HU226934B1

HU226934B1 - Soda-lime-silica glass compositions and applications

Info

Publication number: HU226934B1
Application number: HU0002367A
Authority: HU
Inventors: Khiati Nathalie El; Rene Gy; Bourhis Eric Le
Original assignee: Saint Gobain Vitrage
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2010-03-29
Also published as: HUP0002367A2; HUP0002367A3; FR2764596A1; FR2764596B1

Description

A találmány szilícium-dioxid-szóda-mész típusú üvegösszetételekre vonatkozik, melyekből olyan, lapokra szétvágható üvegszalag készíthető, mely - különösen kezelés után - hőálló.

Közelebbről megjelölve az ilyen üveglapokból tűzálló bevonópanelek készíthetők, felhasználhatók azonban alaprétegként is plazmaernyők, lumineszkáló ernyők és hideg katódernyők gyártásához (téremissziószórás).

A bevonópanelek olyan, a G tűzállósági osztályba tartozó lapok, amelyek a biztonsági üvegek tulajdonságaival rendelkező, hőkezelt (edzett) üvegből vannak.

A G tűzállósági osztályba sorolt bevonópanelek a keretekkel és csatlakozó részeikkel együtt a DIN 4102 és az ISO/DIS 834-1 szabványoknak tűzállósági tesztjeikben bizonyos ideig útját kell állniuk a tűznek és a füstnek. Ez alatt az idő alatt a panelek nem törhetnek el a hővel közvetlenül érintkező panelfelület és a beágyazott szélek közötti hőfokgradiens következtében fellépő feszültségek hatására, és nem érhetik el a lágyuláspontot sem, mert akkor elvesztve stabilitásukat utat nyitnának a tűznek. Ezek a G30, G60, G90 vagy G120 tűzállósági fokozatba sorolhatók, attól függően, hogy percben kifejezve mennyi ideig bírják a tüzet.

A bevonópaneleket általában egy keret veszi körül, mely többé-kevésbé megvédi az éleket a hő hatásától. Emiatt a bevonópanel közepe és az élek között kialakuló hőmérséklet-gradiens számottevő húzóterhelésnek teszi ki a szegélyrészeket, s következésképp a bevonópanel tönkremegy, ha a húzóterhelés kompenzálására nem teszünk megelőzésképpen valamit. Ilyen megelőző intézkedés a bevonópanelek hőkezelése (edzése), mely után a szegélyrészek elbírják az ott jelentkező feszültséget. Ha a hőkezelést úgy végezzük el, hogy a bevonópanel esetleges eltörése esetén apró töredékek keletkezzenek, akkor a bevonópanel egyúttal a biztonsági üvegek tulajdonságaival is fog rendelkezni.

A hőkezelés során szerzett feszültségi tulajdonságokat rendszerint a DIN 52303 vagy EN 12150 szabvány szerint elvégzett hajlító/húzószilárdság vizsgálattal határozzuk meg. A kísérletek azt mutatták, hogy a hőmérséklet-gradiens által a széleken előidézett feszültségnek a bevonópanel akkor tud ellenállni, ha a hajlító/húzószilárdság legalább 1210 N/mm². Minthogy a hőkezeletlen bevonópanelek hajlító/húzószilárdsági alapértéke közelítőleg 50 N/mm², a szilárdsági értéket legalább 70 N/mm²-rel kell megnövelni. A hajlító/húzószilárdság ilyen mérvű megemelése közvetlenül a kezdeti kompressziós feszültségnek felel meg.

A bevonópanel tűzállósági időtartamát is megnövelhetjük, oly módon, hogy a panelt nagyobb mélységben süllyesztjük be a keretbe. Ha a bevonópanel hajlító/húzószilárdsága 120 N/mm² és a süllyesztési mélysége 10 mm, akkor a panel a G30 tűzállósági besorolásnak felel meg, ha viszont a süllyesztési mélység 20 mm, akkora G90 tűzállósági osztályba sorolható.

Szokványos úsztatott (float) üvegből (szóda-mész alapú, szilícium-dioxidon felépülő üveg) készített bevonópanelek normál hőkezelő üzemben is edzhetők, lévén, hogy ezeknek az üvegösszetételeknek viszonylag nagy, 85* 10^-7 K^_1-nél nagyobb a hőtágulási együtthatója. A szokványos úsztatott üvegeknél akár 200 N/mm²hajlító/húzószilárdság is elérhető. így a hőmérsékletgradiens által előidézett húzóerők hatására sem törnek el a bevonópanelek, ha a süllyesztési mélység 10 mm körüli a viszonylag alacsony, 730 °C körüli lágyulási hőmérsékletük miatt viszont elvesztik stabilitásukat. Az úsztatott üvegből készített hőkezelt bevonópanelek tehát - standard szerelési feltételek között - legjobb esetben is csak a G30 tűzállósági osztályba sorolhatók.

G60 vagy ennél magasabb tűzállósági osztályba sorolt monolit bevonópanelek is ismeretesek. Ezek a bevonópanelek magas, 815 °C fölötti lágyulási pontú üvegkompozícióból vannak, s emiatt hosszabb az ellenállási idejük a tűzállósági tesztben. Az ilyen típusú üvegeket azonban hőkezelni kell ahhoz, hogy kibírják a szegélyrészen előforduló nagy feszültségterhelést a tűzállósági teszt folyamán.

