DE2142600C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Heißformen von Schichtkörpern hoher Festigkeit aus Glas, Glaskeramik, oder Glas und Glaskeramik - Google Patents

Verfahren zum kontinuierlichen Heißformen von Schichtkörpern hoher Festigkeit aus Glas, Glaskeramik, oder Glas und Glaskeramik

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuielichen Heißformen von Schichtkörpern hoher Festigkeit aus Glas, Glaskeramik oder Glas und Glaskeramik.
Die DE-OS 19 26 824 beschreibt Schichtkörper hoher Festigkeit aus Glas, Glaskeramik oder Glas und Glaskeramik mit einem dehnungs- oder zuggespannten Kernteil und wenigstens einer diesen umgebenden koinnressions- oder druckgespannten Außenschicht, deren Wärmedehnung wenigstens 15 χ 10'/0C. und wenn Kern- und Außenschicht aus einer Glaskeramik bestehen, wenigstens 5x10 '/"C kleiner ist als die des Kernteils. Nach dem zur Herstellung dieser Schichtkörper beschriebenen Verfahren werden gelrennte Ansätze für die einzelnen Schichten geschmolzen. Sodann wird gleichzeitig aus den getrennten Schmelzen ein Schichtkörper bei einer Temperatur gestaltet, bei welcher die Viskosität des Kernteils I — 6mal größer als die der anliegenden Schicht isL
Dieses Viskositätsverhältnis wird als kritisch angese^ hen und betont, es sei notwendig, daß im Augenblick der Schichtbildung die Viskosität der Kernschicht und der anliegenden Schichten in einem Verhältnis von 1 s I bis 6:1 liegen, die Viskosiiät der Kernschicht oder innersten Schicht in aller Regel größer als die der äußeren Schichten ist und in keinem Falle geringer sein darf.
Eine hiervon abweichende Lehre ist auch nicht der ί DE-OS 19 28 587 zu entnehmen, welche die Herstellung von Schichtkörpern aus Glas und/oder Glaskeramik mit abwechselnd druck- und zuggespannten Zwischenschichten zwischen einer Kernschicht und einer Außenschicht behandelt Das in der DE-OS 19 26 824
ίο geforderte Viskositätsverhältnis von Kernschicht und Außenschicht wird als notwendig vorausgesetzt
Wie sich herausstellte, entstehen bei dem Verfahren nach diesen Veröffentlichungen hergestellten Schichtkörpern dabei häufig feine Runzeln auf der Oberfläche der Schichtkörper, die sehr unerwünscht sind. Sie verleihen dem geschichteten Gegenstand ein einer Orangenschale ähnelndes gerunzeltes Aussehen. Wahrscheinlich entstehen sie durch eine leichte Verschiebung der Außenschicht beim Erkalten und Zusammenziehen oder Schrumpfen des Schichtkörpers.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Runzeln auf der Oberfläche von Schichtkörpern zu vermeiden und die Oberfläche des Schichtkörpers glatt zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bildung des Schichtkörpers aus den Ansatzschmelzen bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei der die Viskosität der innersten Schicht bei der schichtbildenden Temperatur um bis das öfache geringer als die der äußersten Schicht ist
Überraschenderweise bleibt die Oberfläche des Schichtkörpers glatt wenn im Gegensatz zu den Verfahren der oben erläuterten Literatur, insbesondere der DE-OS 19 26 824, die Viskosität der Außenschicht nicht kleiner, sondern im Gegenteil größer als die innersten oder Kernschicht bei der Schichtbildungstemperatur ist. Das unerwünschte gerunzelte Aussehen der Oberfläche wird damit erfolgreich vermieden.
Die wegen der geringeren Viskosität der Innenschichten etwas schwierige Herstellung wird durch die sehr viel bessere Oberflächenqualität mehr als ausgeglichen. Im übrigen verleiht auch die größere Viskosität der Außenschicht dem Gegenstand zumindest bei der weiteren Behandlung eine gute Stütze. Günstig ist es auch, wenn die Viskosität etwaiger Zwischenschichten so gewählt wird, daß sie zwischen den Viskositätswerten der Außen- und der Kernschicht liegt oder ihnen äquivalent ist.
