DE1496653C - Glas-Metall-Verbundkörper mit einer hochlegierten, hochtemperaturbeständigen Metallunterlage und teilweise kristallisierten Emailleüberzügen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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Unterlagenmetall fließt, so daß sich ein einheitlicher Die vorstehend genannten Glaszusammensetzungen Überzug und eine innige Berührung ergibt und eine waren zwar bei hohen Arbeitstemperaturen beständig, gute Bindung zwischen dem Grundemail und der die hohen Brenntemperaturen, die zum Brennen des Metallunterlage erzielt wird. Eine niedrige Viskosität Glases notwendig waren, führten jedoch zu einer bei der Schmelztemperatur ist infolgedessen eine 5 Schädigung des Metallsubstrats.. Es traten gewisse wesentliche Eigenschaft eines wirksamen Grundemails. Schwierigkeiten beim vollständigen Schmelzen der. Damit jedoch die erforderlichen günstigen physika- obigen Gläser auf, und es verblieb schließlich eine lischen Eigenschaften, wie Hitzeschockbeständigkeit, geringe Menge an ungeschmolzenem Material.
Schlagfestigkeit und thermische Stabilität, erzielt Es wurden ferner Versuche durchgeführt, durch werden, muß das Grundemail brennbeständiger ge- ίο Zusatz von feuerfesten Materialien zu der Glasmasse macht werden. Es ist ein Vorschlag bekannt, die brauchbare Zusammensetzungen zu erhalten. Dabei Brennbeständigkeit der Grundüberzüge durch Zugabe wurden zwei identische Grundmassen mit feuerfestem feuerfester Oxide zu den zur Zeit verwendeten amor- Material versetzt, wobei eine Masse die 2¹I₂- bis 3fache phen Massen zu erhöhen. Dabei wurde jedoch fest- Menge an feuerfestem Material gegenüber der anderen gestellt, daß die auf diese Weise hergestellten Emails 15 enthielt. Das Glas mit der größeren Menge an feuermit besserer Brennbeständigkeit bei Glas-Metall-Ver- festem Material besaß eine Brenntemperatur von bundkörpern deren physikalische Eigenschaften ver- 940⁰C, während das andere Glas eine Brenntemperatur schlechtem. Man hat auch versucht, die Zusammen- von 890⁰C aufwies. Jedoch besaß das Glas mit dem setzung der Grundemails zu ändern, um einen hohen geringeren Zusatz an feuerfestem Material einen Haft-Erweichungspunkt zu erreichen. Zwar können sich »° index von 80%' während das Glas mit dem größeren dabei Emails mit besserer Brennbeständigkeit ergeben, Zusatz einen Haftindex von nur 55°/₀ aufwies. Der jedoch zeigen die erhaltenen Überzüge eine hohe Haftindex, bestimmt nach dem für das Porcelain Viskosität bei normalen Brenntemperaturen, deshalb Ceramics Institute entwickelten Verfahren, ist ein sind übermäßig hohe Brenntemperaturen erforderlich, Maß der Haftung des Glases an dem Grundmetall, um die niedrige Viskosität zu ergeben, die zum 25 Ein Haftindex von 55% ^w'^fd für ein annehmbares Erzielen glatter gleichmäßiger Überzüge notwendig Verfahren als zu gering angesehen,
ist. Die in den erfindungsgemäßen Glas-Metall-Ver- Demgegenüber zeigen die erfindungsgemäßen und bundkörpern eingesetzten Grundemails vereinigen die in den Beispielen erläuterten Zusammensetzungen eine Eigenschaften niedriger Viskosität während des an- Abstimmung von Viskosität und Brenntemperatur, fänglichen Brennens und gesteigerter Brennbeständig- 30 z. B. eine Viskosität von etwa 3000 Poise bei Tempekeit im Endprodukt. raturen unterhalb von 1090°C, wodurch in einwand-Bekanntlich wird Glas mit zunehmender Temperatur freier Weise das Glas auf das Metall aufgebracht weniger viskos. Daraus ergibt sich, daß ein Glas, das werden kann und dann zur Erzielung hoher Beständiggegenüber hohen Arbeitstemperaturen beständig sein keit gegenüber hohen Arbeitstemperaturen kristallisoll, zur Herabsetzung seiner Viskosität auf 3000 Poise 35 siert wird.

auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt werden muß. Es sind bereits Glaszusammensetzungen bekannt.

