DE2034393A1 - Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels - Google Patents

Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels

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DE2034393A1 DE19702034393 DE2034393A DE2034393A1 DE 2034393 A1 DE2034393 A1 DE 2034393A1 DE 19702034393 DE19702034393 DE 19702034393 DE 2034393 A DE2034393 A DE 2034393A DE 2034393 A1 DE2034393 A1 DE 2034393A1
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Description

2034393 Patentanwalt Dipi.-Phys.Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr.21-22 Tel.298462
B 4743
ASAHI GLASS CO., LTD., No. 1-2, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, TOKYO/Japan
Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels durch Ionenaustausch, wobei die in der Oberflächenschicht des Glasartikels vorliegenden Natriumionen durch Kaliumionen bei erhöhter Temperatur unter der Entspannungstemperatur des Glasartikels ausgetauscht werden, so daß eine Druckspannungsschicht auf der Ober fläche des Glasartikels entsteht..
C/H0 008805/1579
Aus dem Aufsatz von Kistler mit dem Titel "Stress in Glass Produced by Nominiform Exchange of Monovalent Ions", veröffentlicht in the Journal of the American Ceramic Society, vol. 45, Nr. 2 (Februar 1962), Seiten 59 - 67 ist ein Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels durch Ionenaustausch bekannt geworden, bei welchem man den Alkalimetallionen, z. B. Natriumionen, enthaltenden Glasartikel in Berührung mit einem geschmolzenen Salz kommen läßt, welches andere Alkalimetallionen, und zwar solche mit einem größeren Ionendurchmesser als die zuerst genannten Ionen besitzt. Aufgrund des Ionenaustausches entsteht eine Druckspannungsoberflächenschicht auf dem Glasartikel.
Dieses Verfahren liefert eine hohe Druckspannung auf der Oberfläche des Glasartikels und dient dementsprechend der Verbesserung der mechanischen Festigkeit desselben. Wenn jedoch das Verfahren auf übliches Tafelglas, und zwar auf Natronkalkglas,' z.B. auf Fensterglas, gezogenes Glas, Fließglas, gewalztes Glas oder Plattenglas angewendet wird, verläuft der Ionenaustausch außerordentlich langsam. Zur Erzielung einer Ionenaustauschschicht mit einer Stärke von 30 bis 40 Mikron benötigt man eine sehr lange Zeitspanne, etwa 15 bis 20 Stunden. Es ist möglich, die Stärke der Ionenaustauschschicht entweder durch Verlängerung der Behandlungszeit oder durch Erhöhung der Behandlungstemperatur zu steigern. Jedes dieser beiden Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Festigkeit des Glasartikels aufgrund des Nachlassens der Druckspannung wieder verringert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung soll nun ein Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels vorgeschlagen werden, welcher eine Zusam- ■
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mensetzung hat, die eine kontinuierliche Weiterverarbeitung desselben mittels der verschiedenen Tafelglasformverfahren, ζ. B. dem Froucault-Verfahren, dem Pennvernon-Verfahren oder dem Pittsburgh-Verfahren, dem Colburn-Verfahren oder Fließverfahren ermöglicht und mit welchen es möglich ist, durch kurzfristig verlauf enden Ionenaustausch dem Glas eine ausreichende Festigkeit zu verleihen. Insbesondere sollen die Zähigkeit und Entglasungscharakteristiken mit den für die Verformarbeitsgänge von üblichem Tafelglas festgesetzten Bedingungen übereinstimmen. Um diese Bedingungen zu befriedigen, * soll der Glasartikel gemäß der Erfindung innerhalb folgender Bereiche des Viskositätsbezugspunktes und der Liquidustemperatur liegen:
Entspannungstemperatur 450-5000C
Arbeitspunkt 980 - 115O0C
Liquidustemperatur unter 1100 C .
Die Entspannungstemperatur ist im vorliegenden Fall auf eine Zähig-
14 5
• keit des Glases von 10 ' Poise bezogen (in der einschlägigen deutschen Literatur z.B. in D'Aus-lax Taschenbuch für Chemiker
und Physiker wird die Entspannungstemperatur auf eine Viskosität %
13
des Glases von 10 Poise bezogen). Die Arbeitstemperatur ist die-
4 jenige Temperatur, bei welcher die Viskosität des Glases 10 Poise beträgt.
