DE1243832B - Verfahren zur Herstellung von Glas-Kristall-Mischkoerpern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Glas-Kristall-Mischkoerpern

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DE1243832B
DE1243832B DEC20463A DEC0020463A DE1243832B DE 1243832 B DE1243832 B DE 1243832B DE C20463 A DEC20463 A DE C20463A DE C0020463 A DEC0020463 A DE C0020463A DE 1243832 B DE1243832 B DE 1243832B
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DEC20463A
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Herbert Daniel Kivlighn
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Corning Glass Works
Original Assignee
Corning Glass Works
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    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
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Description

DEUTSCHES JMTWl· PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 32 b-3/22
Nummer: 1243 832
Aktenzeichen: C 20463 VI b/32 b
J 243 832 Anmeldetag: 30.Dezember 1959
Auslegetag: 6. Juli 1967
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Glas-Kristall-Mischkörpern mittels gesteuerter Kristallisation durch Wärmebehandlung von Glaskörpern und richtet sich insbesondere auf ein verbessertes Verfahren zur gesteuerten Kristallisation von Glaskörpern, welche hauptsächlich aus Gläsern des ternären Systems
Na2O-Al2O3-SiO2
gebildet werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung sind nach diesem verbesserten Verfahren hergestellte, neuartige Glas-Kristall-Mischkörper. Der in der Beschreibung verwendete Ausdruck Glas-Kristall-Mischkörper soll einen Körper bezeichnen, welcher als Glas geschmolzen, gekühlt und anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen wurde, um in der Glasmasse des Körpers feine, gleichmäßig verteilte Kristalle in einer derartigen Menge auszufällen, daß der Anteil der aufgefällten Kristalle wesentlich größer als der Anteil der Restglasmasse ist.
Der Körper weist physikalische Eigenschaften, wie Ausdehnungskoeffizient, Dichte, Zugfestigkeit usw., auf, die wesentlich von den Eigenschaften eines Glases der gleichen Zusammensetzung abweichen.
Die zweckmäßige Kristallisation im Glas wird allgemein durch Einführen von Kristallisationskernen oder Kristallkernbildnern in das Glas und durch eine bestimmte Wärmebehandlung des Glases gesteuert.
Verfahren zur Herstellung von Glas-Kristall-Mischkörpern
Anmelder:
Corning Glass Works, Corning, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. R. H. Bahr und Dipl.-Phys. Ε. Betzier, Patentanwälte, Herne, Freiligrathstr. 19
Als Erfinder benannt:
Herbert Daniel Kivlighn, Elmira, N. Y. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Dezember 1958 (783 703),
vom 23. November 1959 (852159)
Ein üblicher Kristallkernbildner ist TiO2, welches im allgemeinen für den Großteil der Systeme von kristallisierbare Komponenten enthaltenden Zusammensetzungen geeignet ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß TiO2 für sich allein für die Kristallkernbildung in Gläsern des obengenannten ternären Systems, in dem die kristallisierbare Komponente Nephelin
(Na2O •Al2O3-2 SiO2)
ist oder in solchen ternären Systemen, welche einen geringen, jedoch merklichen Anteil an CaO enthalten, in denen die kristallisierbare Komponente ein Plagioklas, d. h. eine feste Lösung von Albit
und Anorthit
(Na2O •Al2O3-6 SiO2)
(CaO-Al2O3-2 SiO2)
ist, nicht wirksam ist.
Es ist ebenfalls bekannt, bei der Herstellung von Glas-Kristall-Mischkörpern bestimmter Zusammensetzungen 2 bis 20% TiO2 als Kernbildungsmittel zu verwenden sowie außerdem dem Glas ein oder mehrere zweiwertige Metalloxyde zuzusetzen. Diese bekannten Glaszusammensetzungen bestehen jedoch im wesentlichen aus SiO2, Al2O3 und TiO2 sowie einem oder mehreren der Metalloxyde Li2O, BeO, MgO, CaO, ZnO, SrO, CdO, BaO, PbO, MnO, FeO, CoO und NiO, wobei diese vier Bestandteile wenigstens 90%, vorzugsweise sogar 95% des Gemisches ausmachen. Diesen Gläsern können Na2O und/oder K2O in kleinen Mengen von höchstens 5 % als Flußmittel zugesetzt werden. Der Zusatz von Na2O und K2O bringt jedoch in diesen Systemen nicht nur keinen Vorteil für die Kristallkernbildung, sondern ist im Gegenteil für die Kristallisation höchst unerwünscht, da sich, wie festgestellt wurde, eine vollständige Kristallisation nur bei Abwesenheit von Na2O und K2O erreichen läßt. Es bestand somit das Vorurteil, daß sich auch bei Zusatz eines oder mehrerer zweiwertiger Metalloxyde eine Kristallisation in einem System, das größere Mengen Na2O und K2O enthält, mit Hilfe der bekannten Kernbildner nicht erreichen läßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren zur gesteuerten Kristallisation bei Gläsern zu schaffen, die hauptsächlich dem ternären System
Na2O-AI2O3-SiO2
709 609/180
angehören. Da nämlich solche Zusammensetzungen Gläser bilden, die wegen ihrer leichten Verarbeitbarkeit und Billigkeit und, weil die fertigen Glas-Kristall-Mischkörper den Eigenschaften der Gläser überlegene Eigenschaften, wie höhere Deformationstemperatur und bessere Zugfestigkeit aufweisen, besonders vorteilhaft sind, stellt ein Verfahren zur gesteuerten Kristallisation von Gläsern dieser Zusammensetzungen einen besonderen technischen Fortschritt dar.