Es wurden Vergleichsversuche mit Zusammensetzungen die zur Herstellung kristalliner Gegenstände geeignet

durchgeführt, die eigens unter dem Gesichtspunkt der sind und aus einem Gemisch aus Al₂O₃ und SiO₂

Beständigkeit gegenüber hohen Arbeitstemperaturen oder P₂O₅ oder B₂O₃ oder GeO₂ bestehen, dem TiO₂

formuliert wurde. Diese Zusammensetzungen wurden 4° in bestimmter Menge zugesetzt wird und wobei nach

bei etwa 1100°C gebrannt, d. h., diese Temperatur dem Verschmelzen die Bildung von TiO₂-Kernen

war notwendig, um die Viskosität des Glases auf den erfolgt. Aus derartigen Glaszusammensetzungen kann

Punkt herabzusetzen, bei dem das Glas die Oberfläche jedoch nicht auf die Lösung spezieller Probleme auf

des Metalls benetzt und daran haftet, d.h. bei 3000 Poise. dem Emailsektor geschlossen werden. Erst durch die

Im folgenden werden derartige Glaszusammensetzun- 45 erfindungsgemäße Auswahl eines ganz bestimmten

gen aufgeführt: Grundemails kann ein überlegener Glas-Metall-Ver-

A. SiO₂ 60,0% bundkörper mit hervorragenden Eigenschaften herge-

B₂O₃ 6^0% stdlt werden. Ferner sind für die elektrischen Isolier-

Al₂O₃ 10,0% körper oder Kondensatoren Gläser bekannt, die

JsJa₂O ll|l % 50 Siliciumdioxid und Bariumoxid und gegebenenfalls

K₂O 4,1 % Titandioxid enthalten. Zum Eindichten und Verbinden

2,I⁰I ^von Metallgegenständen sind auch lithiumoxidhaltige

0,7% Zinkoxid-Siliciumdioxid- bzw. lithiumoxydhaltige Ma-

0,5 % gnesiumoxid-Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-GIäser be-

CoO l!5⁰/o ⁵⁵ kannt. Die Anforderungen, die an Dichtungsmateria-

C_ap₂ 40,0% l'^en gestellt werden, sind jedoch gegenüber den An-

.*_ ₀, forderungen für Emails für flächige Gegenstände, wie

¹ '° Glas-Metall-Verbundkörper, grundverschieden, so daß

SiO₂ 60,0% j_n J_6n Regel völlig abweichende Materialien für die

AI2O3 13,0% 60 beiden Verwendungszwecke eingesetzt werden. Bei

Na₂O 12,1 % kristallisierten Silicatgläsern ist es bekannt, daß

K»O 5,1 % Lithiumoxid als Kristallbildner und Flußmittel wirken

L'aO · 3,1 % kann. Demgegenüber wurde im Rahmen der Erfindung

MnO₂ 0,7% festgestellt, daß Lithiumoxid zur Verwendung in

NO 0,5 % g₅ kristallisierten Grundemails ungeeignet ist, da es

1.5% durch Umsetzung mit der Metallunterlage Fehler,

4'Q°/o wie feinste Löcher, Bläschen 11. dgl., ergibt, was bei

100,0% den Verwendungszwecken für die vorliegenden Glas-

5 , 6

Metall-Verbundkörper auf keinen Fall auftreten darf. Metallunterlagen verwendet werden, nicht zur Ver-Bei einem guten Glas-Metall-Verbundkörper muß die Wendung als Grundemails geeignet sind, da sie mit thermische Ausdehnung "der einzelnen Emails sorg- dem Grundmetall unter Bildung von Emailfehlern fältig aufeinander abgestimmt sein, damit beste physi- reagieren. Insbesondere wurde festgsetellt, daß die kausche Eigenschaften erhalten werden. Glasemail 5 bekannten lithiumhaltigen Gläser aus den vorstehenzeigt eine wesentlich größere Druckfestigkeit als den Gründen ungeeignet sind. Überraschenderweise Dehnungsfestigkeit, weshalb der thermische Aus- wurde gefunden, daß kristallisierte Bariumsilicatgläser, dehnungskoeffizient des Grundemails nicht größer die bisher als ungeeignet zur Verwendung für kristallisein darf als derjenige der Metallunterlage. Obwohl sierte Emailüberzüge betrachtet wurden, derartige eine Druckbeanspruchbarkeit erwünscht ist, sollte das io Fehler nicht bilden. Diese erfindungsgemäß in den Ausmaß dieser Beanspruchbarkeit gesteuert werden. Glas-Metall-Verbundkörpern eingesetzten Grund-Wenn die thermische Ausdehnung des Grundemails emails zeigen die vorstehend aufgeführten Eigengleich oder nur geringfügig geringer als diejenige der schäften von Hochtemperaturfestigkeit und thermi-Metallunterlage ist, können Grenzflächen-Scherspan- scher Stabilität, ergeben jedoch praktisch keine nungen vermieden werden. Da weiterhin das Grund- 15 Emailfehler.

