DE1596726C - Semi-crystalline glass objects of high strength and minimal deformation and processes for their production, in particular for varying the thermal expansion behavior - Google Patents
Semi-crystalline glass objects of high strength and minimal deformation and processes for their production, in particular for varying the thermal expansion behaviorInfo
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Description
Es sind bereits halbkristalline Glasgegenstände mit irächtlicher mechanischer Festigkeit und einem ramikartigen Aussehen bekannt (USA.-Patentschrift 17 881). Diese Gegenstände werden aus Gläsern rgestellt und durch eine Wärmebehandlung entlst, wobei die kristalline Phase in erster Linie )rdierit, Mullit, Saphirin oder Tridymit ist. Als imbildendes Mittel oder Kristallisator dienen hier indestens 6 Gewichtsprozent Zirkoniumdioxid ZrO2 d gegebenenfalls etwa 1,5 Gewichtsprozent weiterer iimbildner. Es sind auch schon Glasgegenstände t keramikartigem Aussehen und einem geringen Heil an einer kristallinen Quarzphase bekannt SA-Patentschrift 2 971 853). Hier handelt es sich η lithiumaluminiumsilikatische Grundgläser, die Umbildung erfolgt mit Hilfe von lichtempfindlichen ibstanzen. Es war jedoch bisher nicht möglich, halbistalline Glasgegenstände herzustellen, die einen oßen Anteil an kristalliner Quarzphase besitzen, obei die Keimbildung nicht auf fotomechanischem ege erfolgte. Dies gilt insbesondere für Grundgläser if der Basis von Magnesium-, Aluminium- und liciumdioxid.Semicrystalline glass objects with immense mechanical strength and a ceramic-like appearance are already known (US Pat. No. 17,881). These objects are made out of glasses and released through a heat treatment, whereby the crystalline phase is primarily rdierite, mullite, sapphire or tridymite. At least 6 percent by weight of zirconium dioxide ZrO 2 d, optionally about 1.5 percent by weight of other imparing agents, serve as the im-forming agent or crystallizer. Glass objects with a ceramic-like appearance and a low degree of healing in a crystalline quartz phase are also known (SA patent specification 2 971 853). This is η lithium aluminum silicate base glasses, the transformation takes place with the help of light-sensitive objects. Up to now, however, it has not been possible to produce semi-crystalline glass objects which have a large proportion of crystalline quartz phase, although the nucleation did not take place on the photomechanical basis. This applies in particular to basic glasses based on magnesium, aluminum and silicon dioxide.
Die Erfindung bringt nun halbkristalline Glas-.'genstände aus einem Grundglas, enthaltend Magneumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, wobei .τ Hauptteil der kristallinen Phase «-Quarz ist. Der ärmedenjnungskoeffizient und damit das Verhalten ir Glasgegenstände gegenüber Temperaturwechsel ßt sich bei den erfindungsgemäßen Glasgegenständen ι weiten Bereichen einstellen, so daß es· ohne Schwiegkeiten gelingt, Glasgegenstände, die sich insbesondre als Herd- und Tafelgeschirr eignen, herzustellen. >iese Gegenstände zeichnen sich durch einen geringen iehalt an inneren Spannungen und auch Spannungen ι der Glasur aus. Durch die Einstellung eines ge- -ünschten Wärmedehnungskoeffizienten der erfinungsgemäßen Glasmassen können übliche Glasuren,, ie aus dekorativen Gründen für Herd- und Tafeljschirr wünschenswert sind, angewandt werden. )ies war mit den bekannten Gläsern nicht möglich, a die · Wärmedehnungskoeffizienten nicht für die blichen Glasuren abgestimmt werden konnten. Es um also beim Brennen und Kühlen der halbkristallien Glasgegenstände zu Rissen und Verformungen. Bisher war man bemüht, aus glasigen Massen eine ollständige oder fast vollständige Kristallisation für .ie Herstellung von Gegenständen mit keramikartigem aussehen zu erreichen. Die Erfindung geht einen nderen Weg. Bei den erfindungsgemäßen Glasgegentänden beträgt der Anteil an «-Quarz weniger als iwa 40 Volumprozent, wie sich durch Röntgeneugungsanalyse ermitteln läßt. «-Quarz ist dabei er Hauptanteil der kristallinen Phase, er liegt also nmer in einem größeren Anteil vor als die anderen komponenten der kristallinen Phase und üblicher-•eise sogar in einem wesentlich größeren Anteil.The invention now brings semi-crystalline glass objects made of a base glass containing magneum oxide, aluminum oxide and silicon dioxide, where the main part of the crystalline phase is quartz. The ärmedenjnungskoeffizient and thus the behavior ir glass objects to temperature change ßt The inventive glassware ι adjust a wide range, so that it · succeed without Schwiegkeiten, which insbesondre are glass objects as hearth and tableware manufacture. These objects are characterized by a low content of internal stresses and also of stresses in the glaze. By setting a desired coefficient of thermal expansion for the glass compositions according to the invention, conventional glazes, which are desirable for decorative reasons for cooker and tableware, can be used. This was not possible with the known glasses, a the coefficient of thermal expansion could not be adjusted for the usual glazes. So when the semi-crystalline glass objects are fired and cooled, cracks and deformations occur. So far, efforts have been made to achieve complete or almost complete crystallization from glassy masses for the production of objects with a ceramic-like appearance. The invention takes a different route. In the glass objects according to the invention, the proportion of λ-quartz is less than about 40 percent by volume, as can be determined by X-ray diffraction analysis. «- Quartz is the main part of the crystalline phase, so it is always present in a larger proportion than the other components of the crystalline phase and usually even in a significantly larger proportion.