Es wurde nun festgestellt, daß ein Glas-Kristall-Mischkörper mit einem größeren Anteil an Kristalleil von Nephelin oder Plagioklas durch Erhitzen gewisser Gläser dieser Zusammensetzung erzeugt werden kann, indem man, wie später noch näher beschrieben wird, in diese Glaszusammensetzung als KristaIIkernbiIdner entweder die Bestandteile wenigstens einer Verbindung einbaut, die normalerweise in der hexagonalen, eng gepackten IImenitstruktur aus der Gruppe von Eisentitanat, Zinktitanat, Magnesiumtitanat5 Kadmiumtitanat, Mangantitanat, Cobalttitanat, Nickeltitanat besteht oder Chrom-(III)-oxyd enthält. Darüber hinaus werden zweckmäßig zu Na2O, CaO, Al2O3 und SiO2 kleine Mengen anderer anorganischer Substanzen, wie B2O3, P2O5, K2O, PbO, BaO, in die Ausgangsglaszusammensetzung eingebaut, ohne daß das Verfahren oder das entstehende Produkt merklich beeinträchtigt wird. Die Anwesenheit von Li2O in den Zusammensetzungen ist jedoch unerwünscht, da dadurch die Kristallphasen anders als das gewünschte Nephelin oder Plagioklas sich auszuscheiden drohen.
Die Erfindung besteht also bei einem Verfahren zum Herstellen von Glas-Kristall-Mischkörpern, deren kristalline Phase aus Nephelin oder Plagioklas besteht, darin, daß Glasversätze zu einem Glaskörper, bestehend auf Molbasis aus 50 bis 68% SiO2, 16 bis 34% Al2Os, 7 bis 34% Na2Oj O bis 15% CaO, O bis 6% K2O, erschmolzen werden, wobei die Gesamtmenge an Na2O, CaO und K2O wenigstens 15%, jedoch nicht über 34% beträgt und das Verhältnis von
40
(Na2O + CaO + K2O): Al2O3
den Wert 1,7 nicht überschreitet und die Gesamtmenge der wesentlichen Oxyde SiO2, Al2O3, Na2O und gegebenenfalls CaO und/oder K2O wenigstens 90% beträgt, wobei die Glaskörper Kristallkernbildner enthalten, die im fertigen Glas auf der Basis des Glases als 100 Molprozent entweder 0,08 bis 0,50% Cr2O3 oder wenigstens ein Titanat der zweiwertigen Metalloxyde FeO, CoO, CdO, ZnO, NiO, MnO oder MgO erzeugen, in denen der Anteil an TiO2 2,9 bis 12% und der Anteil der zweiwertigen Metalloxyde 1,9 bis 10% beträgt und die Gesamtmenge der Titanatbildner (TiO2 und RO) bei wenigstens 6% liegt, das geschmolzene Glas gekühlt und in die gewünschte Form gebracht und der fertige Glaskörper auf etwa 800 bis 1150° C erwärmt und zwischen diesen Temperaturen so lange gehalten wird, bis der größere Anteil des Glases kristallisiert ist. Es haben sich jedoch für die gewünschte Kristallisation bestimmte Temperaturbereiche und Haltezeiten als besonders zweckmäßig erwiesen.
So besteht z. B. eine zweckmäßige Ausführungsform des Wärmebehandlungsverfahrens darin, daß der fertige Glaskörper in einem zweistufigen Verfahren zunächst auf etwa 800 bis 850° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich etwa 1 bis 4 Stunden gehalten und anschließend auf etwa 1000 bis 1080° C
erwärmt und in diesem Temperaturbereich für 6 bis 12 Stunden gehalten wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der Glaskörper einer dreistufigen Wärmebehandlung unterzogen werden, indem er zunächst auf etwa 800 bis 850° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich etwa 1 bis 4 Stunden gehalten, anschließend auf etwa 900 bis 950° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich etwa 3 bis 8 Stunden gehalten und schließlich auf etwa 1000 bis 1080° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich für 6 bis 12 Stunden gehalten wird.
Der Vorteil der genannten dreistufigen Wärmebehandlung gegenüber einer zweistufigen besteht darin, daß sich dadurch eine noch vollkommenere Kristallisation erreichen läßt. Die angegebenen Temperaturbereiche stellen nämlich diejenigen Temperaturbereiche dar, in denen jeweils ein Maximum der Kristallisationsgeschwindigkeit zu beobachten ist.
