NO175053B - Fremgangsmåte til fremstilling av glass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte til fremstilling av en glassgjenstand, noe som resulterer i et sluttprodukt som er betydelig sterkere enn vanlig glass og som oppviser større ensartethet når det gjelder styrke enn det som var tidligere kjent.

Tidligere ble "tempered" (varmebehandlet) glass benyttet for deler når det var store krav til styrke. I løpet av årene ble det tatt i bruk en prosess med forskjellige betegnelser som "kjemisk temperering", "ioneutveksling" eller "kjemisk forsterkning" som gjorde det samme. Disse prosesser setter utsiden av glasset under trykk mens innsiden står under strekk. "Temperering" i glass er ikke det samme som i metaller. Når det gjelder metaller, består denne behandling i hurtig kjøling (i virkeligheten "bråkjøling") fra smeltet tilstand eller fra annen høy temperatur, noe som fører til at det ytre lag størkner først (glass er teknisk sett en væske med tilnærmet uendelig viskositet og ikke et fast stoff). "Kjemisk" temperering eller "ioneutveksling" eller "kjemisk styrking" fører til det samme resultat ved å erstatte for eksempel natriumioner med "fetere" kaliumioner i overflate-området. Dette trykker overflaten sammen, slik at det her oppstår trykk. Når glasstaven bøyes, må den side som står under strekk, miste alle rester av trykk før den går over i strekk. Begge prosesser kan resultere i en del som virker som om den kunne tåle mellom 2.200 kg pr. cm<2> og 3.150 kg pr. cm<2> under strekk (i stedet for bare bøyning). Noen deler har oppnådd 4.200 kg pr. cm<2> på denne måte, men bare i tykke tverrsnitt og ikke pålitelig eller gjentatt flere ganger.

Trykkfastheten for glass er vanligvis ikke noe problem. Årsaken til dette er det faktum at eksisterende ufullkommenheter og mikroriss i overflaten ikke forplanter seg under trykkpåkjenninger. Trykkpåkjenninger på 17.500 kg pr. cm<2 >har man ofte observert.

Et problem med teknikkens stand er at den ikke er pålitelig statistisk sett. Fordelingen av flytepunktet for glass blir skjev med en lang hale i retningen mot høye påkjenninger og en bratt avskjæring med lavere verdier. Man kan dermed med pålitelighet bare regne med å oppnå en brøkdel av de oppnåe-lige verdier under strekk.

I denne beskrivelse skal uttrykket "glass" ikke bare bety de materialer som vanligvis er kjent som glass, men også keramiske materialer og vitrøse materialer og erstatninger for disse. Dette gjelder også visse "metaller" (for eksempel germanium og silisium).

Det var med erkjennelse av teknikkens stand når det gjelder glass som førte til at foreliggende oppfinnelse ble gjort og ble utført i praksis. Kort sagt omfatter oppfinnelsen kombinasjoner av flere nye så vel som tidligere kjente fremgangsmåter til samtidig forbedring av egenskapene ved materialer av glasstypen eller ved anvendelse av fremgangsmåten i rekkefølge, i nye oppstillinger for fremstilling av glassdeler så som speil, filmplater for brennpunktplanet, mikroskopglass, smeltbare ledd, ikke-jernholdige deler og lignende. Så langt man kjenner til er disse forskjellige oppstillinger av rekkefølger og fremgangsmåter nye på det området det her gjelder. De kombinerer spesiell preparering av kantene (for å redusere punkter med konsentrasjon av påkjenninger), overlegen preparering av overflatene (for å redusere mikroriss), delvis etsing av alle overflater og kanter (for å redusere de skarpe kanter i hakk, oppskrap-ninger, fordypninger og mikroriss til avrundede kanter og skjelldannelser eller eventuelt fjernelse av mindre slike), "temperering" (hurtig kjøling i væske eller luft) for å sette de ytre flater under trykk og kjemisk temperering eller styrkning (for å sette de ytre flater under trykk ved ioneutveksling).

De fleste glassorter svikter for tidlig under strekk på grunn av noen tidligere kjente årsaker og noen tidligere ukjente årsaker. Denne oppfinnelse tilveiebringer et sterkere, mer fleksibelt "glass" produkt. Oppfinnelsen hindrer for tidlig svikt under strekk eller på strekksiden av en glasstav. Oppfinnelsen tilveiebringer også en måte å utvide valgmulig-hetene for tykkelser enn det man tidligere hadde til rådig-het, og dessuten har man muligheter for et tynnere produkt, alt uten spesielle valsegjennomløp av en viss størrelse.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for fremstilling av en glassgjenstand, og fremgangsmåten kjennetegnes ved at den omfatter følgende trinn;

som utgangsmateriale anvendes et emne av råmateriale (20) betydelig tykkere enn det ønskede sluttprodukt og emnet reduseres i tykkelse;

forming av kantene av glassgjenstanden for å bestemme begrensningene av sluttproduktet og

polering av alle kanter og overflater av glassgjenstanden til et sluttprodukt som oppviser en samlet overflate-uregelmessighet på ikke mer enn +/- 1,0'IO-<5> cm pr. cm overflateavstand og en ruhet på ikke mer enn 5,08'IO-<7> cm.

