MXPA02002222A - Mejoras en o referentes a vidriados templados y a vidrio para utilizar en los mismos. - Google Patents

Abstract

Vidriado, templado termicamente a normas requeridas, se produce mas facilmente al templar paneles que tienen alto coeficiente de expansion termica (mayor a 93 X 10-7 por grados Centigrado) y para baja resistencia a fractura (menos que 0.72 Mpam1/2. Uso de vidrios selectos de acuerdo con la invencion, permite que vidriados delgados (especialmente vidriados con menos de 3 mm de espesor) sean templados a normas automotrices con rendimientos mejorados utilizando metodos de templado convencionales, y vidriados mas gruesos sean templados a menor presion de enfriamiento que la requerida hasta la fecha. Vidrios convenientes incluyen vidrios que comprenden, porcentajes en peso 64 a 75% de SiO2, 0 a 5% de A12O3, 0 a 5% de B2O3, 9 a 16% de oxido de metal alcalino terreo diferente a MgO, 0 a 2% de MgO, 15 a 18% de oxido de metal alcalino y al menos 0. 05% total de hierro (calculado como Fe2O3).

Description

MEJORAS EN O REFERENTES A VIDRIADOS TEMPLADOS Y A VIDRIO PARA UTILIZAR EN LOS MISMOS La invención se refiere a vidriados o cristales a base de vidrio templado, especialmente, pero no en forma exclusiva a vidriados a base de vidrio templado delgado (normalmente vidrio flotado templado) para uso automotriz, a un método para templar un vidriado y a una composición de vidrio novedosa, adecuada para utilizar en los vidriados o cristales templados de la invención y en el método de la invención. Antes de la década de 1970, los vidriados automotrices en general tenían espesor de 4 mm o 5 mm o incluso más gruesos. La primer crisis de petróleo de la década de 1970 estimuló una tendencia hacía vidriados más delgados para uso automotriz, especialmente en Europa y Japón, y a resolver los problemas que se encuentran en la producción de vidriados templados delgados que tienen las características de fractura requeridas para cumplir con las normas oficiales. A fin de cumplir con las normas europeas, se encontró necesario (debido a las características de fractura del vidrio) el proporcionar un esfuerzo de templado superior junto con una distribución de esfuerzo apropiado (ver por ejemplo las Patentes del Reino Unido 1 512 163 y 2 000 117) a fin de Í _kA«j^*Jt_¿i_Í=Éki? lograr los patrones de fractura requeridos ante ruptura. Aún más, debido al espesor reducido del vidrio, era más difícil lograr el diferencial de temperatura entre la superficie y el núcleo del vidrio requerido para producir un esfuerzo de templado determinado. Mientras que se logró templado satisfactorio en espesores de aproximadamente 3 mm, las dificultades de templar vidrios más delgados por procesos convencionales han inhibido el progreso para reducir más el espesor de vidrio de manera tal que, aproximadamente 25 años tras la introducción de estos vidriados automotrices templados delgados, la producción comercial de vidriados automotrices templados que tienen espesor inferior a 3.1 mm, permanece difícil. Hemos encontrado ahora que vidriados especialmente, aunque no en forma exclusiva vidriados más delgados, pueden templarse más fácilmente incluyendo templado para cumplir con normas de vidriado (por ejemplo tales como las normas de vidriado automotrices europeas) si la composición de vidrio se modifica apropiadamente, en especial si la composición de vidrio se modifica para incrementar significativamente su coeficiente de expansión térmica y/o reducir su resistencia a fractura. Previamente se han propuesto ciertas composiciones de vidrios selectas, para utilizar en vidriado delgado automotriz. La solicitud de Patente lú..-*. .íi.?i -i Internacional 096/28394 se relaciona a hojas de vidrio con espesores en el rango de 2 a 3 mm, con un contenido de hierro total (medido como Fe203) de 0.85 a 2% en peso y propiedades ópticas específicas, incluyendo una transmisión de luz visible mayor a 70% y una transmisión de energía total inferior a 50%. Los vidrios específicamente descritos tienen un alto contenido de óxido de metal alcalino (en el rango de 14.4% a 15.8% en peso) un contenido de óxido de magnesio en el rango de 0.25% a 3.8% en peso y un contenido de óxido de calcio en el rango de 8.4% a 8.6% en peso. La especificación se refiere a la posibilidad de templar hojas sencillas de este vidrio delgado, para utilizar en vidriados laterales automotrices, pero no hace referencia a la dificultad de lograr templado satisfactorio comercial en la práctica. La solicitud de Patente Internacional 099/44952 se relaciona a una hoja de vidrio de sílice cal y sosa, diseñada para templarse térmicamente y caracterizada por un coeficiente muy elevado alfa de expansión térmica mayor a 100 x 10~7 KT1 (aunque no especifica el rango de temperaturas en el cual se va a medir alfa) , un módulo de Young E superior a 60 Gpa y una conductividad térmica inferior a 0.9 m^K"1. La invención se dice que hace posible hojas de vidrio con espesor inferior a 2.5 mm que pueden templarse a los AA .ii. requerimientos del reglamento ECE R43 utilizando un aparato previamente previsto para el templado de vidrio de 3.15 mm. Los vidrios particulares descritos todos tienen muy alto contenido de óxido de metal alcalino (en el rango de 19.9 a 22.3% en peso) que resulta en baja durabilidad y que hacen costosa la producción de los vidrios . De acuerdo con la presente invención, se proporciona un vidriado templado térmicamente de vidrio de sílice-cal-sosa producido al templar un panel de vidrio que tiene un coeficiente de expansión térmica, alfa, mayor a 93 x ÍO'^C"1 y/o resistencia a fractura, FT, inferior a 0.72 MPam1/2. La invención es especial aunque no exclusivamente aplicable a paneles de vidrio templado con menos de 3 mm de espesor y al templado de estos paneles. Para el propósito de la presente especificación y reivindicaciones, alfa es el valor del coeficiente de expansión térmica por grado centígrado del vidrio medido sobre el rango de 100°C a 300°C; se mide de acuerdo con ASTM E228 a una velocidad de calentamiento constante. De preferencia, el coeficiente de expansión térmica es al menos 95% x 10-7 por grado Centígrado, aunque modificación de la composición para lograr un coeficiente de expansión térmica mayor que o igual a 100 x 10~7, mientras que es ?d?