FR2865471A1 - Glass material, for thermal insulation applications, is hardened chemically to give a structured depth of alkaline ion concentrations from the surface with a given surface stress and core viscosity point - Google Patents

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    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/007Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by thermal treatment

Abstract

The glass material which has been chemically hardened, for thermal insulation applications, has a concentration of alkaline ions from the surface to a depth of at least 100 mu m, a surface stress of at least 200 MPa and a core viscosity point of at least 550[deg]C. The alkaline ions are preferably Na +>, Li +> and K +>. The glass has a thickness of 2-7 mm.

Description

2865471 VITRE TREMPEE POUR ISOLATION THERMIQUE2865471 TEMPERED GLASS FOR THERMAL INSULATION

L'invention concerne un verre ou une vitre ayant subi une trempe chimique utilisable notamment dans le domaine de la cuisson domestique, en tant que porte de four (plus particulièrement fours dits à pyrolyse ), poêle, cuisinière, pare-feu, insert de cheminée et plus généralement pour séparer deux atmosphères gazeuses aux températures différentes.  The invention relates to a glass or glass having undergone chemical quenching which can be used especially in the field of domestic cooking, as an oven door (more particularly pyrolysis furnaces), stove, stove, fireproof, chimney insert and more generally to separate two gaseous atmospheres at different temperatures.

Le verre utilisé dans le domaine qui vient d'être décrit doit généralement pouvoir: résister à des températures élevées, notamment jusqu'à 530 C, le plus longtemps possible, résister à ce qu'une atmosphère chaude (notamment jusqu'à 530 C) se trouve d'un côté de la vitre alors qu'une atmosphère froide (notamment la température ambiante, c'est-à-dire généralement de 18 à 40 C) se trouve de l'autre côté, résister aux chocs thermiques tels que ceux décrits dans la norme EN60335- 2-6, et notamment celui créé par une aspersion d'eau froide (par exemple 20 C) sur l'une de ses faces principales alors même que l'autre face est en contact avec une atmosphère chaude (par exemple 530 C), résister aux chocs mécaniques, présenter une résistance mécanique suffisante compte tenu de son emploi, notamment lorsque l'on souhaite pouvoir utiliser la vitre comme porte sans utilisation d'un cadre pour la porter.  The glass used in the field which has just been described must generally be able to: withstand high temperatures, especially up to 530 C, for as long as possible, withstand a hot atmosphere (especially up to 530 C) is on one side of the glass while a cold atmosphere (including ambient temperature, that is to say generally 18 to 40 C) is on the other side, withstand thermal shocks such as those described in standard EN60335-2-6, and in particular that created by spraying cold water (for example 20 C) on one of its main faces even though the other side is in contact with a hot atmosphere ( for example 530 C), withstand mechanical shocks, have sufficient mechanical strength given its use, especially when it is desired to use the glass as a door without the use of a frame to carry it.

Cet ensemble de propriétés peut au moins en partie être apporté ou approché par des compositions particulières de verre ou céramique comme certains verres borosilicatés où certaines vitrocéramiques. Cependant ces compositions particulières présentent des coûts élevés.  This set of properties can at least partly be brought or approximated by particular glass or ceramic compositions such as certain borosilicate glasses or certain glass ceramics. However, these particular compositions have high costs.

Les verres trempés thermiquement ou chimiquement apportent une bonne résistance mécanique mais ils sont réputés se relaxer rapidement, ce qui signifie que l'avantage conféré par la trempe est trop vite perdu compte tenu des applications visées. De plus, la trempe chimique de certains verres est difficile à réaliser et non réellement envisagée compte tenu du faible coefficient de diffusion des ions concernés par la trempe chimique.  Thermally or chemically hardened glasses provide good mechanical resistance but they are known to relax rapidly, which means that the advantage conferred by the quenching is too quickly lost in view of the intended applications. In addition, the chemical quenching of some glasses is difficult to achieve and not really considered given the low diffusion coefficient of the ions involved in chemical quenching.

