DE1421900B2 - Verwendung einer glasur zur erhoehung der mechanischen festigkeit von glasgegenstaenden - Google Patents

Verwendung einer glasur zur erhoehung der mechanischen festigkeit von glasgegenstaenden

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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Description

entsteht eine Strkutur, welche aus einer glasartigen Phase besteht, in der teilweise eine kristallinische Phase vorhanden ist Infolge dieser Kristallisierung wird die Glasurschicht gegen Beschädigungen durch Kratzer sehr widerstandsfähig.
Es sei noch erwähnt, daß aus der deutschen Patentschrift 450 201 sowie der britischen Patentschrift 267 815 für Glaskörper bestimmte Überzüge aus Bleioxid, Zinkoxid und Bortrioxid bekannt sind, die infolge ihrer geringen Ausdehnungskoeffizienten auf dem Glaskörper unter Druckspannung stehen. Diese Überzüge, welche aus optischen Gründen eingefärbt bzw. getrübt sind, weisen aber keine durch Erhitzung hervorgerufene Kristallisation auf, so daß sie nicht gegen Beschädigungen von außen widerstandsfähig sind.
Zwar ist die Kristallisierung von Glasuren an sich bekannt, jedoch nicht für eine zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit dienende Schicht auf Glasgegenständen.
Kristallglasuren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Isolatoren aus keramischer Masse sind aus der deutschen Patentschrift 596 745 bekannt. Gemäß der Erfindung soll aber eine Kristallglasur bestimmter Zusammensetzung für eine zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit dienende Schicht auf Glasgegenständen benutzt werden. Die gemäß der Erfindung verwendeten Glasurt , besitzen nämlich im glasigen Zustand eine niedrige Erweichungstemperatur, wodurch ihre Aufbringung .aif den Glasgegenstand erleichtert wird, und im kristallisierten Zustand einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, der zur Erzielung großer Festigkeitswerte erforderlich ist.
Beispiel I
Die in nachfolgender Tabelle wiedergegebenen Werte beziehen sich auf Probestäbchen mit einem Durchmesser von 3,5 mm, welche aus Glas folgender Zusammensetzung bestehen: SiO2 68,3°/0, Na2O 16,80/0, K2O 1,0%, CaO 5,5%, BaO 2,0%, MgO 4,0% und Al2O3 2,5%. Dieses Glas aat einen mittleren Ausdehnungskoeffizienten von 100 · 10~7 im Temperatutbereich von 30 bis 3000C.
Die Tabelle gibt die Zusammensetzung der aufgebrachten Glasui, die Temperatur, bei der die Wärmebehandlung durchgeführt ist, die mit Hilfe einer Biegeprüfung mit einem Unterstützungsabstand von 6 cm bestimmte Zugfestigkeit (σ) in kg/mm2 von Glasstäbchen, die verhältnismäßig leicht beschädigt sind, rnd die Zugfestigkeit von Stäbchen, die nach einem Normalverfahren beschädigt worden sind. Dieses Verfahren besteht darin, daß ein Stäbchen in Kontakt mit Schmirgelpapier schnell rotiert wird. Schließlich ist noch die Schichtstärke der angebrachten Glasur (d) in Mikron angegeben.