Die Erfindung betrifft somit halbkristalline Glasegenstände mit einem Wärmedehnungskoeffizienten wischen 34 und 125 χ K)"7/"C, enthaltend 55 bis Gewichtsprozent SiO2, 9 bis 23 Gewichtsprozent J2O3, 8,5 bis 13 Gewichtsprozent MgO, 1 bis 7 Gevichtsprozent B2O,, 1 bis 6 Gewichtsprozent TiO2 ind 2 bis 5,75 Gewichtsprozent ZrO2, wobei der lauptanteil der kristallinen Phase, vorzugsweise K) is 40 Gewichtsprozent, «-Quarz ist. Die Glasgegenlände können 1 bis 5 Gewichtsprozent ZnO und/oder >bO bzw. 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Li2O, LiF und/ oder CrF2 als Flußmittel enthalten. Bei bevorzugten Glasgegenständen ist die SummeThe invention thus relates to semicrystalline glass objects with a coefficient of thermal expansion between 34 and 125 χ K) " 7 /" C, containing 55 to percent by weight SiO 2 , 9 to 23 percent by weight I 2 O 3 , 8.5 to 13 percent by weight MgO, 1 to 7 percent by weight B 2 O ,, 1 to 6 percent by weight TiO 2 and 2 to 5.75 percent by weight ZrO 2 , the main proportion of the crystalline phase, preferably K) being 40 percent by weight, is quartz. The glass objects can contain 1 to 5 percent by weight ZnO and / or> bO or 0.5 to 2 percent by weight Li 2 O, LiF and / or CrF 2 as flux. For preferred glass items, the sum is
SiO,+AUO3+ MgO 5. SiO, + AUO 3 + MgO 5.
mindestens 85 Gewichtsprozent. Besonders gute, hochwertige und schöne Gegenstände sind solche, enthaltend 58 bis 61 Gewichtsprozent SiO2, 15 bis 20 Gewichtsprozent Al2O3, 8,5 bis 11 Gewichtsprozent MgO, 1,75 bis 3 Gewichtsprozent B2O3, 2,5 bis 4 Gewichtsprozent TiO2 und 3,5 bis 4 Gewichtsprozent ZrO2. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Glasgegenstände geschieht in der Weise, daß die oxydischen Komponenten zusammengeschmolzen und aus der Schmelze in üblicher Weise Gegenstände geformt werden. Diese Gegenstände werden dann erfindungsgemäß mit einer Aufheizgeschwindigkeit bis 150° C je Stunde auf eine Temperatur zwischen 927 und 10380C erhitzt und bei dieser Temperatur 15 Minuten bis 2 Stunden getempert.at least 85 percent by weight. Particularly good, high-quality and beautiful objects are those containing 58 to 61 percent by weight SiO 2 , 15 to 20 percent by weight Al 2 O 3 , 8.5 to 11 percent by weight MgO, 1.75 to 3 percent by weight B 2 O 3 , 2.5 to 4 percent by weight TiO 2 and 3.5 to 4 percent by weight ZrO 2 . The glass objects according to the invention are produced in such a way that the oxidic components are melted together and objects are formed from the melt in the usual way. These items are then heated according to the invention with a heating rate to 150 ° C per hour to a temperature of 927-1038 0 C and heated for 15 minutes to 2 hours at this temperature.
Es zeigte' sich, daß die so erhaltenen Glasgegenstände einen Bruchmodul zwischen etwa 21,1 und 127 kg/mm2 bei einem Wärmedehnungskoeffizienten zwischen etwa 34 und 125 χ 10~7/°C besitzen. Bruchmodul und Wärmedehnungskoeffizient variieren etwas mit der Wärmebehandlung.It showed 'that the glass articles thus obtained mm a modulus of rupture of between about 21.1 and 127 kg / 2 in a coefficient of thermal expansion between about 34 and 125 χ 10 -7 / ° C hold. The modulus of rupture and the coefficient of thermal expansion vary somewhat with the heat treatment.
