DE1496586A1 - Verfahren zur Herstellung von Glasgegenstaenden mit hoher mechanischer Festigkeit - Google Patents

Description

• »Verfahren zum Herstellen von Glangegenstinden mit hoher mechanischer Festigkeit* Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Glangegenständen mit hoher mechanischer-Festigkeit" diemach schwerer Beschädigung-erhalten bleibt, und auf d#e auf diese Weise hergestellten Gegenstände.
• gegenbtinde aus 'sogenannten jungfräulichem Glas haben theoretisch eine-sehr hohe mechanische Poetigkeitg d,h. eine Bruchfestigkeit von mehreren-Hundert ko/M2#.' Geringe oberflächliche Beschädigung von Glaagegenständen, wie sie bei der Hergtellungund wihrend der Handhabung #uüvermeidlich auftrittg hat zur Folge, daas Glas tatsächlich eine Zugfestigkeit-vÖn nur 3 --5 kg/mm2 hat. Diese Oberflächenbeschädigung besteht aus'aubmikroskopisch kleinen Rissen# sogenannten "Plawa". Durch die Beseitigung der Oberflichenschicht solcher Glasgegenstände, z.B. dur#ch Aetzen mit Flussäure, lässt sich 2 die Festigkeit erheblichg.und zwar auf 200 -#PO kg/mm , steigern. Diese FestiZkeit ist jedoch nicht dauerhaft; durch eine normale Verwendung der Gegenständes ergeben sich erneut aubaikroskopisch kleine Oberflichenrisse, wodurch die Bruchfestigkeit wieder au# einen Wert von 3 - 5 kg/mm2 herabfillt.
• Es ist bekarintg dase t Gegenstände aus bestimmten alkalihaltigen Silikatglisern dadurch dauerhaft verstirkt werden könneng -daas s%e oberhalb"dür-Entspannungotemperaturg, jedoch unterhalb der Erweichungstemperatur dieser Glauarten mit einem geschmolzenen Lithiumsalz in BerÜhrung gebracht werden. Hierdurch werden in der Ober-.*-flächenschicht der glaagegenstände Älkaliionen gegen Lithiumionen ,ausgetauscht, was eine Herabsetzung des Auadehnungakoeffizienten dieser Schicht zur Folge hat. Bei Abkühlung des Gegenstandes schwindet das Glas unter dieäer Schicht etärker'als-die Oberflgehenschicht aelber..Dadurch wird die-Oberflichenschicht auf Druckspannung beansprucht. Infolgedessen erhält-der49genstand eine hÖhere Bruchfeatigkeitl die auch nach grober Beschädigung d"ch Rollen in pulverigem Karborundum grösser alt die ursprüngliche Bruchfestigkeit den unbehandelten Gegenstandes bleibt.
• Gegenstände aus Glas, das Al 2 0 39 SiO 2 und Alkali enthält, und inobesundere aus einem Glas, das, TiO 2 als Keimbildner enthältt lassen sich zu einer noch hÖheren Bruchfestigkeit verstärken. Nach dem erwähnten Austaus.ch'von Alkali-Ionen gegen Li-Ionen erfolgt eine feindisperse Ausscheidung von P-Spodumen (Li 2 0.Al 2 0 3*4 SiO 2 Da p-Spodumen einen nogaeivon Wirmeaundehnungskoeffizienten hat, erhält die Oberfliohenschicht einen niedrigeren Ausdohnungekoeffizienten als im ersten Palleg'wodurch eine grönnere Druckspahnung entsteht und die Bruchfestigkeit des Gigen-stindes als Ganzen weiter gesteigert wird. Während im ersten Falle Bruchfestigkeiten von etwa 15 - 20 kg/mm 2 erreicht werden, ergeben sich im letzteren Falle Werte von 2' etwa 40 55 k mm .,Ein Nachteil ist, dass durch die kombinierte Anwendung von Ionenaustausch und Auescheiduig von ß-Spodumen in der Regel eine*matte bis durchscheinende Schicht gebildet wird..
• Weiter isten bekannt, dass Glas 4adurch verstärkt werd en kann, ditze an der Oberfläche des Gittern Ionen gegen grÖssere Ionen, z.B. Natriumionen gegen Kaliumionen, aunget4uscht werden. Auch dies erfolgt dadurch, dann der Glangegenstand bei einer Temperaturt die um 0 wenigstens 10.0 C unter dor-Entw-pannÜngefempetatur des Glases liegtg mit einem geo#hmolzenen Salz in BerÜhrung gebracht wird. Infolgedessen wird das Gitter an'der Oberflächs derart deformiert, dass diese auf Druckspannung beansprucht wird. Im allgemeinen ist jedoch die ao erhaltene Verstärkung nicht dauerhaft; durch Beschädigung wird sie nahezu v61lig zunichte gemacht.-Gemias der Erfindung ergeben sich Glasgegenstände mit einer sehr hohen Bruchfestigkeitg die mindestens gleich der nach dem bekannten Verfahren erhaltenen Bruchfestigkeit ist, nach welchem bekannten-Verfahren ein Glas, das SiO 29 Ä1203f TiO 2 und Alkali enthält, mit einer Li + enthaltenden-Schmelze behandelt wird. Dieser hohe Wert der Bruchfestigkeit wird auch nach schwerer Beschädigung der Oberfläche der Gegenstände, z.B. durch lgngeres R ollen in pulverigem Karborundumg beibehalteA. Auoserdem ergeben sich Gegenstände, die