Hőálló boroszilikát vagy hőálló alumínium-szilikátalapú üvegösszetételekből készült tűzálló bevonópanelek hőkezelését a DE 2 313 442 B2 számú német, valamint az US 3 984 252 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások ismertetik. Ezen leírások szerint hőkezelésre csak az olyan üvegek alkalmasak, melyek esetében a hőtágulási együttható (a) és a rugalmassági modulus (E) szorzata eléri az 1-5 kp crrr² C^_1 tartományt, azaz olyan boroszilikát vagy alumínium-szilikát-alapú üvegek, amelyek esetében α₂ο-3οο⁼3Ο-65·1Ο^-7 °C^_1 közötti érték. Az ilyen bevonópanelek széleit azonban nem lehet a szokványos levegőn hőkezelt üzemben edzeni, hanem egy speciális eljárásra van szükség: ennek során a hevítés folyamán a bevonópaneleket náluk valamivel kisebb kerámialapok között tartják, vagyis a szélek kilógnak a kerámialapok közül, s emiatt azok gyorsabban hűlnek, mint a bevonópanelnek a kerámialapok közé tett középső része. A szélek szükséges edzése így is elvégezhető, azonban az így gyártott bevonópanelek nem rendelkeznek a biztonsági üvegek tulajdonságaival.

Az EP-A-638 526 számon publikált európai szabadalmi bejelentés monolit tűzálló bevonópanelek gyártásához olyan üvegösszetételeket ismertet, amelyek hőtágulási együtthatója 30 és 60*10^-7 K^_1 közötti, φ tényezője 0,3-0,5 N/(mm²K) tartományba esik, lágyuláspontja (a 10⁷’⁶ poise viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet) 830 °C fölötti és megmunkálhatósági pontja (a 10⁴ poise viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet) 1190°Cés 1260° közötti.

A φ tényező - más néven hőhatásra fellépő a fajlagos feszültség - egy üvegekre jellemző fajlagos paraméter, mely a hőtágulási együtthatóból (a), a rugalmassági modulusból (E) és a Poisson-féle arányszámból (μ) a számolható a φ=α·Ε/(1-μ) képlet alapján. Az ilyen fizikai tulajdonságokkal rendelkező bevonópanelek szokványos, levegőn hőkezelő üzemben is megkaphatják mind az éleken megkívánt kezdeti nyomószilárdságot, mind a teljes felületre gyakorolt edzési terhelést, mely szükséges ahhoz, hogy töréskor apró töredékek képződjenek, s mindezt úgy, hogy a hőkezelésnél nincs szükség különleges intézkedésekre, miáltal a gyártási

HU 226 934 Β1 művelet számottevően egyszerűsödik. Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező bevonópanelek azonban szükségképpen olyan mennyiségben tartalmaznak bór-trioxidot (B₁₂O₃), alumínium-oxidot (AI₂O₃) és cirkóniumdioxidot (ZrO₂), hogy emiatt az olvasztási és átalakítási eljárás válik nehézkessé. Az ilyen bevonópanelek tehát nem gyárthatók a kivételesen gazdaságos flotációs eljárással, mert a konverziós pont túl magas és mert az olvasztásnál speciális intézkedésekre van szükség.

A 2 389 582 számú francia szabadalmi leírás boroszilikátalapú üvegösszetételeket ismertet tűzálló bevonópanelek gyártásához, melyek viszonylag alacsony átalakulási pontjuk következtében flotációs eljárással olvaszthatok és a szokványos edző üzemekben hőkezelhetők. Ezek az üvegek azonban 11,5-14,5% bór-trioxidot tartalmaznak és az EP-A-638 526 számon publikált európai szabadalmi leírásban ismertetett üvegekhez hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkezhetnek. Ezek az üvegek levegős hőkezeléssel kapják ugyan meg a kezdeti nyomószilárdságot, és a hajlító- vagy húzószilárdságot, de ezek az értékek alacsonyak, s ugyanakkor megmaradnak a boroszilikátüvegek olvasztásával járó, már ismertetett nehézségek és hátrányok.

A plazmaernyő típusú emissziós ernyők gyártásánál az alaplapot (szubsztrátot) többször kell hőkezelni ahhoz, hogy méretei stabilizálódjanak és különböző vegyületekből egy sor réteget kell rá felvinni, például zománcokat, melyek lerakódást képeznek a felületen. Ezek a viszonylag vastag rétegek a szubsztrát 550 °C fölötti hőmérsékletre való melegítése közben vihetők fel. Minthogy az alkalmazott szilícium-szóda-mész típusú üveg és a felületére felvitt vegyületek hőtágulási együtthatója ugyanabba a nagyságrendbe esik, az üveg hőállósága nem lesz elégséges, és a deformáció elkerülése érdekében ez a melegítéses művelet csak a laplemezek alkalmazásával végezhető.