Es wurde festgestellt, daß man nur dann in den erfindungsgemäßen Gläsern «-Quarz als Hauptbestandteil der kristallinen Phase erhält, wenn in den Grundgläsern, enthaltend Magnesiumoxid,· Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, ein gewisser Anteil an Boroxid, Zirkoniumdiöxid und Titandioxid vorliegt. Die Ursache für diese Erscheinung ist noch nicht vollständig geklärt, es wird jedoch angenommen, daß eine Phasentrennung infolge eines Ordnungszustandes auf engem Bereich erfolgt. Es wird angenommen, daß in Gegenwart von B2O3 in dem Glas ein metastabiler Zustand herrscht und nur durch die gemeinsame Gegenwart von TiO2 und ZrO2 es zu einem Auskristallisieren von «-Quarz kommf. Mit anderen Worten ist die Gegenwart von TiO2 und ZrO2 Tür ■ die Kristallisation des «-Quarzes in der kristallinen Phase Voraussetzung für die besonderen Eigenschaften der halbkristallinen Glasgegenstände. Bei der Wärme-, behandlung erfolgt keine Auskristallisation des «-Quarzes, wenn ZrO2 oder TiO2 fehlen.It was found that "quartz" is only obtained as the main component of the crystalline phase in the glasses according to the invention if a certain proportion of boron oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide is present in the basic glasses, which contain magnesium oxide, aluminum oxide and silicon dioxide. The cause of this phenomenon has not yet been fully clarified, but it is believed that phase separation occurs due to a state of order in a narrow area. It is assumed that in the presence of B 2 O 3 there is a metastable state in the glass and that -quartz crystallizes out only as a result of the joint presence of TiO 2 and ZrO 2. In other words, the presence of TiO 2 and ZrO 2 door ■ the crystallization of the quartz in the crystalline phase is a prerequisite for the special properties of the semi-crystalline glass objects. During the heat treatment there is no crystallization of the quartz if ZrO 2 or TiO 2 are missing.
Die metastabilen Bedingungen sind nicht nur erforderlich für die Kristallisation des «-Quarzes, sondern verhindern auch eine Deformation der Glasgegenstände während der Wärmebehandlung im Rahmen des Glasierens oder Dekorierens. Schließlich begünstigt auch dieser metastabile Zustand die Undurchsichtigkeit der Glasgegenstände. ■ ·The metastable conditions are not only necessary for the crystallization of the quartz, but also prevent deformation of the glass objects during heat treatment in the frame of glazing or decorating. Finally, this metastable state also favors opacity of glass objects. ■ ·
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Glasgegenstände eignen sich die üblichen Rohmaterialien sowie auch die üblichen Schmelz- und Formverfahren auf den dafür vorhandenen Anlagen. Es wurde festgestellt, daß die physikalischen Eigenschaften der Glasgegenstände nach der Erfindung in gewissem Maße abhängen von der Temperbehandlung zur Kristallisation, d. h. von der Aufheizgeschwindigkeit und von der Temperzeit und -temperatur. Die Aufheizgeschwindigkeit soll bis 150 C/Stunde betragen und bis zu etwa 7(KV C, maximal 1038" C, erreichen. Die Verweilzeit bei der maximalen Temperatur soll bis etwa 2 Stunden dauern.For the production of the glass objects according to the invention the usual raw materials as well as the usual melting and molding processes are suitable on the existing systems. It was found that the physical properties of the Glass articles according to the invention depend to some extent on the tempering treatment for Crystallization, d. H. the heating rate and the tempering time and temperature. The heating rate should be up to 150 C / hour and up to about 7 (KV C, maximum 1038 "C. The The dwell time at the maximum temperature should last up to about 2 hours.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples.
Beispiele 1 bis 5
In Tabelle I ist derVersatz. also die Gewichtsanteile der Rohprodukte für dieHerstellung derGIäser, aufgeführt.Examples 1 to 5
In Table I is the offset. i.e. the weight proportions of the raw products for the manufacture of the glasses.
Versal/Uppercase /
Flint Flint
Borsäure Boric acid
Magnesit , .'Magnesite,. '
Wasserhaltige Tonerde
Gebrannte Tonerde ..Hydrated clay
Burnt clay ..
Titandioxid Titanium dioxide
Zirkon Zircon
Mennige Red lead
2000 282,5 426,52000 282.5 426.5
350,7 127,0 174,9350.7 127.0 174.9
2000
115
378
9992000
115
378
999
134 .
184.5
110,6134.
184.5
110.6
2070 115 307,2070 115 307,
11051105
134 184,5134 184.5
19291929
115115
307 1211307 1211
134 184,5134 184.5
Aus der Glasschmelze wurde ein Prüfstab geformt, auf Raumtemperatur gekühlt und anschließend mit einer Geschwindigkeit von 55' C/Stunde auf 982" C erhitzt und bei dieser Temperatur 0,5 Stunden gehalten, anschließend auf Raumtemperatur gekühlt. Die Stäbe waren weiß und durchscheinend. Die Röritgenbeugungsanalyse (Klug, Alexander, »X-Ray Diffraction Procedures«) zeigte das Vorliegen von «-Quarz. Auch die Wärmedehnungsbestimmungen ergaben infolge der charakteristischen Quarzumwandlung das Vorliegen von «-Quarz in der kristallinen Phase.A test rod was formed from the glass melt, cooled to room temperature and then with heated to 982 "C at a rate of 55 ° C / hour and held at this temperature for 0.5 hours, then cooled to room temperature. The bars were white and translucent. the X-ray diffraction analysis (Klug, Alexander, »X-Ray Diffraction Procedures «) showed the presence of« quartz. Also the thermal expansion regulations showed the presence of λ-quartz in the crystalline as a result of the characteristic quartz transformation Phase.
An Prüfstäben mit einem Durchmesser von 3 mm wurde die Festigkeit ermittelt, und zwar nach dem üblichen Verfahren an zwei Auflagepunkten und einem Lastpunkt.The strength was determined on test bars with a diameter of 3 mm, namely after usual procedures at two support points and one load point.
