DE664602C

DE664602C - Verfahren zum Haerten von Glasgegenstaenden

Info

Publication number: DE664602C
Application number: DEC51553D
Authority: DE
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1935-04-17
Filing date: 1936-04-18
Publication date: 1938-09-02
Also published as: US2145119A; FR803803A; GB452268A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Härten von Glasgegenständen und insbesondere eine vorbereitende Hitzebehandlung derartiger Gegenstände, bevor sie gehärtet werden.

Beim Härten eines Glasgegenstandes ist es üblich, diesen zunächst auf eine Temperatur zu erhitzen, die möglichst hoch über dem Entspannungsbereich des Glases liegt, und ihn darauf abzuschrecken. Die allgemein anerkannte Theorie ist, daß die in der fertigen Ware erzeugten bleibenden Spannungen um so höher sind, je höher die Temperatur ist, auf die das Glas vor dem Abschrecken erhitzt wird. Um die höchsten erreichbaren Spannungen in einem Glasgegenstand zu erhalten, war man daher bisher bestrebt, den Gegenstand auf eine Temperatur zu bringen, die in der Nähe des Erweichungspunktes des

ao Glases liegt, aus dem der Gegenstand hergestellt wird.

Man hielt es ferner bisher für notwendig, die Erwärmung so lange fortzusetzen, bis die gesamte Glasmasse eine möglichst gleichmäßige Temperatur angenommen hat. Da die Wärme dem Glasgegenstand durch seine Oberfläche zugeführt wird, so ist zunächst die Oberfläche wesentlich heißer als der Kern, und nur durch langdauernde Erwärmung läßt sich gleichmäßige Erwärmung erzielen.

Bei der Durchführung des bekannten Härteverfahrens hat sich nun gezeigt, daß die Erwärmung des Glases durchgehend auf gleichmäßig hohe Temperatur, zweckmäßig auf die Erweichungstemperatur, nicht angängig ist, weil der Gegenstand so weich wird, daß er seine Form verliert. Aus dem Grunde erwärmt man die Glasgegenstände nicht bis an den Erweichungspunkt des Glases, so daß der größtmögliche Spannungsgrad im Glase nicht erreicht werden kann.

Bei gewissen Glaszusammensetzungen, beispielsweise bestimmten Borsilicatgläsern und Gläsern mit hohem Alkaligehalt, besteht weiter auch die Gefahr einer Entglasung, wenn sie für längere Zeit auf Temperaturen gehalten werden, die gleich oder annähernd gleich der Erweichungstemperatur dieser Glasarten sind. Eine derartige Entglasung beeinträchtigt die physikalische und chemische Beschaffenheit des Glases und verringert seine Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit und andere Einflüsse, so daß es für viele Zwecke unverwendbar wird.

Erfindungsgemäß werden die Nachteile des bekannten Härteverfahrens dadurch vermie-

den, daß die Wärmebehandlung in zwei voneinander getrennten Stufen durchgeführt wird; der Glasgegenstand wird während der ersten Stufe genügend lange erhitzt, um ein«' gleichmäßige Temperatur anzunehmen, di,e_ jedoch vorzugsweise nur wenig über derti¹ Entspannungsbereich des betreffenden Glase: liegt, aus dem der Gegenstand gemacht ist, während der Gegenstand bei der zweiten to Wärmebehandlung; für kurze Zeit einer wesentlich höheren Temperatur unterworfen wird, so daß sie nur die Oberflächen des Glasgegenstandes weiter erwärmen kann, worauf er dann anschließend abgeschreckt wird. Bei der ersten Wärmebenandlung bis in die Nähe der Entspannungstemperatur (dicht darüber oder dicht darunter) kann ein Weichwerden oder ein Entglasen des Glasgegenstandes nicht eintreten. Bei der nachfolgenden kurzzeitigen Wärmebehandlung bis an oder gar über die Erweichungstemperatur werden im wesentlichen nur die Oberflächen des Glases die hohe Temperatur annehmen, während die Temperatur des Kernes dabei so weit unterhalb der Erweichungstemperatur bleibt, daß ein Weichwerden und damit Verformen des ganzen Gegenstandes nicht eintreten kann. ■ Auch ein Entglasen der Oberfläche kann infolge der zweiten nur kurzzeitigen Wärmebehandlung nicht eintreten.