&A,ád *» benéfico para ayudar en el templado, en general se evitará en base a costo y durabilidad. La resistencia es la energía por área unitaria (joules por metro cuadrado) requerida para hacer que crezca una fisura. La resistencia a fractura, ST, se relaciona al módulo de Young y energía superficial por FT=(2 x energía superficial x Módulo de Young/1-v2) 1 2 en donde v es la relación de Poisson. Para el propósito de la presente especificación y reivindicaciones, se determina al indentar una barra de vidrio utilizando un indentador o probador de dureza por indentación Vickers a una carga suficiente para producir fisuras en las esquinas de la indentación, y luego romper la barra en una prueba de doblado de 3 o 4 puntos y determinar el esfuerzo de fractura, sigmaf, en Pascales, requerido para ruptura. La resistencia a fractura de vidrio, considerando que está en el estado totalmente recocido*, luego está dada por FT = 0(E/H)1 8Ff3/P1 4 en donde 0 es una constante, E es el módulo de Young, H es la dureza del vidrio y P es la carga empleada para crear la indentación. La constante 0 se determina con referencia a la Figura 8.20 en "Fracture of Brittle Solids" (Fractura de sólidos frágiles o quebradizos) (Brian Lawn, Cambridge University Press 1993) . Aplicando valores de E=70GPa, H=5.5GPa y FT=0.75MPam1 2 para vidrio de sílice-cal-soda, el valor de 0 es 0=0.44. Si el vidrio no está en el estado totalmente recocido*, es necesario aplicar una corrección para esfuerzo residual a resistencia a fractura calculado utilizando la ecuación anterior. En la práctica, es conveniente medir resistencia a fractura de vidrio en el estado totalmente recocido De preferencia, el vidrio tiene una resistencia a fractura inferior a o igual a 0.70 Mpam1 , especialmente menor que o igual a 0.68 MPam1/2. En una modalidad preferida de la invención, el vidrio tiene un coeficiente de expansión térmica V (C-1 en el rango de 100 a 300°C) y resistencia a fractura, FT (en MPam1/2) de manera tal que V x 107 > 135 FT de preferencia _> 140, y especialmente > 145. Se ha encontrado que un incremento en el contenido de óxido de metal alcalino del vidrio, tiende a incrementar el coeficiente de expansión térmica, y mientras que es bien conocido que el vidrio puede producirse con altos contenidos de metal alcalino (las patentes que se relacionan a composiciones de vidrio para producción por el proceso de flotación, típicamente proponen un contenido de óxido de metal alcalino en un rango de hasta aproximadamente 20%, un incremento en el contenido de óxido de metal alcalino generalmente aumenta el costo de vidrio y reduce su durabilidad. En consecuencia, vidrio flotado comercialmente disponible en general tiene un contenido de óxido de metal alcalino en el rango de 13 a 14% en peso, y vidrios con contenidos superiores de óxido de metal alcalino, no se emplean en la producción de vidriados templados térmicamente, especialmente vidriados automotrices . Hemos encontrado que incrementar el contenido de óxido de metal alcalino por una cantidad relativamente pequeña, resulta en un incremento sorprendente en la facilidad de templado (como se mide por ejemplo por el conteo de partículas en fractura) del vidrio (especialmente cuando se asocia con una modificación del contenido de óxido de metal alcalino terreo del vidrio base, como se explica a continuación) . De esta manera, ciertos vidrios preferidos tienen un contenido de metal alcalino mayor a 15% en peso, de preferencia inferior a 19% (para evitar excesivo costo y pérdida de durabilidad) y en especial en el rango de 15% a 18% en peso, vidrios especialmente preferidos tienen un contenido de metal alcalino de 15 a 17% en peso, el contenido de óxido de sodio de preferencia es mayor a 14.5% en peso. Adicionales mejoras en la facilidad de templado parecen resultar de incrementar el contenido de óxido ferroso del vidrio, y especialmente preferimos utilizar composiciones que contienen al menos 0.2%, en especial al menos 0.3%, en peso de óxido ferroso (calculado como óxido férrico) y en una modalidad de la invención, que al menos 30% (al menos 35%) de cualquier óxido de hierro presente, está en la forma de óxido ferroso (en donde al calcular los porcentajes, tanto el óxido férrico como el óxido ferroso se calculan como si fuera óxido férrico) . El óxido de metal alcalino se considera que opera tanto al incrementar un coeficiente de expansión térmica del vidrio (de manera tal que incrementar el diferencial de esfuerzo entre las capas de superficie del vidrio y el núcleo, resulta de una diferencia de temperatura determinada entre la superficie y el núcleo) y reducir la conductividad térmica del vidrio (de manera tal que se incrementa la diferencia de temperatura entre superficie y núcleo, cuando la superficie se enfría rápidamente en un proceso de templado térmico) . Sin embargo, los resultados logrados, especialmente con vidrios que contienen cantidades significantes de hierro ferroso, muestran un incremento mucho mayor en facilidad de templado para cumplir con las normas de vidriado automotriz o europeas que pueden tomarse en cuenta para estos efectos solamente, y estos pueden atribuirse al menos en parte a una reducción de resistencia a fractura del vidrio.