Ved forsøk med prøver som var fremstilt i henhold til en fremgangsmåte eller rekkefølge i henhold til oppfinnelsen, ble det oppnådd en bøyefasthet på mer enn 4.340 kg pr. cm<2 >ved prøver på en utførelsesform for oppfinnelsen, nemlig en glassplate utført med avrundede og filtpolerte kanter og styrket kjemisk. I en del med skarpe hjørner på flate polerte kanter ble 3.780 kg pr. cm<2> oppnådd ved bøyeprøver. Disse verdier er grovt sett det dobbelte av det beste som tidligere er blitt oppnådd. Da foreliggende oppfinnelse spesielt angriper de svake områder som tidligere førte til tilfeldige og for tidlige sammenbrudd, kan man derfor i forhold til tidligere, vente å oppnå mer pålitelige og ensartede resultater. Dette betyr at en mer normal fordeling av flytegrenser rundt middelverdien nu kan oppnås enn det var mulig tidligere. I virkeligheten har man ved å benytte deler av foreliggende oppfinnelse, selv med utempererte glassprø-ver, oppnådd resultater på 8.400 kg pr. cm<2>, noe som over-stiger tidligere vanlige verdier for utemperert glass ved bøyning med omtrent 700 kg pr. cm<2>. Visse spesielle prøver har oppnådd 28.000 kg pr. cm<2> uten temperering eller kjemisk styrkning.

Hovedbetydningen ved oppfinnelsen er å gjøre så forskjellige glassgjenstander som mikroskopglass, fotografiske plater av glass, glassvinduer i romfartøyer og motorkjøretøyer som fly mer varige og bøyelige ved hjelp av større styrke og bedre reproduserbarhet av egenskaper eller ensartethet når det gjelder produktets styrke. Dessuten kan nu komponenter av optisk glass anvendes under omgivelser der dette ikke ble tillatt og der deres elektriske ikke-ledning og ikke-magne-tiske egenskaper er overlegne, sammenlignet med metaller (for eksempel smeltbare ledd og staver i ionemotordynamometere).

Andre trekk, formål og fordeler og resultater ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskrivelse under henvisning til tegningene. Tegningene som er inntatt i beskrivelsen og utgjør en del av oppfinnelsen, viser noen utførelsesformer for oppfinnelsen og sammen med beskrivelsen tjener de til å forklare prinsippene ved oppfinnelsen generelt sett.

Det vises til tegningene der:

Fig. 1 er en grafisk fremstilling som viser fordelingskurver for henholdsvis tidligere kjent glass og for glass fremstilt i henhold til oppfinnelsen, fig. IA er, sett fra siden, en skjematisk gjengitt detalj med visse deler skåret vekk og i snitt, der man skjematisk ser et trinn ved en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen,

fig. IB viser skjematisk og sett fra siden, en detalj i snitt, der man skjematisk ser en operasjon som kan benyttes om det ønskes i kombinasjon med mekanismen som er vist på fig. IA,

fig. 2 viser skjematisk og sett fra siden, en detalj delvis i snitt, der man ser en operasjon svarende til den som er gjengitt på fig. IA, der rullene har forskjellig diameter,

fig. 3 viser skjematisk og sett fra siden en detalj delvis i snitt, der man ser en operasjon svarende til den som er vist på fig. IA som er direkte etterfulgt av en tempereringsope-rasjon,

fig. 3A viser skjematisk og sett fra siden en detalj delvis i snitt, der det er gjengitt en hurtig kjøling av en plate av materiale som allerede har fått den ønskede tykkelse,

fig. 4A viser, sett fra siden, en del av en glassplate med en kant slik den er når den er skåret,

fig. 4B viser, sett fra siden, en del av en glassplate etter at den er behandlet med en fin sliping av kanten,

fig. 4C viser, sett fra siden, en del av en glassplate etter at den er underkastet en finpolering av kanten,

fig. 5A viser, sett fra siden, en del av en glassplate hvis kanter er hensiktsmessig avskrånet,

fig. 5B viser, sett fra siden, en del av en glassplate hvis kanter er hensiktsmessig avrundet,

fig. 5C, 5D og 5E viser i rekkefølge, sett fra siden, en del av en glassplate hvis kanter er henholdsvis betydelig underskåret, middels underskåret og svakt underskåret,

fig. 6 viser skjematisk kjemisk styrking eller en ioneut-vekslingsoperasjon som er en annen operasjon anvendt ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen og

fig. 7 er en grafisk fremstilling som viser bruddstyrke i forhold til etsedybde i henhold til en utførelsesform for oppfinnelsen.