Die Kristallbildner können in die gewünschte Glaszusammensetzung dadurch eingebaut werden, daß man die entsprechende Verbindung, beispielsweise Eisentitanat, für sich dem Gemenge zugibt oder die chemischen Bestandteile der Verbindung, beispielsweise Magnesiumoxyd und Titanoxyd, einzeln dem Gemenge zugibt.
Bei der Verwendung von Cr2O3 als Kristallbildner verwendet man zweckmäßig Ammoniumdichromat, welches sich bei den zum Schmelzen des Glases verwendeten Temperaturen zersetzt. Das Molverhältnis des wirksamen zweiwertigen Metalloxyds zum Titanoxyd beträgt natürlich 1:1, wenn die Bestandteile des Kristallbildners in das Gemenge nur als entsprechende Titanate zugegeben werden. Jedoch kann sich das Molverhältnis sehr beträchtlich sowohl nach oben als auch nach unten bezüglich dem 1: !-Verhältnisses ändern, wenn die für die Bildung der wirksamen Titanate geeigneten chemischen Bestandteile einzeln oder zusätzlich zu dem zweiwertigen Metalltitanat in das Glasgemenge zugegeben werden. Obwohl unerwünschte Einwirkungen auf die Eigenschaften des Glases oder den sich ergebenden GIas-Kristall-Mischkörper bei einer Änderung des Molverhältnisses von RO: TiO2 nicht auftreten, müssen die absoluten Mengen des Kristallkernbildners und seiner Bestandteile innerhalb der oben angegebenen Mengen gehalten werden, um ein brauchbares Produkt zu erzielen. So führen beispielsweise zu geringe Anteile von Cr2O3 oder RO · TiO2 bzw. einzeln RO und TiO2 zu einer ungenügenden Kristallbildung und zu einem Körper, der schwach und nur geringfügig kristallin ist. Auf der anderen Sedte führen zu hohe Anteile dieser Kristallkernbildner in der Glaszusammensetzung zu Schmelzen, welche beim Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand kristallisieren und daher für die Umwandlung in den Glas-Kristall-Mischkörper nicht geeignet sind. Ferner verdünnen zu große Anteile der RO-Komponente des Kristallbildners über die angegebene Maximalmenge hinaus die Menge der kristallisierbaren Bestandteile in unerwünschter Weise und führen zu einem grobkörnigen Mischkörper mit geringer Festigkeit und mit Oberflächenrissen.
Obwohl eine wesentliche Kristallisation und Umwandlung des Glaskörpers in einen brauchbaren Glas-Kristall-Mischkörper auftreten, wenn die Temperatur des Glaskörpers bei im wesentlichen gleichmäßiger Geschwindigkeit von Zimmertemperatur über etwa
800 bis etwa 1150° C gesteigert wird und wenn der ist. Während man annehmen kann, daß die wirksame
Glaskörper eine bestimmte Zeit, beispielsweise bis zu Kristallkernbildung der oben definierten Kernbildner
10 Stunden auf einer Temperatur im Bereich von 800 auf die Ausfällung kleiner Kristalle oder Kerne von
bis 1150° C gehalten wird, erhält man eine vollstän- Cr2O3 oder der zweiwertigen Metalltitanate aus dem
digere und brauchbarere Kristallisation, wenn man 5 Glas in Kristallanordnung zurückzuführen ist, die als
die angegebenen zwei- oder dreistufigen Wärme- eng gepackte Hexagonalanordnung des Umenits defi-
behandlungsverfahren anwendet. niert werden kann, kann der Grund für die starke
Die angegebenen Erwärmungstemperaturen werden Änderung des möglichen Anteiles an zweiwertigem durch Beobachtung einer eine Differentialthermo- Metalloxyd zu dem Titanoxyd nicht auf der Basis der analyse wiedergebenden Kurve bestimmt. Bei dieser io Kristallstruktur nur der Metatitanate, d. h. derjenigen Analyse handelt es sich um ein bekanntes Verfahren mit einem Molverhältnis von 1:1, die Ilmenitstrakzur Bestimmung der Temperaturen von verschiedenen tür besitzen, erklärt werden. Es kann jedoch angeexothermen und endothermen Reaktionen im Glas nommen werden, daß bei der Temperatur, bei der das bei seiner Erwärmung. Die angegebenen Erwärmungs- Glas schmilzt, die Bestandteile der Titanate in der temperaturen werden ausgewählt, da sich bei ihnen 15 Glasstruktur dispergiert und nur im richtigen Verbesondere molekulare Umordnungen der genannten hältnis zugeordnet werden, um als Kerne für die Ausgangszusammensetzungen vollziehen. weitere Kristallisation der kristallisierbaren Kompo-
Um ein Platzen des Körpers bei den starken Tem- nenten des Glases während der Abkühlung des ge-
peraturgradienten oder eine Deformation des Körpers schmolzenen Glases oder bei der anschließenden,
durch zu starke Temperatursteigerung vor aus- 20 oben beschriebenen Wärmebehandlung zu dienen,
reichender Kristallisation zur Stützung des Körpers Nach dieser Theorie würde das Gesetz der Massen-
in seiner Ausgangsform zu vermeiden, wird die Ge- wirkung vorschreiben, daß ein Uberschuß irgendeines
schwindigkeit der Temperatursteigerung während der der Bestandteile über die gleichen Molmengen die
Wärmebehandlung und ferner während der Erwär- Gleichgewichtsbedingungen der folgenden Reaktion
mung auf den Wärmebehandlungstemperaturbereich 25 nach rechts verschieben würde:
auf etwa 5° C pro Minute beschränkt, obwohl man
höhere Geschwindigkeiten dulden kann, wenn es sich RO + TiO2 = RTiO3 (RO · TiO2)
bei den zu behandelnden Körpern um dünne Körper
mit im wesentlichen gleichmäßigem Querschnitt han- wobei RO eines der oben angegebenen zweiwertigen
delt, so daß wesentliche Temperaturgradienten nicht 30 Metalloxyde ist.
