DE1596865C - Transparente Glaskeramiken - Google Patents
Transparente GlaskeramikenInfo
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Description
' SiO2 52 bis 56
Al2O, 24,5 bis 28
P2O5' 7,5 bis 9
Li2O 3,7 bis 4
MgO 0,9 bis 1,1
ZnO 2 bis 2,5
TiO2 2,6 bis 2,9
ZrO2 1,7 bis 1,9
As2O3 0,5 bis 0,7
NaE0 0,5 bis 0,6
und das zu mindestens 90 Gewichtsprozent einem metastabilen Mischkristall mit Quarzstruktur der
allgemeinen Formel
Li2_2 {v+w) MgvZn„,0 · AUO3 · XAlPO4 · (y-2x)SiO2
sind Ausgangsgläser für Glaskeramiken, die durch eine möglichst kurzzeitige Wärmebehandlung in den
glasig-kristallinen Zustand übergeführt werden können.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Herstellung eines automatisch verpreßbaren
Ausgangsglases und zur Erzielung eines Ausdehnungskoeffizienten der Glaskeramik nahe O ein
Gemenge, das zu mindestens 90 Gewichtsprozent ίο einem metastabilen Mischkristall mit Quarzstruktur
der allgemeinen Formel
Li2-2(„+„,·) Mg„ZnwO · Al2O3 · xAlP04 · (y-2x)SiO2
entspricht.
Die Patentanmeldung P 15 96 860.2-45 beschreibt transparente Glaskeramiken niedriger Wärmedehnung,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus Ausgangsgläsern hergestellt worden sind, deren
Schmelz- und Verarbeitungszähigkeiten innerhalb eines relativ weiten Bereiches gezielt einstellbar sind
und die aus einem Gemenge erschmolzen worden sind, das in Gewichtsprozenten besteht aus
SiO2 35 bis 70
Al2O3 17 bis 32
P2O5 5,3 bis 17
Li2O 2 bis 6
MgO 0,9 bis 4
ZnO 1,7 bis 5
TiO2 1,5 bis i 6; -
ZrO2 0,5 bis ,3-, .
TiO2 + ZrO2 >
3
Na2O O bis 0,6
As2O3. 0,3 bis 0,5
P2O5/TiO2 ....■..·.,.:....
< 3,8
entspricht und innerhalb des Gewichtszusammen-Setzungsbereiches,
berechnet auf Oxidbasis
52 bis
24,5 bis
24,5 bis
7.5 bis
3,7 bis
0,9 bis
2 bis
3,7 bis
0,9 bis
2 bis
2.6 bis
1.7 bis
0,5 bis
0,5 bis
0,5 bis
0,5 bis
56 SiO2
28 Al2O3
9 P2O5
4 Li2O
1,1 MgO
2,5 ZnO
2,9 TiO2
1,9 ZrO2
0,7 As2O,
0,6 Na2O
28 Al2O3
9 P2O5
4 Li2O
1,1 MgO
2,5 ZnO
2,9 TiO2
1,9 ZrO2
0,7 As2O,
0,6 Na2O
liegt,
wird.
wird.
geschmolzen, geformt und wärmebehandelt
Die aus Gläsern dieses Zusammensetzungsbereiches hergestellten Gegenstände werden mit einer Geschwindigkeit
von maximal 3° C pro Minute auf 680 bis 72O0C
erhitzt, bei diesen Temperaturen mindestens 30 Minuten gehalten, dann weiter mit nicht mehr als 3°C
pro Minute auf 790 bis 850° C erhitzt, dort mindestens
Minuten gehalten und dann beliebig schnell abgekühlt.
Ein bevorzugter Satz innerhalb des Zusammensetzungsbereiches gemäß der Erfindung ist — berechnet
auf 100 kg Glas —■ folgender:
und das zu mindestens 90 Gewichtsprozent einem metastabilen Mischkristall mit Quarzstruktur dej
allgemeinen Formel
Li2-2 (D+W) Mgt.Zn„O · Al2O3 · xAlPO4 · (y-2x)SiO2
entspricht.
Ziel der vorliegenden Erfindung sind transparente Glaskeramiken niedriger Wärmedehnung, bei deren
Herstellung die Schmelz- und Verarbeitungszähigkeiten der Ausgangsgläser innerhalb eines relativ
weiten Bereiches gezielt eingestellt werden können, so daß sich diese Gläser besonders zum automatischen
Verpressen eignen. Ein weiteres Ziel dieser Erfindung
Sand 52,28 kg
Tonerdehydrat 31,55 kg
Lithiumkarbonat 9,60 kg
Zinkoxid 2,24 kg
Magnesiumkarbonat 2,66 kg
Aluminiumorthophosphat 14,49 kg
Arsenik 0,50 kg
Natronsalpeter 1,65 kg
Titandioxid 2,81 kg
Zirkonsilikat 2,77 kg
Das eingeschmolzene Grundglas hat folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent:
53,00 SiO2
26,30 Al2O3
26,30 Al2O3
7,30 P2O5
1,10 MgO
3,85 Li2O
2,20 ZnO
2,80 TiO2
1,85 ZrO2
0,5 As2O3
0,6 Na2O.