2865471 2 Selon l'invention, un verre (ou une vitre) particulier ayant subi une trempe chimique suffisamment prononcée de façon à ce que la profondeur d'échange ionique (ions alcalins) soit d'au moins 100 pm et de façon à ce que la contrainte de surface soit d'au moins 200 MPa, convient dans le cadre des applications sus- mentionnées. Dans le cadre de l'invention, le verre de départ, c'est-à- dire avant la trempe chimique, doit présenter les caractéristiques suivantes: un point de viscosité ( strain point en anglais, ce qui correspond à la température à laquelle la viscosité du verre est de 1014'5 poises) d'au moins 550 C et de préférence d'au moins 570 C - de préférence un coefficient d'interdiffusion des ions alcalins échangés à 400 C d'au plus 9.10-17 m2.s-1, de préférence un rapport du coefficient d'interdiffusion à 490 C des ions alcalins échangés sur le coefficient d'interdiffusion à 400 C des ions alcalins échangés d'au moins 20.  According to the invention, a particular glass (or glass) having undergone a sufficiently pronounced chemical quenching so that the ion exchange depth (alkaline ions) is at least 100 μm and so that the surface stress is at least 200 MPa and is suitable for the above-mentioned applications. In the context of the invention, the starting glass, that is to say before the chemical quenching, must have the following characteristics: a point of viscosity (strain point in English, which corresponds to the temperature at which the the viscosity of the glass is 1014'5 poise) of at least 550 ° C. and preferably at least 57 ° C., preferably a coefficient of interdiffusion of the alkali ions exchanged at 400 ° C. of at most 9 × 10 -17 m2.s -1, preferably a ratio of the interdiffusion coefficient at 490 C of the alkali ions exchanged on the interdiffusion coefficient at 400 C of the alkali ions exchanged by at least 20.

L'invention fait donc appel à un verre présentant un faible coefficient d'interdiffusion à 400 C des ions échangés. Selon l'invention, on peut même utiliser un verre présentant un faible coefficient d'interdiffusion à 490 C des ions échangés, notamment un verre dont le coefficient d'interdiffusion à 490 C des ions échangés est inférieur à 2.10-15 m2.s-1. De ce point de vue, l'invention va à contre- courant dans le domaine de la trempe chimique puisqu'elle fait appel à un verre présentant un faible coefficient d'interdiffusion des ions, ce qui traduit une faible aptitude à la trempe chimique, pour néanmoins le tremper chimiquement.  The invention therefore uses a glass having a low interdiffusion coefficient at 400 C of the exchanged ions. According to the invention, it is even possible to use a glass having a low interdiffusion coefficient at 49 ° C. of the ions exchanged, in particular a glass whose interdiffusion coefficient at 49 ° C. of the ions exchanged is less than 2.10-15 m.sup.2. 1. From this point of view, the invention goes counter-current in the field of chemical quenching because it uses a glass having a low coefficient of interdiffusion ions, which reflects a low quenchability chemical, nevertheless to chemically soak it.

L'opération de trempe chimique est en elle-même connue dans son principe. On peut appliquer une technique de trempe chimique classique à l'invention en l'adaptant du fait que l'on utilise un verre au départ peu apte à la trempe chimique, et d'autre part en la menant suffisamment longtemps pour que les valeurs souhaitées de profondeur d'échange ionique et de contrainte de surface soient obtenues.  The chemical quenching operation is itself known in principle. A conventional chemical quenching technique can be applied to the invention by adapting it because a glass which is initially not very suitable for chemical quenching is used, and on the other hand by taking it long enough for the desired values to be achieved. of ion exchange depth and surface stress are obtained.

La trempe chimique modifie la surface du verre. Cependant le coeur reste inchangé, de sorte qu'après la trempe chimique, le point de viscosité à coeur est celui du verre avant la trempe chimique.  Chemical quenching modifies the surface of the glass. However, the core remains unchanged, so that after chemical quenching, the core viscosity point is that of the glass before chemical quenching.

