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Verfahren zur Erhöhung der Zähigkeit von Glasgegenständen.
Die Erfindung bezieht sich auf Glasgegenstände, die von hohen Temperaturen, insbesondere von Temperaturen oberhalb oder gleich der Entspannungstemperatur ausgehend, mehr oder wenig schnell abgekühlt wurden.
Das Glas besitzt bei jeder Temperatur eine bestimmte bevorzugte Molekularstruktur und wenn das Glas auf irgendeiner gegebenen Temperatur während einer genügenden Zeit gehalten wird, wird auch die dieser Temperatur entsprechendr Molekularstruktur erhalten. Wenn Glas, von einer hohen Temperatur ausgehend, abgekühlt wird z. B. in rascher Weise, wie dies gewöhnlich beim Härten ausgeführt wird, steigt die Zähigkeit des Clases so schnell, dass die entsprechende Änderung der Molekularstruktur nacheilt. Auf diese Weis vira in dem Glas eine Molekularstruktur fixiert, die von jener verschieden ist, welche das Glas, eigen würde, wenn die Temperatur nach einem der Änderung der Molekularstruktur parallellaufenden Veränderungsgesetz gesenkt worden wäre.
Man kann daher sagen, dass die von einer hohen Temperatur abgekühlten Glasgegenstände, insbesondere die sogenannten gehärteten Gegenstände, die von einer Temperatur oberhalb oder gleich der Entspannungstemperatur abgeschreckt wurden, bei einer gegebenen Temperatur eine Molekularstruktur aufweisen, die von der dem stabilen Zustand bei dieser Temperatur entsprechenden Struktur abweicht.
Die Anmelderin hat gefunden, dass solche Gegenstände hinsichtlich der Zähigkeit andere Eigenschaften aufweisen als jene aus Glas im stabilen Zustand ; ihre Zähigkeit ist weniger gross als in jenen aus stabilem Glas.
Bei vielen Anwendungsgebieten ist es jedoch wichtig, dass die Zähigkeit bei einer gegebenen oder Gebrauchstemperatur den grösstmöglichen Wert aufweist. Dies ist insbesondere bei den sogenannten gehärteten Gegenständen der Fall, da die vorteilhafte Widerstandsfähigkeit dieser Gegenstände gegen stossweise Wärmebeanspruchungen und in ihnen auftretende mechanische Spannungen (Druck an der Oberfläche, Zug an der Innenseite) durch die Zähigkeit des Glases bedingt ist und diese Gegenstände solche Beanspruchungen nur aushalten, wenn die Zähigkeit genügend gross ist. Diese Bedingungen sind für Gegenstände aus gehärtetem Glas von besonderer Bedeutung, die, wie gläserne Kochgeschirre, bei hohen Temperaturen verwendet werden.
Die Erfindung bezweckt die Verbesserung der Qualität von Glasgegenständen, bei denen grosse Zähigkeit, d. h. grosse Starrheit von Vorteil ist, mit andern Worten die Verbesserung der pyrometrischen Eigenschaften dieser Gegenstände.
Die Erfindung besteht darin, dass diese Gegenstände zur Erhöhung ihrer Zähigkeit während einer begrenzten Zeitdauer einer Temperatur ausgesetzt werden, die unterhalb der Entspannungstemperatur des Glases liegt.
Die Temperatur, der der Gegenstand ausgesetzt wird, ist vorzugsweise höher als die Maximaltemperatur, der der Gegenstand im Gebrauch ausgesetzt ist.
Wenn es sich um Gegenstände handelt, die mechanische Spannungen von bestimmtem Wert aufweisen sollen, wie dies bei den sogenannten gehärteten Gegenständen für viele ihrer Anwendungen der Fall ist, so ist im übrigen zu bemerken, dass diese Gegenstände bei der erfindungsgemässen Erhitzung
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zur Erhöhung der Zähigkeit in manchen Fällen einen Teil ihres Spannungszustandes verlieren können.
Gemäss der Ar, meldung wird in diesen Fällen die Erfindung durch ein besonderes Verfahren ausgeführt.