Überraschenderweise zeigt es sich nun nach ausgedehnten Versuchen, daß Glasartikel, welche diese Bedingungen erfüllen und die trotzdem durch eine kurzzeitige Ionenaustauschbehandlung; ausreichend verfe-
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-A-
stigt werden können, gemäß der Erfindung herstellbar sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgäbe wurde dementsprechend dadurch gelöst, daß ein Glasartikel verwendet wird, der im wesentlichen aus 60 - 75 Gew. -% SiO0; 4-15 Gew..% Al0O0; 0-3 Gew. -% TiO2; 0-3 Gew. -% 2rOgs wobei SiOg, Al3O3, TiO3 und ZrO3 insgesamt 70 - 88 Gew. -% der Glaszusammensetzung ausmachen; 4-10 Gew. -% K2O; 8-15 Gew.-% Na3O; 1-8 Gew. -% RO, wobei RO wenigstens ein zweiwertiges Oxyd aus der Gruppe 0-8 Gew. -% MgO, 0-8 Gew. -% ZnO und 0-2 Gew. -% CaO, PbO, BaO, SrO oder eine Mischung derselben bedeutet und aus 0-4 Gew. -% BOO„ besteht, wobei die Gesamtmenge von SiO0, Al0O,, TiO0, ZrO0, K0O, Na0O, RO
it Ib O Ct Ct Ct Ct
und B„00 wenigstens 98% der Glasmasse ausmachen.
Der auf der Basis der obengenannten Zusammensetzung hergestellte und die erwünschte Form besitzende Glasartikel wird einer Ionenaustauschbehandlung unterworfen, bei der die in dem Glasartikel enthaltenden Natriumionen durch Kaliumionen ersetzt werden, welche in einem geschmolzenen Salz, das sich in Berührung mit dem Glasartikel befindet, enthalten sind. Auf diese Weise wird der Glasartikel verfestigt.
Die beiliegenden Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Viskositätskurve, welche den Niedertemperaturbereich für das nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
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zu behandelnde Glas und für ein Fließglas zeigen. Die vertikale Achse gibt den Logarithmus der Viskosität in Poise für beide Kurven an, während auf der horizontalen Achse der Reziprokwert der absoluten Temperatur in 0K angegeben ist;
Fig. 2 die den Hochtemperaturbereich für die beiden Glasarten definierende Viskositätskurve an. Die vertikale Achse zeigt wieder den Logarithmus der Viskosität in Poise für beide Kurven. "
Auf der horizontalen Achse ist die Temperatur in C angegeben.
Die Gründe für die Einhaltung der angegebenen Grenzen hinsichtlich der Zusammensetzung des gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Glasartikels sind folgende:
Ein übermäßiger oder ungenügender Gehalt von SiO2 führt leicht zu einer Entglasung des Glasartikels und macht die Formarbeit bei der Herstellung eines Tafelglases schwierig. Wenn der Gehalt zu hoch ist, wird die Viskosität des Glases ebenfalls hoch, d.h. das Glas wird hart.
Die Schmelz- und Formeigenschaften des Glases werden verschlech- *
tert. Vom Standpunkt der Geschwindigkeit des Ionenaustausches soll jedoch der SiO2 Gehalt so groß als möglich sein. Auf der Basis dieser Überlegungen sollte der SiO9 Gehalt in einen Bereich von 60 bis 75 Gew. -% fallen. ■
Obwohl ein AlgOo Gehalt über 4 Gew.-% hinaus die lonenaustauschgeschwindigkeit steigert, bewirkt ein Gehalt über 15 Gew. -%, daß sich das Glas leicht entglast. Weiterhin steigt die Viskosität desselben.
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-6-
Die Einführung des TiO2 macht das Glas weich. Eine zu große Menge desselben bewirkt jedoch, daß das Glas leicht farbig wird. ZrO0 wirkt im Sinne einer Verhinderung der Entglasung des Glases, wenn es in kleiner Menge verwendet wird. Wenn jedoch der ZrO2 Gehalt groß ist,bewirkt er, daß Kristalle desselben in dem Glasjausfallen. Dementsprechend sollte der Gehalt von TiO0 und ZrO0 je nicht 3 Gew. -% überschreiten.
. Der Gesamtanteil von SiO2, Al0O3, TiO0 und ZrO0 sollte in den Bereich von 70 bis 82 Gew. -% der Glasmasse vom Standpunkt einer Entglasungsneigung, der ZähigkeitsCharakteristiken, der Schmelz- und Formeigenschaften und des Ionenaustauschverfestigungseffektes des Glasartikels fallen.
