DE2053059A1

DE2053059A1 - Verfahren zur Herstellung von Glasfasern

Info

Publication number: DE2053059A1
Application number: DE19702053059
Authority: DE
Inventors: Alan Sydney; Selman Gordon Leslie; London Darling
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1970-06-04
Publication date: 1971-12-09
Also published as: GB1318201A; NL7008179A; DE2027558A1

Description

12. Januar 1971 J 2X P 36/Aus.

JOIKTSOlI, "ATTKSY & CO. , LI¹¹IT⁷ID, 73 Hatton Garden, London, E.C. 1./England

Varfahren zur Herstellung von Glasfasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glasfasern aus geschmolzenem Glas.

Bei solchen Verfahren muß nan BehJllternaterialie-.n verwenden, die für dan kontakt ™.it y-schnolzensm Glas geeignet sind, wobei der Banetzungsgrad das Glases eine große Rolle soialt.

In der britischen Patentschrift 1 155 563 wird sin- Platin-Rhodiur"-Gold-Larjiprung beschrieben, die f'ir eine Kontaktierung mit geschmolzenem Glas geeignet ist und, von Verunrei- ä niqung.2n abgesehen, 65 - 97 Gewichts-% Platin, 2- 25 Gewichts-% Rhodium und 1 - Io Gewichts-% Gold enthält.

Di.-ise Legierungen erleichtern die industrielle Handhabung von gr-ischmolzanom Glas, da sie weniger leicht durch Sodaglas und Borsilikatglas als reines Platin oder die Rhodium-Platin-Lagierungen, dia üblicherweise verwendet werden, benetzt v/erden. Es wurde bisher in Kauf genommen, daß die Herstellungsverfahren, die zur Herstellung von Behältermaterialian aus diesen Gold-enthaltenden Legierungen erforderlich waren, viel komolizierter sind als die Verfahren, die zur Herstellung der binären Rhodium-Platin-Legierungen notwendig sind.

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In der glaserzeugenden Industrie besteht sine übliche Methode zur Herstellung von Glasfasern oder endlosen "äden darin, eine Peihe von öffnungen zu verwenden, di' iuf der Grund7latte einer Spinnvorrichtung oder "Buchse", welche das geschmolzene Glas enthält, sitzen. Die Arbeitstemperatur der Düsen liegt gewöhnlich bei 12o°C oder darüber.

Die Qualität des erzeugten Glasfadens hängt in erheblichem Ausmaße von dem Grad ab, bis zu welchem das geschmolzene Glas die Legierung, aus welcher die Düsen hergestellt worden sind, "benetzt" oder an dieser Legierung anhaftet. Dieses Benetzen oder dieses Anhaften stehen in einem umgekehrten Verhältnis zu dem Gleichgewichts-Kontaktwinkel, welchen das geschmolzene Glas mit der Legierung bildet. Ein großer Kontaktwinkel deutet auf einen geringeren Benetzungsgrad.

Ist der Kontaktwinkel zu gering, dann besteht eine Neigung des geschmolzenen Glases, an den Rand der Düse zu kriechen und nicht direkt in Form eines scharf gezogenen Fadens ohne Oberflächenverunreinigungen auszutreten. Ein hoher Benetzungsgrad hat ferner zur Folge, daß das Glas von der Spinndüse quer zu der äußeren Oberfläche der Grundplatte kriecht. Dies hat zur Folge, daß das extrudierte Glas zusammenläuft und damit eine Faserbildung verhindert. Ziel der Erfindung ist die Reduzierung einer derartigen Erscheinung bei der Herstellung von Glasfasern.

Wenn auch ein vermindertes Benetzungsvermögen zur Erzielung verbesserter Spinneigenschaften erwünscht ist, so muß eine derartige Verbesserung dennoch ohne Reduzierung der Hochtemperaturfestigkeit der verwendeten Platinlegierung erhalten werden.

Wenn auch Düsen für eine Verwendung zum Verspinnen von Glasfasern, die aus den Legierungen hergestellt worden sind, welche Gegenstand der britischen Patentschrift 1 155 563 sind, zufriedenstellend sind, so wurde dennoch nunmehr gefunden, daß die Herstellung derartiger Düsen aus diesen besonderen

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Legierungen sowohl schwierig als auch teuer ist, und zwar sowohl hinsichtlich der Herstellung der Legierung als auch der Herstellung der Düsen aus der Legierung. Ferner ist zur Herstellung der Düsen eine große Menge an wertvollen Metall erforderlich. Die Düsen sind von einer solchen Größe, daß die Anzahl, welche auf der Grundplatte einer Spinnvorrichtung befestigt werden kann, beschränkt ist. Die Anzahl von Fäden, die aus einer solchen Platte versponnen werden kann, ist daher ebenfalls entsprechend begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Ver- ■ fahren zur Herstellung von Glasfasern und zum Schmelzen vorzuschlagen, deren Behälter so ausgelegt sind, daß sie relativ einfach herzustellen sind und sich sehr gut für sine Kontaktierung mit geschmolzenem Glas, insbesondere bei der Herstellung von Glasfäden oder -fasern, eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Glas in einen Behälter mit einem oder mehreren öffnungen gegeben wird, wobei das Behältermaterial wenigstens in der Umgebung jeder öffnung bzw. jede öffnung selbst aus einer Legierung von 9-25 Gewichts-% Rhodium, 1-4 Gewichts-% Gold und sonst, von Verunreinigungen abgesehen, aus Platin besteht, und daß das geschmolzene Glas durch die oder jede öffnung zur Herstellung von Glasfasern abgegeben wird. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, daß der ganze Behälter aus einer solchen Legierung besteht. Außerdem sind Abweichungen von den oben angeführten Prozenten möglich.