Dieses Verfahren besteht darin, dass der Gegenstand zunächst auf einen höheren Härtungsgrad als der gewünschte gehärtet wird, d. h. auf einen Grad, bei dem die Spannungen grösser sind als jene, die in dem fertigen Gegenstand auftreten sollen. Hierauf wird der Gegenstand einer Wärmebehandlung ausgesetzt, die das Hauptmerkmal der Erfir. durg bildet und eine Erhöhung der Zähigkeit des Glases verursacht.
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die dem Gegenstand nach der Härtung erteilt werden soll. Das Ziel, das durch die eine oder andere dieser Regelungen erreicht werden soll, besteht darin, dass sich diese beiden Behandlungen ergänzen, d. h. dass das Ausmass der durch die Erwärmung aufgehobenen Härtung dem Übermass an Härtung gleich wird, das bei dem eigentlichen Härtungsvorgang erzielt wurde.
Kurz gesagt, wird in diesem Fall der Gegenstand auf einen höheren Grad gehärtet als notwendig ist und sodann einer Wärmebehandlung bei einer solchen Temperatur und während einer solchen Zeit
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Gegenstand, falls er aus dem in der folgenden Tabelle mit B bezeichneten Glas besteht, bis auf einen Grad gehärtet werden, der dem Wert von 4 Ay/rn entspricht, und sodann einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur und während einer Zeit unterworfen werden, durch die die Härtung bis auf einen Wert von etwa 3 kg/mm2 herabgesetzt wird.
Was die Wärmebehandlung betrifft, so kann diese aus verhältnismässig kurzen Erwärmungszeiten bestehen, während welcher eine Temperatur in der Nähe der Entspannungstemperatur erreicht wird, oder aus verhältnismässig langen Erwärmungszeiten, während der Temperaturen erreicht werden, die unter der angegebenen Grenze liegen.
Die Erfindung kann auf viele Arten von Glas angewendet werden, von Glas mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten bis zu Gläsern mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten. In der folgerde; Tabelle I sind die Zusammensetzungen gewisser dieser Gläser angegeben, die sehr verschiedene Eigen- schaften aufweisen und auf welche, wie gefunden wurde, die Erfindung angewendet werden kann. Mit Rücksicht auf die Verschiedenartigkeit der in der Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen und der in der Tabelle II angegebenen Eigenschaften kann man annehmen, dass diese Erfindung praktisch auf alle Gläser anwendbar ist, die im handelsüblichen Zustand stabil sind.
Tabelle I.
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<tb>
<tb>
Glas <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F <SEP> G <SEP> H
<tb> SiO2 <SEP> 81-0 <SEP> 56-4 <SEP> 60-5 <SEP> 80-1 <SEP> 71-0 <SEP> 72-5 <SEP> 61-9 <SEP> 68-8
<tb> B203 <SEP> 13. <SEP> 0 <SEP> 5. <SEP> 0-11. <SEP> 4 <SEP> 15-0 <SEP> 12-2 <SEP> 0-2 <SEP> 2-3
<tb> A1203 <SEP> 1-7 <SEP> 23. <SEP> 0 <SEP> 21-4 <SEP> 2-1 <SEP> 5-0 <SEP> 4-5 <SEP> 1-9 <SEP> 1-5
<tb> Na2O <SEP> 4#4 <SEP> 0#8 <SEP> 0#6 <SEP> 5#7 <SEP> 7#5 <SEP> 8#4 <SEP> 10#9 <SEP> 14#7
<tb> CaO <SEP> - <SEP> 4#1 <SEP> 8#7 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 5#7
<tb> 31go-10-7 <SEP> 5. <SEP> 8Fui--1.
<SEP> 5--K2 <SEP> 0---0-6 <SEP> 1-5 <SEP> 2-3 <SEP> 1-0-
<tb> 10--- <SEP> d---PbO <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 24#0 <SEP> Zoo----7-0
<tb>
Tabelle II.
