DE1796183A1

DE1796183A1 - Glas zur Herstellung von Glaskoerpern im Schleuderverfahren

Info

Publication number: DE1796183A1
Application number: DE19681796183
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Baum
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-09-17
Filing date: 1968-09-17
Publication date: 1972-02-17
Also published as: GB1265982A; FR2018252A1; US3650782A; NL6914095A; JPS5440563B1; SE345651B

Description

Glas zur Herstellung von Glaskörpern im Schleuderverfahren

Dickwandige Glaszylinder mit Wandstärken ab ca. 3 mm und mehr
können nicht mehr als Rohre gezogen oder in eine Form eingeblasen werden, insbesondere dann nicht, wenn die geforderten Durchmesser größer als" 60 mm sind und die Außenwand der Glaszylinder bestimmte Konturen aufweisen soll, wie z.B. Rillen, Stege oder Schirme, wie z.B. bei Isolatoren. Zur Herstellung derartiger Glasgehäuse bietet sich vorteilhaft das Schleuderverfahren an, bei welchem ein flüssiger Glasposten in eine rotierende Form gegossen und durch die Zentrifugalkraft der Schleuder geformt wird. Das Schleuderverfahren ist

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besonders günstig, wenn Glasgefäße, z.B. an den Stirnseiten oder innen, mit teilweise oder ganz eingeschmolzenen Metallteilen versehen werden sollen, welche sich beispielsweise bei Senderöhren, Entladungs- und Schaltgefäßen in genau reproduzierbarer Lage befinden müssen.

Es kann allerdings nicht jedes beliebige Glas in der Zentrifuge geschleudert werden. Sehr eng wi^rd die Auswahl von Gläsern, wenn bestimmte Forderungen an die Verarbeitungstemperatur oder an den Ausdehnungskoeffizienten gestellt werden müssen, wie es z.B. bei den genannten Glas-Metallverschmelzungen der Fall ist. Es hat sich zudem gezeigt, daß ein bestimmtes Schleuderglas nicht unbedingt zur Herstellung einer beliebigen Form, insbesondere nicht für jeden beliebigen Durchmesser geeignet isi;. So kann z.B. ein Alkali-Borosilikatglas der Zusammensetzung: SiO₂= 61 Gew.-$, B₂O.= 25 Gew.-^ Na₂O= 9,5 Gew.-5^, Al₂O,, = 3,5 Gew.-$, Li₂O = 1 Gew.-^rÄ, welches eine Gießtemperatur von 1450 ⁰C erfordert und sich zur Herstellung dickwandiger Glasgefäße mit 150 mm Durchmesser eignet, nicht für Glaszylinder mit 120 mm Durchmesser und kleiner verwendet werden. Derartige aus diesem Glas geschleuderte Zylinder mit 120 mm Durchmesser und kleiner weisen trotz sorgfältiger Kühlung starke ungleichmäßige Spannungen auf, welche zu schalenförmigen Abplatzungen und Rissen führen. Die Gründe hierfür liegen nicht in fertigungstechnischen Maßnahmen, sondern in der Struktur des verwendeten Glases, d.h. vor allem in seinem Viskositäts-Temperaturyerhalten.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glaszusammensetzung zu schaffen, welche es gestattet, dickwandige Glaszylinder beliebigen Durchmessers im Schleuderverfahren herzustellen und sich daneben.insbesondere zur spannungsfreien Verschmelzung mit Fe-Ni-Co-Legierungen mit einem Ausdehnungskoeffizienten eC = 63 bis 66 · 10" /⁰C im Temperaturbereich von etwa 20 bis 400 C -(z.B. Covar oder Vacon) eignet. Gegenüber dem vorgenannten Alkali-Borosilikatglas soll es also - ohne Änderung des Ausdehnungsverlaufs - eine kleinere Viskosität im Verarbeitungsbereich aufweisen, um die Fließeigenschaft zu verbessern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Glas zur Herstellung von Glaskörpern, insbesondere Glaszylindern, im Schleuderverfahren. Sie besteht darin, daß das Glas bis auf Abwiegetoleranzeri von bis etwa Hh 2 ^ΰ/ο folgende Zusammensetzung hat:

60	Gew.-	% SiO₂
18 7	■ Il Il	B₂O₃ MgO
6	H	Li₂O
4 3	li tt	Al₂O₃ BaO
1	Il	CaO
1	Il	κ₂ο

Die in Prozent angegebene Abwiegetoleranz bezieht sich dabei auf den jeweiligen Anteil der Rohstoffmischung. Die Abwiegetoleranzen

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können auch dadurch definiert werden, daß der Ausdehnungskoeffizient nicht mehr als +_ 2 · 10" /⁰C vom Sollwert abweichen dar/l Bei der Herste-llung des Glases werden die Alkali- und Erdalkalioxide

vorzugsweise als Karbonate, Nitrate oder Sulfate eingegeben.

Im erfindungsgemäßen Glas ist u.a. der Borgehalt des vorgenannten

2+ 2+ Alkali-Borosilikatglases teilweise durch Mg und Ba sowie das Na⁺ durch Li⁺ ersetzt sowie zur Anpassung des Ausdehnungsverlaufs KpO und CaO beigefügt worden. Dadurch ist nicht nur der gewünschte Ausdehnungskoeffizient erhalten, sondern zusätzlich noch die Gießtemperatur von 1450 ⁰G auf 1320 C gesenkt worden, was eine erhebliche Verschleißminderung an feuerfestem Material der Schmelzwanne und an der Form bedeutet. DaB erfindungsgemäße Glas, dessen Diffusionskonstante für Helium außerordentlich klein ist, eignet sich deshalb ausgezeichnet zur Herstellung dickwandiger (b bis 25 mm und mehr) Glaszylinder mit einem Durchmesser von 50 bis 200 mm und mehr und zur spannungsfreien und praktisch heliumdichten Verschmelzung mit Fe-Ni-Co-Legierungen, aber auch mit AIpO-,.

