DE1421824A1

DE1421824A1 - Verfahren zum Erzeugen heterogen verteilter Spannungen in einem Glasgegenstand

Info

Publication number: DE1421824A1
Application number: DE19611421824
Authority: DE
Inventors: Jean Paymal
Original assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1960-01-08
Filing date: 1961-01-05
Publication date: 1968-11-07
Also published as: DE1421824B2; GB954576A; US3258352A; FR1253956A

Description

zum Erzeugen heterogen verteilter 0p$$nungen in einem G-lasgegenstand"

Die Ärfladung bezieht sich auf ein Verfahren zum Brzetigen heterogen verteilter Spannungen in einem Slaagegenstand und richtet sich auch auf die An wendung dieses "Verfahrens zur Erzielung differen- aierter SpanaungBbereiclie.

' Ss ist Ijekannt, daß Oorpuskularstrahlen in Materialien Modifikationen hervorrufen, die zu merklichen Di- mensipneänderungen führen können. Wenn diese Ände rungen i» federn Augenblick an sämtlichen Stellen der Oberfläche und der Dicke des Gegenstandes gleichförmig Bind, Bfigt jsioh im Gegenstand keinerlei Spannung.

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Andererseits war es bisher erforderlich, wenn Gläser mit differentieIlen Spannungszuständen erzeugt werden sollten, das heißt Spannungszuständen, die sich von einer Zone der Oberfläche eines Gegenstandes zur nächsten änderten, differenzierte thermische Härtebeziehungsweise Yorspannungsbehandlungen vorzunehmen, bei denen der Gegenstand bis in die Nähe seines Erweichungspunktes erwärmt werden mußte.

Brfindungsgemäß soll nun, möglichst unter Ausnutzung des Einflusses von Oorpuskularstrahlen auf Glas ein Verfahren gefunden werden, mit dem Spannungszustände heterogen auf der Oberfläche des Glasgegenstandes sich verteilen lassen.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß der Glasgegenstand Corpuskularstrahlen ausgesetzt wird, wobei bestimmte Zonen des Gegenstandes durch einen die Strahlung vollständig oder teilweise absorbierenden Schirm abgedeckt sind.

Es wird also vermieden, daß der Glasgegenstand auf erhöhte femperaturen gebracht werden muß, wie dies für die Härtung beziehungsweise Vorspannung bisher notwendig war* Dies hat wiederum zur folge, daß die Gefahren einer Verformung der Gegenstände ausge-

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schaltet werden.

Es ist auch möglich, Vorrichtungen zur Messung der Doppelbrechung nach dem neuen Verfahren herzustellen, die sich durch Eigenschaften auszeichnen, die denen der bisher bekannten Erzeugnisse für den gleichen Zweck erheblich überlegen sind.

Diese Meßvorrichtungen bestanden bisher in der Regel entweder aus unter Spannung gehärteten Kunststoffelementen oder aus aus doppelbrechenden Kristallen ausgeschnittenen Lamellen. Meßlamellen der ersteren Art haben den Nachteil der mangelnden Stabilität, die der zweiten Art sind zu teuer. Demgegenüber würde es durch die erfindungsgemäße Maßnahme möglich, solche Meßlamellen durch ein billiges, zuverlässig arbeitendes Verfahren zu vergleichsweise niedrigen Kosten herzustellen.

Besteht der zu behandelnde Gegenstand aus einem Glas, dessen Dichte steigt, das heißt, welches sich durch die Bestrahlung zusammenzieht, so werden die der Strahlung unterworfenen Zonen des Gegenstandes einer Zugspannung, die durch den Schirm geschützten Zonen einer Druckspannung ausgesetzt.

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Erfindungsgemäß arbeitet man vorzugsweise mit Gläsern

- ■ -

f folgender molekularer Zusammensetzung«.