In Tabellen ist die Analyse der Glasgegenstände der Beispiele 1 bis 3 zusammen mit der Schmelztemperatur, der bei den Versuchen ermittelten Festig-keit und dem Wärmedehnungskoeffizienten zwischen 38 und 316" C aufgeführt. Die Temperbedingungen bei den Beispielen 1 bis 4 waren gleich, bei Beispiel 5 wurde der Stab auf 927" C erhitzt und 2 Stunden bei dieser Temperatur1 belassen.Tables show the analysis of the glass objects of Examples 1 to 3 together with the melting temperature, the strength determined in the tests and the coefficient of thermal expansion between 38 and 316 ° C. The tempering conditions in Examples 1 to 4 were the same, in Example 5 the rod was heated to 927 "C and left at this temperature 1 for 2 hours.
Es wurde auch die Deformation der Stäbe während dieser Wärmebehandlung ermittelt, und zwar der Winkel gegen die Horizontale festgestellt, der sich bei einem Stück von 19 mm des Stabes, der nicht unterstützt war, ergab. Eine Verformung- konnte bei den in Rede stehenden Glasstäben nicht beobachtet werden.The deformation of the rods during this heat treatment was also determined, namely the Angle from the horizontal found, which is in a piece of 19 mm of the rod, which is not was supported, resulted. A deformation could not be observed in the glass rods in question will.
Gewichtsprozent Beispiel 3 ,Weight percent Example 3,
SiO2 SiO 2
B2O3 B 2 O 3
Fe2O3 Fe 2 O 3
TiO2 TiO 2
Al2O3 Al 2 O 3
CaO CaO
MgO MgO
ZrO2 ZrO 2
Na2O Na 2 O
PbO PbO
Fp. :C Fp . : C
Festigkeit, kg/mm2 Strength, kg / mm 2
63,5363.53
4,864.86
. 0,07. 0.07
3.883.88
10,85 0,1610.85 0.16
12,97 3,63 0,0412.97 3.63 0.04
1482 32,71482 32.7
63,45 1,88 0,08 3,8963.45 1.88 0.08 3.89
13,86 0,1613.86 0.16
13,00 3,64 0,0613.00 3.64 0.06
1482 24,5 58,781482 24.5 58.78
1,831.83
0,040.04
. 3,78. 3.78
18,3618.36
: 0,13: 0.13
-, 10,53
3,54 -, 10.53
3.54
3,0
1427
28,63.0
1427
28.6
61,41
.1,85
0,04
3,8361.41
.1.85
0.04
3.83
"20,50
0,11
8,69
3,58."20.50
0.11
8.69
3.58.
l"482'
-■ .87,9l "482 '
- ■ .87.9
. -58,59/. -58.59 /
.-"1,89.- "1.89
0,040.04
3,913.91
22,9422.94
0,110.11
3,663.66
1482 . 56,21482. 56.2
Dehnungskoeffizient 73,3 χ 10"7/ C.Expansion coefficient 73.3 χ 10 " 7 / C.
Es wurde nun an dem Glas des Beispiels 1 der Ein- 65 Tabelle III bzw. IV zusammengestellt. Die Verweillluß der Aufheizgeschwindigkeit und die Verweilzeit zeit bei den Untersuchungen zu Tabelle III betrug bei der Kristallisationstemperalur auf die mechani- 1 Stunde, die Aufheizgeschwiiidigkeit bei Tabelle IV sehen Eigenschaften untersucht. Die Werte sind in 55 C.Stunde.Tables III and IV were then compiled using the glass from Example 1 of the In 65 tables. The lingering the heating rate and the residence time in the tests for Table III at the crystallization temperature to the mechanical 1 hour, the heating speed in Table IV see properties examined. The values are in 55 C. hour.
Aufhcizgcschwindigkcit C Stunde bis 982 CElevation speed C hour to 982 C
149149
110110
5555
. 18. 18th
koeffizicnt χ 10"7-' Ccoefficient χ 10 " 7 - 'C
(38 bis 316 C)(38 to 316 C)
. - 4U6. - 4U6
58,058.0
90,590.5
,111,2, 111.2
Festigkeit kg'mrrrStrength kg'mrrr
22,9 24.5 29.0 37,922.9 24.5 29.0 37.9
Kristallisations-Crystallization
tempcraturtemperature
CC.
Stundenhours
kocffizicntkocffizicnt
χ ICT7/ Cχ ICT 7 / C
(38 bis 316"C)(38 to 316 "C)
kg mm2 kg mm 2
der Tabelle III ergibt sich somit, daß mit steigender Aufheizgeschwindigkeit Wärmedehnungskoeffizient und Festigkeit zunehmen. Ebenso nimmt . der Wärmedehnungskoeffizient mit zunehmender Verweilzeit auf Kristallisationstemperatur zu.Table III thus shows that the coefficient of thermal expansion increases with increasing heating rate and strength increase. Likewise takes. the coefficient of thermal expansion with increasing residence time towards crystallization temperature.