Vidrio plano estará en el estado totalmente recocido si se ha calentado a la temperatura de recocido por una hora y enfriado a 2°C por minuto, a temperatura ambiente. Un efecto de incrementar el contenido de óxido de metal alcalino en un vidrio de sílice-cal-sosa, se considera que es un incremento en la proporción de oxígenos que no son puente (un oxígeno puente es un oxígeno unido directamente a dos átomos de silicio, Si-O-Si) presente: / Si-O-Si + Na20 | = Si-O-Na + Na-O-Si / La formación de estos oxígenos que no son puente en una red de sílice, conduce a un debilitamiento de la estructura de vidrio, que está asociado con resistencia a fractura reducida, y hemos encontrado que resistencia a fractura reducida está asociada con una facilidad incrementada de templado. El efecto de incorporar iones de metales alcalinos térreos en una red de sílice es similar a desplazar oxígenos que puentean directamente entre átomos de sílice: / Si-O-Si / + MO I / Si-O-M-O-Si / en donde M es un metal alcalino terreo. Diferencias en resistencias de unión ocurren a través de diferentes tamaños de iones de metal alcalino térreos . En general, consideramos que entre más pequeño sea el metal alcalino terreo incorporado, más fuerte será la red y superior resistencia a fractura del vidrio, con la diferencia entre iones calcio e iones magnesio marcada particularmente. De esta manera, para disminuir la resistencia a fractura del vidrio, es conveniente mantener bajo el contenido de magnesio del vidrio (menos de 2%, de preferencia menos de 1%, especialmente menos que 0.5%, todo en peso), mientras que evitar el uso de una proporción excesivamente elevada (desde un punto de vista de costo) de óxido de metal alcalino generalmente implicará un contenido de óxido de metal alcalino terreo, diferente a óxido de magnesio, de al menos 9% y de preferencia al menos 10% en peso. De preferencia, el vidrio contendrá cuando menos 9% y en especial al menos 10% de óxido de calcio y el contenido de óxido de metal alcalino terreo total (incluyendo óxido de magnesio) del vidrio, normalmente será mayor a 10% en peso. fct ?-.-? El vidrio usualmente será vidrio flotado con una composición (en por ciento en peso) de: Si02 64-75% A1203 0- 5% B203 0- 5% Óxido de metal alcalino terreo 6-15% (Óxido de metal alcalino terreo diferente a MgO de preferencia 9-15%) Óxido de metal alcalino 15-20% (de preferencia 15 - 17%, con óxido de sodio, de preferencia más de 14.5%, en especial más de 14.75%) Total de hierro (calculado como Fe203) de preferencia mayor a 0.3%, en especial 0.5 - 2.5 % Ti02 0- 1% Ciertas de las composiciones de vidrio que pueden emplearse en la práctica de la presente invención son nuevas y de acuerdo con un aspecto adicional de la invención, se proporciona un vidrio novedoso de sílice- cal-sosa, en forma de hoja con composición que comprende en por ciento en peso: Si02 64 - 75% A1203 0 - 5% B203 0 - 5% Óxido de metal alcalino terreo (diferente a MgO) 9 - 16%, de preferencia 10-16% MgO <2% Óxido de metal alcalino 15- 18% Total de hierro (calculado como Fe203) >0.05% Y cualesquiera pequeñas proporciones de componentes adicionales, por ejemplo óxido de titanio y otros agentes colorantes por ejemplo selenio, óxido de cobalto, óxido de níquel, óxido de cromo, óxido de cerio. De preferencia, la composición de vidrio contiene, en porcentaje en peso, 67-73% Si02. 0-3% Al203. 0-3% B203, óxido de metal alcalino terreo (diferente a MgO) 10-14%, óxido de metal alcalino 15-17%. Mientras que los contenidos de óxido de magnesio inferiores a 0.5% pueden ser preferidos para resultados óptimos, en la práctica, lograr un muy bajo contenido de magnesio generalmente implicará un largo tiempo de cambio cuando el vidrio se hace sucesivamente con un vidrio convencional que contiene una superior proporción (típicamente alrededor de 4%) de óxido de magnesio y en la práctica por lo tanto, normalmente se prefiere el emplear vidrios que contienen al menos 0.5% tM ¡ .-y. ! ~y. y. .tllf ? tk y en peso de óxido de magnesio. Aún más, por estas razones prácticas, comúnmente se preferirá un contenido de óxido de magnesio en el rango de 0.75% a 1.5% en peso. Los vidrios novedosos de la presente invención normalmente contendrán hierro, ya sea para modificar las propiedades ópticas y/o mejorar la capacidad de templado del vidrio, o al menos como una impureza (ya que el uso materiales en lotes libres de hierro, es probable que contribuya significativamente al costo del lote) ; en este último caso, normalmente estará presente una cantidad de al menos 0.05% en peso (calculado como óxido férrico) . En el caso anterior, el hierro normalmente estará presente en una cantidad (calculada como óxido férrico) de al menos 0.5% en peso. Para un desempeño particularmente elevado, es decir alta transmisión de luz visible con relativamente baja transmisión de energía solar, el porcentaje de hierro en el estado ferroso será sobre 30%. En otros casos, el porcentaje de hierro en el estado ferroso será inferior a 30% (es decir la proporción de hierro ferroso) calculada como óxido férrico a hierro total (calculado como óxido férrico) en el vidrio será inferior a 30%) . Rangos preferidos de composiciones son, como se discutió anteriormente en relación a vidriado templado de la invención. Estos vidrios se utilizan en forma de hoja y normalmente tendrán un espesor en el rango de 1 a 6 mm, especialmente 2 a 5 mm, y se formarán por el proceso de flotación. Un vidrio particularmente preferido de acuerdo con la presente invención tiene la siguiente composición en porcentajes en peso: Si02 71.0 CaO 10.5 Fe203 1.0 A1203 1.11 MgO 0.21 Na20 