K0O wirkt hinsichtlich einer Steigerung der Ionenaustauschgeschwindigkeit. Eine zu große Menge desselben steigert jedoch die Viskosität des Glases. Von diesem Standpunkt aus sollte der K0O Gehalt in den Bereich von 4 bis 10 Gew. -% fallen.
NaOq ist der Lieferant der im Verlauf der Ionenaustauschreaktioh auszutauschenden Natriumionen. Wenn der Gehalt desselben 15 Gew. -% übersteigt, wird die Zähigkeit des Glases vermindert und dementsprechend wird auch die Entspannungstemperatur niedriger. Dies bewirkt, daß die auf der Oberfläche des Glasartikels durch den Ionenaustausch erzeugte Druckspannung während der Behandlung desselben wieder nachläßt. Auf der anderen Seite, wenn der Gehalt an Na0O unter 8% liegt, verschlechtern sich die Schmelz- und Formeigenschaften des;. Glasartikels prpportional zu einem Ansteigen der Viskosität des Glases.
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/ . . Außerdem neigt der Glasartikel zu emer Entglasung.
Als RO, das bedeutet zweiwertige Metalloxyde, können MgO, ZnO, CaO, PbO und SrO verwendet werden. Wenn eines dieser Metalloxyde in einer größeren Menge als 1 Gew. -% verwendet wird, verbessern sich die Schmelzeigenschaft des Glasartikels. Weiterhin kann auf diese Weise die Viskositätskurve so eingeregelt werden, daß sie für die Glasverarbeitung geeignet ist. Wenn jedoch der Gehalt über 8 Gew. -% liegt, dann steigt die Liquidustemperatur des Glases an. Die Viskosi- ^
tätskurve beginnt fast parallel zur vertikalen Achse zu verlaufen. Dies bedeutet, daß die Verformungsarbeitsgänge sehr schwierig werden, verbunden mit einer Verringerung der Ionenaustauschgeschwindigkeit. Von allen RO' s sind MgO und ZnO den anderen RO's hinsichtlich der Steigerung der Ionenaustauschgeschwindigkeit überlegen. MgO und/oder ZnO können in dem Glasartikel in einer Menge von 1 bis 8 Gew. -% enthalten sein. Wenn andere RO's, d.h. CaO, PbO, BaO und SrO in einer Menge von über 2 Gew. -% im Gegensatz hierzu verwendet werden, dann verringert sich die Ionenaustauschgeschwindigkeit.
B0O0 dient zur Steuerung der Viskositätskurve des Glases, ohne daß '
es eine extreme Erhöhung der Liquidustemperatur des Glases bewirkt. Wenn jedoch der BgO„ Gehalt 4 Gew. -% überschreitet, neigt das Glas dazu,ungleichmäßig zu werden. Die Entspannungstemperatur sinkt ebenfalls ab mit dem Ergebnis, daß der Effekt der Ionenaustauschverfestigung ebenfalls wieder verringert wird.
Die Gesamtmenge der aufgeführten Komponenten sollte wenigstens 98% der Glasmischung betragen.
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Obgleich Li„O eine Verbesserung der Schmelz- und Formeigenschaft des Glasartikels bewirkt, neigt der Glasartikel jedoch - wenn es über 2 Gew. -% verwendet wird - dazu, sich leicht zu entglasen. Aus diesem Grund sollte der Li2O Gehalt vorzugsweise höchstens 1 Gew. -% betragen.
In den Glasartikeln sind im allgemeinen eine geringe Menge von Unterkomponenten enthalten, die von Verunreinigungen, von Reinigungsmitteln oder von Farbstoffen stammen, wie sie in den Rohmaterialien unvermeidbar enthalten sind. Wenn der Anteil dieser Unterkomponenten zu hoch ist, werden die Eigenschaften des Glases in großem Ausmaß modifiziert. Dementsprechend,um die Möglichkeit einer derartigen Abänderung zu vermeiden, sollte der Anteil der Unterkomponenten so niedrig wie möglich gehalten werden. So sollte beispielsweise der Anteil von F, As0CL und Sb_OQ vorzugsweise jeweils nicht über 1 Gew. -% liegen. Der Gesamtanteil der Unterkomponenten sollte höchstens 2 Gew. -% betragen.