  in der Regel völlig durchsichtig sind.

  Die Erfindung liegt im wää-e"klidhen in dor Wahl Ur Zu-

  sammensetzung des Baoisgla'aes der Gegenständep wglil#onel diese auf

  bekann'te Weise mit einer auf eine Temperatur, die um mindestens 75 0 C niedriger-als die Entspannungstemperatur des Glases is*t, erhitzten Schmelze eines Salzes oder eines Salzgemisches, das Alkali-Ionen mit einem grösseren Ionenradius als die Alkali-Ionen des Glases enthält, in- Berührung gebracht werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass,-Gegenstände aus einem Glas, das zu mindestens 90 Gew.% besteht aus sio 2: 35 - 75 Gew.%, wobei bis zu etwa 25 Gew.% des SiO 2 durch TiO, ersetzt werden kann; (27,6 minus 093-mal dem Gewichtsprozenteatz des 2 3 (Sio 2 +.TiO 2) )'Gew.% bis 36 Gew.%, wobei bis zu 35 Gew.% des Al 0 durch B 0 ersetzt werden kann, 2 3 2 3 und -Na 20 10 0 Gew-%, wobei bis zu 25'Gew.% des Na 2 0 durch 6in Erdalkalioxyd ersetzt werden kann, während das Na 2 0 äquimolekular durch Li 2 0 ersetzbar ist, dieser Behandlung unterworfen werden.
• Gemäga.,einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfinctunk ergeben sich besonders grosse Verstärkunge#n mit einer verhältnismiseig kurzen Behandlungsdauer, wenn Glasgegenstände behandelt.werdeng die bestehen aus Sio 2 8 40 - j5 gew.%, wobei bis zu etwa 25 Gew.% den Sio durch TiO ersetzt werden kanzi, 2 2 ki 2 0 3 : 12 36 Gew.%, wobei bis zu 35 Gew.% des Al 2 0 3 durch B 2 0 3 ersetzt werden kann, und Na 0 10 35 Gew.>', wobei bis_zu 25 Gew.% des Na 0 2 2 durch äg0 ersetzt werden kann und das Na 2 0 #iquimolekular durch Li 2 0 ersetzbar ist.
• Im Gegerlaatz zu demg !rae bisher mit diesem an sich bekannten Verfahren erreicht.wurde, wurde durch eine Behandlung des im Rahmen der Erfindung zu verwendenden Glases diesem eine dauerhafte Verstärküng, 2 auch-nach schwerer-Beschädigungg mit Werten bis zu 100 kg/mm , erteilt.
• Zur Erliuterimg der Erfindung werden nachstehend einige AusfÜhrungäbeispiele gegeben. BEISPIELEs Von den glanarten mitZunammensetzungen1, wie sie in den .beiden nachstehenden Tabellen aufgefArt sind, wurden Versuchsetäbe mit einem Durchmesser von 3t5 mm herge-itellt. Diese Versuchsetibe wurden während der in* den Tabellen angegebenen,Stundenzah . 1 mit einem geschmolzenen Salzbad bei der gleichfallg in den Tabellen erwähnten Temperatur in,B#rührung gebracht. Wenn die-Alkali-Iönen des Glases gegen Kalium-Ioäen ausgetauscht wurden,-wurde eine Schmelze von Kaliumnitrat bei einer Behandlungstemperatur von. 325 0 Cs 3500C oder 4000C verwendet; eine Schmelze von Kallumnitrit wurde bei einer Temper.atur von 5000C verwendet. Beim Austausch gegen Rubidium-Ionen wurde eine Schmelze von Rubidiumnitrat verwendet.
• Die in den Tabellen aufgeführteBruchf6stigkeit in k«/mm2 wurde durch einen Biegeversuch mit einem AuflageAbstand von 6 cm bestimmt& Die in den Tabellen erwähnte etandardbeschädigung besteht darausq da'es der zu prüfende Stab in Berührung mit Schleifpapiert das mit pulverigeai Karborundum mit einer mittleren Abmessung von 092 mm versehen ist, schnell rotiert wird.
• In der Tabelle I sind Glanzusammenaetzungen gemine der 9 Erfindung aufgeführt, die den in der Tabelle erwähnten.Behandlungen unterworfen sindv wobei die sich so ergebenden Bruchtestigkeiten angegeben werd en.
• In der Tabelle II sind mehrere Glanzusammensetzungeng die ausserhalb den Bereichen der Zusammensetzungen nach der Erfindung liegen, und meh rare völlig willkürlich$ Glanzusammensetzuhien aufgeführt» Die Tabe.lle zeigt die Bruchfestigkeiten im-unbeachidigten Zustand und/oder nach' der erwähnten Stand.4rdbeschädigung. 29 stellt sich herausg daso sogar in den günatigeten Pillen die Bruchfestigkeitniedriger ist als die der erfindungegemias hergestellten Stäbe nach der Standardbeachidigung.