14.9 K20 0.64 Ti02 0.35 S03 0.17 % Ferroso 35 esta composición a continuación se refiere como composición I. La composición I tiene un coeficiente de expansión térmico V de 98.9 x ÍO'^C'1 (en el rango de 100°C a 300°C) , y una resistencia a fractura de 0.66 + 0.02 MPam1/2, de manera tal para la Composición I: V x 107= 98.9 = 150 FT 0.66 El uso de composiciones de vidrio especialmente selectas de acuerdo con la presente invención facilita la g- y producción de vidrios templados delgados (menos de 3 mm) y es especialmente valioso para permitir la producción comercial de lunas o vidriados automotrices templados con espesor de 2.3 a 3 mm, en especial 2.6 a 2.9 mm, por métodos de templado convencionales. Se conoce que vidriados inferiores a 3 mm, pueden templarse utilizando procesos de templado de especialistas, tales como templado de polvo, o cajas de templado especiales disponibles en el comercio de Glasstech Inc. de Perrysburg, Ohio, E.U.A; es la capacidad por templar el vidrio por métodos convencionales con rendimientos satisfactorios sin costo adicional, lo que es especialmente valioso. Los vidriados pueden ser templados para cumplir con normas nacionales e internacionales (en especial la norma europea ECER 43) para vidriados automotrices, especialmente lunas laterales (sidelights) y lunas de custodia (backlights) . Incluso para vidrios más delgados, por ejemplo vidrios que tienen un espesor en el rango de 1.0 mm a 2.5 mmm, en especial 1.6 mm a 1.9 mm, pueden ser semitemplados, por ejemplo templados a una fractura semi-corte en cuadritos (semi-dicing) (por ejemplo un esfuerzo de compresión superficial de al menos 35 MPa, de acuerdo con la invención, para utilizar en vidriados automotrices laminados (especialmente vidriados de abertura lateral requeridos para pasar una prueba de azotado de puerta) . Mientras que la ventaja principal de utilizar las composiciones de vidrio especiales de la invención se encuentra en templar vidrios delgados por métodos convencionales, su uso en vidrios más gruesos también es valioso para permitir que se logren los esfuerzos requeridos con menores coeficientes de transferencia térmica y por lo tanto menores presiones de soplado, con una reducción consecuente en el uso de energía. De esta manera de acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para templar un vidriado (en especial un vidriado automotriz) compuesto de vidrio que tiene un coeficiente elevado (mayor que 93 x ÍO^C"1) de expansión térmica y/o baja resistencia a fractura (menor que 0.72 MPam1/2) al operar a presión de enfriamiento o enfriamiento rápido de al menos 10% menor, normalmente más de 20% menor y de preferencia al menos 25% menor que la presión de enfriamiento requerida para templar un vidriado correspondiente con composición estándar a las normas requeridas. Bajo circunstancias óptimas, el uso de la presente invención puede permitir el lograr las normas de templado requeridas a una presión de enfriamiento 40% o más inferior que la presión de enfriamiento requerida para endurecer un vidriado correspondiente de composición estándar a estas normas. Las normas de templado requeridas varían de país en país, pero en general requieren el logro de fractura corte en cuadritos (dicing) . Por "normas requeridas" se entienden las normas requeridas por las autoridades en el país en donde se va a utilizar el vidriado. En Europa, esto en general será ECE R43 para vidriados automotrices, El método de la presente invención es especialmente aplicable a vidriados que tienen un espesor en el rango de 3 mm a 5 mm y generalmente resultará en el uso de presiones de soplado no mayores a 12.5 kPa (50" sw agua man.)), de preferencia no mayor a 10 kPa (40" de agua man.), especialmente no mayor a 7.5 kPa (30" de agua man.) para vidrio de 3 mm, a no más que 7.5 kPa (30" de agua man.), de preferencia no mayor a 6 kPa (24" de agua) para vidriado de 4 mm, y no mayor a 5 kPa (20" de agua man.) para vidrio de 5 mm. Los valores para la presión de soplado citada anteriormente, en general son aplicables con tiempos de residencia (los tiempos entre el borde delantero del vidrio que sale de la zona calentada y el borde trasero del vidrio que entra al enfriamiento rápido) de aproximadamente 5 o 6 segundos; se apreciará sin embargo que el menor tiempo de residencia (para una temperatura determinada a la salida ll?yi, -J AA- cte-ht >ta Ay. y . „ de la zona de calentamiento) será menor la presión de soplado requerida. El método de la presente invención ofrece una cantidad de ventajas. El uso de menor presión de enfriamiento resulta en ahorro de energía y reduce el riesgo de un efecto de desprendimiento de cascara de naranja visible al templado. Aún más, ya que puede utilizarse una menor presión de enfriamiento, pueden utilizarse equipo (especialmente sopladores de aire) y condiciones para templar vidriados de las composiciones de vidrio selectas de la invención, que son más delgados que los vidriados convencionales que pueden templarse satisfactoriamente utilizando ese equipo y aquellas condiciones; de esta manera, por ejemplo equipo y condiciones capaces de templar vidriados de composición convencional que tienen un espesor al menos de 5 mm, pueden emplearse para impartir resistencia a vidriados en vidrios que tienen una composición modificada como se ilustra aquí con menor espesor, por ejemplo 4 mm. La expresión "composición estándar" se emplea aquí para referirse a un vidrio que contiene hierro conocido empleado extensamente para producción de vidriados automotrices de 3.1 mm templados y que tienen la siguiente composición en porcentaje en peso: I---L- iij.i.