Es wurde gefunden, daß derartige Behälter so fest und dauerhaft sind, daß sie den starken Spannungs- und Temperaturbedingungen zu widerstehen vermögen, die bei der Herstellung von Glasfasern während relativ länger Zeitspannen auftreten. Die Löcher können nach einem der üblichen Verfahren hergestellt worden sein, beispielsweise durch Ausstanzen, Ausbohren oder dergleichen.

Derartige Behälter sind auch insofern wirtschaftlicher, als

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sie weniger te;ure Metallegierungen enthalten als die bisher verwendeten, wobei eine größere Anzahl von v/ertvollen Fäden pro Gewichtseinheit an Metall als bisher erzeugt wird.

Wenn auch die Nichtbenetzungseigenschaften, wie beispielsweise der Kontaktwinkel, durch Erhöhung des Goldgehaltes über 4 Gewichts-% hinaus verbessert werden, so wurde dennoch gefunden, daß durch diese Maßnahme ernsthafte Schwierigkeiten bei der Herstellung von Goldlegierungen auftreten, welche derartige Mengen an Gold enthalten.

Legierungen mit mehr als 4 Gewichts-% Gold neigen sehr stark dazu, beim Heißverformen sowie während einer Wärmezyklusbehandlung Risse zu bilden. Derartige Risse sind zwischenkristalline Risse. Daraus geht hervor, daß wenigstens zwei verschiedenePhasen vorliegen, wobei jede Phase Gold, Rhodium und Platin enthält und jede Phase verschiedene Eigenschaften besitzt. Das Vorliegen derartiger zwischenkristalliner P.isse führt nicht nur zu einer verkürzten Gebrauchsdauer der aus den Legierungen hergestellten Komponenten, sondern auch zu Schwierigkeiten bei ihrer Herstellung. Darüber hinaus ist es übliche Praxis, derartige Legierungen einer thermischen Zyklusbehandlung zu unterziehen, um eine homogene Legierung zu erzeugen. Im Falle von Legierungen, die mehr als 4 Gewichts-% Gold enthalten, ist diese Behandlung jedoch unwirksam. Eine Rissbildung tritt auch an geschweißten Verbindungsstellen zwischen den Grundplatten aus derartigen Legierungen und Behälterwänden aus Platinlegierungen, die Io Gewichts-% Rhodium enthalten, auf. Ferner sind Legierungen, die bis zu 4 Gewichts-% Gold enthalten, in wirtschaftlicherer Weise her3ustellen, da sie einfacher zu Behältern zu verschweißen sind.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Spinndüsen zur Herstellung von synthetischen Fasern, beispielsweise Royon-Fasern, Kunstseidefasern sowie Fasern aus künstlicher Wolle aus einer Legierung herzustellen, die 4 - 15 % Gold, 5 - 15 % Rhodium und zum Rest Platin enthält. Bei einer Verwendung als Spinndüse wird eina derartige Legierung der Einwirkung von Temperaturen ausgesetzt, die etwa looo°C niedriger sin-5 als die Temperaturen,

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die bei dar Herstellung von Glasfasern auftraten. Di=? T r?tursn, unter welchen Ilasfasern hergestellt wera.^-r, sind daher beträchtlich höher als diejenigen Tfc:np;*ra türen, unter we Ich-sn synthetische Fasern versponnen werden. Folglich sind. d.i>= ^rTärm?baansnruchungen, welchen die Legierungen ausgesetzt sind, wesentlich stärker.

Wach längeren Zeitspannen eines kontinuierlichen Betriebs wurde gefunden, daß die Glasfasern eine Neigung besitzen, sich leicht zu verschlechtern. Untersuchungen haben ergaben, da3 bei einer derartig hohen Temperatur Gold an die- At^rno"->häre verloren geht, wobei ferner das Durchschicken von g3schmolzenem Glas durch dis Öffnungen zur Folge hat, daß Gold aus der I Legierung bis zu einer Tiefe von loo μ ausgelaugt wird. Darüber hinaus haben Tests ergeben, daß bis zu 5o % des in der Oberflächenschicht von loo μ enthaltenen Goldes ausgelaugt werden können. Die Verschlechterung der Eigenschaften der Glasfäsen ist auf diese verminderte Goldmenge zurück zu f -'ihren.