Det er tidligere fremholdt at et problem med teknikkens stand er at den er ikke pålitelig statistisk. Det betyr at flytegrensen for en tilfeldig valgt glassgjenstand ikke kan forhåndsbestemmes nøyaktig, slik man kan når det gjelder flytegrensene for de fleste andre vanlige materialer. Denne situasjon er grafisk vist på fig. 1, der man ser en fordelingskurve 10 for en typisk glassgjenstand, overlagret på en normal eller teoretisk fordelingskurve 12. Som man tydelig ser, er kurven 10 forskjøvet mot venstre eller i retning mot lav styrke, med en lang tale i retning mot høy styrke. Man skal merke seg at den samme skjeve tilstand eksisterer enten glasset er temperert eller utemperert, idet den eneste forskjell er at temperert glass som ventet, har en høyere flytegrense enn utemperert glass.

På grunnlag av foreliggende oppfinnelse, blir ikke bare glassets fasthet økt i betydelig grad, men fordelingskurven for glass som er behandlet på denne måte, ligger betydelig nærmere opp til den form som er angitt med kurven 12. Glassgj enstander i form av prøver på 2,5 cm x 25 cm, fremstilt i henhold til oppfinnelsen, det vil si etter enten termisk temperering eller etter kjemisk temperering eller etter etsing alene på den måte som er beskrevet, oppviser en flytegrensefordeling som ligger hovedsaklig i området 2.100 kg pr.cm<2> til 4.550 kg pr. cm<2> og har en standard avvikelse på 1.099 kg pr. cm<2>. Naturligvis vil man være klar over at slike glassgjenstander som her underkaster kombinasjoner av to eller tre av disse prosedyrer, vil oppvise også andre forbedrede egenskaper.

Det har vist seg at i form av råmaterialet, har tykkere glass bedre egenskaper på grunn av bedre homogenitet enn tynnere glass. Denne kvalitet er uavhengig av eventuelle overflate-effekter, det vil si fjernelse av ufullkommenheter i overflaten. Det skyldes hovedsaklig forurensninger under fremstillingsprosessen. Av denne grunn velges det helst råmaterialer for oppfinnelsens formål, som er betydelig tykkere enn det ønskede sluttprodukt, hvoretter det reduseres i tykkelse på en eller annen passende måte.

Som vist på fig. IA blir råmaterialet 20, for eksempel floatglass eller annet flatt materiale, matet frem og drevet av og mellom ruller 22 og 24. En uttynnet glassplate 26 kommer fra rullene 22 og 24 og kan føres inn i en passende omhyll ing 28. Omhyllingen kan fylles gjennom et innløp 30 med en eller annen egnet gass eller en væske som det er ønskelig å behandle glasset 26 med etter valseoperasjonen. Det kan også være ønskelig å varme eller kjøle rullene 22 og 24 i forhold til råmaterialet 20 ved hjelp av passende injektorer 32 og 34. Glassplaten 26 passerer deretter gjennom en forholdsvis gass- eller væsketett delvis forseglet åpning 36 i omhyllingen 28, hvoretter det underkastes påfølgende operasjoner. Selv om rullene 22 og 24 kan tjene til å drive glassplaten 26 i retning forover, så vel som til å redusere dens tykkelse, kan en egnet betjent klomekanisme 38 tjene til å gripe glassplaten 26 og trekke den mellom rullene 22 og 24 om det skulle være ønskelig. I tillegg kan det, som vist på fig. 2, om det skulle være ønskelig, benyttes ruller 40 og 42 med forskjellige diametere (de innbyrdes størrelser på rullene er overdrevet) for å hindre bølgedannelser i glassplaten 26. Det ligger også innenfor rammen av oppfinnelsen at rullene 22 og 24 kan være uten drift, slik at klomekanismen 38 kan trekke glassplaten 26 mellom rullene, eller rullene 22 og 24 kan være stasjonære for trekning av glassplaten 26 som ved en ekstruderingsoperasj on.