email zwischen der Metallunterlage und dem Deck- Der erfindungsgemäße Glas-Metall-Verbundkörper

email liegt, muß die thermische Ausdehnung des aus einer hochlegierten, hochtemperaturbeständigen

Deckemails gleich oder geringfügig kleiner als die- und warmfesten Metallunterlage, einem teilweise

jenige des Grundemails sein. Dadurch wird die Grenz- kristallisierten, auf die Oberfläche der Metallunterlage

flächenspannung verringert, wodurch die Möglichkeit 2° aufgeschmolzenen Grundemail und mindestens einem

starker Zerstörungen, falls der Verbundkörper einem Deckemail ist dadurch gekennzeichnet, daß das

Hitzeschock unterzogen wird, auf ein Minimum herab- Gründemail 35 bis 65 Gewichtsprozent SiO₂, 12 bis

gesetzt wird. Die thermischen Ausdehnungseigenschaf- 45 Gewichtsprozent BaO und 5 bis 16 Gewichts-

ten sind auch im Hinblick auf eine Vermeidung von prozent TiO₂ enthält, wobei die Gesamtmenge von

durch Schlag verursachten Zerstörungen von Bedeu- 25 SiO₂ und BaO 85 Gewichtsprozent nicht übersteigt,

tung. Die in den erfindungsgemäßen Glas-Metall- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung

Verbund körpern eingesetzten Grundemails zeigen von Glas-Metall-Verbundkörpern der vorstehenden

thermische Ausdehnungseigenschaften, die sie für Art, wobei ein kristallisierbares Grundemail auf einer

teilweise kristallisierte Emails für Glas-Metall-Ver- hochlegierten Metallunterlage aufgebracht, dieses

bundkörper hervorragend geeignet machen. 30 Grundemail geschmolzen, darauf ein Deckemail auf-

Eine weitere wichtige Funktion eines Grundemails . gebracht und danach dieses Deckemail geschmolzen besteht im Auflösen von Metalloxiden, die auf der wird, besteht darin, daß ein Grundemail, das, auf das Oberfläche der Metallunterlage während des Brennens Gewicht bezogen, 35 bis 65% SiO₂, 12 bis 45°/₀ BaO des Grundemails gebildet werden. und 5 bis 16% TiO₂ enthält, wobei die Gesamtmenge . Falls das Grundemail den Zunder oder die während 35 von SiO₂ und BaO 85% nicht übersteigt, verwendet des Verarbeitens gebildeten Oberflächenoxide nicht wird und die Anordnung zur teilweisen Kristallisation löst, wird keine ausreichende Haftung des Glases mindestens des Grundemails wärmebehandelt wird,
erreicht, und der Verbundkörper ist nicht zufrieden- Es wurde gefunden, daß bevorzugt Massen innerhalb stellend. Wenn die Behandlungstemperaturen und die der folgenden Bereiche, ausgedrückt in Gewichts-Verwendungstemperaturen erhöht werden, nimmt die 40 prozent, zur Verwendung als teilweise kristallisierte Bedeutung der Zunderauflösung noch zu. Die in den Grundemails bei den erfindungsgemäßen Glas-Metallerfindungsgemäßen Glas-Metall-Verbund körpern ein- Verbundkörpern geeignet sind:
gesetzten Grundemails sind hervorragend zum Auflösen des während des anfänglichen Verarbeitens ge- SiO₂ · _r 35 bis 65%