Die erfindungsgemäß hergestellt Schichtkörper mit drei oder einer Vielzahl von Schichten haben eine verbesserte Oberflächenqualität und weisen im übrigen alle günstigen Eigenschaften der Schichtkörper nach der DE-OS 19 26 824 und 19 28 587 auf. Insbesondere kann bei niedriger Innenspannung in die Außenschichten eine sehr hohe Druckspannung eingeführt werden. Während in einem getemperten Glaskörper das Verhältnis der höchstzulässigen Druckspannung zur maximalen Zugspannung nur etwa 2 :1 beträgt, liegt dieses Verhältnis bei Dreischichtkörpern im Bereich Von 5al— 20 : ! und bei Mehrschichtkörpern sogar 5 s I —50 :1. Die von der jeweiligen Spannungsenefgie abhängige Heftigkeit eines Bruches ist in den erfindungsgemäßen Schichtkörpern daher ganz wesentlich geringer als in getemperten Glaskörpern. Im Gegensatz
zu warmgeteirtperteri Glaskörpern steht die maximale Gesamtspannung der erfindungsgemäßen Schichtkör·1 per nicht in Beziehung zu der absoluten Dicke des Körpers, sondern nur zu dem Verhältnis der Dicke der
Kernschicht zu dem der benachbarten Schichten.
Die Biegefestigkeit der Schichtkörper beträgt etwa 105-350 N/mm2. Bei einer 350 N/mm2 übersteigenden Belastung verlaufen etwaige Brüche unter Umständen heftig. Die günstigen Festigkeitswerte werden durch geregelte Einstellung der Dehnungsdifferenz und Dicke benachbarter bzw. anliegender Schichten erreicht
Für die Messung der Belastung eines Schichtkörpers ist die am niedrigsten Erstarrungspunkt jeder Schicht und der benachbarten Schichten einsetzende Spannung wesentlich. Der Erstarrungspunkt wird als die 5° C über der Entspannungstemperatur (dem unteren Spannungspunkt) liegende Temperatur bezeichnet. Statt die Spannung direkt zu messen, läßt sich ein Annäherungspunkt der Spannung aus der im Bereich von 0-3000C gemessenen Wärmedehnungsdifferenz multipliziert mit der Differenz des niedrigsten Erstarrungspunktes zur Verwendungstemperatur errechnen. Am Erstarrungspunkt muß also eine Mindestdifferenz der jeweiligen Wärmeausdehnaijgskoeffizienten gegeben sein. In einem ociiiciiucorpcr aus vjias Guer \~rias UHu Glaskeramik muß die Wärmedehnung einer druckgespannten Schicht wenigstens 15 χ 10~7/°C niedriger sein als die der benachbarten zuggespannten Schichten. In nur aus glaskeramischem Material bestehenden Schichtkörpern, deren niedrigster Erstarrungspunkt um mehrere hundert Grad über dem eines Glases liegt, ist zur Erzielung einer verbesserten Festigkeit eine Dehnungsdifferenz von um 5 χ 10"7/Co ausreichend.
Die Dehnungsdifferenz steht mit der Dicke der 3η verschiedenen Scl'chten in Beziehung. Nach besonders günstiger bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens beträgt die Wärmedehnung des Kerns oder der inneren Schichten etwa 50-100 χ 10 -VC und die der äußeren Schichten 30-8OxIO-V0C. Die behnungsdifferenz κ benachbarter Schichten liegt meistens im Bereich von 15-7OxIO-V0C.
Ein weiterer, die Spannung wesentlich beeinflussender Faktor ist das Verhältnis der Gesamtdicke der zuggespannten Schichten zur Gesamtdicke der druckgespannten Schichten. In einem aus drei Schichten aufgebauten Körper soll dieses Verhältnis 10:1 — 30 :1, vorzugsweise 15:1, betragen. Bei einem unter 10:1 liegenden Verhältnis verlaufen Brüche heftig, während bei einem Verhältnis über 30:1 die äußerste Schicht sehr dünn wird, so daß mit Ausnahme sehr massiver Körper die Außenschicht leicht beschädigt und durchitoßen werden kann.
Bei Gegenständen mit einer Vielzahl von Schichten beträgt der brauchbare Bereich 5:1— 50 : 1. und die Gesamtdicke der druckgespannten Schichten kann wegen der Stärke der Innenschichten verhältnismäßig gering sein. Das Verhältnis der Dicke der Kernschicht zur Dicke der übrigen Schichten liegt hier meist im Bereich von 10:1 -400 : 1.
