CS240148B1

CS240148B1 - Způsob zpevňování boritokřemičitých skel

Info

Publication number: CS240148B1
Application number: CS847918A
Authority: CS
Inventors: Josef Matousek; Martin Maryska; Vlastimil Vykouk
Original assignee: Josef Matousek; Martin Maryska; Vlastimil Vykouk
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1986-02-13
Also published as: CS791884A1

Abstract

Vynález se týká způsobu zpevňování. předmětů z boritokřemičitého skla, obsahujícího alkálie do 5 % hmotnostní koncentrace. Výměna iontů v povrchové vrstvě skla za alkalické ionty většího průměru probíhá ponořením předmětu ze skla do roztavené solí alkalického kovu při teplotách 100 °C až 200 °C pod bodem transformace skla působením stejnosměrného elektrického pole o proudové hustotě 1 až 5 A . m-2 a hustotě prošlého náboje 7 až 11 kC . m-2. S výhodou se stejnosměrný proud zavádí do lázně pomocí platinové elektrody. Hlavní využití vynálezu se předpokládá v oblasti technických skel,' u trubek nebo potrubí po svařování a při sestavování nebo spojování aparatur z různých tlouštěk skla.

Description

Vynález se týká způsobu zpevňování. předmětů z boritokřemičitého skla, obsahujícího alkálie do 5 % hmotnostní koncentrace. Výměna iontů v povrchové vrstvě skla za alkalické ionty většího průměru probíhá ponořením předmětu ze skla do roztavené solí alkalického kovu při teplotách 100 °C až 200 °C pod bodem transformace skla působením stejnosměrného elektrického pole o proudové hustotě 1 až 5 A . m^-2 a hustotě prošlého náboje 7 až 11 kC . m^-2.

S výhodou se stejnosměrný proud zavádí do lázně pomocí platinové elektrody.

Hlavní využití vynálezu se předpokládá v oblasti technických skel,' u trubek nebo potrubí po svařování a při sestavování nebo spojování aparatur z různých tlouštěk skla.

//4014 3

I Vynález se'týká způsobu zpevňování bo! ritckřenričitých skel, obsahujících alkálie i do 5 % hmotnostní koncentrace, výměnou > iontů v povrchové vrstvě skla za alkalické |ionty většího průměru, ponořením předmě! tu ze skla do lázně roztavené soli alkalic„ kého kovu při teplotách pod transformač>. ním bodem skla, přičemž předmět i lázeň ú jsou vystaveny účinkům stejnosměrného elektrického pole.

Pevnost skleněných výrobků lze zvyšovat výměnou alkalických iontů ze skla za alkalické ionty z okolního prostředí, a to jak pod, tak i nad teplotou transformace skla. Celý proces se urychlí, probíhá-li tento děj pod vlivem vnějších sil, například < elektrického pole. Čas potřebný pro vznik dostatečně silné tlakové vrstvy na povrchu, tj. 50 až 100 μΐη, se oproti prosté iontové výměně zkrátí řádově z hodin na minuty.

Nejčastěji se používá stejnosměrné elektrické pole, kdy je usměrněn pohyb iontů jedním směrem a tlaková vrstva, která způ⁵ sobuje zpevněni, vzniká na jednom povrchu skleněného předmětu. Jako výměnné médium se obvykle používá tavenina dusičnanu draselného KNOs. Převážná část patentové literatury popisuje iontovou výměnu pod bodem transformace zpevňovaných skel, což je výhodné především při zpevňování již vytvarovaných výrobků, protože nedochází k jejich deformaci. Jsou chráněny i různé materiály elektrod, například podle čs. AO č. 183 125 katoda sestává z materiálu ze skupiny zahrnující hliník, arsen,’ zlato, antimon, berylium, chrom, měď, germanium, mangan, tellur, titan apod. V praví jsou zpevňována pod vlivem stejnosměrného elektrického pole, nejčastěji skla s výšíš ším obsahem alkalických iontů, cca 10 až 15 % hmotnosti. V paďentu NDR č. 88 841 je popsán způsob zpevňování boritokřemičitých skel s obsahem alkálií do cca 5 % hmotnosti v roztaveném dusičnanu draselném KNOs s využitím stejnosměrného elektrického pole, přičemž se užívá hustota prošlého, náboje 35 kC . m~² a do katodového prostoru se přidávají různé chemické sloučeniny, pro odstranění povrchového zákalu upravovaných výrobků, v množství 0,25 až

7,5 % hmotnosti. Výměna iontů se provádí při teplotě 500 °C.

Při použití stejnosměrného elektrického pole dochází k rozkladu taveniny alkalické soli a ke korozi zpevňovaných skleněných předmětů. Jsou doporučovány různé přísady, které zamezují této korozi a usazování rozkladných produktů na povrchu skleněného předmětu, jak je uvedeno například v čs. AO č. 183 125.

Nevýhodou těchto dosud známých postupů je, že při aplikaci na boritokřemičité sklo s obsahem alkálií do 5 % hmotnosti se nedosahuje při udaných hodnotách dostatečných hodnot zpevnění a při daných hustotách prošlého náboje dochází k optickým změnám na povrchu předmětu. Maximální vložená napětí sa pohybují na hranici elektrické pevnosti skla.