B eis piel e 6 bis 10Eg 6 to 10
In diesen Beispielen soll -die Abhängigkeit der Kristallbildung von «-Quarz von den Anteilen an TiO2. ZrO2 und B2O3 ermittelt werden. Bei diesen Gläsern entsprechen die Anteile an Magnesiumoxid, Aluminiumoxid und Siliciumdioxid den entsprechenden Werten der erfindungsgemäßen Gläser, die jedoch nur Titandioxid (Beispiele 6 und 7), Titandioxid und Borsäure (Beispiele 8 und 9) und Titandioxid und Zirkoniumdioxid (Beispiel 10) enthalten. Im Röntgenbeugungsdiagramm zeigte sich, daß Prüfstäbe der Beispiele 8 bis 10 keinen «-Quarz in der kristallinen Phase enthielten. Die Festigkeit und die Wärmedehnungskoeffizienten sowie Deformation, Undurchsichtigkeit und Farbe dieser Produkte waren sehr ungleichmäßig. In these examples, the dependence of the crystal formation of quartz on the proportions of TiO 2 . ZrO 2 and B 2 O 3 can be determined. In these glasses, the proportions of magnesium oxide, aluminum oxide and silicon dioxide correspond to the corresponding values of the glasses according to the invention, which however only contain titanium dioxide (Examples 6 and 7), titanium dioxide and boric acid (Examples 8 and 9) and titanium dioxide and zirconium dioxide (Example 10). The X-ray diffraction diagram showed that the test bars from Examples 8 to 10 did not contain any γ-quartz in the crystalline phase. The strength and coefficient of thermal expansion, as well as deformation, opacity and color of these products were very uneven.
Gewichtsprozent Beispiel 8Weight percent Example 8
Fe2O3 Fe 2 O 3
TiO2 TiO 2
Al2O3.: Al 2 O 3 .:
CaO CaO
MgO MgO
ZrO2 ZrO 2
Na2O Na 2 O
Kristallisationstemperatur,
0C Crystallization temperature,
0 C
62,2562.25
0,04 6,11 22,12 0,11 9,380.04 6.11 22.12 0.11 9.38
927927
59,8259.82
0,04 9,77 21,25 0,11 9.010.04 9.77 21.25 0.11 9.01
927 61,32
3,21
0,07927 61.32
3.21
0.07
11,5511.55
10,77
0,1610.77
0.16
12,8812.88
0,04
9820.04
982
63,81
3,35
0,07
8,0263.81
3.35
0.07
8.02
11,15
0,1611.15
0.16
13,4013.40
0,04
9820.04
982
66,7866.78
0,07
4,080.07
4.08
11,40
0,1711.40
0.17
13,63
3,82
0,0513.63
3.82
0.05
982982
Beispiele 11 bis 14Examples 11-14
Daß nicht nur ZrO2, B2O3 und TiO2 vorhanden sein müssen für eine kristalline Phase in der Hauptsache aus «-Quarz, sondern daß diese Oxide'auch in einem' ganz bestimmten Mengenverhältnis vorliegen müssen, geht aus folgender Tabelle hervor. Daraus ergibt sich, daß bei sonst gleichen Anteilen an TiO2 und ZrO2 nur die Anteile an B2O3 zwischen 1,67 und 7,69% variierten. Die Tabelle VI sollte noch durch die bisherigen Beispiele 1 bis 10 ergänzt werden. Die Kristallisierbedingungen waren überall die gleichen, nämlich "0,5 Stunden bei 982' C.The following table shows that not only ZrO 2 , B 2 O 3 and TiO 2 must be present for a crystalline phase mainly of "quartz, but that these oxides must also be present in a very specific proportion. It follows from this that with otherwise equal proportions of TiO 2 and ZrO 2, only the proportions of B 2 O 3 varied between 1.67 and 7.69%. The previous examples 1 to 10 should be added to Table VI. The crystallization conditions were the same everywhere, namely "0.5 hours at 982 ° C.
Die Gegenstände nach den Beispielen 1, 11 und 12 enthielten «.-Quarz als Hauptanteil der kristallinen Phase. Obwohl der Anteil an B2O3 etwas über 6 Gewichtsprozent erhöht werden kann, wenn auch die Anteile an ZrO2 und TiO2 erhöht werden, zeigte sich doch, daß mehr als 7 Gewichtsprozent weitgehend die Ausbildung von «-Quarzkristallen behindern.The articles according to Examples 1, 11 and 12 contained quartz as the main part of the crystalline phase. Although the proportion of B 2 O 3 can be increased slightly over 6 percent by weight, if the proportions of ZrO 2 and TiO 2 are also increased, it was found that more than 7 percent by weight largely hinder the formation of quartz crystals.
Beispielel5bisl7Example 5 to 7
An diesen Beispielen soll der Einfluß unterschied-Hoher Mengen von ZrO2 gezeigt werden. Die Zusammensetzung des Beispiels 1 gehört auch zu diesen Untersuchungen. Temperbedingungen: 982 C. 0.5 Stunden. Aus diesen Untersuchungen ergibt sich.These examples are intended to show the influence of different amounts of ZrO 2 . The composition of Example 1 also belongs to these investigations. Annealing conditions: 982 C. 0.5 hours. From these investigations it follows.
daß die Festigkeit von Beispiel 1 mit 32,2 kg/mnr bei Beispiel 16 bereits auf 18,7 kg/mm2 abgesunken ist. Der Prüfstab aus Beispiel 17 war für diese Untersuchungen ungeeignet. Wird nämlich der TiO2-Gehalt zusammen mit dem Anteil an ZrO2 erhöht, stellt man keine Abnahme der Festigkeit fest. Bei einem Anteil von mehr als etwa 5,75 Gewichtsprozent ZrO2 kommt es häufigzu einer Ausscheidungbeim Schmelzen der Gläser. - " '.that the strength of example 1 with 32.2 kg / mm 2 in example 16 has already decreased to 18.7 kg / mm 2. The test rod from Example 17 was unsuitable for these investigations. If the TiO 2 content is increased together with the proportion of ZrO 2 , no decrease in strength is found. If the proportion of ZrO 2 is more than about 5.75 percent by weight, precipitation often occurs when the glasses melt. - "'.