Ezeknek a hátrányoknak a mérséklésére üvegösszetételek új családját fejlesztették ki, melyet a WO-96/11887 számon publikált nemzetközi szabadalmi bejelentés ismertet. Ezek az üvegek az 550-600 °C-os hőmérséklet-tartományban gyakorlatilag egyáltalán nem deformálódnak és a hőkezelés (edzés) során kialakuló szilárdsági paraméterek a standard szilícium-dioxid-szóda-mész típusú üvegekével összemérhetők.

Ezek az üvegek azonban bizonyos rétegek felvitele közben eltörhetnek még abban az esetben is, ha a réteg felhordására alkalmazott módszer során az üveg helyi felmelegedése nem haladja meg a körülbelül 100 °C-ot.

A jelen bejelentés feltalálóinak célja, hogy az ilyen töréseket kiküszöböljék, melyek - bár ritkák - megrongálhatják az üzemet.

A találmány tárgyát új üvegösszetételek képezik, melyekből olyan szubsztrát gyártható, amelynek 600 °C körüli hőmérsékleten a deformációja gyakorlatilag zéró, s amely károsodás nélkül kibírja, ha a felületére rétegeket hordanak fel, azaz nem törik el azonnal, illetve nincs benne anyaghiba, mely esetleg későbbi törést okozhatnak.

A találmány tárgyához tartoznak a G tűzállósági osztályba sorolható bevonópanelek előállítására szolgáló üvegösszetételek is, amelyek egyrészt szokványos edzőüzemekben hőkezelhetők, másrészt gazdasági és/vagy technológiai problémák nélkül olvaszthatok és flotációs eljárással síküveggé alakíthatók.

A megjelenés és optikai tulajdonságok tekintetében az ismert úsztatott (float) üveggel összemérhető tulajdonságú bevonópanelek gyártására alkalmas üvegösszetételek is a találmány tárgyához tartoznak.

A találmány értelmében a hőstabil szubsztrátok gyártásához szánt üvegösszetételnek a hőhatásra fellépő feszültséget jellemző tényezője vagy φ koefficiense 0,5 és 0,85 N/(mm²°C) közötti, megmunkálhatósági pontja vagy átalakulási pontja (viszkozitást0⁴ dPas) pedig 1200° alatti érték.

Mint az előzőekben már említettük, a φ koefficienst a következő összefüggés adja meg:

φ=α·Ε/(1-μ) ahol a a hőtágulási együttható,

E a rugalmassági modulus, és μ a Poisson-féle szám.

A rugalmassági modulust és a Poisson-féle számot a következő teszttel határozzuk meg: egy 100*10 mm²-es alapterületű és kevesebb mint 6 mm vastagságú üveg próbatestet 4 pontos hajlító-igénybevételi vizsgálatnak vetünk alá: a külső terhelési pontokat 90 mm, a belső terhelési pontokat 30 mm választja el egymástól. Az üveglemez közepét ezután a hajlítónyomatékot kifejtő sablonnal terheljük és a lemezben hossz- és keresztirányban fellépő feszültségekre ebből következtetünk: az alkalmazott erőből a feszültség kiszámolható. Az erő és feszültség közti összefüggés ismeretében a rugalmassági modulus és Poisson-féle szám meghatározható.

A találmány szerinti üvegösszetétel lágyuláspontja (viszkozitás (10⁷’⁶ poise) előnyösen 750 °C fölött van. Az üvegösszetétel előnyös megmunkálhatósági pontja 1190 °C alatt van.

A találmány egy előnyös kiviteli alakja olyan üvegösszetétel, amelynek hőtágulási együtthatója a₂₀_₃₀₀60 és 88*10^-7 C^_1 alatti érték.

A főként tűzálló bevonópanelek gyártására szolgáló találmány szerinti üvegösszetételek előnyösen a következő összefüggésnek felelnek meg:

p²-c/a<2 MPa²/°C².

A „c/a” hányadost úgynevezett törékenységi teszttel határozhatjuk meg a következőképpen: az üveget a visszamaradt feszültségek megszüntetése céljából először eddzük. Az üveget felizzítjuk és 1 órán át az edzési hőmérsékleten (annealing point) tartjuk, majd 2 °C/perc sebességgel szobahőmérsékletre hűtjük. Az üveg próbatestet 200 g-os teherrel szobahőmérsékleten 30 másodpercig megnyomjuk. A Vickers-lenyomat átlóit és a radiális repedéseket [Lawn és Marshall, J. Am. Cer Soc. 62, 347-350 (1979); Sehgal és munkatársai, J. Mát. Sci. Let. 14, 167-19 (1995)] 72 órával a megnyomatás után megmérjük. A c/a arányt, vagyis a radiális repedések hossza/fél-átló hossza hányadost 10 vizsgálat átlagából számoljuk, hogy megbízható eredményt kapjunk.

A találmány szerinti üvegösszetételek előnyösen a következő összefüggésnek felelnek meg:

(p²-c/a>0,70 MPa²/°C².

HU 226 934 Β1

Ugyancsak előnyösen a (p²-c/a szorzat eredménye nagyobb, mint 1 és előnyösen kisebb, mint 1,8.

A főként plazmaernyők szubsztrátjának előállítására szolgáló találmány szerinti összetételek visszaüvegesedési pontja (strain point) 570 °C feletti, előnyösen 600 °C feletti érték. A főként szintén plazmaernyö típusú alkalmazásoknál a φ koefficiens értéke 0,75 és 0,85 közötti, előnyösen 0,8 alatti érték.