Uvedené nevýhody se odstraní nebo podstatně omezí- u způsobu zpevňování boritokřemičitých skel podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že se zpevňování výměnou alkalických iontů provádí při teplotách 100 až 200 ^CC pod transformačním bodem skla působením stejnosměrného proudu o proudové hustotě 1 až 5 A. m^-2 a hustotě prošlého náboje 7 až 11 kC . m^-2. Stejnosměrný proud se zavádí do lázně roztavené soli alkalického kovu s výhodou pomocí platinových elektrod.

Zpevňování boritokřemičitých skel s obsahem alkálií do 5 % hmotnosti potom probíhá při nižších teplotách, s nižšími proudovými hustotami a s nižší hustotou prošlého náboje, než je známo. Tím se stává celý proces efektivnější a energeticky méně náročný. Získaná tloušťka tlakové vrstvy na povrchu předmětu je optimální pro praktické použití zpevněných výrobků. Při využití platinové elektrody není třeba přidávat další chemikálie do lázně. Pevnost skleněného výrobku se zvýší v průměru 2,0- až 3.2krát.

Způsobu zpevňování podle vynálezu je možno použít v oblasti technického skla, zvláště u výrobků po svařování, například trubek, potrubí, chemických kolon, nebo po sestavování a spojování aparatur z různých tlouštěk skla.

Způsob podle vynálezu je blíže objasněn následujícími příklady provedení, přičemž se však vynález na příklady provedení neomezuje.

Přikladl

Bylo použito skla, obsahujícího v hmotnostní koncentraci 80,4 % oxidu křemičitého S1O2, 13 % oxidu boritého B2O3, 2,4 % oxidu hlinitého AI2O3, 3,6 % oxidu sodného iNazO, 0,4 % oxidu draselného K2O, 0,06 % oxidu vápenatého CaO, 0,04 %' oxidu hořečnatého MgO a 0,02 % oxidu železitého Fe.-:Oj.

Trubice z tohoto skla s vnějším průměrem 12 mm a tloušťkou stěny 1 mm byly podrobeny výměně iontů v tavenině dusičnanu draselného KNOs při teplotě 400 °C a za přítomnosti vnějšího stejnosměrného elektrického' pole. Proudová hustota byla 4,62· A. m^-2 a hustota prošlého náboje 5,5 kC . mm². Elektrody tvořil platinový drát.

Za těchto podmínek se optické vlastnosti skla nezměnily, pevnost v ohybu se zvýšila v průměru 2,7krát, tloušťka tlakové vrstvy byla 30 ,um, maximální vložené napětí bylo 380 V.

Příklad 2

Sklo uvedené v příkladu 1 bylo zpevňováno při teplotě 425 °C za stejných podmínek jako je popsáno v příkladu 1.

4 0 5

V tomto případě: optické vlastnosti se nezměnily, pevnost v ohybu se zvýšila v průměru 2,5krát, tloušťka tlakové vrstvy byla 30 /im, maximální vložené napětí bylo 190 V. Příklad 3

Sklo podle příkladu 1 bylo zpevňováno při teplotě 450 ^CC za podmínek uvedených v příkladu 1.

V tomto případě: optické vlastnosti se nezměnily, pevnost v ohybu se zvýšila v průměru 2,3krát, tloušťka tlakové vrstvy byla 30 μΐη, maximální vložené napětí bylo 120 V.

Příklad 4

Sklo uvedené v příkladu 1 bylo zpevňováno při teplotě 400 °C. Proudová hustota byla 3.08 A. m~² a hustota prošlého náboje 7,4 kC . m~². Elektrody' tvořil platinový drát.

Za těchto podmínek: optické vlastnosti se nezměnily, pevnost v ohybu se zvýšila v prů-

Claims

FREDMST

1. Způsob zpevňování boritokřemičitých skel, obsahujících alkálie do 5 % hmotnostní koncentrace, výměnou iontů v povrchové vrstvě skla za alkalické ionty většího průměru, ponořením předmětu ze skla do lázně roztavené soli alkalického kovu při teplotách pod transformačním bodem skla, přičemž předmět i lázeň jsou vystaveny účinkům stejnosměrného elektrického pole, vy4 8 měru 3,2krát, tloušťka tlakové vrstvy byla 50 pm, maximální vložené napětí bylo 390 ¾. voitů. . ' ; \

Příklad5

Sklo podle příkladu 1 bylo zpevňováno za podmínek uvedených v příkladu 4 při teplotě 425 ^CC. . V tomto případě: optické vlastnosti se ne-, změnily, pevnost v ohybu se zvýšila v prů- měru 3krát, tloušťka tlakové vrstvy byla 50 μπι, maximální vložené napětí bylo 220 voltů.

Příklad 6

Sklo podle příkladu 1 bylo exponováno při teplotě 450 ^CC a za podmínek uvedených v příkladu 4.

V tomto případě: optické vlastnosti se nezměnily, pevnost v ohybu se zvýšila v průměru 2,5krát, tloušťka tlakové vrstvy byla 50 μπι, maximální vložené napětí bylo 130 V.

YNÁLEZU značený tím, že se zpevňování provádí při teplotách 100 ^CC až 200 °C pod transformačním bodem skla působením stejnosměrného ’ proudu o proudové hustotě 1 až 5 A. m^-2a hustotě prošlého náboje 7 až 11 kC. m^-2.
2. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že se stejnosměrný proud zavádí do lázně pomocí platinové elektrody.