Die Mischung wird bei 1600°C erschmolzen. Das fertig geläuterte Glas wird verpreßt, verblasen und
gewalzt.
3 4
Bei Verwendung von reinen (besonders eisenfreien Diese Zusammensetzung unterscheidet sich von der
Rohstoffen) erhält man mit den angeführten Bestand- obengenannten erfindungsgemäßen Zusammensetzung,
teilen eine transparente Glaskeramik, die einen sehr bedingt durch das Einführen des Eukryptits, nur durch
schwach bräunlichen Farbton aufweist. Will man aus einen Mehrgehalt von 1,46 Gewichtsprozent SiO2.
wirtschaftlichen Gründen die Gemengekosten senken, 5 Die Glaskeramik, die nach der obenerwähnten
so kann man natürliche Rohstoffe verwenden, wofür Wärmebehandlung aus einem Glas erhalten wurde,
das folgende Beispiel dienen soll. welches unter Verwendung natürlicher Rohstoffe
. ·ΙΤγ erschmolzen worden war, unterschied sich hinsichtlich
α e ι s ρ ι e Il ihren Eigenschaften von einer gleicherweise herge-
Eukryptit (/Li2O == 18,939) 72,92 kg io stellten Glaskeramik, die nach Beispiel I erhalten
Tonerdehydrat 10,19 kg wurde, nur durch ihren goldbraunen Farbton, der auf
Zinkoxid 2,34 kg eine Wechselwirkung Fe2+Ti4+ ^ Fe3+Ti3+ zurück-
Magnesit 1,26 kg geführt werden kann.
Natronsalpeter 0,74 kg In der nachfolgenden Tabelle werden einige Eigen-
Titandioxid 2,81 kg 15 schäften eines Glases nach Beispiel I denen einer
Aluminiumorthophosphat 14,49 kg Glaskeramik, die aus diesem Glas nach dem beschrie-
Arsenik 0,50 kg benen Temperaturprogramm erhalten wurde, gegen-
Zirkonsilikat 2,77 kg übergestellt.
Eigenschaft
Glas | Glaskeramik |
1410 | |
1305 | — |
1242 | — |
650 | — |
43 | 1 |
2,46 | 2,53 |
800 | 1000 |
850 | 950 |
8539 | 9247 |
0,225 | 0,249 |
0,9 | 1,41 |
0,018 | 0,014 |
105 | 38 |
141 | 112 |
90 | 70 |
1,544 | |
54,59 | |
hellgelb | hellgelb-braun |
125 | 158 |
— | h-Quarz- |
Misch- | |
kristalle | |
+ ZrO2 kub. 500 |
Temperatur bei η — 1 · 103 Poise (0C)
Temperatur bei η = 4 · 103 Poise (0C)
Temperatur bei η = 104 Poise (0C)
Transformationstemperatur (0C)
Ausdehnungskoeffizient X 10' (20 bis .300°) (0C-1)
Dichte (g/cm3)
Vickershärte (50 gr) (kp/mm2)
Biegefestigkeit (kp/cm2)
Ε-Modul (kp/mm2)
Poissonsche Zahl
Wärmeleitfähigkeit (kcal/h, m, grd)
Hydrolysenbeständigkeit DIN 12111 (mgNa2O/g)
Säurefestigkeit DIN 12116 (mg/dm2)
Laugenfestigkeit DIN 52322 (mg/dm2)
Durchlässigkeit rf = 1 cm λ = 550 ΐημ (%)
Brechwert no
Abbesche Zahl vd
Farbe
Temperatur für spezifischen elektrischen Widerstand = ΙΟ8 Ω (° C)
Kristalliner Phasengehalt
Mittlere Kristallitgröße [Ä]
Der unter Beispiel I aufgeführte Glassatz wurde 50
nach der Mischkristallformel
nach der Mischkristallformel
Lii,4Mg0,15Znn(15 · O · Al2O3 · 0,6AlPO4 · 4,8SiO2
berechnet.
Die angegebene Zusammensetzung entspricht über 55
90 Gewichtsprozent dieser Formel. Der Rest entfällt
auf die Komponenten der Keimbildung (TiO2 + ZrO2)
und auf die Läuterkomponenten (Na2O als NaNO3
+ As2O3).
