CS213632B1 - Chemicky zpevněné aklo a způsob jeho výroby - Google Patents
Chemicky zpevněné aklo a způsob jeho výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CS213632B1 CS213632B1 CS80779A CS80779A CS213632B1 CS 213632 B1 CS213632 B1 CS 213632B1 CS 80779 A CS80779 A CS 80779A CS 80779 A CS80779 A CS 80779A CS 213632 B1 CS213632 B1 CS 213632B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- glass
- bath
- layer
- mpa
- strength
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims description 49
- 238000005816 glass manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 16
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 12
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000004323 potassium nitrate Substances 0.000 claims description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 6
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000005345 chemically strengthened glass Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 13
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 235000010289 potassium nitrite Nutrition 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006748 scratching Methods 0.000 description 1
- 230000002393 scratching effect Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M sodium;oxocalcium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Ca]=O HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Glass Compositions (AREA)
Description
Vynález se týká skleněných předmětů zpevněných výměnou iontů v povrchové vrstvě definované tloušťky, jejichž pevnost zůstává zvýšena i při povrchovém poškození skla a které je možno řezat.
Podstatou zpevnění skla iontovou výměnou je vytvoření vrstvičky s rovnoměrným tlakovým napětím v povrchu skla. Nejběžnějším způsobem zpevňování iontovou výměnou je zpracování za teplot pod dolní chladicí teplotou skla, kdy se tlaková vrstvička v povrchu skla vytváří náhradou alkalických kationtů ze skla za kationty většího průměru z vnějšího zdroje. Obvykle se sklo zpracovává v lázni roztaveného dusičnanu draselného KNO^ a dochází k výměně kationtů sodíku Na+ ze skla za kationty draslíku K+ z lázně. Velikost napětí je dána výší napětí ve vzniklé povrchové tlakové vrstvičce. Aby nedocházelo k relaxaci napětí v této vrstvičce, používají se teoloty lázně ležící hluboko pod dolní chladicí teplotou skla, obvykla o 100 až 200 °C Kižší než je odpovídající dilatometrický transformační bod skla. Maximální napětí vrstvičky je na povrchu skla. Trvalost zpevnění závisí na tloušťce tlakové vrstvičky vzniklé iontovou výměnou. Je-li vrstvička příliš tenká, ztrácí výrobek při používání v důsledku poškrábání zvýšenou pevnost. Proto se běžně na výrobcích vytváří iontovou výměnou vrstvička tloušťky 50 až 150/um, jak např. uvádí patent USA č. 1 412 674. Nevýhodou takto zpevněných výrobků je skutečnost, že jejich rozměry nelze v případě potřeby upravit řezáním. Další nevýhodou je neekonomicky dlouhá doba zpracování, potřebná k dosažení vrstvičky uvedené tloušťky, která v
213 632
213 832 případě běžných sodno-vápenat 'dltvch akel s hmotnostním obsahem kysličníku hlinitého
Al-O- menším než 5 % je delší 44 hodin. Zkrácení doby zpracování lze dosáhnout zvýšením
X hmotnostního obsahu kysličníku hlinitého A12O3 nad 5 % (obvykle na hodnotu 16 až 25 %) ; tako vá speciální skla jsou však obtížně tavitelná a tvarovatelná.
Podle patentu USA č. 3 790 430 jsou známa i zpevněná skla s tloušťkou tlakové vrstvičky 5/um, která lze zhotovit za poměrně krátkou dobu; jejich pevnost však při běžném používání za krátkou dobu poklesne v důsledku poškození povrchu na stejnou hodnotu, jakou mají nezpevněná skla.
Dosud tedy nebyly známé výrobky zpevněné výměnou iontů, jejichž pevnost zůstala zvýšena i při poškození povrchu v průběhu používání a přitom je bylo možno řezat. Dále nebyla určena minimální tloušťka tlakové vrstvičky potřebná k tomu, aby si výrobky zachovaly zvýšenou pevnost při běžném používání, kdy dochází jen k mírnému poškození jejich povrchu, a dále přípust ná relaxace napětí v povrchové vrstvičce a z ní vyplývající maximální přípustná teplota zpevňovací lázně.