A tűzálló bevonópanel alkalmazásoknál a φ koefficiens előnyösen 0,8 alatti érték.

A tűzálló bevonópanel alkalmazásoknál a φ koefficiens előnyösen 0,8 alatti és előnyösen 0,7 fölötti érték.

A feltalálók a találmány szerinti üvegek vonatkozásában igazolni tudták, hogy ezek nemcsak hogy viszonylag jól olvaszthatok, hanem monolit tűzálló bevonópanelek gyártására is különösen alkalmasak, amennyiben még a szokványos levegőn hőkezelő eljárással is jelentősen jobb a hajlító/húzó szilárdságuk, mint a tűzálló bevonópanelek gyártására szolgáló ismert boroszilikát és alumínium-szilikát-alapú üvegeké. Nagyobb hőtágulási együtthatójuk és nagyobb φ koefficiensük folytán standard edzőüzemekben is valóban olyan üvegeket kapunk, melyek hajlító/húzószilárdsága jóval nagyobb (azaz a kezdeti nyomófeszültség nagyobb), s így lényegesen megnő a bevonópanel forró közepe és hidegebb, süllyesztett széle közötti hőmérséklet-különbséggel szembeni ellenállása. Nyilvánvaló volt továbbá, hogy ezeknek az üvegeknek a hőállósága akkor is elég a G-30 tűzállósági osztályba való besoroláshoz, ha ezek a keretbe csak 10 mm mélységig vannak besüllyesztve. A találmány szerinti alkalmazott üvegek azonban - ha szükséges - felsőbb, G60, G-90 vagy akár G120 tűzállósági osztályba sorolásra is alkalmassá tehetők azzal, hogy vastagabb bevonópaneleket használunk, vagy a keretbe süllyesztjük be mélyebbre, akár 25 mm-re is, a bevonópaneleket.

A találmány egy előnyös kiviteli alakja egy olyan üvegösszetétel, mely a következő komponenseket tartalmazza (adatok tömeg%-ban megadva):

SiO₂ 55-75%

AI₂O₃ 0-7%

ZrO₂ 0-8%

Na₂O 5-10%

K₂O 0-8%

CaO 8-12%

A találmány egy másik kiviteli alakja egy olyan üvegösszetétel, mely a következő komponenseket tartalmazza (adatok tömeg%-ban megadva):

SiO₂ 55-75%

AI₂O₃ 0-7%

ZrO₂ 0-8%

Na₂O 2-8%

K₂O 2-8%

CaO 4-11%

MgO 0^t%

A főként plazmaernyők szubsztrátjának gyártására szolgáló találmány szerinti üvegösszetételek esetében a φ koefficiens 0,84 N/(mm² °C) alatti, visszaüvegesedési hőmérséklete 507 °C feletti érték, a fajlagos elektromos ellenállást kifejező lóg P(₂₅₀ érték pedig nagyobb, mint 6,6.

Általánosan elfogadott dolog, hogy az üveggyártás, hőkezelés során van egy olyan jellegzetes alsó hőmérséklet, amely alatt az anyag már nem viszkózusán folyós. Ez a 10¹⁴’⁵ poise viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet (angolul: strain point; magyar megfelelő hiányában visszaüvegesedési hőmérsékletnek fordítható). Ez a hőmérséklet alkalmas vonatkozási pont az üveg hőállóságának megítélésére.

Tesztek bizonyították, hogy a 10¹⁴·⁵ poise viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet és a φ koefficiens ilyen értékeinek kombinációja lehetővé teszi, hogy az előállított szubsztrát vagy lap hőstabil legyen és a rétegek felvitelekor ne rongálódjon meg vagy törjön el. Ugyanakkor az elektromos ellenállás értéke olyan, hogy az a szubsztrát felületére felvitt, például ezüstionokat tartalmazó rétegből az ionoknak az üvegbe történő diffúzióját korlátozza.

A találmány egy előnyös kiviteli alakja esetében az üvegösszetétel hötágulási együtthatója 65 és 88*10^-7 °C^_1 értékek közé esik. Ezek az értékek különösen azért előnyösek, mert kompatibilisek az üvegeitekével, melyeket rendszeresen használnak, például plazmaburák terelőlemezeinek gyártásához.

Ugyancsak előnyös, ha a hőtágulási együttható 80 és 85x10^-7 °C^_1 értékek között van.

Hőállóság, törésállóság és költségek szempontjából különösen előnyös az a találmány szerinti üvegösszetétel, amelynek φ koefficiense 0,8 N/(mm²-°C)nál kisebb és előnyösen 0,7 N/(mm² °C)-nál nagyobb.

Szintén a költségcsökkentést szolgálja, ha az utóbbi üvegösszetétel esetében a 10¹⁴·⁵ poise viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet 590 °C alatti, előnyösen 580 °C alatti érték.

Főként a szubsztrát viszonylag magas hőmérsékleten történő kompakt kialakítása szempontjából előnyös, hogy ha az üvegösszetétel 10¹⁴’⁵ poise viszkozitásának 530 °C feletti, előnyösen 550 °C feletti hőmérséklet felel meg. Ilyen visszaüvegesedési hőmérséklet esetén a körülbelül 600 °C-on végzett rétegfelvitel jól szabályozható és nagy pontossággal hajtható végre.