bildeten Metalloxids geeignet und lösen auch die ⁴5 BaO 12 bis 45%

während der Hochtemperaturverwendung gebildeten B₂O₃ O bis 10%

Metalloxide auf. Na₂O O bis 15%

Zahlreiche hochlegierte Metalle für hohe Tempera- K₂O O bis 15 %

tür und hohe Festigkeit, beispielsweise rostfreie Stähle, TiO₂ 5 bis 16%

Nickelchromlegierungen und Nickellegierungen mit 50 CaO O bis 7%

wechselnden Mengen von Molybdän, Chrom, Mangan, MgO O bis 7 %

Kupfer, Silicium und Eisen bzw. noch mit weiteren haftende Oxide V₂ bis 3%

Metallen, wie Niob, Aluminium, Tantal, Titan, Kobalt

entwickeln weniger Zunder als andere Unterlagen- Natrium- oder Kaliumoxide sowie andere Alkalimetalle, beispielsweise Weichstähle. Die Metallunter- 55 oxide, die sonst an Stelle von Lithiumoxid eingesetzt lagen, für die die erfindungsgemäß eingesetzten Glas- werden können, sind hinsichtlich der Kristallisation emails geeignet sind, sind Legierungen, in denen die nicht so günstig wie Lithiumoxid, das, wie vorstehend Hauptelemente Kobalt, Chrom, Nickel, Eisen oder dargelegt, ungeeignet ist, und, obwohl sie zwar auf Kombinationen hiervon sind. Sie können kleinere Grund ihrer Flußmittelwirkung erfindungsgemäß ein-Mengen von weiteren Legierungselemehten enthalten, 60 gesetzt werden, dienen sie nicht als Hauptquelle zur jedoch fallen Kohlenstoffstähle nicht in den Bereich Kristallisation. Falls sie in den für Hauptkristallder Erfindung. Für den erfindungsgemäßen Verbund- bildner notwendigen Mengen eingesetzt werden, körper eignet sich als Metallunterlage insbesondere zeigen die erhaltenen Emails eine unzureichende rostfreier Stahl. Die erfindungsgemäß eingesetzten Korrosionsbeständigkeit. Wenn große Mengen Na₂O Grundemails sind zur Verwendung mit den vorstehend 65 und K₂O als primäre Kristallbildner zugegeben wurden, aufgeführten und ähnlichen Unterlagen geeignet. ergaben sich keine Erfolge, da die Flußmittclwirkung

Es wurde gefunden, daß die üblichen kristallisierten zu groß war und die Gläser für eine praktische Ver-

Silicatgläscr der Art, wie sie zum Emaillieren von wcndung zu weich waren.

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Bariumoxid, das zwar ein bekannter Kristallbildner erfolgten, und einen Anstieg um 13O⁰C der Tempe-

ist, ließ sich von Anfang an nicht als brauchbar für ratur, bei der signifikante Glasverluste auftraten,

die vorliegenden Zwecke betrachten, da (a) es nicht Ein Vergleich der Schlagbeständigkeit ergab, daß

so wirksam als Flußmittel wie Lithium- oder die die Platte mit dem kristallisierten Grundemail einer

anderen Alkalioxide ist, (b) sich nach den verfügbaren 5 um 70% höheren Schlagkraft ausgesetzt werden

Phasendiagrammen Bariumsilicatk ristalle bei höheren konnte, bevor sich der erste elektrische Kontakt

Temperaturen als bei Lithiumsilicat bilden, und zwar zwischen einem Leiter und dem Grundmetall bei

bei wesentlich höheren Temperaturen als diejenigen, einer angelegten Spannung von 10 000 Volt ergab,

für die die Metall unterlage eine Grenze darstellen, .

und (c) die ursprünglich gefertigten Gläser mit einem io B e ι s ρ ι e 1 2

erheblichen Gehalt an Bariumoxid mehr brennbestän- Rohmaterialien wurden in Mengen vermischt, die so

dig und schwieriger zu kristallisieren waren als andere, berechnet waren, daß sich ein Glas mit einer Analyse

beispielsweise solche, die Lithiumoxid enthielten. in Gewichtsprozent von folgender Zusammensetzung

Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß ergab:

trotz der vorstehend aufgeführten Eigenschaften des 15 ^jq <-~_o,

Bariumoxids, die von Anfang an dessen Nichteignung g_aQ 15 °/°

zur Verwendung in wesentlichen Mengen anzeigten, Na O 15°/

die Aufnahme von Bariumoxid innerhalb der ange- jjq 10°/°

gebenen Bereiche erfindungsgemäß die Ausbildung p_aQ z-1%,

eines Grundemails mit bisher nicht vorhandenen 20 Co O l'°/

Eigenschaften ergibt, die niedrige Viskosität bei p_e ³Q⁴ ^₀',⁰

Brenntemperatur, leichte Kristallisation und erhöhte ^{3 4 :}

Brennfestigkeit bei Verwendungstemperatur verbinden. Nach dem Auftragen eines wie im Beispiel 1 gebil-Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte der Gesamt- deten Breies wurde der Gegenstand auf die Schmelzgehalt an SiO₂ und BaO innerhalb des Bereiches von 25 temperatur des Glasbreies zwischen 925 und 1095⁰C 55 bis 85 Gewichtsprozent liegen. erhitzt, wobei sich ein amorphes Grundemail bildete,

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläu- das eine Viskosität von etwa 3000 Poise bei der

terung der Erfindung. Schmelztemperatur zeigte.

. -I₁ Nach Abkühlen wurde ein entglasbares Deckemail

P ' ^e 30 über dem Grundemail aufgebrannt und der Verbund-

Die rohen Ansatzmaterialien wurden in Mengen körper bei einer Temperatur zwischen 760 und 900⁰C

vermischt, die so berechnet waren, daß sich ein Glas hitzebehandelt, wobei sowohl das Grundemail als

mit einer Analyse in Gewichtsprozent von folgenden auch das Deckemail teilweise kristallisierten.

Zusammensetzungen ergab: . „ . . , „

,. Beispiel3

SiO 60°/

g Q 14°/° Rohmaterialien wurden in Mengen vermischt, die

>l Q ····· Jq₀.⁰ _so berechnet waren, daß sich ein Glas mit einer

JjQ 14°/° Analyse in Gewichtsprozent von folgender Zusammen-

Q Q jo/" Setzung ergab:

BaO 40°/

Der erhaltene Ansatz wurde geschmolzen und dann ng 6°/°

direkt in kaltem Wasser abgeschreckt, so daß sich ^q 40',°

eine Fritte ergab. Die Fritte wurde in Wasser mit jjq η ₀,°

entsprechenden Mahlzusätzen, einschließlich Ton, 45 Co O 1 °/°

Kaliumchlorid, Natriumnitrit u. dgl., um das Glas ^{3 4}

in Suspension zu halten, vermählen, so daß sich ein Nach dem Auftragen eines wie im Beispiel 1 gebil-

Emailbrai bildete. Der Brei wurde durch Aufsprühen deten Breies wurde der Gegenstand auf die Schmelzauf eine Platte einer Nickellegierung mit 75% Ni, temperatur des Glasbreies — etwa 1065⁰C — erhitzt, 16% Cr und 7% Fe aufgetragen, deren Oberfläche 50 wobei ein sich amorphes Grundemail bildete, die eine vorhergehend mit Al₂O₃-Sand abgeblasen worden war. Viskosität von 3000 Poise bei der Schmelztemperatur Dann wurde der Gegenstand auf die Schmelztempe- zeigte.

ratur des Glasbreies, etwa 1040⁰C, erhitzt, wobei sich Nach dem Überziehen wurde ein entglasbares Deckein amorphes Grundemail bildete, das eine Viskosität email über dem Grundemail aufgebracht, und der von etwa 3000 Poise bei der Schmelztemperatur zeigte. 55 Verbundkörper wurde bei einer Temperatur von etwa

Nach Abkühlen des Grundemails auf Raumtempe- 870⁰C hitzebehandelt, wodurch sowohl das Grundratur wurde ein entglasbares Deckemail darüber auf- email als auch das Deckemail teilweise kristallisierten, getragen und gebrannt. Die bei der vorstehenden Masse gebildeten Haupt-

Schließlich wurde der Verbundkörper bei einer kristalle bestehen aus Bariumtitansilicat.
Temperatur zwischen 790 und 870° C thermisch bc- 60 In den vorstehend aufgeführten Massen werden handelt, wodurch eine teilweise Kristallisation sowohl Kaliumoxid und Natriumoxid als Flußmittel verwendes Grundmcails als auch des Deckemails eintrat. det. Diese Verbindungen sollten zusammen nicht in