Zu den mannigfaltigen Anwendungsgebieten gehört z. B die Herstellung von dünnwandigem, aber festem Tafelgeschirr oder von Windschutzscheiben. Ein günstiges Merkmal ist hierbei die hohe Festigkeit bei geringem Gewicht und niedrigem Querschnitt, wobei die aus einer Vielzahl Von Schichten aufgebauten Gegenstände besonders vorteilhaft sind.
Windschutzscheiben werden beispielsweise haupt* sächlich durch Steinschlag beschädigt, der durch andere Fahrzeuge aufgeschleudert wird« Bei einem Mehrj schichtkörper durchdringt ein aufgeworfener Stein die äußerste düfchgespännte Schicht, Und der entstehende Riß pflanzt sich durch die benachbarte züggespännte Schicht fort Die folgende druckgespannte Schicht bleibt dagegen unbeschädigt Das entsprechend gilt für die Stoß- und Schlagfestigkeit von Tafelgeschirr.
Die Herstellung erfolgt durch Erschmelzen getrennter Ansätze für die einzelnen Schichten, die dann mit der gewünschten Dicke und in der erstrebten Anordnung aneinandergefügt werden. Hierbei kommt der Viskosität wesentliche Bedeutung zu. Im Gegensatz zum deutschen Patent 19 26 829 ist zu der erfindungsgemäß erreichten besseren Oberflächenqualität eine größere Viskosität der Außenschicht erforderlich. Das Patent hatte eine 1 — 6mal größere Viskosität der zuggespannten Kernschicht als der Außenschicht bei der Schichtbildungstemperatur und vorzugsweise ein Verhältnis von 2.1—4:1 vorgeschlagen, um bei der Herstellung der Schichtkörper die Außenschicht durch die Kernschicht zu stützen. Als unerwünschte Nebenwirkung tritt dabei aber eine einer Orangenschale vergleichbare geschrumpelte Oberflächenbeschaffenheit auf. Diese wird überraschenderweise vermieden, ohne sonstige Herstellungsschwierigkciten herbeizuführen, wenn im Gegensatz zum Vorschlag des Hauptpatents die Viskosität der Außenschicht größer, und zwar bis zum das sechsfache größer ist als die der zuggespannten Kernschicht Das bevorzugte Viskositätsverhältnis liegt zwischen i : 1 und 4 :1.
Bei der Herstellung kann die Temperatur der verschiedenen Schichten gleich oder verschieden sein, wesentlich ist nur die Einhaltung des angegebenen Viskositätsverhältnis.-ies. Die Viskositätswerte der Zwischenschichten liegen dabei zwischen denen der Kern- und Außenschicht oder sind diesen äquivalent
Im Einzelfall hängt die zu wählende Viskosität von dem herzustellenden Produkt und der Herstellungsweise ab. Tafelgeschirr kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß die heißen Schichtbahnen auf Formen gelegt werden, in diese durchsacken, am Rand beschnitten und aus der Form genommen werden. Für dieses Verfahren sind Viskositstsweaj von weniger als 500 Pa-s am besten geeignet Zum Ausziehen von Stäben oder Rohren kommen Viskositäten von etwa 5000 - 20 000 Pa · s in Frage, während für im Aufwärtsziehverfahren hergestelltes Tafelglas meist Viskositäten von 10 000-25 000 Pa · serforderlich sind.
Zur Vermeidung einer Entglasung bei der Schichtbildung muß die jeweilige Liquidustemperatur der einzelnen Schichten unter der Schichibildungstemperatur liegen. In der Regel wird der Schichtkörper bei Temperaturen von 1200-13500C hergestellt. Die bevorzugte Temperatur ist 12750C.
Bisweilen muß der Schichtkörper noch warm narhbehandelt werden, 7. B. zur Bildung einer Opalphase oder zur Kristallisierung in situ zu einer Glaskeramik. Soll der Körper ohne äußere Abstützung behandelt werden, ohne dabei seine Form zu verlieren, so wird die Viskosität der Außenschicht bei den in Frage kommenden Temperaturen (maximal etwa 8500C) günstigerweise größer als die der Innenschichten sein. Die Außenschicht wirkt dann als Stütze für die flüssigeren Innenschichten. In diesem Fall ist die Viskosität der Außenschicht also nicht nur bei der Schichtbildungstemperatur, sondern auch Bei der Warrribehandiürigstempe* ratür größer als die der zuggespannleh lnrienschichleri,
Zur Vermeidung einer Verformung der druckge·' sparinten Außr.nschicht bei der Warmbehandlung beträgt ihre Anlaßtemperatur (Kühltemperatur, oberer SpännüngspUnkE Wenigstens 60O0C und vorzugsweise wenigstens 7ÖÖSC, Ist eine nachfolgende Warmbehand'
:o
lung nicht vorgesehen, so kann ihre AnlaBtemperatur auch unter 600° C betragen, und die Viskosität kann der der Kernschicht bei der einer Warmbehandlung entsprechenden Temperatur gleich sein.