A találmány szerinti üvegösszetétel esetében az előnyös elektromos ellenállás olyan, hogy lóg P(₂₅₀értéke nagyobb legyen, mint 8, ez ugyanis még inkább lehetővé teszi, hogy a felvitt rétegekből ne diffundáljanak ionok az üvegbe.

A találmány szerinti egyik előnyös kiviteli alak esetében az üvegösszetétel a következő komponenseket tartalmazza (tömeg%-ban):

SiO₂ 55-75%

AI₂O₃ 0-5%

ZrO₂ 3-8%

Na₂O 4,5-8%

K₂O 3,5-7,5%

CaO 7-11%

A találmány szerinti üvegösszetételek különböző csoportjainak az a fő előnye, hogy flotációs eljárással olvaszthatok és alakíthatók üvegszalaggá a szokványos szilícium-dioxid-szóda-mész típusú üvegek gyártásánál alkalmazotthoz közeli hőmérsékleten.

HU 226 934 Β1

E tekintetben a szilícium-dioxid szerepe a mérvadó: a találmány szerinti összetételben a szilícium-dioxidtartalom nem haladhatja meg a 75% körüli értéket; ezt meghaladó értéknél a sarzs olvasztása és az üveg edzése csak magas hőmérsékleten lehetséges, ami miatt felgyorsulna a kemence tűzálló anyagainak tönkremenése. 55 tömeg% szilícium-dioxid-tartalom alatt viszont a találmány szerinti üvegek stabilitása nem kielégítő.

Az alumínium-oxid stabilizátorként működik: a kémiai ellenálló képességet bizonyos mértékig növeli, a visszaüvegesedési hőmérsékletet pedig megemeli. Az alumínium-oxid mennyisége előnyösen 5% alatti, még előnyösebben 3% alatti, hogy magas hőmérsékleten az üveg viszkozitása ne nőjön meg váratlanul.

A cirkónium-dioxid is stabilizátorként működik: a kémiai ellenálló képességet bizonyos mértékig növeli, a visszaüvegesedési hőmérsékletet pedig megemeli. A cirkónium-dioxid mennyisége nem haladhatja meg a 8%-ot, mert akkor az olvasztásnál nehézségek adódnak. Bár ez az oxid nehezen olvad, előnye, hogy a találmány szerinti üvegek viszkozitását - ellentétben a szilícium-dioxiddal és az alumínium-oxiddal - magas hőmérsékleteken nem növeli. Az üvegösszetétel bórtrioxidot is tartalmazhat legfeljebb 3%, előnyösen kevesebb mint 2% mennyiségben. Ez az oxid növeli az üveg folyósságát, anélkül, hogy a visszaüvegesedési hőmérséklet csökkenne.

Mindent összevetve, a találmány szerinti üvegek olvaszthatósága elfogadható hőmérséklethatárok között marad, ha a szilícium-dioxid-, alumínium-oxid- és cirkónium-dioxid-tartalom összege 75% alatt marad vagy azzal egyenlő. Az „elfogadható hőmérséklethatárok” kifejezés azt jelenti, hogy a lóg η=2 viszkozitású üveg hőmérséklete nem haladja meg a körülbelül 1550 °C-ot és előnyösen 1510 °C.

Ezenkívül úgy tűnik, hogy ezek az üvegek kevéssé korrodálják az ilyen kemencében használatos AZS (alumínium-oxid-cirkónium-oxid-szilícium-dioxid) tűzálló anyagokat, vagyis a kemence optimális időn át üzemeltethető.

A találmány szerinti üvegösszetételek esetében megvan a megfelelő különbség a megmunkálhatósági hőmérséklet és a likvidusz-hőmérséklet között. Úsztatott üvegeknél különösen fontos ugyanis, hogy az üveg likvidusz-hőmérséklete kevesebb vagy egyenlő legyen azzal az üveghőmérséklettel, amely a lóg η=3,5 viszkozitásnak felel meg, és a találmány szerinti üvegeknél ez a helyzet. Ez a különbség előnyösen 10-30 °C. Ez a különbség vagy munkatartomány a bevonópanel gyártására szolgáló standard szilícium-dioxid-szóda-mész típusú üvegek esetében kicsinek tűnhetne, itt azonban elegendő a jó minőségű alakítás biztosításához, anélkül, hogy a kemencét extrém körülmények között kellene üzemeltetni. Ez azért van így, mert az üvegek teljesen speciálisak, alkalmazásuk a csúcstechnológia területén, nagy hozzáadott értékkel (például a plazmaernyők területén) történik, s ilyenkor az ember megengedheti magának a nagyon precíz kontrollt és a kemenceüzemeltetés helyzethez adaptálását: elérhetőek és fenntarthatók a megmunkálhatósági tartományok, anélkül, hogy a kemenceműködésben zavarok vagy kockázatok volnának.