Ein Vergleich der thermischen Schockeigenschaften Mengen, die 20 Gewichtsprozent übersteigen, vordcs erhaltenen Gegenstandes mit einem ähnlich be- banden sein, da bei größeren Mengen die Kristallinität handelten Gegenstand, der jedoch ein amorphes Bor- 65 gehemmt oder vermindert werden kann. Falls die silicatgrundcmail an Stelle des entglasbaren Grund- Alkalioxide in geringen Mengen vorhanden sind, emails aufwies, zeigte einen Anstieg um etwa 33"C in wird mit Erfolg B₂O₃ verwendet, um eine gewisse der Temperatur, bei der erste sichtbare Glasvcrluste Flußmittelwirkung zu ergeben. Jedoch wird bei mehr

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als 10% B₂O₃ häufig die Kristallisation stark behin- Ein spezieller Vorteil der vorliegenden Erfindung dert, und in den vorliegenden Emails sollte dessen besteht darin, daß es möglich ist, sowohl das Grund-Verwendung daher sorgfältig geregelt werden. email als auch das Deckemail in einer Stufe nach dem

Titanoxid wird zur Förderung der Kristallbildung , anfänglichen Aufbrennen thermisch zu behandeln,

eingesetzt, jedoch ergeben übermäßige Mengen üb- 5 Der üblicherweise angewandte Hitzebehandlungs-

licherweise einen Niederschlag von reinem TiO₂, und bereich liegt zwischen 760 und 875°C, kann jedoch

derartige Kristalle sind bei diesen Gläsern von keinem bisweilen so niedrig wie 650⁰C oder so hoch wie

speziellen Vorteil. 0 bis 7 Gewichtsprozent MgO und 960⁰C liegen .und bei.einer Platte von 15,2 · 15,2 cm,

CaO können zur weiteren Regulierung von solchen wie sie vorstehend beschrieben wurde, dauert die

Eigenschaften wie thermischer Ausdehnung, Ver- io Behandlung etwa l^x/₃ Stunden. Während dieser Hitze-

arbeitbarkeit u. dgl. angewandt werden. behandlung ändern sich die Arten der sich bildenden

Ein Haften begünstigendes Oxid, wie Cr₂O₃, NiO, Kristalle, jedoch treten im allgemeinen auf Barium-

Fe₃O₄ und Co₃O₄, fördert eine gute Haftung des titansilicat, Diopsid, Bariumsilicat, Bariumdisilicat,

Emails am Unterlagemetall. Titandioxid u. dgl.

Die Zugabe von anderen Oxiden als den vorstehend 15 Mit dem hier angewandten Ausdruck »teilweise

aufgeführten, beispielsweise Al₂O₃, CeO₂, SrO, ZnO, Kristallisation« ist die Bildung von Kristallen in situ

ZrO₂ u. dgl. ist dem Fachmann anheimgestellt. innerhalb einer amorphen Matrix zu verstehen. Mit

Die thermische Expansion der vorliegenden. Grund- dem hier angewandten Ausdruck »Grundemail« ist

Überzüge liegt im allgemeinen im Bereich von 4 bis auch die praktische Ausführung zu verstehen, daß

7 · 10~^β cm/cm/0,55°C im Bereich von 26 bis 430⁰C. ao ein dickes Grundemail durch aufeinanderfolgende

Hinsichtlich der Wärmebehandlung des Gegen- Auftragung einer Mehrzahl dünner Überzüge vor dem

Standes für das anfängliche Schmelzen des Grund- Auftragen des Oberflächenemails gebildet wird.

emails läßt sich die exakte Behandlungszeit nicht Mit dem Ausdruck »Deckemail« wird auch eine

angeben. Dies beruht darauf, daß die Behandlungszeit Mehrzahl von Glasüberzügen umfaßt, von denen jeder

nicht nur von der Zusammensetzung, sondern auch 25 die Zusammenssetzung eines Deckemails im Gegensatz

von der Art und Stärke des angewandten Grund- zu derjenigen eines Grundemails hat. Ein geeignetes

metalls abhängig ist. Zum Beispiel erfordert eine Deckemail hat folgende Zusammensetzung in Ge-

15,2 · 15,2 cm Nickellegierungsplatte von 9,5 mm wichtsprozent:
Dicke im allgemeinen eine Erhitzungszeit von 9 bis