Si02 72.1% CaO 8.15% Fe203 1.07% A1203 0.52% MgO 3.96% Na20 13.7% K20 0.28% Ti02 0.04% S03 0.14% % Ferroso 25 El vidrio tiene un coeficiente de expansión térmica, V, de 92.4 x 10"7 (en el rango de 100° a 300°C) y Resistencia a fractura 0.71 MPam1/2, de manera tal que para este vidrio, V x 107 = 92.4 = 130 FT 0.71 Muestras del vidrio, referido como OPTIKOOLMR 371, están disponibles de Group Intellectual Property Department, Pilkington pie, St Helens, Inglaterra. La invención se ilustra pero no limita por los siguientes ejemplos que describen el templado térmico de vidriados laterales automotrices y sus componentes, de acuerdo con la invención. Ejemplo 1 Preformas para un vidrio de puerta frontal para un automóvil sedán de tamaño familiar típico, se cortaron en tamaño a partir de vidrio flotado de la composición I y un espesor de 2.85 mm y prepararon para doblado y templado por rectificado de borde y lavado en forma convencional . Las preformas se cargaron a su vez en un horno con rodillos horizontal y calentaron en el horno a una temperatura en el rango de 650°C a 670°C. Cada preforma se retiró del horno en rodillos y avanzó a una zona de doblado, en donde los rodillos se bajaron para depositar la preforma de vidrio en un molde hembra periférico con curvatura apropiada para el vidriado requerido. El vidrio se pandeó en el molde bajo la influencia de la gravedad para adquirir la curvatura requerida. El molde que transporta el vidrio curvado luego se avanzó entre cajas de enfriamiento rápido, en donde el vidrio se enfrió con aire frío a una presión en el rango de 8 kPa (32" de agua man.) a 24 kPa (96" de agua man.) . El molde que transporta el vidriado templado curvado, se retiró del enfriamiento, el vidriado se dejó que enfriara a temperatura ambiente y estimó para forma (ajuste al accesorio) , calidad óptica, resistencia a compresión de superficie medida por refractometría de esfuerzo diferencial (DSR = Differential Stress Refractometry) y comportamiento ante fractura en una posición central . En cada caso, la forma y calidad óptica se cumplieron tanto con las normas ECE relevantes como los requerimientos de cliente OE normales. 5 Los parámetros clave de los procesos de doblado y templado, y el esfuerzo de superficie medido y comportamiento de fractura (expresado como números mínimo y máximo de partículas observados en un cuadro de 5 cm en la superficie del vidriado después de fractura en una 10 posición central) se ilustran en la tabla 1 acompañante. El procedimiento descrito anteriormente se repite utilizando vidrio con composición I de espesor 3.1 mm y posteriormente utilizando vidrio 0PTIK00LMR 371 (composición estándar como se estableció anteriormente) 15 de espesor 3.1 mm. En todos los casos, la forma y calidad óptica cumplieron tanto con las normas ECE relevantes como los requerimientos de cliente OE normales. De nuevo, los parámetros clave de los procesos de doblado y templado y el esfuerzo de superficie y 20 comportamiento de fractura medidos, se ilustran en la Tabla 1 acompañante.

Tabla 1 Vidriado de puerta delantera de sedán (doblado de pandeo y templado) . -„> --A át& í Tabla 1 (continúa) ÍA?Ati &?'i>-?-??*&i*"*^ ito 1 A la salida del horno 2 Tiempo entre borde delantero de vidrio que sale de la zona calentada y borde trasero del vidrio que entra al enfriamiento rápido.

Tabla 1 (continúa) 10 15 20 NNÉÍI .tkM.?.?.?.?..bÁíi ¡.tAaa., , Tabla 1 (continúa) -A-t- A>--<--t-- ..Í.?.Í.Í..Í.