Nepříznivý vliv iontů vápníku Ca ve zpevnovací lázni na iontovou výměnu byl znám, nebyl však stanoven maximálně přípustný obsah kysličníku vápenatého CaO, který nesnižuje rychlost iontové výměny. To vedlo k tomu, že se používají lázně s nepříznivě vysokým obsahem kysličníku vápenatého CaO a nízká tsDlota zpracování, což má za následek dlouhou dobu zpracování a některé výrobky nelze proto za ekonomicky přijatelnou dobu vůbec zpevňovat.
Uvedené nevýhody odstraňuje chemicky zpevněné sklo s povrchovou tlakovou vrstvou podle vynálezu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že povrchová tlaková vrstva s maximálním tlakovým napětím o velikosti 100 až 300 MPa ve vzdálenosti 3/um pod povrchem skla a s tlakovým napětím na povrchu skla o velikosti nejméně 60 MPa, má tlouštku 8 až 30/um, s výhodou 16 až 22/am. Sklo podle vynálezu se vyrobí tak, že sklo obsahující ionty sodíku Na+ v povrchové vrstvě a s hmotnostním obsahem kysličníku hlinitého AlgO^ menším než 5 % se umístí po dobu delš-í než 1 hodina avšak kratší než 18 hodin do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ s maximálním hmotnostním obsahem kysličníku vápenatého CaO 0,001 %, přičemž teplota lázně se udržuje v rozmezí 20 °C až 75 °C pod transformačním bodem skla.
Skleněné předměty ze skla podle vynálezu se vyznačují v důsledku přesně vymezené povrchové vrstvy 8 tlakovým napětím zvýšenou pevností, jak při nepoškozeném povrchu, tak i při poškození povrchu v průběhu používání. Lze je rovněž snadno řezat. I po řezání zůstává zachována zvýšená pevnost Jejich povrchu, což znamená, že pokud nejsou namáhány okraje nově vzniklé řezáním, předměty vykazují nadále zvýšenou pevnost. Jsou-íi tyto nově vzniklé okraje namáhány, pevnost skleněného předmětu sice poklesne, avšak výhodou zůstává, že předmět s původně nevyhovujícím rozměrem se nemusí zničit, ale může být použit jako nezpevněný. Případně lze jeho okraje znovu dodatečně zpevnit iontovou výměnou. Další výhodou vynálezu je podstatné zkrácení doby nutné k dosažení žádoucího zpevnění, a to jednak definováním optimální tloušťky povrchové tlakové vrstvy a dále stanovením optimálního složení teploty zpevňovací lézně. Relativně vysokou teplotou zpracování se dosáhne Jednak toho, že se zpevňování urychluje,· Jednak v důsledku relaxace napětí se dosáhne snížení tlakového napětí v povrchu a vytvoření maximálního tlakového napětí pod povrchem akla, čož usnadňuje řezání skla.
213 632
Podstata vynálezu je blíže objasněna následujícími příklady provedení, v nichž všechna uvedená % znamenají koncentraci hmotnostní:
Příklad 1
Zpevněné destičky z plochého tabulového skla, tloušťky 2mm, mající na povrchu vrstvičku s tlakovým napětím tloušťky 22vytvořenou výměnou iontů.
Na povrchu destičky je tlakové napětí 85y«m, 5/um pod povrchem maximum tlakového napětí 200 MPa. Destičky s nenoškrábaným povrchem mají pevnost v ohybu 440 MPa, tj. 4,lx větší než výchozí nezpevněné destičky. Destičky s povrchem poškrábaným brusným papírem s karbidem křemíku zrnitosti č. 240 mají pevnost v ohybu 210 MPa, tj. 9,lx větší než obdobným způsobem poškrábané výchozí nezpevněné destičky a l,9x větší než výchozí nezpevněné destičky s nepoškrábaným povrchem. Destičky se dají dobře řezat. Jejich pevnost v symetrickém ohybu se po nařezání na odlišné rozměry nezměnila.
