumteraperatur abgekühlt zu werden. Das
Glas wird den Metallformen dann entnommen, in Streifen geschnit
ten und einem Ionenaustauschprozeß unterworfen, bei dem größere
Alkallionen als die im Glas enthaltenen Lithiumionen in das
Glas einwandern können. Wenn man eine !Tatriumnitratschnelze
benutzt und den Ionenaustausch 75°C unter deia Transforraationsbereich,
also bei 43O°C, 2 Std. lang durchführt, so erhSlt
man eine aus 10 Messungen gemittelte Biegezugfestigkeit von
2
3280 kp/cra , sofern für die Biegezugprttfung Rundscheiben be~ nutzt werden, die vor der Festigkeitsprüfung einem Schmirgelprozeß mit 6OQer Schmirgel unterworfen werden.
3280 kp/cra , sofern für die Biegezugprttfung Rundscheiben be~ nutzt werden, die vor der Festigkeitsprüfung einem Schmirgelprozeß mit 6OQer Schmirgel unterworfen werden.
Aus folgenden Komponenten wird ein Gemenge hergestellt:
(entsprechend Zusammensetzung C in Tabelle 1)
Band 4659,8 Teile
Boreaare 1168,1 Teile
009882/0982
?iluminiunfluorid | 281,3 Teile |
Soda | 92,8 ' |
Lithiuxnkarbonat | 297,9 ! |
Kalk | 171,6 ! |
Natriumfluorid | 120,4 " |
Diesem Gemenge werden 24 Teile Arsenoxid zur Läuterung beigefügt.
Das Gemenge wird in einen Keramik-Tiegel bei einer Temperatur von 16000C einwieset und bei der gleichen Temperatur
6 1/2 Std« geläutert. Danach wird daa im Tiegel befindliche
Glas auf 1485°C abgekühlt xmä mit einer Kelle Postenpreise in eine Presse gegeben. Die Presse formt aus dem Glas
flache Teller, welche nach dem PreßproaeS in einen Kühlband von 635°C auf Raurafcsroperatur abgekühlt werden* Die Teller
werden für eine Dauer von 45 !!in. einem lonenaustauschprozeB
45°C unter der Transforxnationsteraperatur unterworfen. Diese
Teller, mit einer Glasdicke von 3*5 nun im Bodenbereich e besitsen
eine erhöhte Bruchfestigkeit.
Beiepiel 3
Aus folgenden Komponenten v^ird ein Gensenge gemischt und in
einen keramischen Tiegel eingelegt: (entsprechend Zusammensetzung D in Tabelle 1)
Sand 389,6 gr
Borsäure 116,8 gr
Aluminiumfltiorid 56,25 gr
Lithiumkarbonat 59,6 gr
Kalk 30,0 gr
Schwerspat 6r3 gr
Magnesit 8,6 gr
Natriunfluorid 6,0 gr
Phosphorpentoxld 12,O gr
009882/0982
Die Einlegeter.iperatur beträgt 158O°C, danach wird 1,5 Std.
bei 16OO°C gel-iutert. Dar Tiegelinhalt wird in eine !!etallfonn
gegossen, welche in einen: Kühlofen von 585 C auf Raumtemperatur
nit einer Kühlgeschwindigkeit von 35°C/Std. abgekühlt
wird«. Aus der Heta11form wird das Glas anschließend
herausgenommen und zu Balkenproben für die Biegezugfestigkeit verarbeitet. Dieae Balken werden einem Ionenaustauschprozeß
in einer Natriumsalzechmelze bei einer Temperatur von
60° C unter der Trannforrat-v ^temperatur für eine Dauer von
1 Std. unterworfen. Anschließend werden die Γ ;lken mit einem
6OOor Schmirgel allseitig angerauht, und die Biegezugfostigkeit
wird auf einer Dreischneiden-Presse geprüft. Die gemittelte Biegezugfestigkelt (8 Proben) beträgt 3960 kp/cm .
009882/0982
A | B | C | D | E | F | |
SiO2 B2O3 A12°3 |
63,70 13,00 6,00 |
59,00 21,0O |
77,50 11,00 3,00 |
64,80 11,00 6,00 |
59,OO 11,OO 19,0O ' |
68,70 12,OO 8,00 |
Na2O Li2O |
;"«> | 3,00 | 0,9O 2,OO |
4rOO | 2,OO | 2,00 4,OO |
CaO BaO MgO |
l,7O 4,00 O,50 |
3,50 | l,6O | 2,80 0,8o 0,60 |
6,5O τ- |
4,OO 4,OO |
P2O5 HaF |
5,80 | 4,50 | 2,00 | 2,OO 1,OO |
3,0O | 3,OO |
NaCl 0,70 - -- —- — S,5O
Ae-O, 0,20 O,30 0,40
Ausdehnung ·10" /0C 50,80 44,OO 38,60 43,90 41,50 55,5O
Transformations- 5o5 5U 5ig 4g2 616 524
009882/0982
Glastyp aus 10 ilessungen gemittelte
Bisqßzunfestigkeit
Λ 3280 Jm crf 2
B 3620 kp era"2
C 233Ο kp cn"2
D 4870 kp can""2·
C 414Ο kp cnf"2
P 334Ο kr», era"2
Q 3070 kr» cn
0 0 9 8 6 2/0982
bad Äii
Claims (4)
1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit
von Gla3gegenst'!nden, bei -der, ein Boroalundniumsilikatqlan
aus einera Gemenge von τ9 - 81 Oew.-% SiO„, 11 - 22,5 Oev.-%
B0O3, 6-24 Gew. -% Al7O3, (V- 8 r>Tr. -% Frdal!· alioxir^n und
nindeatens 2 Gevr.-% austauschbaren ^lkalloxlden er^chnvolzan
und zu eineTi ^lasqeqenBt^n^ nit. einen linearen Ausohnumn:
" koeffizienten zwi^c:pn 2^ un- 30O0C von vrenlcrer aln 60*10~ /0C
verfornt wird, der einem IP'-rtuncfsverfahren durch lonentausch
in an sich bekannter Welse unterworfen wirf?., nach Patent....
(Patentanmeldung P 16 96 Ο63.7), dadurch qakennzeichnet, daß
dem Grundglasqemenge Tir'ibunqszusätze beigefügt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
als Trübungszusatz 0,4 bis 6,0 <"?ew.-% P-jOr zugegeben werden.
3. Verfahren nach Ansr-rucl- 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ale Tr^Ibung'jriittel 0,8 birs *■ .7 nr*vr.~% *"luor zugegeben werben.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Λτ- ν.55| ungsraittel sowohl Fluor ale auch ^2 0S zu9e^iTt werden
0 0 9882/0982
BAD ORIGINAL
Priority Applications (6)
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---|---|---|---|
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1931760A1 true DE1931760A1 (de) | 1971-01-07 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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---|---|---|---|---|
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1969
- 1969-06-23 DE DE19691931760 patent/DE1931760A1/de active Pending
-
1970
- 1970-06-16 GB GB2920270A patent/GB1305115A/en not_active Expired
- 1970-06-17 NL NL7008833A patent/NL7008833A/xx unknown
- 1970-06-18 BE BE752212D patent/BE752212R/xx active
- 1970-06-23 FR FR7023191A patent/FR2047075B2/fr not_active Expired
Also Published As
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---|---|
BE752212R (de) | 1970-12-01 |
NL7008833A (de) | 1970-12-28 |
FR2047075B2 (de) | 1974-03-22 |
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