auftreten, und wenn eine Deformation des Körpers Diese Beschreibung des offenbaren Vorganges der
unbeachtlich oder der Körper durch Stützvorrich- kernbildenden Wirkung der Kristalle mit Ilmenit-
tungen gegen eine Deformation geschützt ist. struktur beruht auf der Entdeckung, daß weder die
Um die Titanate leichter beschreiben zu können, einzelnen zweiwertigen Metalloxyde noch TiO2 für
soll angenommen werden, daß es sich bei ihnen um 35 sich eine wirkungsvolle Kristallisation der Gläser
eine Kombination aus TiO2 mit den entsprechenden fördern.
zweiwertigen Metalloxyden, nämlich MgO, CdO, Zusammensetzungen innerhalb der angegebenen
MnO, CoO3 ZnO, FeO und NiO handelt. Zur Verein- Bereiche, die sich für die Durchführung des erfin-
fachung der Ausdrucksweise sind die Metalle im vor- dungsgemäßen Verfahrens verwenden lassen, sind in
hergehenden mitunter lediglich durch R bezeichnet. 40 Tabelle I wiedergegeben, in der die Bestandteile des
Auf dieser Basis kann die wirksame Menge von zwei- Ausgangsglases in Molprozent und die Mengen des
wertigen Metalltitanaten richtig in ihrer Relation zu Kristallkernbildners entweder einzeln oder als Summe
dem Molprozentsatz im Überschuß über die Aus- der Bestandteile auf Molprozentbasis im Überschuß
gangsglaszusammensetzung für jeden der Bestandteile über die Ausgangsglaszusammensetzung angegeben
der Titanate beschrieben werden, wie es oben getan 45 sind.
Tabelle I
Bei den in der Tabelle aufgeführten Zusammensetzungen 1 bis 57, 64 bis 73 und 76 besteht die kristalline Phase aus Nephelin, während sie bei den Zusammensetzungen 58 bis 63 und 74 und 75 aus Plagioklas besteht.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
SiO2 61,7 51,8 54,1 51,8 58,7 63,1 57,4 51,8 59,7
Na2O 21,8 27,9 17,5 23,9 17,1 16,6 21,3 23,9 20,0
Al2O3 16,5 20,3 28,4 24,3 24,2 20,3 21,3 24,3 20,3
CdO 3,9 4,0 4,2
CoO 2,3 2,3 2,3 6,0
TiO2 8,4 8,6 9,0 7,9 7,9 7,8 7,8
Cr2O3 0,11 0,11
10 11 12 13 14 15 16 17 18
SiO2 64,5 57,4 57,4 57,4 57,4 51,8 58,7 64,5 57,4
Na2O 17,5 21,3 21,3 21,3 21,3 23,9 17,1 17,5 21,3
Al2O3 18,0 21,3 21,3 21,3 21,3 24,3 24,2 18,0 21,3
FeO 3,0 3,0 2,8 1,9
TiO2 4,9 4,9 4,7 4,8
Cr2O3 0,11 0,09 0,18 0,23 0,46
SiO2 .
Al2O3 FeO .
