CS260146B1 - Způsob tepelného zpracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou - Google Patents

Abstract

Skleněné výrobky určená ke zpevnění iontovou výměnou ae tepelně zpracují udržováním na teplotě v transformačním intervalu sklá, z něhož jaou zhotoveny, a to na teplotě v oblasti dilatometrické transformační teploty uvedeného skla í ςΗ C po do* bu nejméně 40 minut. Tímto způsobem se dosáhne snížení fiktivní teploty, což má za následek zpomalení, případně úplné odstranění relaxace napětí vznikajícihg v průběhu iontové výměny. Výsledné zpevňující tlakové napětí a tím i dosažená pevnostv skleněnýoh výrobků se tím zvýěí. gároven se zkrátí doba zpracování ve zpevňujícílázni a případně odstraní nutnost-použití spsoiální drahé a obtížně tavitelné skloviny o vysoké viskozitě. Tepelným zpracováním se rovněž ovlivní index lomu povrchové vrstvy tím způsobem, že se dosáhne větší rozdíl Indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování skleněných vý->. robků určených ke zpevnění iontovou výměnou udržováním na teplotách v transformačním intervalu příslušného skla.

Podstatou tepelného zpracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou je jejich vyhřátí na takovou teplotu, aby po kontaktů s roztavenou lázní, ve které probíhá vlastní iontová výměna, nepopraskaly. Převážně zpevňované tenkostěnné výrobky se vloží do předehřívací pece, která má teplotu blízkou teplotě lázně + 20 °C, a nechají se v ní obvykle 20 minut. Zpevňováni iontovou výměnou se provádí nejčastěji za teplot pod dol*4“ ni chladicí teplotou zpracovávaného skla výměnou iontů Sodíku Na v povrchu skla za větší ionty draslíku K⁺ z lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ tak, aby v povrchové vrstvičce skla vzniklo zpevňující tlakové napětí. Velikost výsledného zpevnění je dána výší tlakového napětí, vytvořeného v povrchové vrstvičce. .

U běžných sodnovápenatokřemičitých skel se zpevněná vrstvička potřebné tloušťky vytváří ve zpevňující lázni relativně pomalu. Používané metody zpevňování provádějící iontovou výměnu za teplot, kdy prakticky nedochází k relaxaci vytvářeného tlakového napětí, tj· o 100 °C i více nižších*než je dilatometrický transformační bod zpracovávaného skla, jsou neúnosně dlouhé, řádově desítky hodin.

Další skupina metod zpevňování proto provádí zpevňování běžných sodnovápenatokřemičitých skel při zvýšené teplotě blízké dolní chladicí teplotě, resp. až dilatometrické transformační ieploiě zpracovávaného skla. Tím se dosáhne vytvoření dostatečně tlustší vrstvičky za kratší dobu, nevýhodou však je, že v průběhu iontové výměny dochází k relaxaci vznikajícího napětí.

Aby ne tomuto nepříznivému jevu zabránilo, používají se pro některé účely ke zpevňování speciální skla s obsahem 5 až 25 % hmot. oxidu hlinitého AlgO^resp. oxidu zirkoničitého Zr0₂, které mají vyšší viskozitu než běžná sodnoyápenatokřemičitó skla. Nevýhodou těchto skel je, že jsou obtížněji tavitelná a dražší než běžná sodnovápenatokřemičitá skla.

Uvedené nevýhody lze odstranit, použije-li se způsob tepelného ZDracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou podle«jnílnujekol podstata, spočívá v tom,, že se výrobky udržuji n’a teplotě v transformačním intervalu skla, z něhož jsou zhotoveny, a to na teplotě odpovídající dilatometrické transformační teplotě uvedeného skla °C po dobu nejméně 40 minut. V praxi doba tepelného zpracování nepřekročí obvykle 24 hodin. Tímto způsobem se dosáhne snížení fiktivní teploty, což má za účinek zpomalení, popřípadě úplné odstranění relaxace napětí vznikajícího v průběhu iontové výměny.

Fiktivní (strukturní) teplota je teplota, které odpovídá okamžitý strukturní stav skla a na níž, kromě skutečné teploty, závisí jeho vlastnosti, např, hustota, viskozita, index lomu, doba relaxace napětí aj.

Použitím způsobu podle vynálezu se dosáhne zvýšení výsledného tlakového napětí, a tím vyšší pevnosti skleněných výrobků zpevněných iontovou výměnou, aniž by bylo třeba výrobky zpracovávat ve zpevňující lázni desítky hodin nebo je vytvarovat ze speciální drahé a obtížně tavitelné skloviny o vysoké viskozitě. Současně dochází k zvýšení měrného dráhového rozdílu polarizovaného světla v povrchové vrstvičce a k zvýšení rozdílu indexu lomu mezi povrchem a vnitřkem skleněného výrobku.