Avant le traitement par trempe chimique, le verre de départ doit contenir un oxyde d'alcalin. Cet oxyde peut être Na2O ou Li2O, et être présent dans le verre à 2865471 3 raison par exemple de 1 à 20% en poids. Le traitement de trempe chimique consiste à remplacer des ions alcalins initialement dans le verre par d'autres ions alcalins plus gros. Si l'oxyde initial est Na2O, on applique une trempe chimique par traitement au KNO3, de façon à remplacer au moins partiellement des ions Na' par des ions K+. Si l'oxyde initial est Li2O, on appliquer une trempe chimique par traitement au NaNO3 ou au KNO3, de façon à remplacer au moins partiellement des ions Li+ suivant le cas par des ions Na' où K. La trempe mène à un gradient de concentration en ions K+ ou Na' perpendiculairement à au moins l'une des faces principales et décroissant à partir de ladite face principale.  Before the quenching treatment, the starting glass must contain an alkaline oxide. This oxide may be Na2O or Li2O, and may be present in the glass for example from 1 to 20% by weight. The chemical quenching treatment consists of replacing alkaline ions initially in the glass with other larger alkaline ions. If the initial oxide is Na2O, chemical quenching is applied by KNO3 treatment, so as to at least partially replace Na 'ions with K + ions. If the initial oxide is Li2O, chemical quenching is applied by NaNO3 or KNO3 treatment, so as to at least partially replace Li + ions as appropriate with Na 'or K ions. Tempering leads to a concentration gradient in K + or Na 'ions perpendicular to at least one of the main faces and decreasing from said main face.

Le verre final selon l'invention est un verre minéral à base de silice et alcali-mixte, c'est-à-dire comprenant au moins deux oxydes d'alcalin différents (notamment du fait de la trempe chimique qu'il a subit). II contient en général 50 à 80% de silice SiO2. Il contient en général 5 à 30% d'oxyde d'alcalin de formule M20 dans laquelle M est un alcalin comme Na, K ou Li. Avant la trempe chimique, le verre utilisé comprend la même quantité de silice et sensiblement la même quantité totale d'oxyde d'alcalin, la différence avec le verre final étant que le verre de départ peut ne contenir qu'un seul oxyde d'alcalin. La trempe chimique produit un échange en ions alcalins, sans modifier la teneur totale molaire en oxyde d'alcalin.  The final glass according to the invention is a mineral glass based on silica and alkali-mixed, that is to say comprising at least two different alkaline oxides (in particular because of the chemical quenching it has undergone) . It generally contains 50 to 80% silica SiO2. It generally contains 5 to 30% of alkaline oxide of formula M20 in which M is an alkali such as Na, K or Li. Before the chemical quenching, the glass used comprises the same amount of silica and substantially the same total amount of alkaline oxide, the difference with the final glass being that the starting glass may contain only one alkaline oxide. Chemical quenching produces an exchange of alkaline ions, without altering the total molar content of alkaline oxide.

Généralement, la trempe chimique est réalisée en plongeant le vitrage à traiter dans un bain chaud du sel choisi (généralement NaNO3 ou KNO3). Ce bain contient le sel concentré. La trempe chimique est généralement réalisée entre 380 C et 520 C, et de toute manière à une température inférieure à la température de ramollissement du verre à traiter. La trempe chimique produit un échange d'ions à la surface du verre traité sur une profondeur pouvant aller par exemple jusqu'à 300 pm. Cet échange d'ion est à l'origine de gradients de concentration en ion alcalin. Généralement ce gradient se caractérise par une diminution de la concentration en ions apportés par la trempe chimique (généralement K+ ou Na+) à partir de la face principale et en direction du coeur du vitrage. Ce gradient existe entre la surface et par exemple une profondeur d'au plus 300 pm.  Generally, the chemical quenching is carried out by immersing the glazing to be treated in a hot bath of the salt chosen (generally NaNO 3 or KNO 3). This bath contains the concentrated salt. The chemical quenching is generally carried out between 380 ° C. and 520 ° C., and in any case at a temperature below the softening temperature of the glass to be treated. Chemical quenching produces an ion exchange at the surface of the treated glass to a depth of, for example, up to 300 μm. This ion exchange is at the origin of alkaline ion concentration gradients. Generally this gradient is characterized by a decrease in the concentration of ions provided by the chemical quenching (usually K + or Na +) from the main face and towards the core of the glazing. This gradient exists between the surface and for example a depth of at most 300 μm.

La profondeur d'échange en ions Pe peut être déterminée a) soit par dans laquelle a représente le % molaire d'oxyde alcalin initial dans le verre (par exemple Na2O ou Li2O), mi représente la masse totale initiale (avant trempe) du verre en grammes, Mv représente la masse molaire du verre en g/mole, Am représente la prise de poids du verre pendant la trempe en grammes, ev représente l'épaisseur du verre en micromètres, Pe étant ainsi obtenu en micromètres, b) soit par un profil microsonde auquel cas elle est définie par la profondeur pour laquelle la teneur en ions apportés par la trempe est égale à celle de la 15 matrice verrière à 0,5% près.  The ion exchange depth Pe may be determined a) either by where a represents the mol% of initial alkali oxide in the glass (for example Na2O or Li2O), mi represents the initial total mass (before quenching) of the glass in grams, Mv represents the molar mass of the glass in g / mol, Am represents the weight gain of the glass during quenching in grams, ev represents the thickness of the glass in micrometers, Pe being thus obtained in micrometers, b) either by a microprobe profile in which case it is defined by the depth for which the ion content brought by quenching is equal to that of the glass matrix to within 0.5%.