Die für den Erfindungsvorschlag in Frage kommenden durchsichtigen, opalisierbaren oder thermisch kristallisierbaren Gläser entsprechen grundsätzlich denen des Hauptpatents. Auch Kombinationen verschiedener Gläser sind möglich. In Frage kommende Glaszusammensetzungen sind beispielsweise in Gew.-°/o und auf Oxidbasis:
I. Durchsichtige Schichtkörper:
(1) Kalzium-Aluminium-Silikatgläser:
(a) 50-65% SiO2
(b) 10-20"/0Al2O3
(c) 5-25% CaO
(d) 0-12% MgO
(e) 0-10% B2O3
(f) 0-12% insgesamt BaO, SrO, ZnO und La2O3
(g) 0- 5% insgesamt Li2O, Na2O, K2O, TiO2 und ZrO2
(2) Barium-Aluminium-Silikatgläser: ■>-,
(a) 40-60% SiO2
(b) 5-15% Al2O3
(c) 20-50% BaO
(d) 0-25% SrO
(e) 0-10% insgesamt La2O3, B2O3, CaO, MgO, TiO2, ZrO2, PbO, ZnO, CdO und P2O5
(3) Alkaü-Aluminium-Silikatgläser:
(a) 50-75% SiO2
(b) 10-30% Al2O3 J5
(c) 5 - 25% insgesamt Alkalimetalloxid, wobei Na2O wenigstens die Hälfte der Gesamtmenge bildet und 0 — 6% ausmacht
(d) 0-20% insgesamt Erdalkalimetalloxide
(e) 0-10% insgesamt La2O3, TiO2, ZrO2, Nb2O5, ZnO. CdO, GeO2, PbO, Bi2O3, CeO2 und B2O3
(f) O- 2% insgesamt As2O3 und Sb2O3
(g) O- 1.5% Cl
(h) O- 5% insgesamt Cr2O3, MnO2, Fe2O3, CuO. CoO, Nd2O5, V 2O5 und NiO
(c) 7-14% Na2O
(d) 5-12% ZnO
(e) 2,5-7% F
(O O- 3% insgesamt As2O3, CaO, MgO, B2O3, Li2O und BaO
IV. Glaskeramische Schichtkörper, Nephelinphase, Zinkorthosilikat-Kernbildung. Thermisch kristallisierbare Glasansätze:
(a) 44-61% SiO2
(b) 19-23% Al2O3
(c) 10-14% Na2O
(d) 7-10% ZnO
,5 (e) 3- 6% F und
(O O- 3% insgesamt As2O3, CaO, MgO, B2O3, Li2O und BaO
45
II. Spontane Opalglasschichtkörper:
(a) 50-75% SiO2
(b) 3-20%Ai,O3
(c) 3-20% insgesamt Alkalimetalloxide, wobei Na2O wenigstens ein Drittel der Gesamtmenge bildet und K2O 0-8% ausmacht
(d) O - 20% insgesamt Erdalkalimelalloxide
(e) O -10% insgesamt La2O3, TiO2, ZrO2, Nb2O5, ZnO, CdO, GeO2. PbO. Bi2O3, CeO2 und B2O3
(O O- 2% insgesamt As2O3 und Sb2O3
(g) O- 1.5% Cl
(h) O- 5% insgesamt Cr2Oi, MnO2, Fe2O3, CoO,
CuO, Nd2Oi. V2O5 und NiO
(i) 2- 8% F
III. Durch Wärmebehandlung entstehende Opalgläser:
(a) 50-70% SiO2
(b) 15-25"/0AI2O3
50
55
60
V. Glaskeramische Schichtkörper, Nephelinphase, Titanoxid-Kernbildung. Thermisch kristallisierbare Glasansätze:
(a) 50-65% SiO2
(b) 20-30% Al2O3
(c) 15-20% insgesamt Na2O und CaO, enthaltend 9 - 20% Na2O und 0-9% CaO
(d) 0,25-3% MgO
(e) 3- 6% TiO2
(O O- 5% insgesamt CdO, ZnO, As2O3, K2O und B2O3
Die folgenden Beispiele erläuterr die Herstellung der Schichtkörper ohne Beschränkung.