Der die obengenannte Zusammensetzung aufweisende Glasartikel wird in üblicher Weise hergestellt, indem eine Charge bereitet wird, die eine Mischung der Rohmaterialien in dem erwünschten Verhältnis enthält. Die Charge wird geschmolzen. Das geschmolzene Glas wird gereinigt oder homogenisiert. Anschließend wird das geschmolzene Glas in die erwünschte Form verformt. Wenn erforderlich, kann der geformte Glasartikel zuerst abgeschreckt werden, bevor er einer Ionenaustauschbehandlung unterworfen wird. Da das gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde Glas die zuvor angegebene Temperatur- Zähigkeitcharakteristik und die Liquidustemperatur besitzt, kann es in Ta-
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felglas entsprechend einem üblichen kontinuierlich verlaufenden Tafelglasherstellungsverfahren verwendet werden. Die Glastafel kann einer geeigneten lonenaustauschbehandlung unterworfen werden, nachdem sie in die gewünschte Form gebogen ist. Dieses Biegen wird beispielsweise erforderlich, wenn die Glastafel als Sicherheitsglas für die Front- und Rückscheiben von Kraftfahrzeugen Verwendung finden soll.
Zur Durchführung der lonenaustauschbehandlung wird der Glasartikel, I
z.B. die Glastafel, in ein schmelzflüssiges Salzbad eingetaucht, das Kaliumionen enthält und welches auf einer entsprechend hohen Temperatur gehalten wird, die jedoch nicht die Entspannungstemperatur des Glases überschreiten darf. Ein derartiges Bad -besteht im wesentlichen aus Kaliumnitrat oder Kaliumsulfat oder einer Mischung derselben.-Zufriedenstellende Ergebnisse werden.ebenfalls erzielt, wenn, eine Paste auf die Oberfläche des Glasartikels aufgetragen wird, welche aus einer Mischung eines inerten Festmaterials, z. B.. eines Tons, und eines Salzes besteht und wenn anschließend der Artikel erhitzt wird, '.-"-
Die Behandlungstemperatur hängt von der Zusammensetzung des Glasartikels, insbesondere von der Entspannungstemperatur desselben ab, d.h. die Temperatur soll in einem Bereich liegen, welcher unterhalb der Entspannungstemperatur, jedoch überhalb etwa 35O0C liegt. Vorzugsweise bleibt man um 30 bis 50 C unter der Entspannungstemperatur des Glases.
Die Stärke der Ionenaustauschschichtnim-xnt etwa, proportional'der . Quadratwurzel der Behandlungszeit zu. Es sei jedoch bemerk^
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die in der Glasoberfläche entstehende Druckspannung wieder nachläßt, wenn die optimale Behandlungszeit überschritten wird» Dementsprechend ist eine zu lange Behandlung nicht wirtschaftlich. Die bevorzugte Zeitspanne reicht von etwa 30 Minuten bis 2 Stunden. In diesem Fall beträgt die Stärke der Ionenaustauschschicht 30 bis 60 Mikron. Die. Druckspannung liegt bei 40 bis 60 lcg/mm .
Bei der Ionenaustauschbehandlung werden die in der Oberflächenschicht des Glasartikels vorliegenden Natriumionen durch Kaliumionen ersetzt
Je höher der in dem Glasartikel erzielte Druckspannungswert und je größer die Stärke der Druckspannungsoberflächenschicht ist, desto größer wird auch der durch die lonenaustauschreaktion erzielte Verfestigungseffekt,
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Druckspan- ■ nmigsoberflächenscMcht von über 30 Mikron Stärke und mit einer Druck« spannung höher als 40 kg/mm auf dem Glasartikel zu erzielen, obwohl man für die Durchführung der Ionenaustauschbehandlung lediglich eine kurze Zeitspanne von etwa 30 Minuten bis !höchstens 60 Minuten benötigt.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde Glas wird kontinuierlich ta ein Flachglasband oder in einer Tafel mittels eines üblichen Tafelglasformverfahrens ve rf or mt. Eine einzelne Glastafel, welche durch eine Ionenaustauschbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung verfestigt wurde, ©ignet sich besonders gut für Sicherheitsfensterglas, insbesondere für Transportzweeke, also für Kraftfahr-
zeuge, Flugzeuge und Gebäude. Eine derartige Einzeltafel kann jedoch auch mit einer nicht verfestigten Glastafel oder mit einer Glastafel, die entweder durch physikalisches Tempern oder durch Ionenaustausch verfestigt ist, zu einem Verbundglasprodukt kombiniert werden. Die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist nicht auf ein Flachglas oder Tafelglas beschränkt. Das Verfahren kann mit gleicher Wirksamkeit zur Behandlung von anderen Glasartikeln, z. B. von Glaswaren, verwendet werden.