Claims (1)

1. Verfahren zum Herstellen von Glasgegerietänden mit-groeser mochänischer Festigkeit, bei-den auf übliche Weine hergestellte Gegen-0 .stände bei einer Temperatur, die um bis zu 150 C niedriger als die Entspannungstempeeatur des Glases iatg mit einer Schmelze eines Salzen oder eines Salsgemischen in BerUhrung gebracht- worden, das Alkali'-Ionen mit einen grösseren Ionenradiua als die Alkali-Ionen den Glases enthält, dadurch gekennzeichnet, dann die Gegenstände aus Glas hergestellt werden, das zu mindestens 90 Gew.%.be.steht aus Sio 2 8 35 - 75 Gew,%, wobei bis zu etwa 25 Gew,% des SiO 2 - durch TiG 2 ernetzt.werden kann* ki 2 0 3 t (27,6 minus 0,3-mal den Gewichtsprozenteatz des (Sio 2 + Ti02» Gew.% bis 36 Gew.%, wobei bis zu .35 Gew.% den Al 2 0 3 durch B 2 0 3 ersetzt werden-kann, und Na 20 8 10 48 Gew-%9 wobei bis zu 25 Gew4 des Na 2 0 durch Erdalkalioxyd ersetzt werden kann, während das Na 2 0 äquinolekular durch L12 0 ersetzbar ist. 2o Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass die gegenstände'aus Glas hergestellt werden, das besteht aus Sio 2 t 40 15 Gew.%, wobei bis zu etwa 25 Gew.% des SiO 2 durch TiO 2'eraetzt worden kann, Al 2 0 3-s 12 - 3.6 Gew.,%q wobei bin zu 35 Gew.% den Al 2 0 3 durch B 2 0 3 ersetzt werden kann, und Na 2 0 8 10 - 35 Gew-%9 wobei zu 25 Gew-% den Na 2 0 durch Mg0 ersetzt werden kann, während das Na 2 0 iquimolekular durch Li 2 0 ersetzbar ist. 3- - Nach dem Verfahren gemäas Anspruch 1 oder 2 hergestellte Glasiegenstände.