90 Gewichtsprozent dieser Formel. Der Rest entfällt
auf die Komponenten der Keimbildung (TiO2 + ZrO2)
und auf die Läuterkomponenten (Na2O als NaNO3
+ As2O3).
Die Gläser der erfindungsgemäßen Zusammen- 60
setzung können besonders leicht in den transparenten
glasig-kristallinen Zustand durch das erfindungsgemäße
Temperprogramm überführt werden, da sie zu über
90 Gewichtsprozent aus den oxidischen Komponenten
bestehen, aus denen die metastabilen Mischkristalle 65
mit h-Quarzstruktur bestehen, die den überwiegenden
kristallinen Anteil der erfindungsgemäßen Glaskeramik ausmachen.
setzung können besonders leicht in den transparenten
glasig-kristallinen Zustand durch das erfindungsgemäße
Temperprogramm überführt werden, da sie zu über
90 Gewichtsprozent aus den oxidischen Komponenten
bestehen, aus denen die metastabilen Mischkristalle 65
mit h-Quarzstruktur bestehen, die den überwiegenden
kristallinen Anteil der erfindungsgemäßen Glaskeramik ausmachen.
Das Temperaturprogramm zur gesteuerten Kristallisation der beschriebenen Gläser wird im Hinblick
auf eine. möglichst geringe Deformation der Körper während des Kristallisationsvorganges sowie im Hinblick
auf Wirtschaftlichkeit ausgewählt.
Experimentell wurde ermittelt, daß im Bereich von 680 bis 72O0C die zur Ausbildung einer feinstkörnigen
Glaskeramik der genannten Zusammensetzung nötigen Keime entstehen. Zwischen 790 und
85O0C erfolgt die Kristallisation der metastabilen Mischkristalle. Aufheizgeschwindigkeiten von maximal
3°C/Min. bei einer Keimzeit von 30 Minuten bei 7000C und einer Kristallisationszeit von 90 Minuten
bei 820° C wurden an gepreßten Artikeln von 4 bis 5 mm Wandstärke ermittelt. Schnelleres Aufheizen
führte zu Brüchen während des Umwandlungsvorganges. Je kompakter die zu kristallisierenden Artikel
sind, um so langsamer sollte die Aufheizgeschwindigkeit gewählt werden. Kristallisationstem-
peraturen über 85O°C führen zur störenden Deformation
und beginnenden Trübung der Artikel. Kristallisationszeit und -temperatur müssen optimal
aufeinander abgestimmt werden. Bei 85O0C erfolgt eine erste Trübung der Artikel bereits nach 5 Stunden,
bei 8000C können die Artikel über 100 Stunden gehalten werden, ohne daß eine Trübung eintritt.
Aus den experimentellen Befunden ergibt sich für einen Glaskörper der Zusammensetzung des Beispiels
I ein bevorzugtes Temperaturprogramm für die Überführung desselben in den transparenten glasigkristallinen Zustand: Der Glaskörper wird mit einer
Aufheizgeschwindigkeit von 2°C pro Minute auf eine
Temperatur von 7000C aufgeheizt, dort 30 Minuten gehalten, weiter mit 2° C pro Minute auf 81O0C
gebracht, dort 90 Minuten gehalten und schließlich beliebig schnell abgekühlt. Die Abkühlgeschwindigkeit
kann also den betrieblichen Gegebenheiten angepaßt werden.
An einer Glaskeramik der Zusammensetzung des Beispiels I, die mit Hilfe des zuletzt beschriebenen
ίο Temperaturprogramms aus einem Glas gleicher Zusammensetzung
entstand, wurden die Eigenschaftswerte, die in der Tabelle aufgeführt sind, gemessen. :
Claims (1)
- Patentanspruch:Transparente Glaskeramiken nach Patentanmeldung P 15 96 860.2-45 mit einem Wärmedehnungskoeffizienten nahe 0, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus automatisch verpreßbaren Ausgangsgläsern hergestellt worden sind, deren Schmelz- und Verarbeitungszähigkeiten innerhalb eines relativ weiten Bereiches gezielt einstellbar sind und die aus einem Gemenge erschmolzen worden sind, das in Gewichtsprozenten besteht aus
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEJ0034044 | 1967-07-01 | ||
DEJ0035082 | 1967-11-22 | ||
DEJ0035082 | 1967-11-22 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1596865A1 DE1596865A1 (de) | 1971-08-05 |
DE1596865B2 DE1596865B2 (de) | 1972-11-09 |
DE1596865C true DE1596865C (de) | 1973-09-06 |
Family
ID=
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