Beispiel 1
Es wurden entsprechend der folgenden Auf stellung 1 acht Glasproben hergestellt, welche je eine andere Zusammensetzung hatten. Dabei wurden zuerst die Rohmaterialien, nämlich Silicasand, Kaliumcarbonat, Magnesiunicarbonat, Borax, Lithiumcarbonat, Feldspat, Aluminiumoxyhydrat, Borsäure, Petalit u. dgl. in den erforderlichen Mengen zwecks Erzielung der gewünschten Glaszusammensetzung gemischt. Anschließend wurde die Mischung zum Schmelzen gebracht, d.h. die Charge wurde in einen 500 ecm Platintiegel eingefüllt und in einem elektrischen Ofen etwa 10 Stunden auf 15000C erhitzt. "
Anschließend wurde die Schmelze in eine Glasscheibe gepreßt. Die so geformte Glasscheibe wurde in Proben mit den Abmessungen 10 χ 1Ox 0, 2 cm zerschnitten und mittels eines Ionenaustausches behandelt.
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Aufstellung 1
Glas- Glaszusammensetzung Gew. -% probe
Nr. SiO0 Al0CL ZrO0 TiO0 Li0O Na0O K0O MgO ZnO BOO„
Ci Ci O ύ Ci Δ ώ Ci Ct O
1 74 5
2 61 10
3 66 15
4 62 10
5 65,1 10
6 62 11
7 67 10
8 70 4
12 5 4 2,6
14 7 8 4
0,4 12 4
9 9 4 8
0,4 11 7,5 2 4
9,5 9,5 2
13,3 5,7
12 6 6
Anschließend wurdendie Entspannungstemperatur und der Arbeitspunkt bestimmt. Ebenfalls wurde die Liquidustemperatur bei jeder der Proben gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Aufstellung 2 zusammengestellt.
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Aufstellung 2 Arbeitspunkt
C 		Liquidustemperatur
0C
Viskositätsbezugspunkt 1130 keine Entglasung
Glasprobe
Nr.		 Entspannungs
punkt C		 1120 1030
1 480 1060 keine Entglasung
2 530 1110 1000
3 490 1070 keine Entglasung
4 530 1140 keine Entglasung
5 470 1070 keine Entglasung
6 520 1120 keine Entglasung
7 470
8 520
Die Liquidustemperatur wurde gemessen, indem ein Glasstab 15 !Stunden lang in einem elektrischen Ofen mit einem Temperaturgradienten von 900 C bis 10500C gehalten wurde. Es wurde die Maximaltemperatur abgelesen, bei der sich eine Entglasung zeigte. Der Hinweis "keine Entglasung" in der obigen Aufstellung rechte Kolonne bedeutet, daß nach 15-stündigem Erhitzen des Glases auf 900 bis 10500C keine Entglasung beobachtet werden konnte. Wenn jedoch keine Entglasung in einem Ausmaß auftritt, die mittels eines Mikroskopes beobachtbar ist, bedeutet dies, daß der Glasartikel eine Liquidustemperatur unter 900 C hat oder daß der Glasartikel eine extrem langsame Entglasungsgeschwindigkeit besitzt, so daß er dementsprechend in der Praxis nicht entglast.
Zur Durchführung der Ionenaustauschbehandlung wurde jedes Glasschei-
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benprobestück in ein Bad von geschmolzenem Kaliumnitrat (KNOJ eingetaucht, das entweder auf 430 oder 45O0C eine Stunde lang gehalten wurde. Anschließend wurde die Glasscheibenprobe aus dem Bad entnommen und in Wasser gewaschen. In der folgenden Aufstellung 3 sind die Ionenaustauschbehandlungszeit, die Temperatur und der Druckspannungswert der verfestigten Glas oberfläche und ebenfalls die Stärke der Druckspannungsschicht angegeben.