On note par ailleurs que la trempe chimique confère à la vitre une résistance mécanique améliorée. Ceci la rend particulièrement apte à être utilisée avec des charnières (en tant que porte) directement intégrées dans la vitre, sans besoin d'un cadre porteur. On peut cependant prévoir de protéger tout de même les bords de la vitre contre les chocs mécaniques, par exemple par un joint (non nécessairement porteur) en métal comme en aluminium ou en acier inoxydable. Un tel joint est placé en bordure de la vitre.  It is also noted that chemical quenching gives the glass an improved mechanical strength. This makes it particularly suitable for use with hinges (as a door) directly integrated into the window, without the need for a support frame. However, it is possible to protect the edges of the glass all the same against mechanical shocks, for example by a seal (not necessarily carrier) of metal such as aluminum or stainless steel. Such a seal is placed at the edge of the window.

Le verre ou la vitre selon l'invention trouve une utilisation notamment comme paroi externe (généralement faisant partie d'une porte) de four à pyrolyse ou poêle ou insert de cheminée. Dans le cas d'un four à pyrolyse, la vitre fait généralement partie d'une paroi (ce qui inclut les portes) comprenant au moins deux vitres parallèles et généralement au plus cinq vitres parallèles, et dans la plupart des cas trois vitres parallèles, lesdites vitres parallèles étant séparées par une lame d'air. La paroi comprenant la vitre selon l'invention peut être au moins l'une d'elles et plus particulièrement celle en contact direct avec l'atmosphère interne du four, laquelle peut être portée entre 460 et 530 C. La paroi comprenant la vitre selon l'invention peut séparer l'intérieur du four à pyrolyse dont -Jr xMvxevxAm Pe = 32xaxmi 2865471 5 l'atmosphère est généralement portée à une température allant de 460 à 530 C, de l'extérieur du four en contact avec l'air ambiant. Dans le cas des poêles et inserts de cheminée, la vitre est généralement seule pour isoler l'intérieur du poêle ou de la cheminée de l'atmosphère de la pièce. Dans ce cas, la vitre selon l'invention réalise elle-même une séparation entre une atmosphère chaude portée à une température allant de 300 à 530 C et une atmosphère froide constituée par l'air ambiant d'une pièce. On considère dans le cadre de la présente demande que l'air ambiant est à la température moyenne d'une pièce portée entre 18 et 40 C, notamment environ 20 C.  The glass or glass according to the invention finds use particularly as external wall (usually part of a door) of pyrolysis furnace or stove or fireplace insert. In the case of a pyrolysis furnace, the window is generally part of a wall (which includes doors) comprising at least two parallel windows and generally not more than five parallel windows, and in most cases three parallel windows, said parallel panes being separated by an air gap. The wall comprising the window according to the invention can be at least one of them and more particularly that in direct contact with the internal atmosphere of the oven, which can be raised between 460 and 530 C. The wall comprising the window according to the invention. the invention may separate the interior of the pyrolysis furnace of which the atmosphere is generally brought to a temperature ranging from 460 to 530 C, from the outside of the furnace in contact with the ambient air . In the case of stoves and fireplace inserts, the glass is usually only to insulate the interior of the stove or fireplace from the atmosphere of the room. In this case, the window according to the invention itself carries out a separation between a hot atmosphere brought to a temperature ranging from 300 to 530 C and a cold atmosphere constituted by the ambient air of a room. In the context of the present application, it is considered that the ambient air is at the average temperature of a room brought between 18 and 40 ° C., in particular about 20 ° C.