Beispiel 16Example 16
4,72 -62.64
4.72 -
Beispiel 17Example 17
4,6562.21
4.65
Beispiel ISExample IS
4,79.63.08
4.79
Fe2O3 Fe 2 O 3
TiO2 TiO 2
Al2O3 Al 2 O 3
CaOCaO
MgOMgO
-ZrO2 -ZrO 2
Na2ONa 2 O
0,07 3,820.07 3.82
10,69 0,1610.69 0.16
12,78 4,57 0,0412.78 4.57 0.04
0,070.07
3,77 10,533.77 10.53
0,15 12,59 -"-0.15 12.59 - "-
5,48-5.48-
0,040.04
0,070.07
3,71 10,383.71 10.38
0,15 12,41 -0.15 12.41 -
6,38 • 0,046.38 • 0.04
Beispiele 18 bisExamples 18 to
An Hand dieser Beispiele soll der Einfluß des Anteils an TiO2 sowie zusammen mit ZrO2 gezeigt werden.' .Temperbedingungen: 982°C, 0,5 Stunden.Using these examples, the influence of the proportion of TiO 2 and together with ZrO 2 will be shown. Tempering conditions: 982 ° C, 0.5 hours.
Gewichtsprozent Beispiel 20 Beispiel 21Weight percent Example 20 Example 21
SiO2 .
B2O3 .·
Fe2O3
Τίφ .
Al2O3
CaO .
MgO.
Na2O
ZrO2.SiO 2 .
B 2 O 3. ·
Fe 2 O 3
Τίφ.
Al 2 O 3
CaO.
MgO.
Na 2 O
ZrO 2 .
63,94 3,26 0,07 4,8963.94 3.26 0.07 4.89
10,92 0,1610.92 0.16
13,06 0,04 3,6613.06 0.04 3.66
63,32 3,23 0,07 5,8163.32 3.23 0.07 5.81
10,81 0,1610.81 0.16
12,93 0,04 3,62 62,30
3,18
0,07
7,3412.93 0.04 3.62 62.30
3.18
0.07
7.34
10,64
0,1610.64
0.16
12,72
0,04
3,5612.72
0.04
3.56
59,99 3,06 0,0759.99 3.06 0.07
10,7610.76
10,25 0,1510.25 0.15
12,25 0,0412.25 0.04
■3,43■ 3.43
63,48 3,22 0,07 4,8263.48 3.22 0.07 4.82
10,76 0,1610.76 0.16
12,86 0,04 4,59·12.86 0.04 4.59
62,44 3,14 0,07 5,6562.44 3.14 0.07 5.65
10,50 0,1510.50 0.15
12,55 0,0412.55 0.04
.5,46..5.46.
In den Glasstäben der Beispiele 20 und 21 lag in der Kristallphase α-Quarz, nicht jedoch in den anderen Beispielen vor. Der TiO2-Gehalt kann etwas über . 6 Gewichtsprozent betragen, wenn der ZrO2-Gehalt ebenfalls höher liegt, jedoch ergeben höhere Anteile an TiO2 über 6 Gewichtsprozent keine weiteren Vorteile mehr.In the glass rods of Examples 20 and 21, α-quartz was present in the crystal phase, but not in the other examples. The TiO 2 content can be a little over. 6 percent by weight if the ZrO 2 content is also higher, but higher proportions of TiO 2 above 6 percent by weight no longer result in any further advantages.
Beispiele 24 bisExamples 24 to
Die Prüfstäbe der Beispiele 24, 25, 27 wurden 2 Stunden auf 927° C gehalten. Der Hauptanteil der kristallinen Phase war α-Quarz. Die Prüfstäbe der Beispiele 26, 28, 29 wurden 0,5 Stunden auf 982° C gehalten. Auch hier stellt man eine kristalline. Phase mit viel α-Quarz fest.The test bars of Examples 24, 25, 27 were held at 927 ° C. for 2 hours. The majority of the crystalline phase was α-quartz. The test bars of Examples 26, 28, 29 were heated to 982 ° C. for 0.5 hours held. Here, too, one places a crystalline. Phase with a lot of α-quartz solid.
* · Beispiel * · Example
■ Beispiel 27■ Example 27
SiO2 ..
AI2O3 .
MgO..
B2O3 ..
ZrO2 ...
TiO2 ..
CaO ..
Fe2O3.
kg/mm2 SiO 2 ..
AI 2 O 3 .
MgO ..
B 2 O 3 ..
ZrO 2 ...