Hinsichtlich der Viskositätskurve der Glasprobe Nr. 5 gemäß Aufstellung 1 wird auf die beiliegenden Fig. 1 und 2 Bezug genommen.
Aufstellung 3
Glasprobe 1 Behandlungsbe^ingungen Temp. C Zeit Druckspan- Stärke der
Nr. 2 Salzbad (Stun nungswert . Druckspan
3 den) (kg/mmZ) nungsoberflä
4 chenschicht
5 450 1 (in Mikron)
6 KNO3 It tt 45 40
7 t! (I tt 60 30
8 Il Il ti 50 40
It tt It 60 40
Il 430 tt 45 40
Il 450 tt 55 40
ti tt It 40- 40
Il 55 30
4743
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Zum Vergleich ist in den Fig. 1 und 2 außer der Viskositätskurve des Glasartikels gemäß der Erfindung ebenfalls diejenige für eine flache Glasscheibe oder ein Flußglas angegeben, wie es handelsmäßig üblich und entsprechend einem Flußglasverfahren hergestellt ist. Die Zusammensetzung des Flußglases ist folgende:
Gew.-%
SiO2 72,2
Al2O3 1,8
CaO 7,3
MgO 3,8
Na2O 13,7
κ2ρ 0,7
so3 0,3
Fe2°3 0,1
TiO0 0,1
Die Liquidustemperatur des Glases beträgt 97O0C.
Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelte Glas Temperatur-Viskositätscharakteristiken hat, die sehr ähnlich denjenigen einer üblichen Glasscheibe oder einer Glasplatte sind.
Beispiel 2
Ein Glasartikel, welcher eine Zusammensetzung wie in Aufstellung 1 Nr. 5 angegeben, hatte, wurde nach und nach in einem kleinen Glas-
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schmelztankofen geschmolzen. Anschließend wurde eine Glasscheibe aus dem geschmolzenen Glas mittels eines Fourcault-Verfahrens geformt. Als Ergebnis zeigte es sich, daß die so erzielte Glasscheibe keinerlei Defekte entwickelt, wie z.B. Entglasung, Schlieren, Kornbildung, wie dies beispielsweise der Fall wäre, wenn das Glas mittels' eines üblichen Glasscheibenziehve rf ahrens hergestellt worden wäre und daß weiterhin die Glasscheibe eine ausgezeichnete Oberflächenqualität hatte. Die so hergestellte Glasscheibe wurde dann durch einelonenaustauschbehandlung, wie in Beispiel 1 beschrieben, verfestigt.
Beispiel 3
Von einem Glas, welches die in Aufstellung 1 Nr. 5 angegebene Zusammensetzung hatte, wurde eine Glasscheibe mit den Abmessungen 30 χ 30 χ 0,2 cm geschnitten. Mittlerweile wurde ein entsprechend einem Flußverfahren gebildetes Flußglas mit den Abmessungen 30 χ 30 χ 0, 3 cm hergestellt. Anschließend wurden die beiden Glasscheiben in eine Verbundglasscheibe gebogen. Die Oberfläche der Glasscheibe, welche die Zusammensetzung entsprechend Aufstellung 1 Nr. 5 hatte, wurde anschließend durch einen Ionenaustausch in derselben Weise, wie in Beispiel 1 angegeben, verfestigt, und zwar nach der Laminierung mit der Flußglasscheibe. Zwischen dm beiden Glasscheiben befand sich zum Zwecke der Bindung derselben ein Polyvinylbutyralfilm.
Die mechanische Festigkeit des so hergestellten Verbundglases wurde geprüft und in folgender Weise gemessen:
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Auf eine Stahlplatte, welche ein Loch mit dem Durchmesser von 200 mm hatte, wurde ein Gummiring mit einer Stärke von 2 mm gelegt. Daraufhin wurde die zu prüfende Verbundglasscheibe angeordnet, und zwar so, daß die verfestigte Glasscheibe unten lag. Auf die Mitte der Verbundglasscheibe wurde nach unten ein Stahlstempel gestoßen, welcher einen Durchmesser von 50 mm besaß und zwar in halbsphärischer Form an dem abliegenden Ende. Die so auf treffende konzentrierte Belastung wurde soweit erhöht, bis die Glasscheibe zu Bruch ging. Anschließend ä
wurde die Spannung der Glasscheibe im Augenblick der Zerstörung derselben mittels eines Spannungsmessers gemessen» Wenn die Spannung ε ist, der Young'sche Modulus E, das Poisson'sche Verhältnis γ die Bruchspannung δ , dann ergibt sich folgende Formel
c E ..■..■'
1-γ
Wenn die Bruchbelastung der Verbundglasscheibe in der oben angegebenen Art und Weise gemessen wird, dann ergibt sich, daß sie
2 '
70 kg/mm beträgt. Im Vergleich dazu beträgt die Bruchspannung einer Verbundglasscheibe, die aus zwei nicht verfestigten Glasschei-
!)en mit einer Dicke von 2 mm und 3 mm besteht, 10 kg/mm .