Compte tenu de l'utilisation envisagée, la vitre selon l'invention peut notamment généralement supporter au moins l'une des conditions suivantes sans se casser: a) chauffe à 500 C dans l'air au moins 300 heures, suivie d'une chauffe à 300 C pendant 1 heure, suivie immédiatement (ce qui signifie qu'on ne laisse pas la vitre se refroidir) d'une aspersion d'eau à 20 C, b) à 400 C dans l'air au moins 3 ans, suivi immédiatement (ce qui signifie qu'on ne laisse pas la vitre se refroidir) d'une aspersion d'eau à 20 C d'un côté de la vitre, - c) l'une des faces principales étant en contact avec une première atmosphère gazeuse (neutre chimiquement vis-à-vis de la vitre, comme notamment de l'air) à une température allant de 350 à 530 C, l'autre face étant en contact avec une seconde atmosphère gazeuse (neutre chimiquement vis-à-vis de la vitre, comme notamment de l'air) à une température inférieure d'au moins 50 C, voire d'au moins 100 C par rapport à la température de la première atmosphère gazeuse, ces conditions étant maintenues pendant au moins 2 heures et suivies d'une aspersion immédiate d'eau à 20 C sur le côté ayant été en contact avec l'atmosphère la plus chaude. La température de la seconde atmosphère gazeuse peut être celle de l'air ambiant d'une pièce.  Given the intended use, the window according to the invention can in particular generally withstand at least one of the following conditions without breaking: a) heating at 500 C in the air for at least 300 hours, followed by heating at 300 C for 1 hour, followed immediately (which means that the glass is not allowed to cool) with water spraying at 20 C, b) at 400 C in the air for at least 3 years, followed by immediately (which means that the glass is not allowed to cool) of a water spraying at 20 C on one side of the glass, - c) one of the main faces being in contact with a first atmosphere gaseous (chemically neutral vis-à-vis the glass, such as air) at a temperature ranging from 350 to 530 C, the other face being in contact with a second gaseous atmosphere (chemically neutral vis-à-vis of the glass, such as in particular air) at a temperature of at least 50 ° C., or even at least 100 ° C., relative to the temperature of the glass. the first gaseous atmosphere, these conditions being maintained for at least 2 hours and followed by an immediate sprinkling of water at 20 C on the side having been in contact with the hottest atmosphere. The temperature of the second gaseous atmosphere may be that of the ambient air of a room.

d) dans un vitrage comprenant plusieurs vitres parallèles (par exemple 2 ou 3 ou 4 ou 5 vitres), la vitre selon l'invention étant en association avec d'autres vitres parallèles à elle, les différentes vitres étant séparées par des lames d'air, et ce de façon à ce que ledit vitrage sépare une 2865471 6 première atmosphère (neutre chimiquement vis-à-vis de la vitre, comme notamment de l'air) à une température allant de 350 à 530 C, d'une seconde atmosphère gazeuse (neutre chimiquement vis-à-vis de la vitre, comme notamment de l'air) à une température inférieure d'au moins 50 C, voire d'au moins 100 C par rapport à la température de la première atmosphère gazeuse, ces conditions étant maintenues pendant au moins 2 heures et suivies d'une aspersion immédiate d'eau à 20 C sur le côté ayant été en contact avec l'atmosphère la plus chaude. Dans cette application, la vitre selon l'invention peut se trouver en contact avec l'atmosphère la plus chaude. Dans cette application, toutes les vitres peuvent être selon l'invention. La température de la seconde atmosphère gazeuse peut être celle de l'air ambiant d'une pièce.  d) in a glazing unit comprising a plurality of parallel panes (for example 2 or 3 or 4 or 5 panes), the window pane according to the invention being in association with other panes parallel to it, the various panes being separated by glass panes; air, and this so that said glazing separates a first atmosphere (chemically neutral vis-à-vis the glass, such as air) at a temperature ranging from 350 to 530 C, a second a gaseous atmosphere (chemically neutral vis-à-vis the glass, such as air) at a temperature of at least 50 C, or at least 100 C below the temperature of the first gaseous atmosphere, these conditions being maintained for at least 2 hours and followed by an immediate sprinkling of water at 20 C on the side having been in contact with the hottest atmosphere. In this application, the window according to the invention can be in contact with the hottest atmosphere. In this application, all the windows can be according to the invention. The temperature of the second gaseous atmosphere may be that of the ambient air of a room.

La vitre selon l'invention peut avoir une épaisseur allant de 2 à 7 mm.  The window according to the invention may have a thickness ranging from 2 to 7 mm.

L'invention est plus particulièrement applicable aux vitres ayant une épaisseur allant de 2,8 à 5 mm, notamment environ 3 mm. La vitre est généralement plane.  The invention is more particularly applicable to panes having a thickness ranging from 2.8 to 5 mm, in particular about 3 mm. The window is usually flat.