Beispiel I
Zwei getrennte Glasströme für durchsichtige Mantelschichten bestanden aus (in Gew.-% auf Oxidbasis): 64,1% SiO2,16,1% AbOs.17.6% CaO und 2,2% B2O3. Ein durchsichtiges Kernglas hatte die Zusammensetzung: 57,5% SiO2, 20% Al2O3, 13% Na2O, 4.3% K2O, 3,2% CaO und 2% MgO. Die drei Glasströme wurden bei etwa 1300° C zu einem Dreischichtenkörper zusammengeschmolzen. Bei dieser Temperatur betrug die Viskosität des Kernglases ca. 450 Pa · s, was ein Viskositätsverhältnis von Mantel/Kern von etwa 1,2 :1 ergab. Die Liquidustemperatur des Mantels war etwa 1196° C, die des Kerns etwa 1058° C
Die heiße Schichttafel wurde in eine suppentassenförmige Form mit den Tassenformabmessungen 11 cm Durchmesser am oberen Rand, 7,6 cm Bodendurchmesser und 3.5 cm Höhe durchsacken gelassen. Die Kernschicht war etwa 2 mm dick, und jede Mantelschicht besaß einen Durchmesser von 0,05 cm, was ein Dickenverhältnis von Kern zu Mantelschichten von etwa 20 :1 ergab. Der Anlaßpunkt des Kernglases war 633° C. der des Mantelglases 764" C, die Wärmedehnung des Kerns etwa 92,1 χ 10-VC, die der Vlantelsuhichten 46,2 χ 10-VC (bei 0-30O0C). Die Kombination dieses Dickenverhältnisses und der unterschiedlichen Wärmedehnung ergab einen Bruchmodul des Schichtkörpers von etwa 315 "Mm2 und eine Schlagfestigkeit von bis zu 0,08' mkg. Empirisch wurde für Tafelgeschirr eine erforderliche Mindestschlagfestigkeit von 0,04 mkg ermittelt.
Zur qualitativen Bestimmung der Bruchfestigkeit der hergestellten Tasse wurde ein Stanzstempel auf die Mitte des Tasseiibodens gesetzt und mit zunehmender Kraft aufgeschlagen, bis die Tasse brach. Bei durch-
schnittlich 5 Tassen entstanden bei geringer Bruchheftigkeit etwa 5 — i O Bruchstücke.
In den weiteren Beispielen wurde, soweit nicht anders angegeben, wie nach dem Beispiel I vorgegangen*
Beispiel II
Mantelglas 58,7% SiO2, 18,1% Al2Q3, 4,5% B2O3, 11,7% GaO, 7% MgO
Kerngläs 58,5% SiO2,15,5% Al2O3,8,5% Na20,4% to K20,6,5% MgO, 7% GaO
Schichtbildungstemperatur 1300°C Viskosität des Kernglases 70 Pa · s Viskosität des Mantelglases 120 Pa · s
Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1,7 :1 15
Liquidustemperaturdes Mantelglases 1166° C Liquidustemperaturdes Kernglases 1167°C Anlaßtemperatur des Kernglases 638° C Anlaßtemperatur des Mantelglases 7240C Wärmedehnung des Kerngiäses B'2,3 χ iö-'/"G 20 Wärmedehnung des Mantelglases 44,1 χ iO~7/°C Bruchmodul = 266 N/mm2
Schlagfestigkeit 0,061 mkg
Zahl der Bruchstücke 10
Bruchheftigkeit gering 25
Beispiel III
Mantelglas 62,2% SiO2,14,5% Al2O3,233% CaO 30
Kernglas 48,1 % SiO2,63% AI2O3,41,6% BaO, 3,8% SrO
Schichtbildungstemperatur 1300°C Viskosität des Kernglases 13OPa-S
Viskosität des Mantelglases 140 Pa · s 35
Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1,1 :1 Liquidustemperaturdes Mantelglases 1139°C Liquidustemperatur des Kernglases 1188° G Anlaßtemperatur des Kernglases 706° C
Anlaßtemperatur des Mantelglases 772" C 40
Wärmedehnung des Kernglases 733 x 10"V0C Wärmedehnung des Mantelglases 54,5 χ 10 ~7/° C Bruchmodul = 168 N/mm2
Schlagfestigkeit 0,04 mkg
Zahl der Bruchstücke 10 45
Bruchheftigkeit gering
Beispiel IV
Mantelglas 583% SiO2, 14,8% Al2O3, 50