Az egyéb oxidok hatása a találmány szerinti olvasztandó és fémfürdőn úsztatandó találmány szerinti üvegek teljesítőképességére és tulajdonságaira a következő: a nátrium-oxid és kálium-oxid teszi lehetővé, hogy a találmány szerinti üvegek olvadáspontját és magas hőmérsékleteken fennálló viszkozitási értékeit a fent megadott határok között tartsuk. Ez a feltétel akkor valósul meg, ha a két oxid együttesen több mint 8%, előnyösen több mint 10% mennyiségben van jelen. A találmány szerinti üvegekben e két oxid egyidejű és időnként hasonló arányban való jelenléte a közönséges szilícium-dioxid—szóda—mész típusú üveghez képest számottevően megnöveli a kémiai, közelebbről megjelölve a hidrolitikus ellenálló képességet, valamint az elektromos ellenállást. Az üvegek elektromos ellenállásának növelésével csökken a szubsztrát felületére felvitt rétegekből az üvegbe, különösen plazmaernyő gyártására használt üvegbe diffundáló ionok, például ezüstionok mennyisége. Üvegek elektromos ellenállásának növelése más alkalmazások, például hideg katódernyők szubsztrátjaként való alkalmazás esetében is előnyös. Ezekben az ernyőkben felületi elektromos mezők jönnek létre, ami helyi elektronkoncentrációval jár együtt. Az elektronkoncentráció miatt nem kívánt alkálifémion-vándorlás következhet be, ha az üveg ellenállása nem elég nagy; ez a helyzet a közönséges szilícium-dioxid-szóda-mész típusú üvegek esetében.

Bár mind a nátrium-oxid, mind a kálium-oxid jelenléte szükséges, ha kívánt esetben ezek együttes mennyiségét növeljük, akkor előnyös a növekményben a kálium-oxid-túlsúly, mert így az üveg folyóssága anélkül nő, hogy a visszaüvegesedési pont csökkenne, vagy anélkül, hogy az üvegalakítás után a termék keménysége romlana. A kálium-oxid ezenkívül csökkenti a találmány szerinti üvegösszetételek rugalmassági modulusát. A kálium-oxid/nátrium-oxid tömeg%-os mennyiségeinek aránya előnyösen legalább 1,2, még előnyösebben legalább 1,4.

A találmány szerinti üvegösszetételbe adott esetben lítium-oxidot is tehetünk folyósítóadalékként; a lehetséges felső határ 3%, előnyösen 1%-ot meg nem haladó mennyiségben alkalmazhatjuk.

A találmány szerinti üvegösszetételbe a visszaüvegesedési hőmérsékletet növelő hatású alkáliföldfémoxidokat is tehetünk együttesen legalább 12 tömeg% mennyiségben. Ha ezek mennyisége a körülbelül 20%-ot meghaladja, az úgynevezett üvegtelenedés olyan mértékű lehet, hogy az a fémfürdőn való úsztatást alkalmazó eljárással már összeférhetetlen. Az üvegtelenedés megfelelő határok között való tartása érdekében az üvegek kalcium-oxid-, illetve magnézium-oxid-tartalma nem haladhatja meg a 12 tömeg%-ot (előnyösen 11 tömeg%), illetve 5 tömeg%-ot. A magnézium-oxidtartalom előnyösen 2% vagy ennél kevesebb.

A magnézium-oxid, a kalcium-oxid és kisebb mértékben a stroncium-oxid hozzájárulhat a visszaüvegesedési hőmérséklet emelkedéséhez; a bárium-oxid és

HU 226 934 Β1 a stroncium-oxid növelheti a találmány szerinti üvegek vegyi anyagokkal szembeni ellenállóságát, valamint ellenállását. Az alkáliföldfémek ezenkívül csökkentik az üvegek olvasztási hőmérsékletét és a magas hőmérsékleten mért viszkozitásértékeket.

A bárium-oxidot azonban előnyösen 2% alatti mennyiségben alkalmazzuk, hogy a bárium-szulfát kristályok esetleges képződését akadályozzuk; ezek ugyanis rontanák az optikai minőséget. A bárium-oxid teljes hiányát sem zárjuk ki, a bárium-oxid fenti tulajdonságai miatt a kis mennyiségű bárium-oxid jelenléte az előnyös. Ha bárium-oxid van jelen, az is egy lehetőség, hogy a szubsztrát hőkezelési paraméterein változtatunk egy kicsit, hogy a bárium-szulfát kristályok képződése gátolt legyen.

A találmány szerinti üvegösszetételek előnyeit az alábbi példákból teljesen megérthetjük.

Az első példák főleg tűzálló bevonóanyagok gyártásához használható összetételekre vonatkoznak.