Es hat sich auch gezeigt, daß nach dem Verfahren der Erfindung erhitzte Glasgegenstände beim Abschrecken von ihren hohen auf ganz niedrige Temperaturen nicht zerstört ..' 35 werden. Wenn auch der Grund hierfür nicht mit Sicherheit festgestellt werden kann, so dürfte doch folgende Erklärung zutreffend sein:

Laboratoriumsversuche haben gezeigt, daß die höchsterreichbare Zugfestigkeit des Glases gewöhnlich etwa 680 kg/cm² beträgt; dieser Wert ist aber nur zu erreichen, wenn das Glas keine Oberflächtnfehler, wie Risse, Kratzer,, abgeblätterte Stellen u. dgl., besitzt, die aber häufig bei der Behandlung der Gegenstände entstehen. Diese Oberflächenfehler tragen also in hohem Maße dazu bei, den höchsterreichbaren Spannungsgrad zu verringern, der in einem Glasgegenstand erzeugt werden kann, da sie die Oberfläche des Glases so stark schwächen, daß Bruch eintritt, wenn es den hohen Zugkräften ausgesetzt ist, die durch das plötzliche Abschrecken erzeugt werden, es sei denn, daß durch Verringerung des Temperatursturzes die erzeugten Spannungen so stark gemildert werden, daß der endlich erreichte Spannungsgrad weit geringer ist als der, den das Glas theoretisch aushalten könnte.

6q Es kann nun angenommen werden, daß durch die zweite Wärmebehandlung auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur die Oberfläche des Glases stark erweicht, gewisser-,;maßen verschmolzen wird, so daß Fehler, wie ^Kf-iatzer, Risse u. dgl., verschwinden und das Ötag aus diesem Grunde viel größeren Temperaturstürzen ohne Schaden ausgesetzt wer-" Jen kann.

Für gewisse Zwecke ist es wünschenswert, den Gegenstand während der zweiten Erhitzungsstufe für kurze Zeit einer Temperatur auszusetzen, die weit über der Erweichungstemperatur des Glases liegt. Für andere Zwecke kann es wiederum vorteilhaft sein, für längere Zeit eine Temperatur anzuwenden, die etwas niedriger ist als die Erweichungstemperatur. Ob eine höhere Tempe- ■ ratur für kurze Zeit oder eine niedrigere Temperatur für eine entsprechend längere Zeit Verwendet werden soll, ist zum Teil willkür-Hch, im allgemeinen jedoch von dem erwünschten Grad und der Art des Abschreckens, von der Form des Gegenstandes sowie von dem Zustand seiner Überfläche und anderen Faktoren abhängig, die sich nach den jeweiligen Betriebsbedingungen und der verwendeten Apparatur ändern.

Bei der Ausführung der Erfindung wird ein Glasgegenstand, beispielsweise ein Deckglas für einen Flugplatzscheinwerfer, welches einen Durchmesser von 21 cm hat und dessei Stärke am Rand 2,2 cm beträgt und in der Mitte bis zu 4,4 cm ansteigt und welches aus einem Borsilicatglas mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist, in einem Ofen erhitzt, der eine Temperatur von 525 bis 550° C hat. Die Erhitzung dauert zweckmäßig· etwa 30 Minuten, aber mindestens, so lange, bis das ganze Deckglas durchweg angenähert eine gleichförmige Temperatur angenommen hat. Bei dieser Temperatur ist das Glas noch so fest, daß der Gegenstand sich nicht verbiegt. Nachdem der Gegenstand angenähert eine gleichmäßige Temperatur von 550° C angenommen hat, wird er etwa 2 Minuten einer Temperatur von ungefähr 8oo° C ausgesetzt. Während dieser Zeit werden die Oberflächenschichten des Glases auf eine Temperatur erhitzt, die beträchtlich höher ist als diejenige der inneren Teile. Selbst wenn dabei die Oberfläche weich wird, erleidet jedoch der Gegenstand keine Formveränderung, weil das Innere noch genügend fest ist. Nach dieser Erhitzung wird der Gegenstand in eine Kühlflüssigkeit gebracht, die beispielsweise aus einem Ölbad besteht, das eine Temperatur von etwa i8o° C hat. Diese Behandlung ergibt Gegenstände, die einen hohen Spannungsgrad haben, und verringert außerdem die. Verluste, die sonst dadurch entstehen, daß die Glasgegenstände zusammensacken und sich werfen. Auf Grund der ver-

hältnismäßig kurzen Dauer der Behandlung bei der höheren Temperatur kann ferner keine Entgläsung eintreten.