19 20 21 22 23 24 25 26 27
57,4 57,4 57,4 51,8 58,7 64,5 58,7 57,4 57,4
21,3 21,3 21,3 23,9 17,1 17,5 17,1 21,3 21,3
21,3 21,3 21,3 24,3 24,2 18,0 24,2 21,3 21,3
2,9 4,1 4,0
2,7 2,7 2,6 2,5 2,6 3,5
4,8 4,8 6,1 8,9 8,8 8,5 4,7 8,7 8,7
28 29 30 31 32 33 34 35 36
SiO2 63,1 67,2 63,1 51,8 58,7 64,5 60,2 51,0 51,0
Na2O 16,6 16,3 16,6 23,9 17,1 17,5 20,9 19,0 30,0
Al2O3 20,3 16,5 20,3 24,3 24,2 18,0 18,9 30,0 19,0
NiO 2,3 2,3 6,0
ZnO 4,1 4,1 4,0 4,0
TiO2 7,8 7,2 7,8 6,2 6,2 6,0 8,6 4,8 4,7
MgO 4,0 4,0
37 38 39 40 41 42 43 44 45
SiO2 53,0 55,0 55,0 65,0 68,0 57,4 57,4 63,1 61,0
Na2O 24,0 15,0 25,0 19,0 16,0 21,3 21,3 16,6 20,2
Al2O3 23,0 30,0 20,0 16,0 16,0 21,3 21,3 20,1 18,8
MgO 4,1 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 5,5 3,0
TiO2 4,8 4,8 4,7 4,8 4,7 3,9 8,7 7,8 3,0
46 47 48 49 50 51 52 53 54
SiO2 61,0 61,0 61,0 61,0 61,1 61,1 61,1 61,1 61,1
Na2O 20,2 20,2 20,2 20,2 20,2 20,2 20,2 20,2 20,2
Al2O3 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8 18,8
MgO 4,0 4,0 3,3 3,4 4,7 7,0 9,0 7,5 4,5
TiO2 4,7 6,0 10,0 12,0 4,7 4,7 4,7 3,0 5,4
55 56 57 58 59 60 61 62 63
SiO2 61,1 61,0 61,1 57,2 62,1 61,9 56,7 61,5 61,5
Na2O 20,2 20,2 20,2 18,1 17,5 15,3 8,6 8,7 7,6
AUO3 18,8 18,8 18,8 21,2 18,0 18,0 21,0 17,8 17,8
CaO 3,5 2,4 4,8 13,7 12,0 13,2
MgO 5,5 7,0 8,0 4,0 3,9 3,9 4,0 3,9 3,9
TiO2 6,5 8,3 9,5 8,7 8,5 8,5 8,6 8,4 8,4
SiO2 . Na2O K2O . Al2O3 B2O3 . P2O5 . MgO . TiO2 .
64 65 66 67 68 69 70
57,9 59,0 58,9 58,9 58,9 57,2 56,8
19,1 13,7 20,7 20,7 20,7 21,2 21,2
1,5 5,4
21,5 21,9 20,0 18,3 16,1 21,3 21,3
0,4 2,2 4,4
0,3 0,7
4,0 4,1 4,0 4,0 4,0 4,7 4,7
8,8 8,9 4,7 4,7 4,7 4,0 4,0
9 10
71 72 73 74 75 76
OU5O JO5J ϋ R
JJ5O
DO5O (\Λ ft
Na2O
K2O
20,1 19 7 19 3 15 8 IiQ
1J)7
20 2
2,2 1,4 1,4
CaO 5,4 5,5
LigO 2,2
ZrO2 0,6 2,7
BaO : 0,9
AI2Os 18,7 18,3 18,0 20,7 20,9 18,8
MgO 4,0 4,0 3,9 4,0 7,4 1,0
TiO2 4,7 4,8 4,7 5,0 4,9 5,0
ZnO 1,0
Gläser der in Tabelle I wiedergegebenen Zusam- tative Glasgemenge, die entsprechend den Glaszusammensetzung lassen sich aus Glasgemengen herstellen, mensetzungen nach Tabelle I beziffert sind, sind in welche in üblicher Weise aus üblichen Glasherstel- Tabelle II angegeben, wo die glasbildenden Bestandlungsmaterialien zusammengesetzt sind. Repräsen- teile in Gewichtsteilen aufgeführt sind.
Tabelle II Versätze in Gewichtsprozent
1 2 3 6 7 26 27 28 29
275 225 225 303 273 224 224 265 291
171 214 128 141 179 146 146 124 124
125 150 200 165 172 141 141 145 121
50 50 50 50 50 45 45 43 41
19 19
37 37 37
19 26
22 56,9
4 4 4 3 3 3 3 3 3
Sand .. Na2COs Al2O3 ·. TiO2 .. NiCOs . CdO .. MnCOs CoCO3 As2Oi .