| Destičky | se zhotov! | z výchozího nezpevněného skla o | ||
| sío2 | 72,53 | % | A12O3 | 1,08 |
| FegOj | 0,07 | % | CaO | 7,22 |
| MgO | 4,00 | % | Na20 | 14,82 |
| k2o | 0,28 | % |
a o dilatometrickém transformačním bodu 535 °C predehřátím v peci o teplotě 450 až 470 °C po dobu 20 až 30 minut, načež se předehřáté destičky vloží do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNOj, která obsahuje nejvýše 0,001 % kysličníku vápenatého CaO, o teplotě 475 °C a ponechají v ní 4 hodiny. Po uplynutí uvedené doby se vyjmou z lázně a ponechají samovolně zchladnout na vzduchu. Uipělý dusičnan draselný KNO^ z lázně se z destiček smyje vlažnou vodou.
Příklad 2
Zpevněná brýlová a protisluneční skla tloušťky 1,3 až 2,00 mm, mající na povrchu vrstvičku s tlakovým napětím tloušťky 15 až 22yum, vytvořenou výměnou iontů.
Na povrchu skel je tlakové napětí 100 MPa, 4 až 6 yum pod povrchem maximum tlakového napětí 120 až 160 MPa, Skla s nepoškrábaným povrchem mají pevnost v nárazu 2x až 4x větší než výchozí nezpevněné skla, skla s poškrábaným povrchem 3x až 6x větší než obdobně poškrábaná a namáhaná výchozí nezpevněné skla. Skla se dají dobře řezat. Po řezání však pevnost skel v nárazu koulí hmotnosti 16,5 g při způsobu zkoušeni předepsaném USA normou (Fed. reg. 70-13 2 27, 1. 10. 1970), tj. při zatěžováni i nově vytvořených okrajů, poklesne na hodnoty blízké výchozím nezpevněným sklům.
Skla se zhotoví z výchozích nezpevněných polotovarů o obsahu kysličníku hlinitého Al^O^
1,1 až 3,0 %, kysličníku sodného Na20 10,5 až 15,9 % a o dilatometrickém transformačním bodu 487 až 522 °C předehřátim podobu 20 až 30 minut v peci o teoiotě 440 až 460 °C, načež se předehřátá sklá vloží do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 450 až 460 °C obsahující nejvýše 0,001 % kysličníku vápenatého CaO a ponechají v ní 4 hodiny. Po uplynutí uvedené doby se vyjmou z lázně a ponechají samovolně zchladnout na vzduchu. Po zchladnutí na 40 až 50 °C se se skel smyje vlažnou vodou uipělý dusičnan draselný KNO^ z lázně.
213 332
Příklad 3
Zpevněná zorníková skla z plochého tabulového skla tloušťky 2,2 mm, mající na povrchu vytvořenou výměnou iontů vrstvičku e tlakovým napětím tloušťky 20 aš 26^im.
Na povrchu skel je tlakové napětí 80 MPa, 4 až 6yum pod povrchem maximum tlakového napětí 190 MPa. Zorníková skla a nepoškozeným povrchem mají pevnost v nárazu 4x větší než původní nezpevněná skla s poškrábaným povrchem při nárazu na tento povrch pevnost 3,4x větší než obdobně poškrábaná a namáhaná výchozí skla. Skla se dají dobře řezat.
Zpevněná zorníková skla se zhotoví z výchozích nezpevněnýeh polotovarů o složení
| SiO2 | 73,09 % | ai2o3 | 1,15 % |
| Pe2O3 | 0,06 % | CaO | 6,20 % |
| MgO | 4,10 % | Na20 | 14,85 % |
| K20 | 0,55% |
a dilatometrickém transformačním bodu 532 °C tak, že skla se předehřejí 20 až 30 minut v peci o teplotě 460 až 480 °C, vloží se do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ a obsahem 0,001 % kysličníku vápenatého CaO o teplotě 470 °C a ponechají v ní 3 hodiny. Pak se vyjmou z lázně, přenesou do krabice z korozivzdorné ocele, zabraňující ochlazování skel náhodným prouděním vzduchu a ponechají v ní samovolně zchladnout. Nakonec se vlažnou vodou smyje ulpělý dusičnan draselný KNO^ z lázně.