₂ zwischen 50 und 99
O, zwischen 0 und 20
, zwischen O und 50 f

gO + Ka₂O + M₂O zwischen O und 20 ^ MgO + OaO + SrO + BaO zwischen 0 und 30 PbO zwischen 0 und 20 %
mit folgenden Bedingungen:
BiO₂ + B₂O + Al₂O₃ höher als 75# M₂O + MO + PbO zwischen 0 und 25 9& ^B2°3 ^{menr a}^-^{s 1} $ oder Li₂O mehr als 10 # M₂ bedeutet Alkalimetalle und M- bedeutet die Erdalkali metalle .

.· - -Besteht umgekehrt der behandelte Gegenstand aus einem Glas, welches sich unter dem Einfluß der Beetruhlung ausdehnt, so erscheinen die Druckspannungen in 4tn freinigenden Zonen, während die durch einen Schirm abgedeckten Zonen einer Zugspannung ausgesetzt siad,

Derartige aiäeer haben zweckmäßig folgende molekulare Zueanaensetzungt

BAD ORIGINAL

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SiO₂ zwischen 10 und 70 #

Ox swischen 0 und 20 °ß>

, zwischen 0 und 50 %

O + Ha₂O + E₂O zwischen 0 und 30 # MgO + CaO + SrO + BaO zwischen 0 und 30 $ PbO zwischen 0 und 85 #

unter den Bedingungen, daß SiO₂ + ^B?°3 ⁺ ^¹2°3 geringer als 855*

M₂O + MO + PbO höher als 15 £

B₂O₃ höher als 1 # oder ligO höher als 10 # ist. M und M₂ haben die gleiche Bedeutung wie oben.

Das Verfahren kann mit einer großen Anwendungsfeinheit durchgeführt werden. Man kann dem Schirm jede gewünschte !Form geben. Der Schirm kann, um die Strahlung vollständig zu absorbieren, ziemlich stark gewählt werden oder im Gegensatz hierzu so ausgebildet sein, daß ein Seil der Strahlung durchzutreten vermag.

Man kann auch einen Schirm von unterschiedlicher Stärke verwenden, so daß hierdurch eine progressive Veränderung der Bestrahlungswirkung erzielt wird, und zwar ausgehend von der der Bestrahlung unmittelbar ausgesetzten Zone bis au der durch Zwischenschaltung des Schirmes vollständig abgeschirmten Zone.

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Zur Durchführung der Erfindung wird vorzugsweise ein thermischer neutronenstrahl verwendet, der beispielsweise durch einen Atommeiler erzielt wird. In diesem 3?alle wird der Schirm vorzugsweise aus einer Cadmiumscheibe gebildet oder durch ein Material, welches ein Element hoher Absorptionswirkung enthält, wie beispielsweise Bor-10, Iiithium-6 oder Gadolinium-159

Die Erfindung ist von besonderer Bedeutung, da sie es insbesondere ermöglicht, in sehr einfacher Weise Druckspannungen an den Kanten behandelter Gegenstände zu erzj slen, wodurch eine bessere mechanische Wider-S"bdii.dsfähigkeit dieser Gegenstände erzielt wird. Die Zugspannungen, die die Druckspannungen ausgleichen, können sehr gering sein, wenn, wie dies in den nachfolgenden Beispielen aufgezeigt wird, die entsprechenden Plächen-Verhältnisse zwischen den ausgesetzten und abgesehützten Zonen gewählt werden.

Die Erläuterung der Beispiele erfolgt an den Figuren 1 bis 12, die in einfacher schematischer Weise Darstellungen der Platten, der Eichgeräte und der erzielten Ergebnisse aufzeigen.

BAD ORIGINAL

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Beispiel 1 '

Es wird eine rechtwinklige 15 χ 50 χ 1 um große Glasplatte verwendet. Das Glas hat folgende Zusammensetzung (Gw.-#):

SiO₂	75,6
B₂O₃	15,1
Al₂O₃	2,3
OaO	0,4
MgO	0,3
Na₂O	4,2
K₀O	1,7

Zwei Randbereiche dieser Platte, und zwar die der beiden großen Seiten sind auf ihren beiden Seiten (Fig. 1 und .

Fig. 2) durch die Schirme 1, 1a, welche aus Cadmiumfolien von 0,4 mm Dicke bestehen, abgedeckt, wobei ihre Breite 3,75 mm beträgt.