30 42 43 44 58 61 62 64 65
Sand 275 249 249 660 273 273 303 249 249
Na2CO3 128 163 163 308 152 73 75 145 102
Al2O3 150 157 157 360 172 172 149 157 157
CaCO3 27 110 98
K2COs 15 52
TiO2 45 22 50 108 55 55 55 50 50
NiCOa 52
MgO 12 12 39 13 13 13 12 12
4 4 4 8 4 4 4 4 4
Die oben angegebenen Gemenge werden Vorzugs- Durchführung der Erfindung eignen, ist aus folgenden weise bei 1400° C oder darüber 4 Stunden lang in Gründen kritisch. Wenn das Glas zu viel SiO2 und TiegelnjHafenoderWannenjenach der gewünschten Na2O oder ihrer Substituenten und zu wenig AI2O3 Menge der Schmelze geschmolzen. Der Schmelzvor- enthält, kristallisiert es nicht zufriedenstellend. Wenn gang wird vorzugsweise unter nicht oxydierenden und S5 die Zusammensetzung auf der anderen Seite übernicht reduzierenden Bedingungen durchgeführt. Die schüssiges Al2O3 und einen Unterschuß an SiO2 und oben angegebenen Gemenge enthalten 0,6 bis 0,8 Ge- Na2O oder ihrer Substituenten aufweist, neigt es dazu, wichtsprozent As2O3 auf Oxydbasis zusätzlich zum sich spontan zu entglasen, und man erhält beim Ab-Ausgangsglas, welches hauptsächlich als Läuterungs- kühlen des geschmolzenen Gemenges kein zufriedenmittel wirkt und praktisch keinen Oxydationseffekt 6o stellendes Glas. Ein zu starker Ersatz von Na2O durch hat. Der im Glas verbleibende Rest hat keinen merk- CaO führt zu einer Steigerung der Größe der bei der liehen Einfluß auf die fundamentalen Eigenschaften Wärme gebildeten Kristalle und zu einer Schwächung des -Glases und des Glas-Kristall-Mischkörpers und des Produktes. Aus diesem Grunde baut man zweckist Sfaher praktisch vernachlässigbar. Er ist deshalb bei mäßig nicht mehr als 5 Molprozent CaO in die Glasden Glaszusammensetzungen nach TabelleI und in 65 zusammensetzung ein, wenn Na2O in Mengen von den weiteren Erörterungen nicht mehr berücksichtigt. wenigstens 15 Molprozent vorhanden ist. In ähnlicher
Der im vorhergehenden zitierte Bereich der Be- Weise beschränkt man den Anteil von Na2O au\
standteile der Gläser, die sich für die praktische zwischen 7 und 10 Molprozent, wenn CaO in Mengen
1 243
über IOMolprozent vorliegt. Zu große Mengen an K2O führen zu einer nachteiligen Deformation während der Wärmebehandlung. Die Menge an Kristallkernbildnern muß aus den oben angegebenen Gründen innerhalb der angegebenen Bereiche gehalten werden. Tabelle III zeigt die Ausdehnungskoeffizienten
832
zwischen 0 und 300° C pro 0C in ganzen Zahlen (multipliziert mit IO7) und die spezifischen Gewichte, die Biegefestigkeit in kg/cm2 und die Farbe der Glas-Kristall-Mischkörper nach TabelleI sowie die ver-5 schiedenen, zur Umwandlung des Glases verwendeten Wärmebehandlungen.
Tabelle III
Glas-Kristall-Mischkörper
Wärmebehandlung Wärme spezifisches
Gewicht
ausdehnungs- kg/cm1 Faroe
Stil n/fon
O L UUUCil
0C Stunden 0 C VJ LUUUV U koeffizient· IO7
1 800 2 900 8 1000 8 122 Weiß
2 800 1 950 4 1000 6 123,5 Weiß
3 800 2 900 4 1000 6 99,5 Weiß
4 790 3 900 3 1060 3 Grün
5 790 3 900 3 1060 3 Blau
6 800 2 1000 8 109 Λ CA A
2,044
m
V/
Blau
7 800 2 1000 8 Grün
g 700 3 800 3 1020 3 Grau
9 700 3 800 *>
3
1020 3 Grau
10 700 3 800 3 1020 3 ■ ' " Grau
11 800 3 900 3 1050 3 Gräulich
12 800 3 ο
3
1100 3 120 2,523 Grün
13 800 3 Λ αία
IOZO
3 Griin
14 700 3 yuu 3 1035 3 " Grün
15 815 3 1030 3 Braun
16 740 3 845 1020 3 1 2,681 Braun
17 815 3 1030 3 2,592 Kupfer
18 750 1 1060 ο
8
IC
76
Oliv
19 720 2 900 4 1060 4 1 73 Grau
20 720 2 900 4 1060 4 118,5 2,663 Braun
21 750 2 O C Γ\
850
Z 1020 2 ολ
79,5
Grau
22 800 3 aaa
900
3 1015 3 Braun
23 800 3 ■3
J
1040 3 2,709 Braun
24 800 3 yOU 1015 3 "" Braun
25 740 3 ο cn 3 1020 3 CCCi Braun
26 800 2 yUU ο
ο
1000 8 140 Gelb
27 830 3 IUoU 1 ο
IZ
IUi Gelb
28 800 2 non C
O
1000 12 111 Ζ,ΟΖ3 XZZ Grün
29 750 1 900 ο
8
112 Λ CfVk
zpyu
i 1 C yl
113,4
Gelb
30 850 4 1000 8 Λ IC C
130,5
Grün
31 740 3 öDU 3 1020 3 Weiß
Ja 740 3 SCA 3 102Ö 3 Weiß
33 740 3 3 1020 3 Ζ,043 Weiß
34 800 3 900 3 1040 3 ZjOoj Weiß
35 800 3 900 3 1000 3 Weiß
36 800 3 900 3 1000 3 Weiß
37 800 3 900 3 1015 3 Weiß