Tabla 1 (continúa) Muestra Temp. de Presión de Esfuerzo Patrón de entrada a enfriamiento de comp , fractura enfriarápido kPa de Min/Max miento (in de agua superficie rápido ' DC man. ) MPA superior/ inferior 24 601 17/16 (67/64) 96 123/341 25 587 17/16 (67/64) 69 49/251 26 589 17/16 (67/64) 72 47/265 27 22/21 (86/84; 101 217/498 28 22/21 (86/84) 103 265/482 29 610 8/7 (32/28; 77 17/125 30 609 8/7 (32/28) 76 28/110 31 8/7 (32/28) 70 11/45 32 8/7 (32/281 88 8/52 33 580 8/7 (32/28) 1/6 34 581 8/7 (32/28) 35 613 17/16 (67/64) 102 93/243 36 600 17/16 (67/64) 91 46/108 Cuando los resultados (esfuerzo de compresión superficial y patrón de fractura) obtenidos con las muestras 15 a 28, se comparan con los resultados obtenidos con las muestras 29 a 39, la capacidad de templado mejorada de los vidrios de alto contenido óxido de metal alcalino, empleados de acuerdo con la invención es aparente. De esta manera, con el mismo tiempo de extracción (3.7 segundos) y presión de enfriamiento (8/7 kPa) las muestras 15 y 16 de la composición de vidrio I exhiben esfuerzo de compresión de superficie de 91 MPa u 97 MPa respectivamente y patrones de fractura con 63/198 y 67/254 partículas (de acuerdo con ECE R43) , mientras que las muestras 29 y 30 del vidrio OPTIKOOLMR 371 exhibieron esfuerzos de compresión de superficie de 77 MPa y 76 MPa, respectivamente, con patrones de fractura que exhiben 17/125 y 28/110 (que fallan en cumplir con ECE R43, el número reducido de partículas corresponde al esfuerzo de compresión reducido) . De hecho, las únicas muestras de OPTIKOOLMR 371 templado que cumple con ECE R43 (un conteo de partículas entre un mínimo de 40 y un máximo de 450 para vidrio con espesor inferior a 4 mm) son 35, 36, 38 y 39, todos los cuales emplean una temperatura de entrada a enfriamiento mínimo de 600 °C y/o una presión de enfriamiento rápido de 17/16 kPa o superior. En contraste, el uso de la composición de vidrio con superior óxido de metal alcalino de acuerdo con la invención, permite lograr las normas utilizando menores presiones (muestras 15 y 16) o la misma presión con una temperatura de entrada a enfriamiento rápido inferior (muestras 23 a 26) , haciendo posible un ahorro significante en consumo de energía. Ejemplo 2 Preformas para un vidriado de puerta frontal laminado, para un auto sedán de tamaño familiar típico, se cortaron al tamaño a partir de vidrio con composición I y espesor de 2.6 mm, y prepararon para templar por rectificado de borde y lavado de manera convencional. Las preformas se cargaron en un horno de rodillos horizontal en donde se calentaron a 580°C y avanzaron sobre un horno de hogar-gas, en donde los vidrios se soportaron en un cojín de aire desde una cama configurada a la curvatura requerida. Los vidrios se calentaron a una temperatura en el rango de 620°C a 670°C conforme se avanzaron sobre el horno de hogar-gas y pandearon a la forma requerida; después de doblar se avanzaron a una sección de enfriamiento horizontal en donde se enfriaron entre boquillas de enfriamiento ?íí: Yi? ii -. .A .jy..,y¿ ,.íy*, .ít* *..^. superiores e inferiores, mientras que se soportan por el aire de enfriamiento por debajo. Los vidrios luego se retiraron del enfriamiento rápido, enfriaron a temperatura ambiente y estimaron por la forma (ajuste al accesorio) , calidad óptica, esfuerzo de compresión de superficie medido por DSR y comportamiento ante fractura en una posición central . Los parámetros clave del proceso, y el esfuerzo de superficie medido y comportamiento de fractura (expresados como números mínimo y máximo de partículas observados en un cuadro de 5 cm en la superficie del vidriado después de fractura en una posición central) , se ilustran en la Tabla 2 acompañante. Por cada muestra, la forma y calidad óptica cumplieron tanto con las normas ECE como los requerimientos de cliente normales relevantes . Los resultados muestran que se lograron esfuerzos de templado satisfactorios utilizando presiones de enfriamiento modestas. Mientras que en cada caso, los requerimientos de ECE R43 para números mínimo y máximo de partículas se cumplieron, las muestras 2 y 3 exhiben una cantidad de ranuras o estrías (partículas de vidrio alargadas mayores a 5 cm) en donde la presión hubiera llevado a falla para cumplir con esta norma. Sin embargo, estos pudieron evitarse por inclusión de una boquilla de "separación" adicional en el enfriamiento rápido de manera conocida (ver, por ejemplo la especificación de patente UK 2,000,117). Ejemplo 3 Preformas para un vidriado de puerta frontal laminado, para un auto sedán de tamaño familiar típico, se cortaron de vidrio con composición I, con espesor de 1.8 mm, y a partir de vidrio OPTIKOOLMR 371 con espesor de 1.8 mm y prepararon para templar por rectificado de borde y lavado de manera convencional .

Tabla 2 Vidriado para puerta frontal de sedán (Doblado y templado en un horno de hogar-gas) -j ;iafcá..i...í tiafaj Tabla 3 Componente semi templado de vidriado frontal laminado para sedán (doblado y templado en horno de hogar-gas) .