13 Minuten, um ein Schmelzen des Grundemails 30 SiO₂ , 58,3 %

gemäß der Erfindung zu erreichen. Bei dünneren Na₂O 4,5 %

Grundmetallen wird die Wärme im allgemeinen B₂O₃ 5,1 %

leichter übertragen als bei dickeren Grundmetallen, TiO₂ 9,0%

und infolgedessen erfordern sie eine niedrigere Brenn- SrO 3,0%

temperatur und/oder eine niedrigere Brennzeit. Weiter- 35 Li₂O 9,6 %

hin wurde festgestellt, daß eine geringe Kristallisation Al₂O₃ 10,5%

während des Anheizens des Emails erfolgen kann,

insbesondere falls das Grundmetall relativ dick ist. Hinsichtlich der Art der Auftragung der Emails ist

Dies erfolgt deshalb, weil bie relativ langsame — obwohl im vorstehenden ein Aufsprühverfahren Erhitzungsgeschwindigkeit verursacht, daß das dickere 40 beschrieben wurde — dies nicht als Begrenzung zu Metall langsamer beim Erreichen der höheren Brenn- betrachten, und es können sämtliche anderen Üblichertemperaturen durch die Temperaturzone gelangt, bei weise angewandten Verfahren, z. B. Aufschlämmen, der Kristallisation erfolgt. im Rahmen der Erfindung zur Anwendung kommen -.

Claims (10)

1 2 Patentansprüche: teilweise kristallisiert. Als Unterlagen dienen Legie-

1. Glas-Metall-Verbundkörper aus einer hoch- rungsmetalle.

legierten, hochtemperaturbeständigen und warm- Glas-Metall-Verbundkörper finden in weitem Umfesten Metallunterlage, einem teilweise kristallisier- fang in der chemischen und pharmazeutischen Induten, auf die Oberfläche der Metallunterlage aufge- 5 strie auf Anwendungsgebieten Verwendung, bei denen schmolzenen Grundemail und mindestens einem . eine Kombination von Festigkeit und außergewöhn-Deckemail, dadurch gekennzeichnet, licher Korrosionsbeständigkeit gefordert wird,
daß das Grundemail 35 bis 65 Gewichtsprozent Um eine gute Haftung zwischen dem Grundmetall SiO₂, 12 bis 45 Gewichtsprozent BaO und 5 bis und den Emails zu erreichen, wird üblicherweise die 16 Gewichtsprozent TiO₂ enthält, wobei die Ge- io Oberfläche mit dem Sandstrahlgebläse, durch Entsamtmenge von SiO₂ und BaO 85 Gewichtsprozent fetten, Entkohlung u. dgl. vorbehandelt. Eine weitere nicht übersteigt. bekannte Maßnahme besteht darin, ein als »Grund-

2. Verbundkörper nach Anspruch 1, dadurch email« bezeichnetes Glas auf die Metalloberfläche aufgekennzeichnet, daß das Deckemail teilweise zubringen. Die Grundemails sind speziell so formuliert, kristallisiert ist. 15 daß die Ausbildung eines gleichmäßigen Überzuges

3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, über dem Grundmetall begünstigt wird und eine starke dadurch gekennzeichnet, daß die Metallunterlage Bindung zwischen dem Oberflächen- oder Deckemail aus einer Legierung besteht, deren Hauptbestand- und dem Unterlagenmetall gebildet wird. Diese Grundteile Kobalt, Chrom, Nickel, Eisen oder Kombi- emails zeigen eine niedrige Oberflächenspannung, benationen hiervon sind. 30 sitzen die Fähigkeit, die Metalloberfläche zu benetzen

4. Verbundkörper nach Anspruch I bis 3, da- und eignen sich zum Auflösen von Oxiden, die sich durch gekennzeichnet, daß die thermische Aus- beim Erhitzen des Verbundkörpers bilden. Außer dem dehnung des Grundemails nicht größer als die- verbesserten Haftvermögen muß das geschmolzene jenige der Metallunterlage ist und die thermische Grundemail praktisch frei von Emailschäden, beispiels-Ausdehnung des Deckemails nicht größer als as weise kleinen Löchern oder Nadelstichen, sein und diejenige des Grundemails ist. darf keine Störungen der Eigenschaften des Glas-

5. Verbundkörper nach einem der Ansprüche 1 Metall-Verbundkörpers ergeben, sondern soll diesen bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das teilweise vielmehr verbessern. Nach dem Auftragen des Grundkristallisierte Grundemail außerdem O bis IO Ge- emails werden darüber ein oder mehrere Deckemails wichtsprozent B₂O₃, O bis 15 Gewichtsprozent K₂O, 30 aufgebracht. Diese Deckemails sind so formuliert, daß O bis 15 Gewichtsprozent Na₂O, O bis 7 Gewichts- sie die für den jeweiligen Anwendungszweck erforderprozent CaO, O bis 7 Gewichtsprozent MgO und liehen Oberflächeneigenschaften ergeben.

