DE2257453C2

DE2257453C2 - Werkzeug für die Warmbearbeitung von Glas

Info

Publication number: DE2257453C2
Application number: DE2257453A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Phys. Dr. 5105 Laurensberg Lersmacher; Fritz Pfeil; Karlheinz Schelhas
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1972-11-23
Filing date: 1972-11-23
Publication date: 1974-05-16
Also published as: GB1532693A; JPS5196813A; FR2297819A1; DE2501660A1; BE837608A; DE2257453B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug für die Warm bearbeitung von Glas, insbesondere Quarzglas, das wenigstens an seiner mit dem erhitzten Glas in Berührung kommenden Oberfläche aus einem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt ist. Bei derartigen Werkzeugen handelt es sich z. B. um Auftreiber, Glätter, Kalibrierprofile, Blasformen, Gießformen, Ziehformen, Preßformen, Quetschbacken, Extrusionsdüsen usw.

Die Warmbearbeitung von Glas erfolgt bei Temperaturen bis etwa 1000° C, die von Quarzglas bei Temperaturen bis 1600° C, ja sogar bis zu 2000³ C. Die bei diesen Temperaturen einsetzbaren Werkzeuge müssen formbeständig und abriebfest sein, sie dürfen nicht mit dem Glas chemisch reagieren und auch nicht am Glas kleben.

Dh für die Warmbearbeitung von Glas bisher verwendeten Werkzeuge bestehen vorwiegend aus Metallen, z. B. Messing und Nickellegierungen, oder aus Spezialkohlen und Spezialgraphiten; letztere werden besonders zur Bearbeitung hc-'hschmelzcnder Gläser eingesetzt. Zu diesen Werkstoffen kommen wegen der extremen bedingungen bei der Quarzglasbearbeitung noch Werkzeuge aus Edelmetall-Legierungen hinzu, insbesondere auf der Basis von Platin-Iridium. Ein wesentlicher Nachteil all dieser genannten Werkzcugmaterialien ist eine zu geringe Formbeständigkeit auf Grund unzureichender thermischer, mechanischer und chemischer Widerstandsfähigkeit unter den Bedingungen, wie sie bei der Glasbearbeitung vorliegen. Diese Mangel bewirken nicht nur eine relativ geringe Lebensdauer der Werkzeuge, sondern führen vielfach auch zu störenden Verunreinigungen des zu bearbeitenden Glases, ζ. Β durch Einlagerung abgeriebener Partikel. Bei den Edelmetall-Werkzeugen kommt noch der sehr hohe Preis hinzu.

Alle diese Nachteile werden gemäß der Erfindung bei einem Werkzeug eingangs erwähnter Art dadurch vermieden, daß das Material aus glasartigem Kohlenstoff besteht.

Glasartiger Kohlenstoff ist eine parakristalline Substanz geringer Dichte, bestehend aus mikrokristallinen Bereichen graphit-ähnlicher Struktur, und kann aus bestimmten organischen Polymeren durch Festkörper-Pyrolyse hergestellt werden (vgl. »Chemie-Ingenieur-Technik«, Hefi 9 und 10, 1970, Seiten 659 bis 669). Es ist zwar bekannt, daß glasartiger Kohlenstoff eine hohe Resistenz gegen korrosiven Angriff zeigt, jedoch war nicht ohne weiteres zu erwarten, daß dies auch bei den sehr hohen Temperature!! und Belastungen, welche bei der Glasherstellung auftreten, der Fairsein würde. Glasbearbeitungswerkzcuge, die wenigstens an ihrer Oberfläche aus glasartigem Kohlenstoff bestehen, kleben nicht am Glas, weisen praktisch keinen Abrieb auf und bilden auch keine Owdaiionsprodukte, die gegebenenfalls in das zu bearbeitende Glas eindringen könnten.

ίο Diese hervorragenden Eigenschaften von »Iasarticem Kohlenstoff waren nicht ohne weiteres voraussehbar. Eine Erklärung hierfür kann zur Zeit noch nicht mit Sicherheit abgegeben werden. Vermutlich bildet sich zwischen dem glasartigen Kohlenstoff und ij dem heißen Glas ein Gasfilm in Form von aus dem glasartigen Kohlenstoff austretendem Wasserstoff. Dieser Gaslilm bildet praktisch eine Art Polster zwischen dem heißen Glas und dem Bearbeitungswerkzeug.

Die Eigenschaften der Glasbearbeitungswerkzcuge aus glasartigem Kohlenstoff nach der Erfindung sind vielfach sogar besser als die der Werkzeuge aus Platin-Iriüium. Ihr Preis beträgt aber nur einen Bruchteil der der Edelmetall-Legierungen.

Die Glasbearbeitungswerkzeuge nach der Erfindung können vollständig aus glasartigem Kohlenstoff bestehen und weisen dann Dicken bzw. Wandstärken von etwa 2 bis 4 mm auf. Großformatige Werkzeuge sind vorzugsweise als Verbundkörper ausgebildet und bestehen lediglich an ihrer mit dem erhitzten Glas in Berührung kommenden Oberfläche aus glasartigem Kohlenstoff. Gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung besitzt das Werkzeug einen Grundkörper aus hochtemperalurfestem Material, an dem ein oder mehrere dünne Stücke aus glasartigem Kohlenstoff befestigt sind.