TiO 2 ..
CaO ..
Fe 2 O 3 .
kg / mm 2
61,8561.85
21,3321.33
9,049.04
1,921.92
3.733.73
1.981.98
0,110.11
0,040.04
24,4·24.4
60,6160.61
20,9020.90
8,868.86
1,881.88
3,653.65
3,953.95
0,110.11
0.040.04
104 59,79104 59.79
21,3621.36
9.069.06
1,931.93
3,733.73
3,993.99
0.110.11
0,040.04
130,4130.4
59.45 22,46 8,69 1,85 3,58 3,83 0,11 0,0359.45 22.46 8.69 1.85 3.58 3.83 0.11 0.03
62,4962.49
14,8814.88
13,0113.01
1,881.88
-3,64-3.64
3,893.89
0.160.16
0,050.05
44.244.2
62,53 ■ 16,9162.53 ■ 16.91
10,97. 1.8810.97. 1.88
-3,65, 3,90 0,13 0,04-3.65, 3.90 0.13 0.04
30.530.5
Beispiele 30 bis 41Examples 30 to 41
Ein gewisser Anteil an Bleioxid und/oder Zinkoxid bis etwa 5 Gewichtsprozent kann vorteilhaft auf das Einschmelzen sein. Ebenso eignen sich als Flußmittel Caleiumfluorid. Lithiumfluorid und Lithiumoxid. Die-Lithiumanteile werden vorzugsweise als Spodumen oder Pentalit eingebracht.A certain proportion of lead oxide and / or zinc oxide up to about 5 percent by weight can advantageously be added to the Be meltdown. Calcium fluoride is also suitable as a flux. Lithium fluoride and lithium oxide. The lithium components are preferably introduced as spodumene or pentalite.
109644 16V109644 16V
(Fortsetzung)(Continuation)
Beispiel 39Weight
Example 39
Beispiel 40percent
Example 40
ZrO2 ....
LiF 5 Na 2 O ...
ZrO 2 ....
LiF
3,64
1,010.04
3.64
1.01
.3,64
2,01 '0.04
.3.64
2.01 '
3,63
2,000.04
3.63
2.00
3,630.04
3.63
TiO2I...TiO 2 I ...
Temperbedingungen: für Beispiele 30 und 34 bis 41 0,5 Stunden, 982° C, Beispiele 31, 32, 33 9270C. Die Festigkeiten lagen zwischen 28,7 und 108 kg/mm2.Annealing conditions: for Examples 30 and 34 to 41 for 0.5 hours 982 ° C, examples 31, 32, 33 927 0 C. The strengths were 28.7 to 108 kg / mm 2.
Bei den B2O3-haltigen Glasversätzen ist zu berücksichtigen, daß Borsäure unter den herrschenden Bedingungen etwas flüchtig .ist. Die Anteile an Boroxid liegen also bei den Beispielen 1 und 12 etwa 1 Gewichtsprozent unter den berechneten Werten. Die in den Tabellen angegebenen Werte sind die Analysenwerte.In the case of the B 2 O 3 -containing glass batches, it must be taken into account that boric acid is somewhat volatile under the prevailing conditions. The proportions of boron oxide in Examples 1 and 12 are thus about 1 percent by weight below the calculated values. The values given in the tables are the analytical values.
Es wurden vier Gläser erschmolzen, deren Zusammensetzung aus folgender ersten Tabelle hervorgeht, pie Gläser 1 und 2 stellen eine borfreie Variation der erfindungsgemäßen Gläser dar, die Proben 3 und 4 entsprechen den Beispielen 19 und 22 aus der USA.-Patentschrift 3 117 881. Die einzelnen Gläser wurden bei .14800C erschmolzen, 16 Stunden-geläutert, dann zu Prüfstäben abgegossen und diese den verschiedenen Wärmebehandlungen und Untersuchungen unterzogen. Four glasses were melted, the composition of which is shown in the first table below, pie glasses 1 and 2 represent a boron-free variation of the glasses according to the invention, samples 3 and 4 correspond to examples 19 and 22 from US Pat. No. 3,117,881 individual glasses were melted at .1480 0 C., refined Hour 16, then poured into test and subjected it to various heat treatments and examinations.
Es wurden drei Wärmebehandlungen mit den Prüfstäben aus den Glasproben 1 bis 4 durchgeführt, und zwar entsprechend Tabellen 3 und 4 nach der Erfindung bzw. nach den Beispielen 9 bis 22 der USA.-Patentschrift. Nach diesen Wärmebehandlungen wurde der Wärmedehnungskoeffizient, die Festigkeit und der Abbiegewinkel als Kennzeichen der Deformation ermittelt. " .Three heat treatments were carried out with the test rods from glass samples 1 to 4, namely according to Tables 3 and 4 according to the invention or according to Examples 9 to 22 of U.S. Patent. After these heat treatments, the coefficient of thermal expansion, strength and the turning angle is determined as a characteristic of the deformation. ".