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<tb>
<tb> Glas <SEP> Entspannungstemperatur <SEP> Ausdehnung <SEP> x <SEP> 107
<tb> A <SEP> 517 <SEP> 32
<tb> B <SEP> 684 <SEP> 38
<tb> C <SEP> 672 <SEP> 41
<tb> D <SEP> 519 <SEP> 43
<tb> E <SEP> 506 <SEP> 57
<tb> F <SEP> 533 <SEP> 62
<tb> G <SEP> 419 <SEP> 87
<tb> H <SEP> 501 <SEP> 89
<tb>
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entspannten Zustand eine Zähigkeit von 1014. 6 poises aufweist.
Nachstehend wird die Anwendung der Erfindung an dem Beispiel einer Kochschüssel aus gehärtetem Glas beschrieben, das die Zusammensetzung C und eine Entspannungstemperatur von 6720 aufweist. Die Schüssel wird in stärkerem Masse als erforderlich gehärtet, so dass ihre Härtung
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die die Härtung auf den gewünschten Wert, d. i. z. B. 3 kg/mm2, herabgesetzt wird. Für das verwendete
Glas wird dieses Ergebnis erreicht, indem man es auf eine Temperatur von 5350 C durch zwei Stunden erhitzt oder auf eine Temperatur von 5100 C durch sieben Stunden.
Der erzielte Einfluss auf die Zähigkeit für Gegenstände aus den in der Tabelle I angegebenen
Gläsern ist durch die Kurven der Fig. l und 2 dargestellt, welche die in dem Gegenstand hervorgerufene Änderung darstellen, wenn dieser durch 100 Stunden auf verschiedenen Temperaturen gehalten wird.
Die Kurven der Fig. 1 beziehen sich auf Gegenstände, die nicht gemäss der Erfindung behandelt wurden. Jene der Fig. 2 beziehen sich auf die behandelten Gegenstände. In den Figuren sind als Abszissen die Temperaturen in Celsiusgraden aufgetragen und als Ordinaten die Prozentsätze der
Spannungen, die nach 100 Stunden bei verschiedenen Temperaturen verbleiben.
Wenn man z. B. das Glas C in dem nicht behandelten Gegenstand betrachtet, so sieht man, dass der Verlust an Härtung in 100 Stunden bei einer Temperatur von 3750 beginnt, währeljd er bei einem behandelten Gegenstand nicht unter 4250 beginnt.
Die für die Anwendung der Erfindung auf einen gehärteten Gegenstand günstigste Temperatur u-d Behandlungszeit wird am besten bestimmt, indem man von dem Prozentsatz der Härtung ausgeht, der bei der Behandlung aufgehoben wird. Der Gegenstand wird zunächst auf einen höheren Wert gehärtet und sodann bei einer Temperatur und während einer Zeit behandelt, durch die die Härtung um 25-50% vermindert wird, je nach dem gewünschten Grad der endgültigen Härtung.
Im allgemeinen umfasst die Erfindung, falls sie auf gehärtete Gegenstände angewendet wird, in den meisten Fällen eine Erwärmung, welche einen Verlust an Härtung oder eine Aufhebung der
Spannungen bestimmt. In dieser Hinsicht kann man annehmen, dass die Temperatur, bei welcher die
Härtung in einem stark gehärteten Gegenstand abzunehmen beginnt, ungefähr 1750 oberhalb der
Entspannungstemperatur des Glases liegt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung in allen Fällen angewendet werden kann, in denen es von Vorteil ist, die Zähigkeit der mehr oder weniger rasch abgekühlten Glasgegenstände zu erhöhen, gleichviel ob durch diese Abkühlung mechanische Spannungen erzeugt worden sind, wie dies bei gehärteten Gegenständen der Fall ist, oder nicht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung der Zähigkeit von Glasgegenständen, die eine Abschreckung von einer Temperatur oberhalb oder gleich der Entspannungstemperatur erfahren haben, dadurch gekenn- zeichnet, dass man die Gegenstände hierauf der Erwärmung auf eine Temperatur unterwirft, die unter- halb der Entspannungstemperatur liegt, und so die Zähigkeit erhöht.