Nicht mit einer Glasurschicht versehene Glasstäbchen haben im leicht beschädigten Zustand eine mittlere Zugfestigkeit von etwa 15 kg/mm2; die mittlere Zugfestigkeit der auf die angegebene Weise beschädigten Stäbchen beträgt aber nur etwa 6 kg/mm2. Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß eine Beschädigung der nach der Erfindung, mit einer Glasurschicht versehenen Stäbchen auf die Festigkeit nur wenig Einfluß hat und daß sogar bei schwerer Beschädigung die bedeckten Stäbchen eine Zugfestigkeit von gleicher Größenordnung wie die eines unbedeckten, nur leicht beschädigten Stäbchens haben.
Es sei noch bemerkt, daß die Zugfestigkeit, die sich auf die Eigenfestigkeit des Materials bezieht, wie sie in der obenerwähnten Weise bestimmt wurde, von der gemessenen Oberfläche abhängig ist. Bei größeren Oberflächen, wie einem Kolben für eine Elektronenstrahlröhre für Fernsehwiedergabe, ist diese Zugfestigkeit um etwa einen Faktor 2 niedriger. Die Zugfestigkeit durch die Druckspannung ist jedoch unabhängig von der Oberfläche. Im Vergleich zu den hier beschriebenen Stäbchen ist der Fcstigkeitsunter- «ichied zwischen größeren Gegenständen im unbedeckten Zustand und im glasierten Zustand noch größer.
Tabelle
Zusammensetzung Glasur
in Gewichtsprozent
ZnO B2O3 Behandlungs
temperatur
Verhältnismäßig leicht
beschädigte Stäbchen
α(μ) Nach dem Normalverfahren
beschädigte Stäbchen
α(μ)
PbO 35,6 10,8 0C (kg/mm«) 105 (kg/mm8) 105
54,7 26,8 8,0 475 20,1 100 19,0 110
65,2 35,5 15,5 475 12,0 125 9.6 125
49,0 32,0 18,7 525 23,6 170 18,2 180
49,3 27,0 17,6 475 17,0 140 13,0 140
55,- 22,1 16,4 475 15,7 110 11,0 100
61,5 30,2 14,5 475 13.9 75 11,5 75
55,3 21,1 12,9 475 23,4 125 16,8 130
66,0 34,0 23,8 450 13,5 70 12,1 70
42,2 24,0 10,5 525 21,5 80 16,0 80
65,5 17,3 12,4 525 14J 170 12,0 170
70,3 33,0 11,7 525 11,6 70 10,7 70
55,3 525 19,7 15,6
Beispiel II
Ein Fernsehbildröhrenkolben, der aus Glas folgender Zusammensetzung besteht: SiO2 70,3%, Li2O 0,5%, Na2O 7,8%, K2O 7,5%, BaO 11,1%, Al2O3 '",,5% und Sb2O3 0,3% (in Gewichtsprozent), dessen mittlerer Ausdehnungskoeffizient im Temperaturbereich von 30 bis 3000C 95 · 10"' beträgt, wird an der stark gekrümmten Zone der Oberfläche mit einer dünnen Schicht einer Suspension gemahlener Glasur der Zusammensetzung PbO 55,3%, ZnO 30,2% und B2O3 14,5% mit einer maximalen Teilchengröße von 75 Mikron in einem Alkohol-Wassei-Gemisch von
etwa 1:1 bedeckt Hierfür wird ein Kolben gewählt, der normal in der Massenfabrikation hergestellt ist und somit Qberflächenbeschädigungen aufweist. Der Kolben wird dann innerhalb 1 Stunde von Zimmertemperatur auf eine Temperatur von 475°C erhitzt, wobei dafür gesorgt wird, daß die Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit anfänglich etwas schneller ansteigt als es dem linearen Verlauf entspricht und gegen Ende etwas langsamer. Der Kolben wird dann soforr, gleichfalls innerhalb 1 Stunde, auf Zimmertemperatur abgekühlt. Es ergibt sich, daß der Kolben dann gegen einen Druckunterschied von mehr als 4 Atm zwischen der Innen- und Außenseite dauernd beständig ist.

