DE102004051329B4

DE102004051329B4 - Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern aus Borosilicatglas, Hohlglaskörper verformt nach diesem Verfahren und Verwendung dieses Hohlglaskörpers

Info

Publication number: DE102004051329B4
Application number: DE102004051329A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Berninger; Thomas Kloss; Heinz-Dieter Trost; Horst Schillert
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: US20060086145A1; JP2006117521A; DE102004051329A1; FR2879114B1; FR2879114A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern aus Borosilicat-Flachglas mit den Schritten:
– Bereitstellen einer auf das Endformat des zu verformenden Gegenstandes zugeschnittenen Borosilicatglas-Scheibe
– Einlegen der zugeschnittenen Borosilicatglas-Scheibe in eine vorgeheizte Tiefzieh-Form
– Erwärmen der Borosilicatglas-Scheibe in den zähplastischen Zustand
– Anlegen eines Vakuums an die Tiefzieh-Form unterhalb der eingelegten Borosilicatglas-Scheibe unter Anschmiegen der Borosilicatglasscheibe an die Kontur der Tiefzieh-Form
– Abkühlen des aus der Borosilicatglas-Scheibe verformten Glaskörpers.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern aus Borosilicatglas, insbesondere von gefloatetem Borosilicatglas.
Die Erfindung betrifft ferner einen Hohlglaskörper verformt nach diesem Verfahren sowie seine Verwendung als Messkörperhülle für einen Neutrino-Detektor.
Borosilicatgläser sind borsäurehaltige Silicatgläser, die typischerweise 70–80% SiO₂, 7–13% Bortrioxid (B₂O₃), 4–8% Na₂O und K₂O sowie 2–7% Aluminiumoxid (Al₂O₃) aufweisen. Gläser mit einer solchen Zusammensetzung besitzen typischerweise eine hohe Beständigkeit gegen chemische Einwirkungen und Temperaturunterschiede. Daher finden sie vornehmlich in der chemischen Industrie, für Geräte in Laboratorien und der Pharmazeutik, aber auch im Haushalt als „feuerfestes Geschirr" Anwendung.
Flachglas aus Borosilicatglas kann durch vertikale und horizontale Ziehverfahren hergestellt werden. Von besonderer Bedeutung ist jedoch die Flachglasformung nach dem Float-Verfahren. Durch dieses Verfahren ist ein gefloatetes Borosilicatglas mit sehr glatten Oberflächen und gleichförmiger Dicke in optischer Qualität herstellbar. Ein bekanntes qualitativ hochwertiges gefloatetes Borosilicatglas ist beispielsweise das unter der Marke „Borofloat^®" bekannte Borosilicatglas.
Das Borosilicatglas besitzt ferner neben einer guten UV-Transmission eine sehr geringe lineare Wärmedehnung, die je nach Glaszusammensetzung verschieden sein kann. Es ist dabei üblich, den jeweiligen Wert der Wärmedehnung der Glasbezeichnung als Kennzahl zuzuordnen. Beispielsweise beträgt bei dem typischen „Borosilicatglas 3.3" oder beim „BOROFLOAT 33" die lineare Wärmedehnung 3,3·10^–6/K.
Gezogenes oder gefloatetes Flachglas aus Borosilicatglas ist das typische Ausgangsprodukt (Halbzeug) für die Weiterverarbeitung zu unterschiedlichen Glasgegenständen. Bei dieser Weiterverarbeitung ist häufig eine Heißverformung des Flachglasteiles notwendig.
Bislang werden zur Verformung von Flachglasteilen, z. B. von Scheiben aus Borosilicatglas, die klassischen Biegverfahren in Biegeöfen über Schwerkraftbiegen mit Hilfe von Formen auf Silikatbasis oder geeigneten Metallen oder die Einblastechnik eingesetzt. Bei diesen bekannten Biege- bzw. Glasverfahren entstehen verfahrenstypische Verzerrungen oder Wanddickenveränderungen in der verformten Glaswand, die bei anspruchsvollen Anwendungen des verformten Glaskörpers, z. B. als Messkörperhülle, stören können. Mit Kaltnachbearbeitungsverfahren, wie Schleifen und Polieren, könnte noch eine Korrektur erfolgen, jedoch wäre der Aufwand immens und damit unwirtschaftlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so zu führen, dass bei der Verformung keine Verzerrungen oder Wanddickenveränderungen in der verformten Glaswand auftreten.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern aus Borosilicatglas gemäß der Erfindung mit den Schritten:

– Bereitstellen einer auf das Endformat des zu verformenden Gegenstandes zugeschnittenen Borosilicatglas-Scheibe
– Einlegen der zugeschnittenen Borosilicatglas-Scheibe in eine vorgeheizte Tiefzieh-Form
– Erwärmen der Borosilicatglas-Scheibe in den zähplastischen Zustand
– Anlegen eines Vakuums an die Tiefzieh-Form unterhalb der eingelegten Borosilicatglas-Scheibe unter Anschmiegen der Borosilicatglasscheibe an die Kontur der Tiefzieh-Form
– Abkühlen des aus der Borosilicatglas-Scheibe verformten Glaskörpers.