Gemäß einem weiteren "lerkmal dar Erfindung v/ird ein Verfahren zum Schmelzen von Glas zur Verfügung gestellt, welches darin besteht, Glas in einen Behälter nach der Erfindung einzuführen, und den B-ahälter osriodisch zu tempern, und zwar vorzugsweise in Xontakt mit einem nichtfließenden Glas, wobei das Erhitzen auf eine Te^Oeratur zwischen looo und l5oo°C und vorzugsweise I3oo und l5oo°C erfolgt. Das periodische Tempern f dient dazu, die Legierung zu homogenisieren und in die von Gold erschöpfte Oberflächenschicht weiteres Gold aus den anderen Teilen der Legierung heranzuführen.

In den Rahmen dar Erfindung fallen ferner Glasfasern oder -fäden, dis nach einem der vorstehend geschilderten Verfahren hergestellt worden sind.

In der folgenden Tabelle II worden Vergleichstests zusammengefaßt, welche die verbesserte Benetzungswiderstandsfähigkeit der vorstehend angegebenen Legierungen im Vergleich zu derjenigen von reinem Platin und derjenigen von lo- und 25 %-Rhodium/Platin-Legierungen zeigen.

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Bei dem verwendeten Glas handelt es sich um ein Calcium/ Aluminium/Borsilikat-Glas mit geringem Alkaligehalt, das von Pilkington Bros.Ltd. hergestellt wird und unter der 3ezaichanung E 621 bekannt ist.

Die "Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Benetzen" steht in direkter Beziehung zu der Größe des beobachteten Kontaktwinkels zwischen einem Tropfen aus geschmolzenem Glas und einer horizontalen festen Oberfläche, auf welchem der Tropfan im Gleichgewichtszustand ruht.

Die Gleichgewichtskontaktwinkel werden bei Temperaturen zwischen lloo und I5oo C gemessen. (Daraus folgt jedoch nicht, daß der geringere der zwei Winkel in einem der angegebenen Bereiche der tieferen Temperatur oder der höhere Winkel der höheren Temperatur entspricht).

Tabelle II

Platin

loo
9o
75
89
85
73
88
87
85
82

Material

Rhodium Gold

ο Io 25 Io 14 25 Io Io 12 15

Gleichgewichtskontaktwinkel von 13.621 innerhalb eines Temperaturbereiches von lloo - I5oo C

32 45°

₃₁ ₃₅o

_4o 45°

₄₅ _5oo

55 _6o°

5o 6o°

5₈ ₆₇o

₆₅ ₇₅o

68 78°

Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu ersehen, daß erfindungsgemäße Legierungen sich besonders für eine Verwendung zur Herstellung von Gegenständen eignen, die in der Glasindustrie eingesetzt werden, beispielsweise zur Herstellung von Grundplatten für Spinnvorrichtunge, Tiegeln, korrosionsbeständigen

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Haarfedarn und Streifenaufhängungan fir Galvanometer sowie Wicklungen fir hochwertige Potentioneter.

Fernar fallen in den Rahmen dar Erfindung beispielsweise
Grundplatten fir Spinnvorrichtungen, Tiegel, Haarfedern
odor Streifenaufhängungen für Galvanometer, die unter Verwendung einer erfindunqsgemäßen Legierung hergestellt worden sind.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Glasfasern aus geschmolzenem Glas, dadurch gekennzeichnet, daß Glas in einen Behälter rait einer oder mehreren öffnungen gegeben wird, wobei das Behältermaterial wenigstens in der Umgebung jeder öffnung, bzw. jede öffnung selbst aus einer Legierung von 9-25 Gewichts-% Rhodium, 1-4 Gewichts-% Gold und sonst, von Verunreinigungen abgesehen, aus Platin besteht, und daß das geschmolzene Glas durch die oder jede öffnung zur Herstellung von Glasfasern abgegeben wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Glasfasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Behälter aus der Legierung besteht.
3. Verfahren zur Herstellung von Glasfasern nach einem der. Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung, von Verunreinigungen abgesehen, 9-25 Gewichts-% Rhodium, 1-3 Gewichts-% Gold und sonst Platin enthält.
4. Verfahren zur Herstellung von Glasfasern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung, von Verunreinigungen abgesehen, 87 Gewichts-% Platin, Io Gewichts-% Rhodium und 3 Gewichts-% Gold enthält.
5. Verfahren zur Herstellung von Glasfasern nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung, abgesehen von Verunreinigungen, 85 Gewichts-% Platin, 12 Gewichts-% Rhodium und 3 Gewichts-% Gold enthält.
6. Verfahren zum Schmelzen von Glas nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter periodisch im Temperaturbereich von looo°C bis l5oo°C getempert wird.

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7. Verfahren zum Schmelzen von Glas nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Legierung bestehende Behälter i
wird.

ter im Temperaturbereich zwischen l3oo°C und l5oo°C getempert
8. Verfahren zum Schmelzen von Glas nach einem der Ansprüche

6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern durchgeführt wird, wenn der Behälter geschmolzenes Glas enthält.
9. Glasfasern, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem der Verfahren aus den Ansprüchen 1-8 hergestellt worden sind.

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