Selv om de fremgangsmåter som nettopp er beskrevet gjelder en rulle- eller valseoperasjon, kan den også betraktes som en ny rulleoperasjon, siden råmaterialet 20 allerede tidligere kan ha vært underkastet en valseoperasjon hvis det ikke har vært "flytende" (for eksempel på tinn) eller støpt ut i en bestemt størrelse under fremstillingen.

Som vist på fig. 3 kan den glassplate 26 som kommer fra rullene 22 og 24 flammeoppvarmes og deretter bråkjøles for termisk "temperering" av dette. Dette betyr at flammestråler 40 med passende brensel, kan anvendes til oppvarming av glasset, hvoretter kjølestråler 42 som benytter kald luft eller andre gasser eller olje, rettes mot glassplaten 26, slik at denne bråkjøles. Graden av "temperering" er en funksjon av hurtigheten ved bråkjøl ingen. Sperredeler 44 kan anvendes for å skille flammestråleren 40 fra kjøledysene 42. Fig. 3Å viser slik bråkjøling anvendt på en materialplate som allerede har den ønskede tykkelse, for dermed som en påføl-gende operasjon å temperere den allerede preparerte del. På fig. 3Å er komponentene 22a, 24a, 26a, 40a, 42a og 44a stort sett svarende til komponentene 22, 24, 26, 40, 42 og 44 som er vist på fig. 3, bortsett fra at glasset 26a i dette eksempel allerede har den ønskede tykkelse.

Selv om trinnet med reduksjon av tykkelsen av råmaterialet 20 her er beskrevet som utført i en rulleoperasjon, skal det påpekes at når det gjelder oppfinnelsen kan dette trinn utføres på andre hensiktsmessige måter, for eksempel ved sliping eller kjemisk fresing.

Etterat glassplaten 26 er blitt redusert i tykkelse som ønsket og før tempereringsoperasjoner med varme eller kjemikalier er blitt utført, kan det være ønskelig å dele glasset 26 i atskilte gjenstander så som angitt ved henvis-ningstallet 46A på fig. 4A. Glassgjenstanden 26A kan skilles fra hovedplaten 26 på flere forskjellige måter, innbefattende saging, flammeskjæring eller ved rissing med påfølgende avbrytning langs den rissede linje. I den tilstand den har når den er skåret, vil kanten på glassgj enstanden 46A ha en overflateruhet eller uregelmessighet på 0,01 mm +/- 0,005 mm. Den blir derpå finslipt til en overflateruhet på 0,0025 +/-0,0012 mm som angitt ved glassgj enstanden 46B på fig. 4B. Sluttelig blir som vist på fig. 4C, kantene av en glassgjenstand 46C polert med papir eller filt som er impregnert med harpiks eller et harpiksstykke, inntil uregelmessighetene i overflaten ikke er større enn 0,0000254 mm +/- 0,0000254 mm. Denne samme prosess som er vist på fig. 4A, 4B og 4C når det gjelder bearbeiding av kantene av glassgjenstanden, utføres også på alle andre flate utstrekninger 48 og 50, men da ved anvendelse av en harpikslapp i full størrelse for polering av de større flater.

De fremgangsmåter som nettopp er beskrevet, tjener til å eliminere årsaker til begynnende brudd i glasset. Dette betyr at jo glattere overflaten av glasset er, desto større vil dets styrke være for et gitt prøvestykke.

Mellomliggende trinn som er representert av fig. 4B og 4C eller etterat trinnet på fig. 4C er utført, kan, om det ønskes, bestå i å etse kantene og flatene på glassgjenstanden. Denne etseprosedyre er ikke en "matting", men tjener til å "runde av" skarpe markeringer og jevne ut mikroriss-bunner. På denne måte kan overflatene prepareres for den endelige bruk og/eller for å forbedre det endelige polerte prøvestykke, siden etsing når inn i riss og fordypninger som det ville være vanskelig å nå inn i ved slipe- eller poler-ingsprosesser.

Andre foranstaltninger som kunne ha vært eller kan bli benyttet med en høy grad av hell, er vist på fig. 5A til 5E og gjelder ytterligere operasjoner som er knyttet til kantpartiene. For eksempel er på fig. 5A en glassgjenstand 52 vist med avskrånede kanter 54. I henhold til en annen utførelsesf orm som er vist på fig. 5B, er en glassgj enstand 56 utformet med runde kanter 58. Ennu en utførelsesform er vist på fig. 5C, der en glassgjenstand 60A er utformet med en underskåret kant 62A. Den underskårne kant 62A har en forholdsvis liten krumningsradius. En glassgjenstand 60B er vist på fig. 5D, med en underskåret kant 62B med en forholdsvis moderat krumningsradius. Med ennu en utførelsesform er en glassgjenstand 60C som er vist på fig. 5E utført med en underskåret kant 62C med en forholdsvis stor krumningsradius. I hvert av disse eksempler er formålet å redusere spenningskonsentrasjoner uten at dette virker uheldig inn på spred-ningsegenskapene i det resulterende glassprodukt.