Le verre ou la vitre selon l'invention peut être compris(e) dans une porte, notamment comprenant des charnières directement intégrées dans ladite vitre. Le verre ou la vitre ou la porte selon l'invention peut être compris(e) dans une cuisinière ou pare-feu ou insert de cheminée ou poêle ou four notamment du type à pyrolyse. De façon plus générale, le verre ou la vitre selon l'invention peut servir pour séparer deux atmosphères gazeuses aux températures différentes, la première étant à une température allant de 300 à 530 C, la seconde étant à une température inférieure d'au moins 50 C par rapport à la première, voire d'au moins 100 C par rapport à la première, voire à la température ambiante, et ce avec des risques atténués de casse grâce à la bonne résistance aux chocs thermiques.  The glass or window according to the invention may be included in a door, in particular comprising hinges directly integrated in said window. The glass or glass or the door according to the invention can be included in a stove or firewall or fireplace insert or stove or oven including the pyrolysis type. More generally, the glass or glass according to the invention can be used to separate two gas atmospheres at different temperatures, the first being at a temperature ranging from 300 to 530 C, the second being at a temperature of at least 50 C compared to the first, or at least 100 C with respect to the first, or even at room temperature, and with reduced risks of breakage due to the good resistance to thermal shock.

L'aptitude d'une vitre à se prêter à l'usage visé par la présente invention peut notamment être déterminé en la soumettant à des cycles répétés de chauffage à 500 C ou 400 C suivi d'un choc thermique à 400 C par une aspersion d'eau à 20 C sur un côté de la vitre, jusqu'à rupture de la vitre. Plus la vitre supporte de cycles, plus elle est apte à l'usage visé. La vitre selon la présente invention peut supporter au moins 50 de ces cycles, voire au moins 100 cycles, voire au moins 200 cycles.  The ability of a window to lend itself to the use targeted by the present invention can in particular be determined by subjecting it to repeated heating cycles at 500 ° C. or 400 ° C. followed by a thermal shock at 400 ° C. by spraying. water at 20 C on one side of the glass, until the glass breaks. The more cycles the window supports, the more suitable it is for the intended use. The window according to the present invention can withstand at least 50 of these cycles, or even at least 100 cycles, or even at least 200 cycles.

2865471 7 Lorsque la durée de telles déterminations est particulièrement long, on peut estimer la durée à partir d'un calcul fondé sur des mesures réalisées à plus haute température pour accélérer le test. Par exemple, on peut estimer une durée de tenue à 400 C à partir de tests réalisés à 500 C. Pour ce faire, l'inventeur a trouvé que l'on pouvait utiliser la formule suivante: Durée estimée pour 400 C = Durée mesurée à 500 C. CD5001CD400 dans laquelle CD50o est le coefficient d'interdiffusion à 500 C des ions alcalins échangés et CDaoo est le coefficient d'interdiffusion à 400 C des ions alcalins échangés. Cette approximation a été utilisée pour l'exemple 2.  When the duration of such determinations is particularly long, the duration can be estimated from a calculation based on measurements made at a higher temperature in order to accelerate the test. For example, a holding time of 400 C can be estimated from tests carried out at 500 C. To do this, the inventor found that the following formula could be used: Estimated time for 400 C = Time measured at 500 C. CD5001CD400 wherein CD50o is the interdiffusion coefficient at 500 C of the alkaline ions exchanged and CDa 0o is the coefficient of interdiffusion at 400 C of the alkali ions exchanged. This approximation was used for Example 2.

Dans les exemples qui suivent, on a utilisé les appellations ou abréviations suivantes: -Pe: profondeur d'échange en ions alcalins suite à la trempe chimique, - Cs: contrainte de surface, - SP: point de viscosité, -CD: coefficient d'interdiffusion des ions alcalins échangés, -CD490: coefficient d'interdiffusion à 490 C des ions alcalins échangés, - CD40o: coefficient d'interdiffusion à 400 C des ions alcalins échangés, -Tt: Température de la trempe chimique -Dt: durée de la trempe chimique -nbre cycles: nombre de cycles 500 C/aspersion d'eau à 20 C pour obtenir la rupture de la vitre.  In the examples which follow, the following terms or abbreviations are used: -Pe: depth of exchange in alkaline ions following the chemical quenching, - Cs: surface stress, - SP: point of viscosity, -CD: coefficient of Interdiffusion of the alkaline ions exchanged, -CD490: coefficient of interdiffusion at 490 C of the exchanged alkaline ions, -CD40o: coefficient of interdiffusion at 400 C of the alkaline ions exchanged, -Tt: Temperature of the chemical quenching -Dt: duration of chemical quenching - number of cycles: number of cycles 500 C / sprinkling of water at 20 C to obtain the rupture of the glass.