145% CaO. 63% B2O3,5% MgO Kernglai 64,86% SiO2. 6,22% Al2O3, 15,2% GaO, 336% Na2O. 3.21% K2O, 4,7% B2O3, 0,75% MgO, 3,24% F (spontanes Opalglas)
Schichtbildungstemperatur 1300° C 55
Viskosität des Kernglases 65 Pa - s Viskosität des Mantelglases 68 Pa - s Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1,05 :1 Liquidustemperatur des Mantelglases 1089° C Liquidustemperatur des Kernglases (opal) 1150° C 60 Anlaßtemperatur des Kernglases 605° C Anlaßtemperatur des Mantelglases 706° C Wärmedehnung des Kernglases 71,6 χ 10~7/°C Wärmedehnung des Mantelglases 47,7 χ 10-7/°C Bruchmodul = 210 N/mm2 65
Schlagfestigkeit 0,041 mkg
Zahl der Bruchstücke 10
Bruchheftigkeit sehr gering
Beispiel V
Mantelglas 64,2% SiO2, 11,7% Al2O3, 7,7% CaO, 3% Na2O, 1,5% K2O1 1,4% B2O3, 1,7% MgO1 8,7% ZnO
Kernglas 64,21% SiO2, 6,29% Al2O3, 14,97% GäO, 2,12% Na20,3,98% K20,4,62% B2O3,0,69% MgO, 3,12% F(spontanes Opalglas) Schichtbiidungstemperatur 1300° G Viskosität des Kernglases 70 Pa ■ s Viskosität des Mahtelglases 350 Pa · s yiskositätsverhältnis Mantel/Kern 5 :1 Liquidustemperaturdes Mantelglases 1O94°C Liquidustemperaturdes Kernglases 1245°C Anlaßtemperatur des Kernglases 631°C Anlaßtemperatur des Mantelglases 672° C Wärmedehnung des Kernglases 70,7 χ 10-70C Wärmedehnung des Mantelglases 47,7 χ 10-'/°G Bruchmodul = 196 N/mm2 Schiagfesiigkeii 0,04 mkg Zahl der Bruchstücke 10 Bruchheftigkeit sehr gering
Beispiel VI
Mantelglas 58,7% SiO2, 18% Al2O3, 11,7% GaO, 4,5% B2O3,7,1% MgO Kerngläs wie Beispiel V Schichtbildungstemperatur 1300°C Viskosität des Kernglases 70 Pa · s Viskosität des Mantelglases 120 Pa · s Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1,7 :1 Liquidustemperatur des Mantelglases 1166° C Liquidustemperaturdes Kerngiäses (opal) 1245°C Anlaßtemperatur des Kernglases 63PC Anlaßtemperatur des Mantelglases 7243C Wärmedehnung des Kernglases 70,7 χ 1O-V°G Wärmedehnung des Mantelglases 44,1 χ 10~7/°G Bruchmodul = 210 N/mm2 Schlagfestigkeit 0,041 mkg Zahl der Bruchstücke 10 Bruchheftigkeit sehr gering
Beispiel VII
Mantelglas wie in Beispiel VI Kernglas 67.2% SiO2,6.2% AI2O3,153% GaO, 13% B2O5. 43% Na2O, 13% K2O. 43% F (spontanes Opalglas)
Schichtbildungstemperatur 1300°C Viskosität des Kernglases 65 Pa · s Viskosität des Mantelglases 12OPa-S Viskositätsverhältnis Mantel/Kern2 :1 Liquidustemperatur des Mantelglases 1 Iv-1O0C Liquidustemperatur des Kernglases (opal) 1250°G Anlaßtemperatur des Kemglases667°C Anlaßtemperatur des Mantelglases 724° C Wärmedehnung des Kernglases 733 χ 10-7/°C Wärmedehnung des Mantelglases 44,1 χ 10-'/° C Bruchmodul = 217 N/mm2 Schlagfestigkeit 0,042 mkg Zahl der Bruchstücke 10 Bruchheftigkeit sehr gering
Beispiel VIII
Mantelglas 59,7% SiO2, 143% AI2O3, 14,5% CaO, 4,4% B2O3,6.5% MgO Kernglas wie in Beispiel IV Schichtbfldungstemperarur 130Ö°C Viskosität des Kernglases 65 Pa - s
Viskosität des Mantelglases 74Pa-S
Viskositätsverhältnis Mantel/Kern I1I : 1
Liqutdusternperatur des Mäntelglases 1176"G
Liquidustefnperaturdes Kernglases (opal) I I5O*G Anlaßtemperatur des Kernglases 605°C
AnlaQtemperatur des Mantelglases 713°C
Wärmedehnung des Kernglases 71,6 χ 10-'/0C
Wärmedehnung des Mantelglases 46,9 χ 10-7/° G