38 800 3 900 3 1000 3 Weiß
39 800 3 900 3 1015 3 Weiß
40 800 3 900 3 1000 3 Weiß
41 800 3 900 3 1000 3 Weiß
42 800 2 900 6 1080 12 113 Weiß
43 850 6 1000 8 120 2,608 105^ Weiß
44 850 6 1000 9 93,5 Weiß
45 800 3 900 3 1050 3 Weiß
46 800 3 900 3 1020 3 118 80^ Weiß
47 800 3 900 3 1000 3 68 Weiß
48 800 3 900 3 1000 3 94,2 Weiß
49 800 3 £00 3 1000 3 68,2 Weiß
50 850 3 MWO 3 Weiß
51 805 3 1050 3 Weiß
52 850 3 1030 3 WeiS
53 800 3 900 3 1030 3 Weie
54 800 3 900 3 1000 3 117 2,614 Weiß
Glas-Kristall-Mischkörper
Wärmebehandlung Wärme
ausdehnungs-
spezifisches kg/cm2 Farbe
Stunden 0C Stunden O Ci
L
oiunucn koeffizient •IO7
jj öUU 5 900 3 <5
D
90,5 weijj
oo öuu ■χ 900 3 1ΠΠΠ
xuuu
j 116 2,643 Weiß
tt c-ijj
j / son
ouu
•ι
j
900 3 aujj j 79,5 Weiß
jo son 900 3 JLUjU O
o
107 2,656 90,8 Weiß
tt
cn
jy
of\n
OW
1 900 3 1 ΠΠΠ
IUUU
0 64,9 W CID
60 800 1 900 3 Λ λα/λ
1000
r
0
weiß
61 830 3 1080 12 67 2,758 131 WoJ fi
weiß
οαλ
öUU
1,5 900 3 IujU o
o
66 2,718 WpiR
WCiJj
63 800 1,5 900 3 1050 ο
ö
126,5 WoiR
weiß
64 800 3 1100 12 —. 99,5 Weiß
65 830 3 920 3 1080 12 69,4 Weiß
oo ολλ
©uv
3 900 3 IUUU weiß
67 son j 900 3 1000
x\j\J\J
j Weiß
68 800 3 900 3 1000 3 Weiß
69 1020 2 95,6 Weiß
70 1020 2 79,6 Weiß
71 750 2 850 2 1060 2 79,7 Weiß
72 750 2 850 2 1060 2 86,4 Weiß
73 780 1 1020 2 Weiß
74 750 4 900 1 1040 3 112 2,697 116 Weiß
75 780 1 1020 2 110 2,686 103 Weiß
76 800 3 900 I 3 1015 3 Weiß
Die Biegefestigkeit wird gemessen, indem man einzelne Stangen aus dem Glas-Kristall-Mischkörper mit einem Durchmesser von etwa 6,4 mm und einer Länge von etwa 100 mm auf zwei im Abstand von etwa 89 mm angeordnete Messerschneiden legt und einzeln mittels zweier nach unten wirkender, etwa 19 mm voneinander entfernter Messerschneiden belastet, bis die Stangen brechen. Um die Ergebnisse vergleichbar zu machen, werden die Stangen zuerst durch 15 Minuten langes Umwälzen in einer Kugelmühle zusammen mit Siliciumkarbid mit einer Korngröße zwischen 0,85 und 0,7 mm abgeschliffen. Abgeschliffene angelassene Glasstangen zeigen bei Prüfung durch das im vorhergehenden geschilderte Meßverfahren im allgemeinen eine Biegefestigkeit von 420 bis 560 kg/cm2.
Zum Vergleich der Glas-Kristall-Mischkörper mit Gläsern vor der Wärmebehandlung sind in der Tabelle IV die Ausdehnungskoeffizienten pro ° C zwischen 0 und 300° C in ganzen Zahlen und die spezifischen Gewichte besonderer Gläser wiedergegeben.
TabeUe IV
Nr. Ausdehnungs
koeffizient -IO7
Spezifisches Gewicht.
6 80,2 2,527
43 95 2,545
58 84 2,574
61 62 2,656
Die Glas-Kristall-Mischkörper gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich von bekannten Mischkörpern dadurch, daß die Imstalrinen Phasen der vorliegenden Produkte entweder Nephelin oder Plagioklas sind. Sie können erwünschtenfalls in einer Vielzahl von Farben hergestellt werden. Wenn der KristaUisationskernbildner ein Titanat von MgO, ZnO oder CdO ist, sind sie weiß. Ist der Kristallisa tionskernbildner ein Titanat von MnO, CoO, NiO oder FeO oder ist er Cr2O3, dann ergeben sich Farben von Grau bis Gelb über Grün, Blau und Braun, abhängig vom färbenden Metall und seiner anteiligen Menge. Ferner lassen sich die Ausdehnungskoeffizienten der erfindungsgemäßen Mischkörper über einen weiten Bereich von etwa 60 10~7 bis 120 •IO"7 pro 0C durch Ersatz von Na2O durch CaO ändern, wobei der Ausdehnungskoeffizient mit wachsendem Ersatz des Na2O durch CaO fortschreitend abnimmt. Obwohl Zusammensetzungen, bei denen der Kristallisationskernbildner Cr2O3 ist, bei der Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung wünschenswerte Glas-Kristall-Mischkörper liefern, zeigen Gläser, bei denen zweiwertige Metalltitanate als Kristallkenibildner Ver- wendung gefunden haben, bessere Glasbearbeitungseigenschaften und sind daher vorzuziehen. Von den bevorzugten Titanatkristallkernbildnern ist MgO · TiOi besonders geeignet, weil es farblose Gläser liefert, die sich leicht hinsichtlich Glasfehler vor der Wärme behandlung beobachten lassen, und weil es aus billigen Gemengebestandteilen besteht.