0,5 bis 3 Gewichtsprozent haftungsfördernderOxide In letzter Zeit wurden teilweise kristallisierte Glas-

(Cr₂O₁,, NiO, Fe₃O₄ oder Co₃O₄) enthält, wobei die deckemails zur Verwendung bei Temperaturen ober-

Gesamtkonzentration an K₂O und Na₂O 20 Ge- 35 halb von 540⁰C entwickelt. Obwohl derzeit viele

wichtsprozent und die von CaO und MgO 10 Ge- Grundemails verfügbar sind, sind sie nur zur Verwen-

wichtsprozent nicht übersteigt. dung in Systemen geeignet, bei denen die Betriebs-

6. Verfahren zur Herstellung von Glas-Metall- temperatur 260°C nicht überschreitet, da sie Erwei-Verbundkörpern nach einem der Ansprüche 1 bis chungstemperaturen, d. h. Temperaturen, bei denen 5, wobei ein kristallisierbares Grundemail auf einer 40 ein Fließen des Grundüberzugs erfolgt, von weniger hochlegierten Metallunterlage aufgebracht, dieses als 540°C aufweisen. Auf Grund der relativ niedrigen Grundemail geschmolzen, darauf ein Deckemail Erweichungstemperatur dieser bekannten Grundemails aufgebracht und danach dieses Deckemail ge- werden sie thermisch geschädigt, wenn sie bei den schmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein normalen Betriebstemperaturen dieser neuen Hoch Grundemail nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5 45 temperaturdeckemails eingesetzt werden. Dadurch verwendet wird und die Anordnung zur teilweisen ergibt sich ein vorzeitiges Versagen des Glas-Metall-Kristallisation mindestens des Grundemails wärme- Verbundkörpers.

behandelt wird. Außer den besseren thermischen Eigenschaften

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn- besitzen die neuen Deckemails physikalische und zeichnet, daß ein kristallisierbares Deckemail ver- 50 mechanische Eigenschaften, beispielsweise Beständigwendet wird und das Grundemail und das Deck- keit gegen Hitzeschock und Schlagbeständigkeit, welche email in einer Stufe durch Wärmebehandlung teil- die Eigenschaften der üblichen Grundemails weit überweise kristallisiert werden. treffen. Deshalb können, falls übliche Grundemails

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch zusammen mit diesen neuen hochfesten Deckemails gekennzeichnet, daß mehrere Deckemails auf dem 55 verwendet werden, die Eigenschaften der Deckemails Grundemail geschmolzen werden. auf Grund der geringen Widerstandsfähigkeit der

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, Grundemails nicht ausgenützt werden. Das Hauptziel dadurch gekennzeichnet, daß das Grundemail auf der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in Grundder Metallunterlage bei einer Temperatur zwischen emails mit Erweichungspunkten, die zur Verwendung 925 und llOO'C geschmolzen wird. 60 bei Betriebstemperaturen oberhalb 540⁰C geeignet

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, sind, die eine verbesserte Hitzeschockbeständigkeit dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation- und Schlagbeständigkeit besitzen. Die in den erfinwärmebehandlung zwischen 650 und 96O⁰C durch- dungsgemäßen Glas-Metall-Verbundkörpern eingegeführt wird. setzten Grundemails besitzen eine thermische Stabili-

65 tat, selbst bei Temperaturen von mehr als 54O°C

Die Erfindung betrifft einen Glas-Metall-Verbund- während einiger hundert Stunden,
körper und ein Verfahren zu seiner Herstellung. In den Während des anfänglichen Brennens eines Grund-Emails der Glas-Metall-Verbundkörper sind die Gläser emails ist es wichtig, daß es rasch und leicht über das