Anhand der schematischen Zeichnung werden weitere Einzelheiten erläutert. In Fig. 1 ist ein Vakuumschalter mit einem Glasgehäuse mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung schematisch dargestellt. In das zylindrische Glasgehäuse 1, das an der Außenfläche 2 geriffelt sein kann, sind an den Enden Metallzylinder 3 aus einer Fe-Ni-Co-Legierung bei der Herstellung eingeschmolzen worden. Etwa in der Mitte des Zylinders ist in dessen Innenwand - ebenfalls beilder Her-

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Stellung - ein Fe-Ni-Co-Ring 4 eingeschmolzen worden, der zur Halterung von Schalterteilen vorgesehen ist. Die Schalterteile können z.B. aus der festen Elektrode 5, der beweglichen Elektrode und dem Balg ".' bestehen. Um die Elektroden kann zum Schutz des Glaszylinders vor Metallbestäubung ein Schutzzylinder r* aus Metall vorgesehen sein. Der gesamte Raum innerhalb des Glaszylinders und der an dessen Enden eingeschmolzenen Metallzylinder bzw. Manschetten 3 kann auf beispielsweise 10~ Torr ev.akuiert sein.

In Fig. 2 ist das Ausdehnungsverhalten eines Schleuderglases schematisch dargestellt. Auf der Abzisse ist die· Temperatur T in ⁰C und auf der Ordinate die Längenänderung έ± Ϊ in Längeneinheiten angegeben. Von der Zimmertemperatur T_Q bis zu dem sog. unteren Kühlpunkt T₁ dehnt sich das Glas längs der Kurve 10 im wesentlichen linear mit der Temperatur aus. Zwischen dem oberen Kühlpunkt Tp und dem Erweichungspunkt T-, kann man ebenfalls mit einer im wesentlichen linearen Ausdehnung rechnen. Das Glas hat lediglich zwischen T₁ und T-eine mit der Temperatur nichtlineare Längenänderung. Da normale A Metalle eine mit der Temperatur weitgehend überall lineare Längenänderung aufweisen, muß zum Einschmelzen in Glas eine besondere Legierung vorgesehen sein. Beispielsweise eignet sich die genannte Fe-Ni-Co-Legierung, die im Handel unter dem Namen Vacon oder Covar erhältlich ist. Das Ausdehnungsverhalten einer derartigen Legierung ist ind Fig. 1 mit der gestrichelten Kurve 11 angedeutet. Man sieht, daß die Legierung und das Glas zwischen T_Q und T2 etwa das gleiche Ausdehnungsverhalten haben.

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Bei der Herstellung von Glaskörpern mit einer erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung wird zunächst die Rohstoffmischung geschmolzen, und es werden,■soweit erforderlich, die einzuschmelzenden entsprechend vorbehandelten Metallteile bzw.'Armaturen in die zum Schleudern vorgesehene Form eingesetzt. Eventuell kann es günstig sein, die Metallteile an den einzuschmelzenden Stellen vorher mit einer Schicht zwischen 50 und 200 /U zu verglasen. Das geschmolzene Glas wird dann in die erhitzte Form eingefüllt. Die Form soll dabei möglichst heiß sein, jedoch kühler als das Glas, da dieses sonst mit der Form verkleben würde. In Fig. 3 ist eine zylindrische Form schematisch im Schnitt dargestellt. Sie besteht aus einer Zylin,derwand 20 mit dem Boden 21 und dem eine Öffnung 22 aufweisenden Deckel 23. Zunächst befindet sich das geschmolzene Glas am Boden der Form etwa unterhalb der gepunkteten Linie in Fig. 3. Wird die Form um die' Achse 24 geschleudert, so steigt das flüssige Glas an der Wand allmählich auf (vergl. die strichpunktierte Linie) und stößt schließlich am Deckel 23 an. Am Boden 21 befindet sich bei genügender Rotationsgeschwindigkeit kein Glas mehr. Es wird solange geschleudert, bis das Glas fest ist. Alsdann wird die Form geöffnet und der Glaszylinder in einem Ofen feingekühlt. Die Ofentemperetür wird dabei etwa auf den in Fig. 2 angegebenen oberen Kühlpunkt T₂ eingestellt. Beim Feinkühlen wird zwischen den Temperaturen T^ und T^ durch langsame TemperatürSenkung ein Spannungsausgleich im geschleuderten Glaszylinder herbeigeführt.

2 Patentansprüche

3 Figuren

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Claims

. 3796183 PLA 6R/1174 Patentansprüche

1. Glas zur Herstellung von Glaskörpern, insbesondere Glaszylindern, im Schleuderverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis auf Abwi egetoieranzen von bis etwa + 2 "?■> folgende Zusammensetzung hat;

60 Gew, .-% 3iO Il B₀O Il MgO b Il Li₂ 4 Il Aj₀ ■ζ Il BaO 1 It CaO 1 Il K₀O

2. Verwendung der Glasmischung nach Anspruch 1 zur heliumdichten spannungsfreien Verschmelzung mit Fe-Ni-Co-Legierungen im Schleuderverfahren, insbesondere für Vakuumschalter.

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