Claims (2)

1 2
_, . _ . Gegenstandes die Außenfläche noch unter Druck-Patentansprüche:
v spannung.
I.Verwendung einer Glasur, bestehend aus 40 bis Es hat sich weiterhin ergeben, daß unter Druck-72,5 Gewichtsprozent, insbesondere 40 bis 61 Ge- spannung stehende Glasoberflächen nahezu keine wichtsprozent, Bleioxid, 15 bis 40 Gewichtsprozent, 5 Ermüdungserscheinungen aufweisen, auch nicht, wenn insbesondere 25 bis 36 Gewichtsprozent, Zinkoxid sie durch Kratzer beschädigt sind. Die mit einer unter und 7,5 bis 25 Gewichtsprozent, insbesondere Druckspannung stehenden Schicht bedeckten Teile 10 bis 25 Gewichtsprozent, Bortrioxid, in kristalli- eines Glasgegenstandes sind nicht nur bei kurzzeitiger siertem Zustand für eine zur Erhöhung der mecha- Belastung, sondern auch bei Dauerbelastung sehr viel rüschen Festigkeit dienende Schicht auf Glas- io widerstandsfähiger als Glastefle mit einer unter Zuggegenständen. ' ■- spannung stehenden Oberfläche.
2. Verfahren zum Herstellen der Schicht mit der Die obenerwähnten bekannten verstärkten Gegennach Anspruch 1 verwendeten Glasur, dadurch stände bestehen vorzugsweise aus einem Glas, das gekennzeichnet, daß die vorzugsweise als Suspen- TiO2 enthält Hierdurch wird erreicht, du3 die entsion aufgebrachte Glasur wenigstens 5 Minuten 15 standene Schicht /?-Spodumen CLi2O · Al2O-J ■ 4SiOA lang bei einer Temperatur zwischen 300 und 550 C welches einen negativen Ausdehnungskoeffizienten beerhitzt wird. sitzt, in Form kleiner Kristalle enthält, was der hohen
Zugstärke in wesentlichem Maße zuträglich ist.
Das Arbeiten mit geschmolzenen Salzbädern, welche
Die Erfindung betrifft eine Glasur für eine zur 20 auf eine Temperatur von 700 bis 9000C erhitzt werden Erhöhung der mechanischen Festigkeit dienende müssen, ist aber nicht rationell.
Schicht auf Glasgegenständen. Nach der Erfindung erhält man ebenfalls eine zur Es ist bekannt, daß eine solche Schicht auf einem Erhöhung der mechanischen Festigkeit dienende Glasgegenstand dadurch erzielt werden kann, daß der Schicht auf Glasgegenständen durch Verwendung bis über die Entspannungstemperatur des Glases »5 einer Glasur, bestehend aus 40 bis 72,5 Gewichtsproerhitzte Gegenstand in ein Bad eines geschmolzenen zent, insbesondere 40 bis 61 Gewichtsprozent, Blei-Metallsalzes, z. B. eines Lithiumsalzes, eingetaucht oxid, 15 bis 40 Gewichtsprozent, insbesondere 25 bis wird. Die Kalium- oder Natiiumionen des Glases 36 Gewichtsprozent, Zinkoxid und 7,5 bis 25 Gfwichtswerden dann an der Oberfläche gegen Lithiumionen prozent, insbesondere 10 bis 25 Gewichtsprozent, Borumgetauscht. Auf diese Weise ergibt sich eine Ober- 30 trioxid, in kristallisiertem Zustand,
flächenschicht mit einem kleineren Ausdehnungs- Diese Glasur besitzt vorteilhafte Eigenschaften im koeffizienten als der des Gegenstandsglases. Bei Ab- Zusammenhang mit ihrer Verwendung als Verstärkühlung des Gegenstandes kommt die Schicht dann kungsschicht auf Glasgegenständen. Sie hat nämlich unter Druckspannung zu stehen, was eine Verfestigung einen niedrigen Ausdehnungskoeffizienten von etwa des Gegenstandes bezweckt. Unter der Entspannnugs- 35 45 · 10"', gemessen zwischen 30 und 300° C, und eine temperatur wird diejenige Temperatur verstanden, bei niedrige Erweichungstemperatur von etwa 450 bis der die Viskosität des Glases 1014·5 P beträgt. 