Der Grundkörper kann z. B. aus Graphit, hochschmelzenden Keramiken oder Metallen bestehen. Auf diesem Grundkörper werden Stücke, z. B. Plättchen oder Röhrchen od. dgl., von z. B. 0,5 bis i mm Dicke aus glasartigem Kohlenstoff befestigt. Die Befestigung zwischen Grundkörper und dem glasartigen Kohlenstoff kann erfolgen durch

a) mechanische Verbindungen, wie Schrauben, Nieten od. dgl.,

b) Lötverbindungen,

c) Klebeverbindungen.

Für mechanische Verbindungen verwendet man vorzugsweise Schrauben oder Nieten aus korrosionsfesten Legierungen, z. B. auf der Basis von Cr-Ni-Fe. Für Lötverbindungen kommen insbesondere Karbidbildner in Frage, wie z. B. Zr, Ti, Ta und deren Legierungen oder Metalle bzw. Legierungen auf der Basis von Pt, Au, Ag, gegebenenfalls legiert mit Zr oder Ta. Das Lötmetall wird in Form von Pulver oder Folie zwischen die zu verbindenden Teile gebracht und in einer Schutzgasatmosphäre auf Temperaturen

erhitzt, bei denen Lötverbindungen entstehen.

Für Klebeverbindungen benutzt man Kleber, die unter den späteren Temperaturbelastungen ihre Festigkeit behalten. Solche Kleber besitzen vielfach eine keramische Komponente, z. B. aus ZrO/SiO₂,

mit einem Binder, der während einer Härtungsbehandlung entweder ausgetrieben oder in die Klebemasse als zementierende Komponente einbezogen wird.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand einiger in ;r Zeichnune dargestellter Ausführungsbeispicle

^Dr. ^Fh^ig'K ^{biS 4 2Cigen An;}'^id^n und Schnitte von Glasbearbeilungswerkzeigen nach der Erfindung.

H ?. ι'⁸' η'⁵' ^{Cm Auftreibcr} dargestellt, der einen Halter 1 z.B. aus rostfreiem Stahl, besitzt, an dem

Der Auftreiber nach Fig. 2 weist ebenfalls einen Halter 1 aus rostfreiem Stahl auf, der mit dem eigenthchen kegelförmigen Auftreiber 2 aus glasartigem Kohlenstoff mittels einer Klebeverbindung verbunden ist. Bei einer praktischen Ausführungsform wies der kegelförmige Auftreiber 2 am vorderen Ende einen ,₅ Durchmesser von etwa 2 mm und am hinteren Ende einen Durchmesser von etwa 8 mm auf. Mit diesem Auftreiber wurden zwölf Schliffhi-Isen aus Quarzglas angefertigt. Während der Bearbeitung trat am Werkzeug kern meßbarer Verschleiß oder Korrosion auf. ao Infolgedessen war eine Bearbeitung mit gleichbleibender Exaktheit möglich, so daß alle Schliffhülsen die gleiche Qualität aufwiesen.

Bei Durchführung derselben Arbeit mit Hilfe eines bekannten Auftreibers aus Spezialgraphit zeigte dieser eine starke Korrosion, so daß die Bearbeitungsgenauigkeit von Schliffhülse zu Schliffhülse geringer wurde.

F i g. 3 zeigt eine Einblasform 3 aus glasartigem

; Kohlenstoff; ihrgrößter Innendurchmesser beträgt etwa 20 mm, ihre Wandstärke etwa 2 bis 4 mm. In einer derartigen Einblasform wurden etwa 20 Formstücke aus Quarzglas hergestellt. Ein Verschleiß der Form svar nicht feststellbar, so daß in ihr eine sehr viel größere Stückzahl gefertigt werden könnte. Die Formgebung der erhaltenen Quarzglasstücke war exakt scharfkantig. Hervorzuheben sei die gute Gleitung zwischen ΕΪηblasform und dem heißen Quarzglas, was sich besonders vorteilhaft auswirkte, weil das erweichte Quarzglas während des Formprozesses gedreht werden muß. Eine auch nur annähernd vergleichbare Genauigkeit der Formgebung ist mit üblichen Graphitformen bestenfalls bei der erstmaligen Benutzung zu erreichen.

In F i g. 4 ist ein Kalibrierkörper dargestellt, der

aus einem rohrförmigen Grundkörper 4, z. B. aus Graphit, besteht, auf den ein 2 bis 4 mm dickes Rohr 5 aus glasartigem Kohlenstoff eng passend aufgesteckt ist. Der Durchmesser des Kalibrierkörpers beträgt etwa 30 mm, seine Länge etwa 120 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche:

1. Werkzeug für die Warmbearbeitung von Glas, insbesondere Quarzglas, das wenigstens an seiner mit dem erhitzten Glas in Berührung korn menden Oberfläche aus einem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus glasartigem Kohlenstoff besteht.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Grundkörper aus hochtemperaturfestem Material besitzt, an dem ein oder mehrere dünne Stücke aus glasartigem Kohlenstoff befestigt sind.