IMichmodul = 210 N/mm2
Schlagfestigkeit 0,041 mkg
Zahl der Bruchstücke weniger als 10
Bruchheftigkeit sehr gering
Beispiel IX
Mantelglas 60,6% SiO2, 14,3% Al2O3, 13,9% CaO, 4,9% Na20,63% ZnO
Kernglas 53,3% SiO2, 21% Al2O3, 13,2% Na2O, 8,7% ZnO, 3,8% F (thermisch kristallisierbar), in Siiu-Kristallisation des Kerns des Schichtkörpers (Kerndicke = 23 mm, Manteldicke = 0,15 mm) durch Erhitzen auf 6600C mit 300°C/StdM sodann auf 7500C mit 30°C/Std., 1 Std. Halten; Kernbildner; Zink-Orthosilikat; Nephelin-Glaskeramik mit einer Wärmedehnung von 80 χ 10-VC
Schichtbildungstemperatur 1300° C
Viskosität des Kernglases 75 Pa · s
Viskosität des Mantelglases 120 Pa · s
Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1,6 :1
Liquidustemperatur des Mantelglases 11400C
Liquidustemperaturdes Kernglases 1197° C
Anlaßtemperatur des Kernglases 549°C
Anlaßtemperatur des Mantelglases 686° C
Wärmedehnung des Kernglases 80 χ 10-7/°C(nach Kristallisation)
Wärmedehnung des Mantelglases 48 χ 10-'/°C
Bruchmodul = 280 N/mm2
Schlagfestigkeit 0,061 mkg
Zahl der Bruchstücke 10 - 50
Bruchheftigkeit gering
Beispiel X
Mantelglas 623% SiO2.14,5% Al2O3,23,2% CaO
Kernglas 58.92% SiO2, 15,69% AI2O3, 10,18% Na20,8,59% ZnO. 4,67% F, 154% CaO (thermisch kristallisierbar), in situ-Kristallisation des Kerns des Schichtkörpers durch Erhitzen auf 66O0C mit 400°C/Std, dann auf 720° C mit 100°C/Std. und 1 Std. Halten; Kernbildner; Zink-Orthosilikat; Nephelin-Glaskeramik; Wärmedehnung 70 χ 10-7/" C Schichtbildungstemperatur 1300° C
Viskosität des Kernglases 130 Pa · s
Viskosität des Mantelglases 140 Pa ■ s
Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1,08:1
Liquidustemperatur des Mantelglases 1076° C
Liquidustemperaturdes Kernglases 1139°C
Anlaß temperatur des Kernglases 546° C
Anlaß temperatur des Mantelglases 772° C
Wärmedehnung des Kernglases 70 χ 10-7/°C (nach Kristallisation)
Wärmedehnung des Mantelglases 54 χ 10-VC
Bruchmodul = 211.4 N/mm2
Schlagfestigkeit 0,04 mkg
Zahl der Bruchstücke 50
Bruchheftigkeit gering
Beispiel Xl
Mantelglas 63,4% SiO2, 15,9% AI2O3, 11,3% CaO, 2,2% B2O3,6,3% ZnO, 0,9% Li2O
Kernglas 52,43% SiO2, 25,42% Al2O3, 10% Na2O, 7,47% CaO, 0,94% MgO, 3,74% TiO2 (thermisch
ίο kristallisierbar), in situ-Kristallisation des Kerns des Schichtkörpers durch Erhitzen auf 740"C mit 300°C/Std., V2 Std. Halten, dann auf 8500C mit 30°C/Std.. 1 Sld. Halten, Kühlen auf Zimmertemperatur. Titanoxid als Kernbildner, Nephelin-Glaskeramik, Wärmedehnung 95 χ 10 - 1I" C
Schichtbildungstemperatur 13000C
Viskosität des Kernglases 200 Pa · s
Viskosität des Mantelglases 280 Pa ■ s
Viskositätsverhältnis Mantel/Kern 1.4 :1
Liquidus'emperatur des Mantelglases 1160°C
Liquidustemperaturdes Kernglases 1245°C
Anlaßtemperatur des Kernglases 703°C
Anlaßtemperatur des Mantelglases 682° C
Wärmedehnung des Kernglases 95 χ 10-7/°C (nach Kristallisation)
Wärmedehnung des Mantelglases 41,4 χ 10- 7/° C
Bruchmodul = 420 N/mmJ
Schlagfestigkeit 0,11 mkg
Zahl der Bruchstücke 50
Bruchheftigkeit ziemlich gering
Art Stelle von Schichtkörpern nur aus Glas oder teilweise aus Glas und teils aus Glaskeramik können die Schichtkörper auch ganz aus Glaskeramik bestehen.