550'C. Durch den Bleigehalt der Glasurschicht tritt Bei Glasgegenständen mit einer gebogenen Ober- der weitere Vorteil auf, daß der Gegenstand an der fläche, insbesondere Hohlgegenständen, die von der Stelle, an der die Schicht angebracht ist, für Röntgen-Kugelform beträchtlich abweichen und entlüftet wor- 40 strahlen weniger durchlässig wird, was bei Elektronenden sind, treten stellenweise hohe Zugspannungen auf. stiahlröhren von Bedeutung ist. Durch den kristalli-Dies ist z. B. der Fall bei Elektronenstrahlröhren, nischen Charakter der Schicht ist deren Reflektion für deren Kolben ein im wesentlichen rechteckiges, ziem- viele Strahlungsarten noch besonders hoch, was wieder lieh flaches Fenster besitzt, welches mit einem konus- von Wichtigkeit ist, wenn Absorption einer bestimmten förmigen Teil verschmolzen ist. Die Oberfläche eines 45 Strahlung, wie Infrarot-Strahlung, für den Inhalt solchen Gegenstandes wird bereits durch leichte eines Hohlgegenstandes mit Rücksicht auf eine unBeschädigungen, wie Kratzer, wesentlich geschwächt, erwünschte Erhitzung unerwünscht ist. Falls erzumal die unter Zugspannung stehende Oberfläche zu wünscht, kann durch den Zusatz von Farbkomponen-Ermüdungserscheinungen Anlaß gibt, was nach einer ten zur Glasur noch eine zusätzliche Absorption begewissen Zeit zu Implosionen führen kann. 50 stimmter Spektrumteile (z. B. des sichtbaren Lichtes)
Es kommt vor, daß z. B. Kolben, die anfänglich erzielt werden.
erst bei einem Druckunterschied von mehr als 1 Atm Ein weiterer Vorteil der Verstärkungsschicht nach
zwischen Innen- und Außenseite des Kolbens zu- der Erfindung besteht darin, daß sie sich in viel ein-
sammenbreehen, nach einigen Wochen weniger als facherer Weise als die obenerwähnte bekannte Ver-
1 Atm aushalten können. 55 Stärkungsschicht aufbringen läßt. Nach einer vorteil-
Der vorerwähnte bekannte Gebrauch einer dünnen haften Weiterbildung der Erfindung wird die Glasur,
Schicht mit einem kleineren Ausdehnungskoeffizienten vorzugsweise als Suspension, auf die Oberfläche des
als der des Glases auf der Oberfläche eines Glasgegen- Glasgegenstandes aufgebracht und das Ganze dann
Standes bezweckt, die auftretenden Zugspannungen wenigstens 5 Minuten lang bei einer Temperatur
duich eine unter Druckspannung stehende Schicht 60 zwischen 400 und 55O0C erhitzt. Naturgemäß darf im
auf der Oberfläche unschädlich zu machen. Die Zusammenhang mit dem Auftreten von Bruch durch
Widerstandsfähigkeit des Gegenstandes wird dann Wärmespannungen das Erhitzen auf die Behandlungs-
durch die Druckspannung zuzüglich der Eigenfestig- lemperatur und auch das anschließende Abkühlen
keit der Schicht bedingt. Da das Glas des Gegenstandes auf Zimmertemperatur nicht zu schnell erfolgen. Eine
bei Abkühlung in höherem Maße schwindet als die 65 Behandlungszeit von 60 Minuten ist in den meisten
Oberflächenschicht, kommt diese Schicht unter Druck- Fällen als Maximum anzusehen. Eine längere Er-
spannung zu stehen. Wenn die Druckspannung hoch hitzung bleibt in diesen Fällen ohne Wirkung, ist aber
genug ist, steht auch nach der Entlüftung eines solchen auch nicht schädlich. Infolge dieser Wärmebehandlung
DE19611421900 1960-10-01 1961-09-28 Verwendung einer Glasur zur Er hohung der mechanischen Festigkeit von Glasgegenstanden Expired DE1421900C (de)

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NL256424 1960-10-01
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DE1421900A1 DE1421900A1 (de) 1969-06-04
DE1421900B2 true DE1421900B2 (de) 1972-09-28
DE1421900C DE1421900C (de) 1973-04-26

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GB993060A (en) 1965-05-26
NL256424A (de)
DE1421900A1 (de) 1969-06-04
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ES270817A1 (es) 1961-12-16

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