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Claims (6)

203A393 Patentansprüche
1. Verfahren zur Verfestigung eines Glasartikels, bei dem in der Oberflächenschicht des Glasartikels vorhandene Natriumionen bei einer erhöhten Temperatur, die jedoch unter der Entspannungstemperatur des Glasartikels liegt, durch Kaliumionen ersetzt werden, so daß auf der Oberfläche des Glasartikels eine Druckspannungsschicht entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasartikel im wesentlichen aus 60 bis 75 Gew. % SiO0; 4 bis 15 Gew. -% Al0O,; 0 bis 3 Gew. - TiO0;
Δ Δ ύ Ci
O bis 3 Gew. -% ZrO0, wobei die Gesamtmenge von SiO0, Al0O0, TiO«
Δ Δ ■ Δ O Δ
und ZrO2 70 bis 82 Gew. -% der Glasmischung ausmacht; 4 bis 10 Gew. -% K2O; 8 bis 15 Gew. -% Na3O; 1 bis 8 Gew. -% RO, wobei RO wenigstens ein zweiwertiges Oxyd aus der Gruppe O bis 8 Gew. -% MgO, O bis 8 Gew. -% ZnO und O bis 2 Gew. -% CaO, PbO, BaO, SrO oder eine Mischung derselben bedeutet und aus O bis 4 Gew. -% B9O besteht, wo-
Δ O
bei die Gesamtmenge an SiO0, Al0O,, TiO0, ZrO0, K0O, Na0O, RO
Δ ί ό Δ Δ Δ Δ
und B0O, wenigstens 98% der Glasmischung ausmachen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasartikel weiterhin Li0O bis zu 2% enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Glasartikel in Berührung mit geschmolzenem Kaliumnitrat kommen läßt, welches auf einer Temperatur gehalten ist, die um etwa 30 bis 5O0C niedriger liegt, als die Entspannungstemperatur des Glases, so daß die in der Oberflächenschicht des Glasartikels vorhandenen Natriumionen durch Kaliumionen ersetzt werden.
0098-85/1579.
4. Glasartikel, welcher Natriümionen und Kaliumionen enthält und welcher eine Druckspannungsschicht besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der in der Oberflächenschicht des verfestigten Glasartikels vorhandenen Kaliumionen größer ist als im Inneren des Glasartikels und daß das Innere des Glasartikels im wesentlichen aus 70 bis 75 Gew.'-% SiO0; 4 bis 15 Gew. -% Al0O0; O bis 3 Gew. -% TiO0;
ti Ci ό Δ
O bis 3 Gew.-% ZrO0, wobei die Gesamtmenge von SiO0, Al0O3, TiO0 und ZrO0 70 bis 82 Gew. -% der Glasmischung ausmacht; 4 bis 10 Gew. -%K2O; 8 bis 15 Gew. -% Na3O; 1 bis 8 Gew. -% RO, wobei RO wenigstens ein zweiwertiges Oxyd aus: ler Gruppe O bis 8 Gew. -% MgO, O bis 8 Gew. -% ZnO und O bis 2 Gew. -% CaO, PbO, BaO, SrO oder eine Mischung derselben bedeutet und aus O bis 4 Gew. -% B0O13 besteht, wobei die Gesamtmenge an SiO2, Al3O3, TiO2, ZrO2, K0O, Na3O, RO und B0O3 wenigstens 98% der Glasmischung ausmachen.
5. Glasartikel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Teil des Glasartikels weiterhin bis zu 2 Gew.-% Li0Q enthält.
6. Glasartikel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Druckspannungsschicht wenigstens 30 Mikron beträgt und daß
ο der Druckspannungswert bei wenigstens 40 kg/mm liegt.
009885/1579
Io
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