Zpevněná skla podle vynálezu jsou určena především pro tenkostěnné nebo složitěji tvarované skleněné předměty, na které jsou kladeny vysoké požadavky na pevnost, případně též na kvalitu. Jde zejména o brýlová dioptrická a protislunečnl skla, různá zorníková skla apod.
Claims (2)
1. Chemicky zpevněné sklo s povrchovou tlakovou vrstvou, vyznačené tím, že povrchová tlaková vrstva a maximálním tlakovým napětím o velikosti 100 až 300 MPa ve vzdálenosti nejméně 3^/am pod povrchem skla a s tlakovým napětím na povrchu skla o velikosti nejméně 60 MPa, má tloušťku 8 až 30/um.
2. Způsob výroby chemicky zpevněného skla podle bodu 1, při němž se sklo obsahující ionty sodíku v povrchové vrstvě a s obsahem kysličníku hlinitého menším než 5 % hmotnosti umístí do lázně roztaveného dusičnanu draselného vyznačený tím, že lázeň obsahuje maximálně 0,001% hmotnosti kysličníku vápenatého, teplota lázně ee udržuje v rozmezí 20 °C až 75 °C pod transformačním bodem skla a doba pobytu skla v lázni Je delší než 1 hodina avšak kratší než 18 hodin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS80779A CS213632B1 (cs) | 1979-02-06 | 1979-02-06 | Chemicky zpevněné aklo a způsob jeho výroby |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS80779A CS213632B1 (cs) | 1979-02-06 | 1979-02-06 | Chemicky zpevněné aklo a způsob jeho výroby |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS213632B1 true CS213632B1 (cs) | 1982-04-09 |
Family
ID=5340898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS80779A CS213632B1 (cs) | 1979-02-06 | 1979-02-06 | Chemicky zpevněné aklo a způsob jeho výroby |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS213632B1 (cs) |
-
1979
- 1979-02-06 CS CS80779A patent/CS213632B1/cs unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3637453A (en) | Glass-ceramic articles having an integral compressive stress surface layer | |
| US3790260A (en) | High strength ophthalmic lens | |
| JP7040456B2 (ja) | 化学強化用ガラス、化学強化ガラスおよび化学強化ガラスの製造方法 | |
| US4483700A (en) | Chemical strengthening method | |
| CA1090580A (en) | High strength ophthalmic lens | |
| EP0285243B1 (en) | Strengthened glass article and method for the production thereof | |
| US4156755A (en) | Lithium containing ion exchange strengthened glass | |
| JP3384286B2 (ja) | 磁気記録媒体用ガラス基板 | |
| CN1886348B (zh) | 含氧化锂-氧化铝-氧化硅的玻璃组合物和适于化学钢化的玻璃以及使用该化学钢化玻璃制成的制品 | |
| US3410673A (en) | Double ion exchange method for making glass article | |
| US3790430A (en) | Alkali aluminosilicate glass article having an ion-exchanged surface layer | |
| US4018965A (en) | Photochromic sheet glass compositions and articles | |
| US4846868A (en) | Chemically strengthened glass article and method of producing same | |
| US4036623A (en) | Method of making hardened ophthalmic lenses by ion exchange | |
| US4012131A (en) | High strength ophthalmic lens | |
| JP6774422B2 (ja) | 軟化点が低い、高速イオン交換可能な無ホウ素ガラス | |
| US3498775A (en) | Method for producing a glass-ceramic article | |
| KR20010082735A (ko) | 음극선관용 유리, 강화 유리, 그 제조방법 및 그 용도 | |
| US4940674A (en) | High strength, haze-free, transparent glass-ceramics | |
| US6184162B1 (en) | Glasses and glass-ceramics with high E-moduli | |
| EP4538242A1 (en) | Glass-ceramic having excellent acid and alkali resistance, and preparation method therefor and use thereof | |
| WO2025251906A1 (zh) | 一种强化玻璃陶瓷、盖板玻璃、电子设备和玻璃器件 | |
| JPS6049145B2 (ja) | 結晶化ガラスの製造方法 | |
| US3615320A (en) | Strengthened glass article and process for making | |
| GB2379659A (en) | Making a transparent glass-ceramic armour |