I. Aufheizen auf 980"C, Verweilzeit
Stunde
a) l66"C/Slundcx 10 7 I. Heating up to 980 "C, dwell time
lesson
a) l66 "C / Slundcx 10 7
(38 bis 315" C) (38 to 315 "C)
■ kg/mm2 ■ kg / mm 2
Abbiege £ Turn £
Probesample
32,232.2
35" 33,2
15,5
39,535 "33.2
15.5
39.5
51
7051
70
.1.1
29 9029 90
Fortsetzungcontinuation
Probesample
b) 55°C/Stundex 10"7 b) 55 ° C / hour x 10 " 7
(38 bis 315'C) .....(38 to 315'C) .....
kg/mm2 ." kg / mm 2. "
Abbiege £ Turn £
2. Aufheizen auf 965 C mit
55°C/Stunde χ ΙΟ"7..-.-. 2. Heat up to 965 C with
55 ° C / hour χ ΙΟ " 7 ..-.-.
kg/mm2 kg / mm 2
Abbiege £ · Turn £
3. Nach USA.-Patentschrift 3 117 881, Beispiele 19 und 22 je 1,5 Stunden bei 785, 925 und 1065'C3. According to U.S. Patent 3,117,881, Examples 19 and 22 each for 1.5 hours 785, 925 and 1065'C
kg/mm2 : kg / mm 2 :
Abbiege £ Turn £
40,8 24,6 7,5"40.8 24.6 7.5 "
30,9 1530.9 15
. 7,5. 7.5
8,8'8.8 '
24'24 '
geringes Abplatzen 42
22,7minor chipping 42
22.7
31,6
16
6'-31.6
16
6'-
11,2511.25
45'-Abplatzen 45 'chipping
43,5.
38'43.5.
38 '
42
47,5'42
47.5 '
51 82,5 51 82.5
21,6 ■80" 21.6 ■ 80 "
. 38,5 85-. 38.5 85-
30,6 90°30.6 90 °
Anschließend wurden die den verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfenen Prüfstäbe röntgenographisch untersucht, um das System der kristallinen Phase festzustellen.The test rods subjected to the various heat treatments were then x-rayed investigated to establish the crystalline phase system.
3030th
3535
4040
4545
Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen halbkristallinen Gläser ist das Auftreten von α-Quarz in der kristallinen Phase. Dies bewirkt, daß eine besonders günstige Kombination von Eigenschaften der Glasgegenstände erreicht werden kann, und zwarThe essential feature of the semicrystalline glasses according to the invention is the appearance of α-quartz in the crystalline phase. This causes a particularly favorable combination of properties the glass objects can be reached, namely
a) geringe Deformation,a) low deformation,
b) mit Hilfe einer Glaszusammensetzung ist es möglich, Gläser mit einem weiten Bereich von Wärmedehnungskoeffizienten lediglich durch Wärmebehandlung zu erreichen, undb) with the help of a glass composition it is possible to produce glasses with a wide range of Coefficient of thermal expansion can only be achieved by heat treatment, and
c) hohe Festigkeit. .c) high strength. .
Aus obigen Versuchsergebnissen kann man entnehmen, daß die Proben 3 und 4 zwar hohe Festigkeit besitzen, jedoch ihre Deformation so bedeutend ist, daß dies einen, schweren Nachteil bei vielen Anwendungsgebieten darstellt. Vergleicht man die Werte für die Abbiegewinkel der Vergleichsversuche mit den Beispielen 1 bis 5 nach der Erfindung (Tabelle 2) und berücksichtigt, daß unter den gleichen Versuchsbedingungen keine Deformation (Abbiegewinkel 0 ) eintritt, so ist die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Produkte offensichtlich.From the above test results it can be seen that samples 3 and 4 have high strength have, but their deformation is so significant that this is a serious disadvantage in many fields of application represents. If one compares the values for the turning angles of the comparison tests with the Examples 1 to 5 according to the invention (Table 2) and takes into account that under the same test conditions no deformation (bending angle 0) occurs, the superiority of the invention Products obviously.
55 Wie erwähnt, läßt sich nach der Erfindung der benötigte Wärmedehnungskoeffizient der fertigen Glasgegenstände in einfacher Weise durch Wahl der Bedingungen bei der Rekristallisation beeinflussen. Der Wärmedehnungskoeffizient des erfindungsgemäßen Glases nach Beispiel 1 liegt in Abhängigkeit von der Wärmebehandlung zwischen 41,6 und lll,2xlO~7. Dies ist ein ganz wesentlicher Faktor für die Praxis. 55 As noted, the conditions in the recrystallization can be after the invention of thermal expansion coefficient required of the finished glass objects in a simple manner by selecting influence. The coefficient of thermal expansion of the glass according to the invention according to Example 1 is between 41.6 and III, 2x10 ~ 7, depending on the heat treatment. This is a very important factor in practice.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß bei den erfindungsgemäß zusammengesetzten Gläsern mit ihrem Hauptanteil.von α-Quarz in der Kristallphase qualitativ hochwertige Produkte erhalten werden können, die durch die möglichen Wärmebehandlungen hinsichtlich ihres Dehnungsverhaltens in gewünschter Weise beeinflußbar sind. Sie weisen sehr gute Festigkeit bei minimaler Deformation auf.In summary, it can be said that in the case of the glasses assembled according to the invention with their main proportion of α-quartz in the crystal phase, high-quality products can be obtained can, which by the possible heat treatments in terms of their expansion behavior in the desired Way can be influenced. They have very good strength with minimal deformation.
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