Las preformas de vidrio luego se doblaron y templaron en un horno de hogar-gas y estimaron como se describe en el Ejemplo 2, excepto porque ya que se iban a utilizar como los componentes de un vidriado laminado, no se llevaron a cabo pruebas de fractura. Los parámetros clave del proceso y resultados de las mediciones de esfuerzo se ilustran en la Tabla 3 L-li^t -tt?#l.h#rt,ii!-É-Aa-& Ég-&.«.^i^ y. . y. Í Í -?-i acompañante. Comparación entre las muestras 1 y 2 de vidrio de alto contenido alcalino y las muestras 3 y 4, de vidrio estándar, muestra el esfuerzo incrementado que se logra con el vidrio de superior álcali de acuerdo con la invención. Mientras que algo de este incremento puede deberse a la superior temperatura de las muestras 1 y 2 a la entrada de enfriamiento rápido (para las mismas presiones de enfriamiento rápido) , este factor no explica adecuadamente las diferencias que son atribuibles a la composición diferente de los vidrios. Ejemplos 4 a 6 Los siguientes ejemplos describen producción de muestras de vidrio templado e ilustran la facilidad mejorada del templado resultante de selección apropiada de la composición de vidrio, para incrementar su coeficiente de expansión térmica, mientras que reducen su resistencia a fractura. Muestras de cada uno de los vidrios ilustrados en la Tabla 4 acompañante se fundieron en el laboratorio y vaciaron en placas que se recocieron completamente. El coeficiente de expansión térmica de cada uno de los vidrios se midió, junto con su resistencia a fractura y para el ejemplo comparativo y ejemplo 4, la tensión al centro. Para resistencia a fractura, 20 barras de cada vidrio se cortaron y pulieron a un tamaño normal de 65 x „A 10 x 3.15 mm, medido como se describió anteriormente y los resultados se promediaron. Para estimar la facilidad de templado de los vidrios muestra, un mínimo de 4 muestras de cada vidrio de 100 x 100 x 4 mm, todos pulidos y trabajados en borde, se templaron al calentar a 700°C por 200 segundos en un horno horizontal oscilante y luego enfriaron horizontalmente utilizando la presión de enfriamiento rápido mostrada en la Tabla 4; el tiempo de enfriamiento rápido fue 155 segundos incluyendo enfriamiento. Las muestras luego se fracturaron en el borde, y el número de partículas formadas en un cuadro con lado de 5 cm en el centro de la muestra, se contaron y los resultados se reportan en la Tabla. El vidrio empleado para el ejemplo comparativo tuvo aproximadamente la misma composición que OPTIKOOLMR , modificado por la omisión de hierro y el ajuste de otros componentes presentes para compensar. El Ejemplo 4 difiere del ejemplo comparativo solamente en la reducción de contenido de MgO de 3.9% en peso a 0.1% en peso y su reemplazo con óxido de calcio. Este ajuste ha llevado a un incremento en el coeficiente de expansión térmica de 91.4 x 10~7 x °C a 93.9 x 10"7 x°C y una reducción en Resistencia a fractura de 0.70 MPam1 2 a 0.67 MPam1/2. Al templar bajo condiciones idénticas, el vidrio en el Ejemplo 4 exhibe una tensión al centro superior (69.0 titl-,átA„«-é--h-i„ MPa) que el vidrio del ejemplo comparativo (67.2 MPa), y una cuenta de partículas significativamente superior ante fractura (promedio 422, en comparación con un promedio de 374 que se obtiene del ejemplo comparativo) . De esta manera puede verse que la reducción en contenido de óxido de magnesio y su reemplazo con óxido de calcio, ha llevado a mejora significante en la facilidad con la cual puede templarse el vidrio a una norma requerida . La capacidad por controlar la facilidad con la cual el vidrio puede templarse (capacidad de templado) puede explotarse en una cantidad de formas. Por ejemplo, para permitir paneles de vidrio más delgados que hasta la fecha, que sean satisfactoriamente templados bajo condiciones de templado determinadas, o al reducir la severidad de las condiciones (con economías consecuentes en costos de operación y en circunstancias apropiadas, costos de capital de la operación de templado (empleados para el templado) . Los Ejemplos 5 y 6 similarmente muestran el efecto benéfico al templar, como se determina a partir de los patrones saturados de vidrios fracturados, que resultan por el reemplazo de óxido de magnesio (en el Ejemplo 6) por óxido de calcio (en el Ejemplo 5) , pero en este caso, un vidrio que contiene aproximadamente 1% en peso de óxido de hierro y un contenido superior de óxido de metal alcalino (sobre 15% en peso) . En estos ejemplos, la operación de templado se llevó a cabo bajo condiciones menos estrictas que las empleadas en el Ejemplo Comparativo y en el Ejemplo 4, de manera tal que a pesar del superior contenido de óxido de metal alcalino y proporciones más favorables de V x 107: resistencia a fractura, menores esfuerzos de templado (y correspondiente menor fuente de partículas de fractura) se lograron al templar, para proporcionar un patrón de fractura de acuerdo con las normas europeas. La diferencia en cuenta de partículas ante fractura entre los Ejemplos 5 y 6 se atribuye al reducido contenido de óxido de magnesio e incrementado contenido de óxido de calcio en el Ejemplo 5, en comparación con el Ejemplo 6, que más que compensa el contenido de óxido de metal alcalino marginalmente superior en el Ejemplo 6, resultando en una incrementada facilidad de templado.

Tabla 4 Í .- . .ÍÍ -«*•'-» * *>* * +L , . ... .J-JyÉ?.tL De acuerdo con un aspecto modificado de la invención, un vidriado térmicamente templado de vidrio de sílice-cal-sosa con un espesor inferior a 3 mm de vidrio verde que contiene al menos 14.5% en peso de Na20, al menos 10.5% en peso de CaO, al menos 0.5% en peso de hierro total (medido como Fe2?3) y que está substancialmente libre de magnesio. Mientras que en especial en este aspecto modificado de la invención, el contenido de magnesio del vidrio es muy bajo, al menos algo de magnesio es probable que esté presente como una impureza o un elemento en trazas en el lote o como un arrastre de impurezas de una corrida previa en el horno; sin embargo, la cantidad máxima de magnesio presente en la composición es poco probable que exceda aproximadamente 0.2% en peso.

Claims (29)

1. REIVINDICACIONES 1. - Un vidriado térmicamente templado de vidrio de sílice-cal-sosa producido al templar un panel de vidrio que tiene un coeficiente de expansión térmica mayor a 93 x 10"7 por grado Centígrado y resistencia a fractura inferior a 0.72 MPam1 2.
2. 2. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque tiene un espesor inferior a 3 mm.
3. 3. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el vidrio tiene un coeficiente de expansión térmica de al menos 95 x 10"7 por grado Centígrado.
4. 4. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vidrio tiene una resistencia a fractura inferior a 0.70 MPam1 .
