DE1953374C

DE1953374C - Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit von Natronkalkglaskörpern durch den Austausch von Natriumionen gegen aus einer wäßrigen Lösung stammende Kaliumionen bei etwas unterhalb des unteren Spannungspunktes liegenden Temperaturen

Info

Publication number: DE1953374C
Application number: DE19691953374
Authority: DE
Inventors: James P.; Snyder Herbert C; Boschini Mark A.; Brockway Pa. Poole (V.St. A.)
Original assignee: Brockway Glass Co., Inc., Brockway, Pa. (V.St A.)
Priority date: 1968-11-01
Filing date: 1969-10-23
Publication date: 1973-05-24

Description

wird. Aus der fran/^ischen Patentschrift 1 524 179 Unbehandelte Stäbe 1,260 kp/cm²

ist bekannt, eine solche Druckspannungsschicht durch _{mjt K po} behandelte Stäbe .. 3,780 kp/cm²

Verwendung wäßriger Lösungen von Kaliumcarbo- mit K-HPO₁ behandelte Stäbe 2.590 kp/cm*

nat bzw. Dikaliumphosphat zu bilden.

Es wurde gefunden, caß nach dem bekannten Ver- 30 Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die durerfahren höiiere Festigkeiten durch die Verwendung schnitlliche Bruchfestigkeit der mit K₃PO₄ behandelte» einer wäßrigen Lösung von Trikaliumphosphat er- Stäbe das Dreifache der unbehandelten Stäbe beträgt reicht werden können. und um ungefähr 50°/₀ größer ist als jene der mi:

Die Anwendung von K₃PO₄ erfolgt durch Aufsprit- K₂HPO₄ behandelten Stäbe.

zer> einer vorzugsweise etwa jO°/_oigen wäßrigen 35 Bei weiteren mit K₂CO₃ und K₃PO₁ unter jeweiU Lösung von K₃PO₄ auf Glasgegenstände, die sich in gleichen Bedingungen durchgeführten Versuchen wupIl so hoch erhitztem Zustand befinden, daß das Wasser in iler Glasoberfläche eine Konzentration von 1.2 verdampft und das Kaliumsalz auf der heißen Glas- bzw. 11,2⁰Z₀ K₂O bei der Verwendung von K₂CO, oberfläche abgelagert bleibt. bzw. von K₃PO₄ festgestellt; die Eindringtiefen waren

Vergleichsvirsuche wurden mit Stäben mit einem 40 7,7 bzw. 12 Mikron. Aus diesen Zahlenwerten folgt, durchschnittlichen Durchmesser von 2,750 mm aus- daß mit K₃PO, eine etwa um 50°/₀ größere Festigkeit geführt, der ungefähr der Stärke einer Flaschenwand als mit K₂CO₃ erreicht werden kann, entspricht; das Glas hatte etwa folgende Zusammen- Von praktischer Bedeutung ist ferner die Tatsetzung (in Gewichtsprozent): sache, daß K₂CO₃ einen Diffusionskoeffizienten von

_SjQ _{71 5} 45 2,59 · 10 ^u ciü'/s hat, der Diffusionskoeffizient von

_F5 Q¹Q₄₂ K₃PO₄ dagegen 4,63 · IO¹¹ cm*/s ist, 1* -/raus ebenfalls

_a1 ²q³ ^₂₅ folgt, daß K₃PO₄ im Vergleich zu K₂CO₃ eine Festig-

_CaQ³ j 0*25 keitssteigerung von 50°/₀ ermöglicht.

25 Mit aus dem oben angegebenen Glas bestehenden

q'q3₅ 50 Ein weg-Bierflaschen wurden in folgender Weise Ver-.,V suche durchgeführt: Die Flaschen wurden bei 260

£"q' Q¹Q₂₃ bis 315"C mit einer 25°/_oigen Lösung von K₃PO₄

_Sq q'₂₆ bespritzt und durch einen Temperaturofen geführt;

jjQ OO14 ^m ^^em Ofen wurden die bespritzten Flaschen auf

¹ 55 ungefähr 538 C erhitzt, etwa 5 Minuten auf dieser

Ein solches Natronkalk-Siliciumdioxidglas hat einen Temperatur gehalten und dann in etwa 15 Minuten Erweichungspunkt von 719⁰C, eine obere Entspan- abgekühlt. Dadurch wurde eine Druckspannung in nungstemperatur von 55O°C und eine untere Ent- der Oberflächenschicht von etwa 210 kp/cm¹ bis Spannungstemperatur von 53O°C. zu einer Tiefe von ungefähr 0,03 mm erzeugt.