Diese Verfahrensführung ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung von Hohlglaskörpern aus Borosilicatflachglas.
Als Formenmaterial für die Tiefzieh-Form dient ein Chrom Nickel Stahl mit einem C-Gehalt 0,2–0,25%. Dieser zeichnet sich durch hohe Formstabilität auch bei Verformungstemperaturen > 800°C aus, und das Glas neigt dabei nicht zum Kleben. Die Formgeometrie ist so ausgelegt, dass während des Tiefziehens ein gleichmäßiges Absenken des Glases erfolgt, ohne dass die Oberfläche beschädigt wird. Die Oberfläche der Form ist dabei durch einen aufwändigen Arbeitsschritt hochglanzpoliert, denn der kleinste Fehler würde sich auf der Glasoberfläche abbilden.
Von Einfluss sind auch die Ofentemperaturen, die Formtemperatur, die Glastemperatur und die Verformungszeit.
Die auf Endmaß bearbeitete Ronde (Scheibe) wird auf die vorgewärmte Stahlform gelegt und gemeinsam in einen Ofen gefahren. Es ist sicher zu stellen, dass der Absenkvorgang gleichmäßig erfolgt, damit eine gleichmäßige Glasdicke über die gesamte Fläche erhalten bleibt.
Die Glastemperatur wird mit Hilfe von Temperaturfühlern (Pyrometer) ständig überwacht.
Dabei wird der Unterdruck (Vakuum) über ein Ventil von 0,1–0,6 bar entsprechend geregelt.
Ist der Verformungsprozeß abgeschlossen, muss das verformte Glasteil noch einige Zeit in der Form verweilen, bevor es mit einem Vakuumsauger aus der Form entnommen werden kann.
Vorzugsweise wird dabei ein Verfahren eingesetzt, bei dem als Borosilicatglas ein gefloatetes Borosilicatflachglas verwendet wird.
Mit diesen Ausgestaltungen des Verfahrens gelingt es, Hohlglaskörper aus Borosilicatglas mit einer sehr glatten äußeren wie inneren Oberfläche herzustellen. Diese sehr glatten Oberflächen sind bestens geeignet als Substratträger für Verspiegelungen und Beschichtungen im nm- und μm-Bereich.
Wenn bei diesen Verfahren gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als gefloatetes Borosilicatglas ein solches verwendet wird, das einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 3,3·10^–6/K besitzt, dann ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten des Hohlglaskörpers aus Borosilicatglas, insbesondere hinsichtlich einer Temperaturbelastung.
Durch die erfindungsgemäße Verformungstechnologie ist es möglich, Borosilicatglas in neue, anspruchsvollere Anwendungen zu bringen, zumal es auch möglich ist, erfindungsgemäß geformte größere Hohlglaskörper über weitere Komponenten wie Röhren und Übergangsgläser, mit beliebigen Metallen vakuumfest und druckbelastbar zu verbinden, wobei auch eine glasbläserische Be- und Verarbeitung bestens möglich ist.
So können beispielsweise mit besonderem Vorteil Hüllen für Neutrino-Detektoren hergestellt werden. Für diese Messkörper-Hüllen wird ein Material benötigt, das eine gute UV-Transmission besitzt. Zugleich muss die Hülle einen Körper darstellen, der Druckbelastungen bis 8 bar aushält und somit eine gleichmäßige Wanddicke über die gesamte Körperform haben muss.
Zudem müssen die Verbindungen zu den elektronischen Messeinheiten in dem Inneren der Hülle eine hermetische Abkapselung darstellen, die Ausgasungen und Druckverluste vermeidet.
Diese Forderungen lassen sich durch einen nach der erfindungsgemäßen Technologie hergestellten Hohlglaskörper aus Borosilicatglas im besonderen Maße erfüllen, da die Messkörperhülle in der Lage ist, die erforderliche Strahlentransmission in dem aktuellen Strahlenspektrum ohne Störfaktoren, die letztlich die Messergebnisse beinträchtigen würden, zu gewährleisten.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hohlglaskörpern aus Borosilicat-Flachglas mit den Schritten: – Bereitstellen einer auf das Endformat des zu verformenden Gegenstandes zugeschnittenen Borosilicatglas-Scheibe – Einlegen der zugeschnittenen Borosilicatglas-Scheibe in eine vorgeheizte Tiefzieh-Form – Erwärmen der Borosilicatglas-Scheibe in den zähplastischen Zustand – Anlegen eines Vakuums an die Tiefzieh-Form unterhalb der eingelegten Borosilicatglas-Scheibe unter Anschmiegen der Borosilicatglasscheibe an die Kontur der Tiefzieh-Form – Abkühlen des aus der Borosilicatglas-Scheibe verformten Glaskörpers.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Borosilicatglas ein gefloatetes Borosilicatflachglas verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als gefloatetes Borosilicatglas ein solches verwendet wird, das einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 3,3·10^–6/K besitzt.
Hohlglaskörper mit einer geformten Wandung, die ohne Nachbearbeitungsschritte keine Verzerrungen oder Wanddickenveränderungen aufweist, hergestellt nach einem der in den Ansprüchen 1 bis 3 gekennzeichneten Verfahren.
Verwendung des Hohlglaskörpers nach Anspruch 4 als Messkörperhülle für einen Neutrino-Detektor.