5. 5. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el coeficiente de expansión térmica V por grado Centígrado y resistencia a fractura FT (en MPam1/2) del vidrio, son tales que: V x 107 > 135 FT
6. 6. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vidrio tiene un contenido de óxido de metal alcalino superior a 15% en peso.
7. 7. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vidrio tiene un contenido de óxido de metal alcalino en el rango de 15 a 18% en peso.
8. 8. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vidrio tiene un contenido de óxido ferroso (calculado como óxido férrico) de al menos 0.2% en peso.
9. 9. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el vidrio tiene un contenido de óxido ferroso (calculado como óxido férrico) de al menos 0.3% en peso.
10. 10.- Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el vidrio tiene un contenido de óxido de magnesio inferior a 2% en peso.
11. 11.- Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones ¡ «tti-J-n . precedentes, caracterizado porque el vidrio tiene un contenido de óxido de metal alcalino terreo (diferente a óxido de magnesio) de al menos 9% en peso.
12. 12. - Un vidriado térmicamente templado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tiene un espesor en el rango de 2.3 a 2.9 mm.
13. 13.- Un vidriado automotriz laminado que comprende al menos un panel de vidrio semi-templado que tiene un espesor en el rango de 1.5 mm a 2.5 mm, que se produce al semi-templar un panel de vidrio como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
14. 14. - Método para templar un vidriado que comprende un vidrio como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por operar a una temperatura de enfriamiento rápido de al menos 20% menor que la presión de enfriamiento rápido requerida para templar un vidriado correspondiente de composición estándar a las normas requeridas bajo condiciones de otra manera similares.
15. 15.- Método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la presión de enfriamiento es al menos 25% menor que la presión de enfriamiento requerida para templar un vidriado correspondiente de composición estándar a las normas requeridas bajo condiciones de otra forma similares.
16. 16.- Método de conformidad con la reivindicación 14 o la reivindicación 15, caracterizado porque el vidriado es de vidrio flotado que tiene un espesor en el rango de 3 mm a 5 mm.
17. 17.- Método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque las presiones de enfriamiento empleadas están en el rango de no más que 12.5 kPa para vidrio de 3 mm a no más que 5 kPa para vidrio de 5 mm.
18. 18. - Método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque las presiones de enfriamiento empleadas están en el rango de no más que 10 kPa para vidrio de 3 mm a no más que 5 kPa para vidrio de 5 mm.
19. 19.- Método para templar un vidriado que comprende un vidrio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado al operar a una presión de enfriamiento no mayor a 12.5 kPa para vidrio de 3 mm.
20. 20.- Método para templar un vidriado que comprende un vidrio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por operar una ,.4 yK ik ...- i.-i.ji.fi. 1 . . .-?.,.jy. -. .. y . T, „ y ,. ». ?yy. y^~ _ ««._ «faj-t-j .t,Aj presión de enfriamiento no mayor a 10 kPa para vidrio de 4 mm.
21. 21.- Método para templar un vidriado que comprende un vidrio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por operar una presión de enfriamiento no mayor a 6 kPa para vidrio de 5 mm.
22. 22. - Un vidriado térmicamente templado de vidrio de sílice-cal-sosa que tiene un espesor inferior a 3 mm, que opcionalmente es un vidriado de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, el vidrio es vidrio verde que contiene al menos 14.5% en peso de Na20, al menos 10.5% en peso de CaO, al menos 0.5% en peso total de hierro (medido como Fe203) y que está substancialmente libre de magnesio, el vidrio tiene un valor ferroso (por ciento ferroso) de al menos 30%.
23. 23. - Un vidriado automotriz laminado, que opcionalmente es un vidriado de conformidad con la reivindicación 13, que comprende al menos un panel de vidrio semi templado que tiene un espesor en el rango de 1.5 mm a 2.5 mm, y que es de vidrio verde, con una composición como se especifica en la reivindicación 18.
24. 24. - Método para templar un vidriado automotriz, que opcionalmente es un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 21, el vidriado automotriz es de vidrio que tiene una composición como se especifica en la reivindicación 18, caracterizado por operar a una presión de enfriamiento 10% menor, de preferencia 25% menor que la presión de enfriamiento requerida para impartir resistencia a un vidriado correspondiente de composición estándar a las normas requeridas bajo condiciones de otra forma similares .
25. 25.- Un vidrio de sílice-cal-sosa en forma de hoja de composición que comprende en porcentajes en peso: Si02 64 - 75%, Al203 0 - 5%, B203 0 - 5%, Óxido de metal alcalino terreo (diferente a MgO) 9 - 16%, (Óxido de metal alcalino terreo 15-18%, MgO <2%, Total de hierro (calculado como Fe203) >^ 0.5%.
26. 26.- Vidrio de sílice-cal-sosa de conformidad con la reivindicación 25, con una composición que comprende en porcentajes en peso: Si02 67 - 73%, Al203 0 3%, B203 0 - 3%, Óxido de metal alcalino terreo (diferente a MgO) 10-14%, Óxido de metal alcalino 15- 17%.
27. 27.- Vidrio de sílice-cal-sosa de conformidad con la reivindicación 25 o 26, caracterizado porque la proporción de hierro ferroso (calculado como óxido férrico) a total de hierro (calculado como óxido férrico) es inferior a 30%. k.í U.? &M.± d-W-W»-*— -*-t- .
28. 28.- Vidrio de sílice-cal-sosa de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 25 a 27, caracterizado porque tiene un espesor inferior a 2.8 mm.
29. 29.- Un panel térmicamente templado de vidrio de sílice-cal-sosa, de composición según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28. IJÍ.«AttA..t,fa- >„ yy ,_ -. _ Jt.l ? A