Bei der Herstellung von Waren anderer Art aus einem Glas der oben geschilderten Beschaffenheit, z. B. bei der Herstellung von Manometerschutzgläsern, den sog. Klinger-* gläsern, die im allgemeinen eine Länge von 20 bis 30 cm, eine Stärke von etwa 1,7 cm und eine Breite von etwa 3,1 cm haben, ist es vorteilhaft, die Behandlungszeiten und die Temperaturen etwas abzuändern. Glasgegenstände dieser Art werden beispielsweise zuerst einer Temperatur von etwa 550⁰ ausgesetzt und werden etwa 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, bis sie überall eine gleichmäßige Temperatur angenommen haben. Darauf werden sie etwa 2 bis 2¹^ Minuten einer Temperatur von etwa 920 bis 930⁰ C ausgesetzt, worauf sie in einem flüssigen Kühlbad gekühlt werden, das aus der eutektischen Mischung von Natriumnitrat und Kaliumnitrat besteht und auf einer Temperatur von etwa 250⁰ gehalten wird.

Bei der Herstellung von Gegenständen anderer Formen, beispielsweise beim Härten einer Kasserolle von % 1 Inhalt, die aus Borsilicatglas hergestellt ist und eine Wandstärke von etwa 0,6 cm hat, ist es empfehlenswert, den Gegenstand mindestens 10 bis 12 Minuten einer Vorerhitzungstemperatur von etwa 595° C auszusetzen und ihn darauf etwa ι Minute und 45 Sekunden in einem Ofen stehenzulassen, in dem eine Temperatür von etwa 900⁰ C herrscht. Unmittelbar hierauf wird die Kasserolle in ein Kühlbad getaucht, das aus der eutektischen Mischung von Natriumnitrat und Kaliumnitrat besteht und auf einer Temperatur von 285⁰ C gehalten wird. Diese Behandlung ergibt ein Gefäß, dessen maximale Zugfestigkeit etwa 2 kg/mm³ beträgt und dessen Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkung von Wärme mindestens doppelt so groß ist wie diejenige eines ausgeglühten Gegenstandes derselben Art.

Dasselbe allgemeine Verfahren kann bei der Herstellung von Gegenständen aus Kalkglas verwendet werden, beispielsweise bei der Herstellung einer Kasserolle, die ein Fassungsvermögen von ³J₄ 1 hat und eine Wandstärke von etwa 0,3 cm besitzt. Ein Gefäß aus diesem Material wird zuerst etwa 10 bis 12 Minuten einer Vorerhitzungstemperatur von etwa 565° C und darauf etwa 40 Sekunden einer Temperatur von etwa 900⁰ C ausgesetzt. Unmittelbar darauf wird das Gefäß En ein Kühlbad getaucht, das aus Natriumnitrat und Kaliumnitrat, vorzugsweise in den oben angegebenen Verhältnissen, besteht und auf einer Temperatur von etwa 400⁰ C gehalten wird. Das Glas wird dann eine höchste Spannung von etwa 2 kg/mm² haben und eine Widerstandsfähigkeit gegen die Einwirkungen von Hitze zeigen, die im wesentlichen gleich ist derjenigen eines ähnlichen, aber ausgeglühten Gefäßes, das aus einem Borsilicatglas mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist.

Aus obigem geht hervor, daß die Erfindung bei Gegenständen der verschiedensten Größe und Form und bei Glasarten mit den verschiedensten physikalischen Eigenschaften verwendet werden kann. Auch können verschiedene Kühlmittel benutzt werden, und nach einfachen Versuchen ist es auch möglieh, das beschriebene Verfahren bei Härtungsbehandlungen im allgemeinen zu verwenden.

Im vorhergehenden bedeutet der Erweichungspunkt den Punkt, bei dem das Glas eine Viscosität von io⁷'⁰ besitzt. In dem Entspannungspunkt ist die Viscosität des Glases gleich ι ο¹⁴»⁶. Die Erweichungstemperatur und die Entspannungstemperatur sind die Temperaturen, bei denen die oben angegebenen Viscositäten des Glases auftreten.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Härten von Glasgegen- go ständen, bei dem dieser Gegenstand erhitzt und danach abgeschreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasgegenstand, der zunächst durchgehend auf eine Temperatur in der Nähe seines Entspannungspunktes erwärmt ist, durch eine weitere kurze, starke Erhitzung nur an seinen Oberflächen auf eine Temperatur gebracht wird, die nahe oder sogar über dem Erweichungspunkt des Glases liegt, worauf too der Glasgegenstand in üblicher W^Teise abgeschreckt bzw. gehärtet wird.