Unter diesen Bedingungen ist die de samtoberfläche der abgedeckten Zonen gleich der ausgesetzten Oberfläche 2. ■ Die gesamte Anordnung wird einem Neutronenfluß von 10 η /cm /Sek. bei einer Temperatur von 70 bis 80° ö auB-gesetat. Die Bestrahlungsdosis beträgt 3.10 n/om .

Anschließend wird die Platte untersucht. Ee wurde fest-

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gestellt, daß Spannungen vorhanden sind, deren graphische Darstellungen in Abhängigkeit der Entfernung der Längsseite L, Ii' entsprechend der Darstellung in Fig. 3 sind, in denen Druckspannungen c und Zugspannungen e in ihrem absoluten Wert im wesentlichen gleich sind und einen mittleren Wert von 1000 mju/em haben, was unter Berücksichtigung der photoelektrischen Konstante der so bestrahlten Platte etwa 270

kg/cm entspricht.
Beispiel 2

Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch unter Verwendung von Schirmen, deren Breite nur 1,5 mm • beträgt. Man erzielt nunmehr eine Verteilung der Spannungen, wie in Eig. 4 dargestellt, wobei die Druckspannungen an den Kanten einen mittleren Wert

von 3900 mjtc/em, d.h. etwa 1000 kg/cm haben, während die Zugspannungen in dem mittleren Teil nur einen mittlerem Wert von 720 m ßj'cm, d.h. 200 kg/em² besitzen.

Beispiel 3

line Scheibe des gleichen Glases wie in den vorhergehenden Beispielen von 21 mm Durchmesser und 1,3 mm

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— Q —

Stärke, an den Kanten durch einen Gadmiumkranz von 3 mm Breite und 0,4 mm Stärke geschützt, wurde mit 8.10 ' n/cm bestrahlt und zwar unter den gleichen Bedingungen wie in den vorhergehenden Beispielen.

Nach der Bestrahlung herrscht in der Kante ein mittlerer Druck von 2500 m_jU/cm_f d.h. etwa 700 kg/cm².

Beispiel 4

Es wird eine Glasplatte von 36 χ 20 χ 0,5 mm verwendet, wobei das Glas folgende Zusammensetzungen aufweist: SiO₂ 40, B₂O₅ 20, PbO 30 und Li₂O 10.

Auf jede der beiden Seiten dieser Platte wird im mittleren Bereich parallel zu ihrer langen Seite eine Oadmiumfolie von 0,4 mm Stärke und 10 mm Breite angeordnet. Die so abgedeckte Platte wird einer thermischen neutronenbestrahlung entsprechend einer Gesamtdosis von 8,7 χ 10 n/cm mit einer Intensität, wie sie in den vorhergehenden Beispielen erwähnt wurde, ausgesetzt.

Die Platte erhält dadurch in den Randzonen, d.h. den Zonen, die nicht durch einen Schirm abgedeckt sind, Druckspannungen, die einen mittleren Wert von 435 m.Ji/ d.h. 275 kg/cm betragen, während in der mittleren Zone

- 10 ο η ft ο η ι i γ» η ι η

- ίο -

Zugspannungen entstehen, die einen. Mittelwert von 630 m/i/cm, d.h. 325 kg/cm² aufweisen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Glasscheibe eine Barriere gegen Portpflanzung eines Bruchs erzielt werden.

Verwendet man ein Glas, welches sich unter der Bestrahlung ausdehnt, wird die Zone, die die Barriere bilden soll, der Bestrahlung ausgesetzt, während der übrige Teil der Glasscheibe abgeschirmt wird.

Verwendet man ein Glas, welches sich unter der Wirkung der Bestrahlung zusammenzieht, wird lediglich die Barriere während der Bestrahlung abgedeckt.

Arbeitet man mit einem vorher gehärteten Glas, werden selbstverständlich die durch das Härten entstandenen Spannungen durch, die erfindungsgemäße Behan^eLung verändert .