Auch hier erfolgt die Kristallbildung zweckmäßig in situ durch entsprechende Wärmebehandlung des geformten Schichtkörpers, die hier aber auch auf 850° C übersteigende Temperaturen erfolgen kann. Die obigen Angaben hinsichtlich des Dickenverhältnisses von Kern- und Mantelschicht sowie der unterschiedlichen Wärmedehnung gelten grundsätzlich auch für ganz aus Glaskeramik bestehende Schichtkörper, jedoch mit der folgenden Erweiterung. Wie zuvor erwähnt, steht die mechanische Festigkeit in Beziehung zu der durch die unterschiedliche Wärmedehnung bei der Erstarrungstemperatur der weichesten Schicht erzielten Spannung. Die Erstarrungstemperatur der weichesten Glaskeramik liegt aber meistens um einige hundert Grad höher als die eines Glases. Bei gleicher Spannung kann der
so Wärmedehnungsunterschied geringer sein, weil die Differenz zwischen der Erstarrungs- und der Ge-'örauchstemperatur in einem ganz aus Glaskeramik aufgebauten Schichtkörper größer ist als in einem teils aus Glas bestehenden Schichtgebilde. Während daher die Dehnungsdifferenz in einem ganz aus Glaskeramik bestehenden Schichtkörper meistens wenigstens 15XlO-7V0C beträgt, sind auch Dehnungsdifferenzen von 5XlO-V0C und sehr niedrige oder sehr hohe Dehnungskoeffizienten möglich, also auch außerhalb des für teils aus Glas bestehende Schichtkörper brauchbaren Bereiches.

Claims (6)

Patentanspruch:
1. Verfahren zum kontinuierlichen HeiBformen von Schichtkörpern hoher Fer>;gkeit aus Glas, Glaskeramik oder Glas und Glaskeramik, deren äußerste Schicht druckgespannt und deren innerste Schicht zuggespanni ist, bei dem für jede Schicht ein Ansatz geschmolzen und im wesentlichen gleichzeitig aus den Schmelzen ein Schichtkörper gestaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des Schichtkörpers aus den Ansatzschmelzen bei einer Temperatur vorgenommen wird, bei der die Viskosität der innersten Schicht bei der schichtbfldenden Temperatur um bis das 6fache geringer als die der äußersten Schicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität der zwischen der innersten und der äußersten Schicht gelegenen Schicht so gewählt wird, daß sie zwischen den Viskositätswerten der innersten und äußersten Schicht liegt oder diesen äquivalent ist
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtbildung bei einer Temperatur von 1 200 — 1350° C vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtkörper aus drei Schichten aufgebaut wird und das Verhältnis der Dicke der innersten Schicht zu der Dicke der äußersten Schicht auf einen Verhältniswert von 10:1—30:1 eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtkörper aus mehr als drei Schichten aufgebaut und das Verhältnis der Gesamtdicke der zuggespannten Schichten zur Gesamtdikke der druckgespannten Schichten auf einen Verhältniswert von 5 :1 - 50 :1 eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke der innersten Schicht zur Dicke jeder der druckgespannten Schichten auf einen Verhältniswert von 10:1 -400 :1 eingestellt wird.
DE2142600A 1970-08-28 1971-08-25 Verfahren zum kontinuierlichen Heißformen von Schichtkörpern hoher Festigkeit aus Glas, Glaskeramik, oder Glas und Glaskeramik Expired DE2142600C3 (de)

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