Egy üvegösszetételt készítettünk az alábbi komponensekből és a kívánt, illetve kapott (mért) súly%-okat szintén feltüntettük:

Komponensek	Kívánt mennyiség (%)	Mért mennyiség (%)
SiO₂	69,60	69,60
AI₂O₃	0,90	0,90
ZrO₂	2,60	2,62
Na₂O	7,10	7,07
K₂O	2,90	2,91
CaO	10,50	10,50
MgO	2,00	1,98
SrO	3,90	3,86
Fe₂O₃	<0,15	0,055
Más oxidok	<0,50	0,505

A kapott üvegösszetétel tulajdonságai a következők:

φ koefficiens	0,77 N/(mm² °C)
Hőtágulási együttható a₂₀_₃₀₀	76,6* 10-⁷ °C¹
Rugalmassági modulus	78,6x10³ N/mm²
Poisson-féle szám	0,22
<p²c/a	1,64 Mpa²/°C²
Lágyulási pont	805 ’C
Likvidusz-hőmérséklet T_hq	1160 ’C
T\|_Ogr\|=2, logg=2 viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet	1500 ’C
Τ\|_Ο0η=3.5. Iogr\|=3,5 viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet	1176 ’C
T, ₄, logr\|=4 viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet	1100 ’C
Relatív sűrűség	2,59
TL	84,48%
TE	81,46%

Az adatokból, elsősorban a likvidusz-hőmérsékletböl, a Τ|_Ο9η=2 értékből (mely a fémfürdő hőmérséklete) és T|_{Ogil=3 5} értékből (mely a fémfürdőbe belépő üveg választott belépési hőmérséklete) nyilvánvaló, hogy az üvegösszetétel olvasztókemencében olvasztható és az ónfürdőn történő alakítás (úsztatásos eljárás) nem jelent problémát.

Az így gyártott üveglapok vastagsága 5 és 10 mm között van. Miután ezek éleit lecsiszoltuk, az üveglapokat vízszintes helyzetben eddzük szokványos levegőn hőkezelő üzemben.

Ezután az üveglapokat 10-25 mm között változó horonymélységű keretekbe illesztjük.

Az így gyártott találmány szerinti bevonópaneleket tűzállóság szempontjából a DIN 4102 vagy az ISO/DIS 834-1 számú szabványoknak megfelelően teszteltük, és a lemezek vastagságuktól és a keret horonymélységétől függően a G30-G120 tűzállósági osztály követelményeinek feleltek meg.

Az alábbi üvegösszetétel szintén olvasztható és úsztatásos eljárással üvegszalaggá alakítható, s ebből a G tűzállósági osztályba sorolható tűzálló bevonópanelek készíthetők.

SÍO2	74,40%
AI₂O₃	0,95%
Na₂O	9,05%
K₂O	0,45%
CaO	9,10%
MgO	5,65%
Fe₂O₃	0,10%
Más oxidok	0,30%
A termék tulajdonságai a következők:

φ koefficiens	0,71 N/mm²°C)
Hőtágulási együttható a₂₀ ₃₀₀	75,6*10-⁷’C-¹
Rugalmassági modulus	75,4*10³ N/mm²
Poisson-féle szám	0,20
(p²c/a	1,56 Mpa²/°C²

Az alábbi táblázat szintén olyan üvegösszetételeket mutat be, melyek szintén olvaszthatok, majd úsztatásos eljárással üvegszalaggá alakíthatók és a G tűzállósági osztályokba sorolható tűzálló bevonópanelként használhatók. Az ebben a táblázatban megadott üvegösszetételek Littleton-pontja (vagy lágyulási pontja) magasabb az előző összetételekénél, s ez a tűzállóság további javulásához vezet.

SiO₂	70	66,1	65,6
AI₂O₃	0	0,5	0,5
ZrO₂	3	6,5	6,5
MgO	2	1	2
CaO	6	7	5
SrO	8,5	7,5	9
BaO	0	0	0
Na₂O	5	5	5
K₂O	5,4	5,9	6,4

HU 226 934 Β1

Táblázat (folytatás)

Lágyulási pont °C	811	825	821
Strain point, °C	577	581	574
Hőtágulási együttható a₂₀_₃₀₀, °O¹	77,8	78	80
Rugalmassági modulus, 10³ N/mm²	75	76,7	76
φ koefficiens, N/(mm²-°C)	0,75	0,77	0,78
^ΓΙο_θη=3,5> °^c	1182	1197	1191
Ύη=2’ °C	1528	1522	1515

A második példasorozat főleg plazmaernyők szubsztrátjának gyártására alkalmas üvegösszetételekre vonatkozik. Ezeknek a példáknak az adatait táblázatos mellékletként csatoljuk.

A mellékelt táblázatban minden példa vonatkozásában szerepelnek az egyes komponensek, ezek mennyisége tömeg%-ban, a φ koefficiens értékei N/(mm²-°C)-ban, a strain point (Tsp, visszaüvegesedési hőmérséklet), a hőtágulási együttható a2o_3oo °c) °C^_1ben, az ellenállás logaritmusa lóg p ohm-cm-ben, a likvidusz-hőmérséklet (T|iq), a logq=2 és logq=3,5 poiseban kifejezett viszkozitásnak megfelelő hőmérsékletek, éspedig a T|_Ogil=₂ és a Τ|_Ο9η=35. A hőmérsékletértékeket mindig °C-ban fejeztük ki.

A végrehajtott és/vagy a mellékelt táblázatban megadott tesztek eredményei közül az utolsó három sort emeljük ki. Ezek közül az első a logq=2 öntési viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet (T|_ogil=2) mely az olvadék hőmérséklete; a második logq=3,5 viszkozitásnak megfelelő hőmérséklet (Τ|_{Ο9η=3 5}), mely az a választott üveghőmérséklet, melyen az üveg az olvadt fémfürdőbe belép; és végül a harmadik (T|_iq) a likvidusz-hőmérséklet; s ezek az adatok bizonyítják elsősorban azt, hogy a találmány szerinti üvegek kemencében olvaszthatók, és hogy ónfürdőn való alakításuk problémamentes.