Beispiel 5

Herstellung von Eichmaßstäben zur Feststellung von Gangunterschieden.

Zur Beurteilung der Differenz des optischen Weges in

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Spannungen unterworfenen Gegenständen werden Eichmaßstäbe benutzt. Diese Eichmaßstäbe bestehen in den

aus

meisten Fällen unter Spannungen gehärteten Kunststofflamellen oder aus zugeschnittenen Lamellen in doppeltbrechenden Kristallen. Die erstgenannten Eichmaßstäbe haben den Nachteil, unstabil zu sein, während die zweiten kostspielig sind. Man kann derartige Eichmaßstäbe auch dadurch herstellen, daß Giaslamellen, die teilweise durch absorbierende Schirme entsprechender Form und Stärke abgedeckt werden, einer Bestrahlung ausgesetzt werden.

So kann beispielsweise eine Borglasplatte von rechtwinkliger Gestalt von 2 χ 7 cm und einer Stärke von 0,1 cm verwendet werden, deren beide große Seiten durch eine Cadmiumfolie von 0,5 mm Stärke abgedeckt sind. Diese Folien sind derart ausgeschnitten, daß eine trapezförmige Zone der Platte freibleibt. (Fig.5 und 6). Die jede Seite bedeckenden Cadmiumbänder können voneinander unabhängig sein und können durch beliebige Mittel gehalten werden. Man kann auch ein entsprechend breites und entsprechend geformtes Band so umbiegen, daß jede Kante der beiden Seiten durch das gleiche Cadmiumblatt abgedeckt wird. Eine Ausführungsform mit umgebogenem Blatt ist in der Zeichnung dargestellt.

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An den Enden beträgt die nicht abgedeckte Breite auf der großen Basisaeite 10 mm und an der kleinen Basisseite 5 mm.

Bestrahlt man eine durch diese Abschirmung teilweise

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abgedeckte Platte mit einem Fluß von 0.7.10 n/cm 80 Stunden lang bei einer Temperatur von 80 bis 120°, wird eine Glasplatte erzielt, die längs ihrer Achse eine von einem Ende zum anderen veränderliche Doppelbrechung aufweist. Da sich das bestrahlte Glas bei der Bestrahlung zusammenzieht, wird die bestrahlte Zone unter Zugspannungen gesetzt. Die Randzonen, weisen ebenfalls eine gewisse Doppelbrechung aufgrund der Druckspannungen, welche die Zugspannungen der mittleren Zone ausgleichen, auf. Eine gewisse Zeit nach der Bestrahlung, etwa eine Woche, ist die in das Glas eingeführte Radioaktivität praktisch verschwunden und die Platte kann als Doppelbrechungsmeßgerät verwendet wer den. Hierfür können beispielsweise die Randzonen mit einer opaker. Einfassung versehen werden und die Doppelbrechung ür:> oh an den Kanten der Einfassung vorgeschirr Maßstäbe -3-/3SeJ-Ct werden (.Fig. 1,5). Man kann βυ-^:· eine Binf." «ng vorsehen, die schmal«? öffnungen eo'ieher ürcfie ifweict, daß aie Dopjt-^ivficitnmg In ^-r< OberfläcI:·.-j Jv-?se-.¹ Öffnungen ale ίcantant betraf.■■<"-

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werden kann (Pig. 11, 12). Eine Verbesserung besteht noch darin, eine lamelle nicht nur für eine kontinuierliche Doppelbrechung vorzusehen, sondern die absatzweise variabel ist, indem während der Bestrahlung ein mit Absätzen versehener Schirm (Pig. 9j 10) verwendet wird. In diesem Pail weist das Eichgerät in jedem Fenster homogene Doppelbrechungen auf, die sich zum Beispiel um 25 : 25 w/l· staffeln (Pig.11,12).

In allen Pällen kann, wenn die Bestralilungsbedingungen für sämtliche der hergestellten Platten gleich sind, die Eichung der Doppelbrechung ein für allemal vorgenommen werden. Bei den oben aufgezeigten Bedingungen für den kontinuierlichen Eichstab erhält man Doppelbrechungen, deren Wert sich kontinuierlich von 25 bis 300 m,jU, erstreckt.