Es wurden jeweils Gruppen von je 25 bis 30 Stäben 60 Die durchschnittliche hydrostatische Berstfestigkeit untersucht. Die Stäbe wurden unter gleichbleibenden unbehandelter, spannungsfrei gemachter Flaschen glei-Bedingungen zerbrochen und die Bruchfestigkeiten eher Art wie vorstehend angegeben beträgt 30,45 kp/ aufgezeichnet. cm², jedoch 44,03 kp/cm¹ bei Flaschen, die wie vor-

Mehrere Gruppen von Stäben wurden auf 51O⁰C stehend beschrieben behandelt waren. Unter Berückerhitzt und mit einer 50°/₀igen Lösung von K₃PO₄ 65 sichuigung der mit der Behandlung von Flaschen bzw. K₁HPOi besprüht, worauf die Stäbe wieder verbundenen technischen Schwierigkeiten, die behoben eine halbe Stunde in einem Ofen auf 510°C erhitzt werden können, ist die erzielte Erhöhung der Festigkeit und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt wurden. durch das Verfahren vorliegender Erfindung beachtlich.

Die Stärke der Trikaliumphosphatlösung ist in weiten Grenzen veränderlich, da bei schwachen Lösungen, z. B. zwischen 10 und 50%, größere Mengen aufgesprüht werden können, falls nicht die Gefahr besteht, daß dadurch Wärmeschocks verursacht werden. Nach dem Aufsprühen und der Wärmebehandlung wird überschüssiges Salz mit gewöhnlichem Leitungswasser von der Glasoberfläche entfernt, so daß die Oberfläche durchsichtig und von Schlieren frei wird. Das von der Oberfläche abgewaschene Salz kann innerhalb bestimmter Grenzen wieder verwendet werden, aber nicht, wenn im Waschwasser die Menge Natriumsalz, bezogen auf die Menge Kaliumsalz, zu groß wirrt.

Claims

Zum Vergleich wurden sieben Gruppen von je

Patentanspruch: 25 bis 30 Stäben spannungsfrei gemacht aber sonst

nicht behandelt. Die niedrigste durchschnittliche

Verfahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Stäbe der unbehandelten Gruppe beFestigkeit von Natronkalkglaskörpern durch den 5 trug 994 kp/cm² und die höchste 1,547 kp/cm Die Austausch von Natriumionen gegen aus einer durchschnittliche Bruchfestigkeit der ^verschiedenen wäßrigen Lösung stammende Kaliumionen bei Gruppen lag etwas unter 1,260 κρ/cm_. etwas unterhalb des unteren Spannungspunktes Siebzehn Gruppen von je 25 bis 30 Stäben wurden

liegenden Temperaturen, gekennzeichnet in der oben angegebenen Weise mit 25 /„!gen waBngen d u r c h die Verwendung einer wäßrigen Lösung io Lösungen von K₃PO₄ behände t: die niedrigste durchvon Trikaliumphosphat. schnittliche Bruchfestigkeit der behandelten Stabe

war 2,730 kp/cm² und die höchste durchschnittliche Bruchfestigkeit betrug 5,390 kp/cm²; als Durchschnitt ergab sich bei den siebzehn Gruppen der Stäbe eine 15 Bruchfestigkeit von 3.780 kp/cm².

Unter den gleichen Bedingungen wurd<*:i fünf Gruppen von Stäben mit Dikaliumhydrogenphosphat

Aus der USA.-Patentschrift 3 218 220 ist ein Ver- (K₂HPO₄) behandelt und folgende durchschnittliche fahren zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit Bruchfestigke-ten erzielt: Die niedrigste durchschnitt von Natronkalkglaskörpern durch den Austausch von so liehe Bruchfestigkeil dieser fünf Gruppen von je -5 Natriumionengegen Kaüumionen bei etwas unterhalb bis 30 Stäben betrug 1,680 kp/cm² und die hochs.e des unteren Spannungspunktes des Glases liegenden 3,010 kp/cm^s, während der Durchschnitt der fui F Temperaturen bekannt. Durch diesen Austausch wird Gruppen 2.590 kp/cm² betrug, das Gitter in der Oberflächenschicht des Glases der- Die ermittelten durchschnittlichen Bruchfestigkeiten

art deformiert, daß dieser eine Druckspannung erteilt 25 sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.