Obwohl SiO2, Al2O3, Na2O, CaO und K2O in den oben angegebenen Bereichen und bis zu 10 Molprozent andere geringere Bestandteile enthaltende Gläser für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, eignen sich Gläser, die weitgehendst nur aus Na2O, Al2Os und SiO2 bestehen, für die Tafelglasherstellung auf Grund ihres Vikositätsverhaltens bei der Arbeitstemperatur am besten.
Beispiel 46 nach Tabelle I gibt eine besonders geeignete Zusammensetzung dieser Art wieder, welche zu einem Glas führt, das sich in den gewünschten Glas-Kristall-Mischkörper mit minimalster Formänderung bei der Wärmebehandlung umwandeln läßt. Die Bei spiele 69 und 70 geben Zusammensetzungen wieder, welche besonders günstige Viskositäts- und Flüssigkeitseigenschaften für das Ausziehen von Tafelglas besitzen.

Claims (7)

Obwohl der Einbau wesentlicher Mengen CaO in den oben angegebenen Zusammensetzungen zu zufriedenstellenden Mischkörpern mit niedriger Ausdehnung fünft, sind die entsprechenden Schmelzen bei Verflüssigungstemperatur vollständig flüssig und lassen sich deshalb durch Form- oder Preßverfahren am leichtesten weiter verarbeiten. Die Zusammensetzung nach Beispiel 63 stellt eine bevorzugte Ausführungsform einer Glaszusammensetzung dar, die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Glas-Kristall-Mischkörpers mit Plagioklasgehalt und vergleichsweise hoher Festigkeit geeignet ist. Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Glas-Kristall- ty Mischkörpern, deren kristalline Phase aus Nephe-Iin oderPlagioklas besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Glasversätze zu einem Glaskörper, bestehend auf Molbasis aus 50 bis 68 % SiO2, 16 bis 34e/o Al2O3, 7 bis 34% Na2O, O bis ao 15°/e CaO und O bis 6β/β K2O, erschmolzen werden, wobei die Gesamtmenge an Na2O, CaO und K2O wenigstens 15%, aber nicht über 34% beträgt und das Verhältnis von
(Na2O + CaO + K2O): Al2O3 *5
1,7 nicht überschreitet und die Gesamtmenge der wesentlichen Oxyde SiO2, AI2O3 und Na2O und gegebenenfalls CaO und/oder K2O wenigstens 90% beträgt, wobei die Glaskörper Kristallkernbildner enthalten, die im fertigen Glas auf der Basis dts Glases als 100 Molprozent entweder 0,08 bis 0,5% Cr2O3 oder wenigstens ein Titanat der zweiwertigen Metalloxyde FeO, CoO, CdO, ZnO, NiO, MnO oder MgO erzeugen, in denen der Anteil an TiO2 2,9 bis 12% und der Anteil der zweiwertigen MetaIloxyde 1,9 bis 10% beträgt und die Gesamtmenge der Titanatbildner TiO2 und RO) bei wenigstens 6% liegt, das geschmolzene Glas gekühlt und in die gewünschte Gestalt geformt und der fertige Glaskörper auf etwa 800 bis 1150° C erwärmt und zwischen diesen Temperaturen so lange gehalten wird, bis
der größere Anteil des Glaskörpers kristallisiert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fertige Glaskörper in einer zweistufigen Wärmebehandlung zunächst auf etwa 800 bis 850° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich etwa 1 bis 4 Stunden gehalten und anschließend auf etwa 1000 bis 1080° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich für 6 bis 12 Stunden gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glaskörper in einer dreistufigen Wärmebehandlung zunächst auf etwa 800 bis 850° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich etwa 1 bis 4 Stunden gehalten, anschließend auf etwa 900 bis 950° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich etwa 3 bis 8 Stunden gehalten und schließlich auf etwa 1000 bis 1080° C erwärmt und in diesem Temperaturbereich für 6 bis 12 Stunden gehalten wird.
4. Glaskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Molprozent 15 bis 34% Na2O und 0 bis 5% CaO enthält.
5. Glaskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Molprozent 7 bis 10% Na2O und 10 bis 15% CaO enthält.
6. Glaskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Molprozent etwa 57% SiO2, etwa 21% Al2O3, etwa 21% Na2O und bis zu etwa 1% P2O5 enthält und der Kristallkernbildner ein Titanat von Magnesiumoxyd ist, in dem der Anteil an TiO2 etwa 4% und der Anteil an MgO etwa 4,7% beträgt.
7. Glaskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Molprozent aus etwa 61% SiO2, etwa 19% Al2O3 und etwa 20% Na2O besteht und der Kristallkernbildner ein Titanat von Magnesiumoxyd ist, in dem der Anteil an TiO2 etwa 4,7% und der Anteil an MgO etwa 4% beträgt.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1045 056.
709 609/180 6.67 θ Bundesdruckerei Berlin
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