Lehetővé vált tehát, hogy a találmány szerinti üvegeket úsztatásos technikával szabályozott vastagságú (0,5-10 mm vastagság) üvegszalaggá alakítsuk. A szalagot ezután kívánt formátumú üveglapokra daraboljuk, majd a lapok méreteinek stabilizálása céljából hőkezeljük. Ezután a plazmaernyők gyártására szánt lapokra rétegeket viszünk fel.

Az így készült szubsztrátok hőstabilitása teljesen megfelelő és a rétegek felvitelekor nem fordult elő szubsztráttörés.

A találmány szerinti üvegösszetételek tehát az előírt követelményeknek megfelelnek, vagyis olyan szubsztrátok vagy tányérok állíthatók elő, melyek hőstabilak és az ismert üvegekénél jobb a hő- és törésállóságuk.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Szóda-mész-szilícium-dioxid típusú üvegösszetétel, ami szubsztrátok vagy lapok gyártására alkalmas, azzal jellemezve, hogy az üvegösszetétel φ tényezője, más néven hőhatásra fellépő fajlagos feszültsége, amit a hőtágulási együtthatóból (a), a rugalmassági modulusból (E) és a Poisson-féle arányszámból (μ) számítunk a φ=αΈ/(1-μ) képlet alapján, 0,50 és 0,85 N/(mm²-°C) közötti érték és megmunkálhatósági hőmérséklete 1200 °C alatti.
2. Az 1. igénypont szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy lágyuláspontja nagyobb, mint 750 °C.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy megmunkálhatósági hőmérséklete 1190 °C alatti érték.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy a₂₀_₃₀₀ hőtágulási együtthatója 60-10^-7 és 88-10^-7 °C^_1 közötti érték.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti szóda-mész-szilícium-dioxid típusú üvegösszetétel, ami szubsztrátok vagy lapok gyártására alkalmas, azzal jellemezve, hogy megfelel a következő összefüggésnek:

p²-c/a<2 MPa²/°C²
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy megfelel a következő összefüggésnek:

0,70 Mpa²/°C²<(p²-c/a
7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy visszaüvegesedési hőmérséklete nagyobb, mint 570 °C és előnyösen nagyobb, mint 600 °C.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy az alábbi komponenseket tartalmazza a következő tömeg%-ban:

SÍO2 55-75 AI₂O₃ 0-7 ZrO₂ 0-8 Na₂O 5-10 K₂O 0-8 CaO 8-12 9. A 8. igénypont szerinti üvegösszetétel, azzal jel- lemezve, hogy az alábbi komponenseket tartalmazza a következő tömeg%-ban: SiO₂ 69,60 AI₂O₃ 0,90 ZrO₂ 2,60 Na₂O 7,10 K₂O 2,90 CaO 10,50 MgO 2,00 SrO 3,90 Fe₂O₃ <0,15 Más oxidok <0,50 10. A 9. igénypont szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy az alábbi komponenseket tartalmaz- za a következő tömeg%-ban: SiO₂ 74,40 AI₂O₃ 0,95 Na₂O 9,05 K₂O 0,45 CaO 9,10 MgO 5,65 Fe₂O₃ 0,10 Más oxidok 0,30

HU 226 934 Β1

11. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy az alábbi komponenseket tartalmazza a következő tömeg%-ban:

SÍO2 55-75 AI₂O₃ 0-7 ZrO₂ 0-8 Na₂O 2-8 K₂O 2-8 CaO 4-11 MgO 0-4 12. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti üveg-

összetétel, ami hőstabil szubsztrát vagy lap gyártására alkalmas, azzal jellemezve, hogy φ tényezője kisebb, mint 0,84, visszaüvegesedési pontja nagyobb, mint 507 °C, és elektromos ellenállása pedig olyan, hogy a lóg P(25o °c) érték nagyobb, mint 6,6.
13. A 12. igénypont szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy φ tényezője kisebb, mint 0,84 és előnyösen nagyobb, mint 0,75.
14. A 12. vagy 13. igénypont szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy visszaüvegesedési pontja 530-590 °C, előnyösen 550-580 °C.
15. A 12-14. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy elektromos ellenállása olyan, hogy a lóg P(₂₅₀ °q értéke 8-nál nagyobb.
16. A 12-15. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel, azzal jellemezve, hogy az alábbi komponenseket tartalmazza a következő tömeg%-ban:

SÍO2 55-75 AI₂O₃ 0-5 ZrO₂ 3-8 Na₂O 4,5-8 K₂O 3,5-7,5 CaO 7-11 17. Az1- -16. igénypontok bármelyike szerinti üveg-

összetétel alkalmazása valamely G tűzállósági osztályba sorolható tűzálló monolit bevonópanelek gyártására.
18. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti üvegösszetétel alkalmazása emissziós ernyők, mint hideg katód-, plazma- vagy elektrolumineszcens ernyők vagy képernyők szubsztrátjainak gyártására, főként olvadt fémfürdőben flótáit üvegszalag darabolásával nyert üveglap felhasználásával.