Pour les exemples, on a utilisé les techniques de mesure suivantes: profondeur d'échange: mesure par prise de poids (équation a), avant et après trempe chimique -contrainte de surface: mesure par stratoréfractomètre (appareil notamment décrit dans la thèse de C. Guillemet Thèse de Docteur Ingénieur , Faculté des sciences, Paris (1968)).  For the examples, the following measurement techniques were used: depth of exchange: measurement by weight gain (equation a), before and after chemical quenching - surface stress: measurement by stratoréfractomètre (device notably described in the thesis of C Guillemet PhD Thesis of Doctor Engineer, Faculty of Sciences, Paris (1968)).

EXEMPLESEXAMPLES

On a utilisé les verres de marque Solidion, Planilux et CS77 commercialisés par Saint-Gobain Glass France.  Solidion, Planilux and CS77 branded glasses marketed by Saint-Gobain Glass France were used.

2865471 8 Le Tableau 1 donne les valeurs de point de viscosité SP ( Strain Point ), ainsi que les valeurs des coefficients d'interdiffusion CD de ces verres pour les températures utilisées dans les exemples.  Table 1 gives the SP (Strain Point) viscosity point values, as well as the values of the CD interdiffusion coefficients of these glasses for the temperatures used in the examples.

SP CD CD490ICD400 à 400 C: 4,5.10"15 m2.s-' à 460 C: 2,3.10-14 m2.s-1 10,5 Solidion 500 C à 490 C: 4,5.10.14 m2.s-1 à 500 C: 5,8.10-14 m2.s-1 à 400 C: 1,0.10-16 m2.s-1 à 460 C: 1,3.10"15 m2.s-1 38,0 Planilux 505 C à 490 C: 3,4.10-15 m2.s-1 à 500 C: 4,5.10"15 m2.s-1 à 400 C: 3,8.10.17 m2.s-1 à 460 C: 4,3.10-16 m2.s-1 24,5 CS77 585 C à 490 C: 9,35.10-16 m2.s-1 à 500 C: 1,4.10-15 m2.s-1  SP CD490ICD400 CD at 400 C: 4.5.10 "15 m2.s- 'at 460 C: 2.3.10-14 m2.s-1 10.5 Solidion 500 C at 490 C: 4.5.10.14 m2.s- 1 to 500 C: 5.8.10-14 m2.s-1 to 400 C: 1.0.10-16 m2.s-1 to 460 C: 1.3.10 "15 m2.s-1 38.0 Planilux 505 C to 490 C: 3.4.10-15 m2.s-1 at 500 C: 4.5.10 "15 m2.s-1 at 400 C: 3.8.10.17 m2.s-1 at 460 C: 4.3.10-16 m2.s-1 24.5 CS77 585 C at 490 C: 9.35.10-16 m2.s-1 at 500 C: 1.4.10-15 m2.s-1

Tableau 1Table 1

Préparation des échantillons pour les exemples: On prend des vitres faites de chacun de ces verres, de dimension 300 x 200 x e, e étant l'épaisseur des vitres testées. Les arêtes de ces vitres sont façonnées avec une bordeuse à bande de référence P180Y, commercialisée par 3M. On trempe les vitres dans un bain de KNO3 porté à la température Tt, pendant une durée Dt. Ce traitement met la couche superficielle des verres en compression, ce qui les renforce.  Preparation of the samples for the examples: We take glasses made of each of these glasses, of size 300 x 200 x e, e being the thickness of the panes tested. The edges of these panes are shaped with a P180Y reference belt edge, marketed by 3M. The windows are soaked in a bath of KNO3 heated to the temperature Tt, for a duration Dt. This treatment puts the surface layer of the glasses in compression, which strengthens them.