Man kann derart geeichte Geräte auch herstellen, indem Randschirme von konstanter Breite, aber auf ihrer Länge abnehmender Stärke verwendet werden, um dadurch nur teilweise die HeutronenstrE|ilen, und zwar in va- ^T riabler Weise abzuschirmen. Der unterschiedliche Effelrfc auf die nicht geschützten und die abgeschirmten Zonen bedingt ein· variable Doppelbrechung der gleichen Art, wie sie bei Benutzung eines einen trapezförmigen und eine konstante Stärke aufweisenden Schirms erzielt

Wie aus diesen Erläuterungen ersichtlich^ ist es möglich, die Form und die Starlte der verwendeten Schirme derart zu verändern., daS eine Yeräfaderung der Doppelbrechung entsprechend Jedem gewSnsehten. Sesetz von einem Ende zum anderen der Plarfcte erreicht wird. -

In den vorhergehenden Beispielen sind nur einfache Falle anhand einer rechtwinkligem oder* scheibenförmigen Platte erläutert. Selbstverständlich kann die Erfindung auch gleichgültig von der Form des Süasgegenstandes angewendet werden, und zwar mit einem. Schirm beliebiger geometrischer Form», welche die Erzielung der gewünschten Spannungssysteme ermöglicht. So kann die Erfindung beispielsweise ebenfalls in vorteilhafter Weise auf nicht ebene GKLasgegenstänae, zum. Beispiel Kanten von Behältern, wie frinkgläser» !Heller, Schalen und Flaschenhälse usw. angewendet werden«

- Patentansprüche: -

ORJGi_NAL

Claims

Patentansprüche:

1. /Verfahren zum Erzeugen !heterogen verteilter Spannun- ^—-^ gen in einem Glasgegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß der GKLasgegenstand Gorpuskularstrahlen ausgesetzt wird, wobei bestimmte Zonen des Gegenstandes durch einen die Strahlung vollständig oder teilweise absorbierenden Schirm abgedeckt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in den der Bestrahlung ausgesetzten Zonen des G-lasgegenstandes Zugspannungen und in den durch einen Schirm geschützten Zonen Druckspannungen entstehen, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung der Glasgegenstände: SiO₂ zwischen 50 und 99 $ Al₀O^ zwischen 0 und 20 $ B₂O₅ zwischen 0 und 50 i» Li₂O + Na₂ü + V-O arischen 0 und 20; MgO + CaO + GrC i .0 zwischen 0 unö PbO zwischen 0 unO. ¹O % ^ mit folgender BedJr\c;.igem

^ SiO^ + B₉C) 4 Al.,0. .,:^her als 7: 2 2

o M₉O + MO t J'UO ri- -,■;.-ri C und J al;:^j 1 ; :o-c£ Li.,0 iE<.

K bedeutet Alk'il ^:. iei, ille une · ■■·";?■■. i.. .■ ;-·ϋ-

aetalle.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in den der Strahlung ausgesetzten Zonen Druckspannungen und in den geschützten Zonen Zugspannungen entstehen, g e k e η η .zeichnet durch Glasgegenstände folgender Zusammensetzung;

zwischen 10 und 70 fo
₅ zwischen 0 und 20 ^σ/>

zwischen 0 und 50$
₂ + Ka₂O + K₂O zwischen 0 und 50 $ MgO + OaO + SrO + BaO zwischen 0 und 30$ PTdO zwischen 0 und 85 %

unter den Bedingungen, daß SiO₂ + B₂O, + Al₂O, geringer als 85 #,

.M₂O + MO + PbO höher als 15 1°
B₂O₅ höher als 1 $> oder Li₂O höher als 10 % ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Corpuskularstrahlen thermische Neutronen verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus einer öadmiumechelbe besteht. . /j

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6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm ungleichmäßige Stärke aufweist.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Erzielung von Druckspannungen an den Kanten der derart behandelten G-lasge genstände.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche zur Erzielung von Bruchbarrieren.