Podstata vynálezu jfc blíže objasněna následujícími příklady provedení.

Příklad 1

Destičky z plochého sodnovápenatokřemičitého tabulového skla

- 3 ό dílatometrické transformační teplotě 525 °C, plochy 100x100 má a tlouštky 2,8 mm se vyhřívají 24 hodin v peci o,teplotě 500 °C, načež se přenesou do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 470 °C, obsahující nejvýše 0,001 % oxidu vápenatého CaO, a ponechají se v ní 3 hodiny.

Na povrchu’ destiček se vytvoří vrstvička tlouštky 24 až 26 nm y

se zpevňujícím tlakovým napětím 450 MPa, přičemž průměrné pevnost destiček v ohybu činí 520 MPa. Měrný dráhový rozdíl polarizovaného světla na povrchu je 11 250 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla Án= 620.10”^.

Stejné destičky zpracované před přenesením do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ obvyklým způsobem, tj. předehřátím v peci o teplotě 460 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut, a pak dále již zpracované stejně jako ve výše uvedeném příkladu, mají na povrchu vrstvičku tlouštky 24 až 26 jim se zpevňujícím tlakovým napětím pouze 300 MPa. Měrný dráhový rozdíl polarizovaného světla na povrchu je 7 500 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla/kn= 390.10”\

Příklad 2

Destičky z plochého sodnovápenatokřemičitého tabulového skla o dílatometrické transformační teplotě 525 °C, plochy 100 x 100 mm a tlouštky 1,3 mm se vloží do pece o teplotě 520 °C, ponechají se v ní po dobu 30 minut, pak se teplote pece se vzorky sníží na 470 °C rychlostí 2 až 3 °C/min, načež se vzorky přenesou do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 470 °C obsahující nejvýše 0,001 % oxidu vápenatého CaO a ponechají se v ní 3 hodiny.

Na povrchu destiček se vytvoří vrstvička tlouštky 29 /um se zpevňujícím tlakovým napětím 370 MPa, průměrná pevnost destiček v ohybu je 660 MPa. Měrný di'áhový rozdíl polarizovaného svět» la na povrchu je 9 250 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla Δη ⁼ 520.10 \

Stejné destičky, zpracované před přenesením do lázně rozta260146

- 4 yeného dusičnanu draselného KNO^ obvyklým způsobem, tj. předehřátím v peci o teplotě 460 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut, a pak dále již zpracované stejné jako ve výše uvedeném příkladu, mají na povrchu vrstvičku tloušlky 29 /wn se zpevňujícím tlakovým napětím 300 MPa, průměrná pevnost destiček v ohybu je 520 MPa. Měrný dráhový rozdíl polarizovaného světla na povrchu je 7 500 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla Zt n = 460.10”^,

Příklad 3

Destičky z plochého sodnovápenatokřemičitého skla tloušlky

1,2 mm o dilatometrické transformační teplotě 520 °C se vyhřívají v peci o teplotě 472 °C po dobu 2 500 hodin; případně se potdm mohou ochladit na 20 °C rychlostí 5 až. 10 °C/rain > před umístěním do lázně předehřát v peci o teplotě 450 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut. Potom se vzorky vloží do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 480 ^ÓC, obsahující nejvýše 0,001 % oxidu vápenatého CaO, na dobu 3 h. Velikost výsledného zpevňujícího trvalého napětí je 680 MPa.

Stejné destičky, zpracované před přenesením do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ obvyklým způsobem, tj. předehrátím v peci o teplotě 460 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut, a-pak zpracované stejně jako ve výše uvedeném příkladu, vykazují zpevňující tlakové napětí 360 MPa.

Způsob zpevňování skleněných výrobků podle vynálezu je určen především pro tenkostěnné anebo složitěji tvarované výrobky z běžného sodnovápenatokřemičitého skla, na něž jsou kladeny mimořádné požadavky na pevnost) příp. odolnost proti náhlým změnám teploty. Dále vzhledem k jeho vlivu na index lomu povrchové vrstvy je možné jeho využití např. při výrobě optoelektronických prvků.

Claims (1)

1. ř & B L M Ě T VYNÁLEZU

   Způsob tepelného zpracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou, vyznačující sa tím, že se výrobky udržují na teplotě v transformačním intervalu skla, z něhož jsou zhotoveny, a to na teplotě odpovídající dilatometrické transformační teplotě uvedeného skla °^c po dobu nejméně 40 minut.