Le taux de renforcement des vitres peut être caractérisé par la mesure de leur contrainte de compression de surface Cs, et de leur profondeur échangée Pe. Plus ces 2 paramètres sont élevés et plus le renforcement est important.  The degree of strengthening of the windows can be characterized by measuring their surface compression stress Cs, and their depth exchanged Pe. The higher these 2 parameters, the stronger the reinforcement.

Toutes les vitres ont été trempées chimiquement de façon à obtenir une profondeur d'échange Pe égale à 150 pm pour chacune d'elles, ce qui correspond aux traitements indiqués dans le Tableau 2. Cs a été mesuré optiquement au réfractomètre et Pe a été mesuré par la différence de poids avant et après trempe.  All the panes were chemically soaked so as to obtain a Pe exchange depth equal to 150 pm for each of them, which corresponds to the treatments indicated in Table 2. It was measured optically with the refractometer and Pe was measured. by the difference in weight before and after quenching.

2865471 9 e Tt Dt Cs Pe Solidion 3 mm 460 C 17 heures 450 MPa 178 pm Planilux 2,8 mm 460 C 300 heures 370 MPa 180 'am CS77 2,8 mm 490 C 360 heures 350 MPa 176 pm  2865471 9 e Tt Dt Cs Pe Solidion 3 mm 460 C 17 hours 450 MPa 178 pm Planilux 2.8 mm 460 C 300 hours 370 MPa 180 'am CS77 2.8 mm 490 C 360 hours 350 MPa 176 pm

Tableau 2Table 2

A l'issu de ces traitements de trempe chimique, les vitres en CS77 sont 5 donc les moins renforcées.  At the end of these chemical quenching treatments, the CS77 panes are therefore the least reinforced.

Exemple 1: Poêle à 500 C puis 400 C Les échantillons renforcés chimiquement sont ensuite soumis à une répétition des cycles suivants: chauffe à 500 C pendant 2 heures, suivie d'une chauffe à 400 C pendant une heure suivie immédiatement d'une aspersion d'eau froide (20 C) d'un côté de la vitre. Les cycles sont répétés jusqu'à rupture des vitres. Le Tableau 3 indique le nombre minimum de cycles que les vitres ont supportés avant casse.  EXAMPLE 1 Stove at 500 ° C. and then 400 ° C. The chemically reinforced samples are then subjected to a repetition of the following cycles: heating at 500 ° C. for 2 hours, followed by heating at 400 ° C. for one hour followed immediately by spraying cold water (20 C) on one side of the glass. The cycles are repeated until the windows break. Table 3 indicates the minimum number of cycles that the windows have supported before breaking.

Nombre de cycles Solidion 4 Planilux 7 CS77 250  Number of cycles Solidion 4 Planilux 7 CS77 250

Tableau 3Table 3

Exemple 2: Simulation d'un Poêle Domestique à 400 C A partir des résultats de l'exemple précédent, on simule (utilisation de la formule précédemment donnée) le comportement des vitres équipant un poêle fonctionnant de manière continue à 400 C. Le Tableau 4 indique le temps minimum de chauffe à partir duquel se produisent des casses lorsque les vitres chaudes (400 C) sont aspergées d'eau froide (20 C).  EXAMPLE 2 Simulation of a Domestic Stove at 400 CA From the results of the preceding example, the behavior of the windows equipping a stove operating continuously at 400 ° C is simulated (use of the previously given formula). the minimum heating time from which breakages occur when the hot windows (400 C) are sprayed with cold water (20 C).

temps de chauffe avant casse au choc thermique (estimation pour 400 C) Solidion 103 heures (soit 4,3 jours) Planilux 630 heures (soit 26 jours) CS77 18421 heures (soit 2,1 ans)  heat-up time before thermal shock (estimated at 400 C) Solidion 103 hours (ie 4.3 days) Planilux 630 hours (ie 26 days) CS77 18421 hours (2.1 years)

Tableau 4Table 4

2865471 112865471 11

Claims (1)

REVENDICATIONS 1. Verre minéral et alcali-mixte présentant un gradient de concentration en ions alcalins à partir de sa surface sur une profondeur d'échange d'au moins 100 pm, une contrainte de surface d'au moins 200 MPa, et un point de viscosité à coeur d'au moins 550 C.  1. Mineral and alkali-mixed glass having a gradient of concentration of alkaline ions from its surface over an exchange depth of at least 100 μm, a surface stress of at least 200 MPa, and a viscosity point at heart of at least 550 C.
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