Etter fullføring av de foregående trinn, er det ønskelig termisk eller kjemisk å temperere glassgjenstanden. Termisk temperering er allerede omhandlet og prosedyren er generelt vist på fig. 3. Kjemisk temperering er prinsipielt vist på fig. 6, der en glassgjenstand 64 med samme natur som natrium-kalkglass eller borsilikat kroneglass, er neddykket i et smeltet saltbad 66. I henhold til denne prosess, blir kaliumioner vekslet ut med natriumioner eller natriumioher blir vekslet ut med litiumioner. Størrelsen på ioneutveks-1 ingen er en funksjon av tid, temperatur og de ioner det gjelder. Prosessen resulterer i en "opphopning" virkning, der de store ioner trenger seg inn i de rom som tidligere ble oppfylt av de mindre ioner. Prosessen har som resultat en forspenning av glasset ved at hele utsidene av dette kommer under trykkspenninger. Dermed må disse opprinnelige trykkspenninger overvinnes før strekkspenningen kan komme til virkning, noe som nesten alltid er årsak til at glasset brister.

I alle tilfeller, har man funnet at termisk temperering og/eller kjemisk temperering av glass forbedrer styrken, av glasset mer dramatisk etterat prosedyrene som er vist på fig. IA, IB, 4A-4C og 5A eller 5B er fullført.

I noen tilfeller kan det være ønskelig å føye til et trinn med superpolering og/eller etsing en gang til etterat det siste tempereringstrinn er blitt utført. Dette ville tjene til å hindre at gjenstanden slår seg eller at det oppstår uregelmessigheter i dimensjonene på grunn av tempereringen. Man må imidlertid være meget forsiktig for at etsing eller polering ikke skal gå så dypt at det virker uheldig på de gode resultater av tempereringsoperasjonen.

De generelle tanker bak oppfinnelsen er nu blitt forklart. Det følgende gjelder eksempler på spesielle anvendelser av fremgangsmåtene som er beskrevet og spesielle prosedyrer som benyttes i hvert av disse eksempler.

Eksempel 1. Store lettvekts primær- og sekundærspeil.

Disse er stort sett i form av paraboloider, hyperboloider, spheroider og lignende for optiske reflektorer som anvendes for teleskoper, kameraer, følere i mange omgivelser og forhold så som industrielle, kommersielle, fritidsforhold, militære, romforhold, infrarøde forhold, ombord på skip, på land, sjø og luft og i romfartøyer. For endel år siden ble store lettvekts primærspeil og sekundærspeil til å begynne med laget av metaller. Årsaken til dette var delvis situa-sjonen i den periode da glass eller varmebestandige materialer ikke var tilgjengelige og kunne tåle støt og vibrasjoner som metaller var istand til i lettvektsdimensjoner. Denne oppfinnelse gjør det mulig å utvide anvendelse av glass -og varmebestandige materialer til lettvektsområdet der de kan konkurrere med metallspeil. Varmebestandige materialer eller glass er letter å polere og forme med stor nøyaktighet enn metaller, og vil også ellers være meget ønskelige for denne anvendelse.

Prosedyre;

Man har to forskjellige arbeidsmåter for denne anvendelse. Den første ville være ioneutveksling eller kjemisk herding av et stykke som først var blitt maskinert ut av et emne av fast materiale. Videre vil denne fremgangsmåte innbefatte etsing av overflatene av det utskårede faste materiale. Denne etsing kunne være en separat prosess eller kunne kombineres med ioneutvekslingsprosessen. Bruk av poleringsteknikken anvendt på prøvestykkets kanter vil her i stedet bli anvendt på alle de sider som var maskinert eller kjemisk frest ut av det faste emne. Disse flater har foreløpig et slipt utseende fordi det er nettopp dette som er blitt gjort, idet de bare er grovt preparert. Man er nu klar over at grovt preparerte flater enten ved sliping eller kjemisk fresing vil ha nettopp den type mikroriss i overflaten som man skal unngå. Av den grunn vil anvendelse av poleringshoder med filt og papir som når ned i fordypningene i de deler av grunnmaterialet som er mekanisk eller kjemisk fjernet, bli anvendt når materialet skal benyttes for lettvekts primærspeil.

Den annen måte å fremstille store lettvekts primærspeil eller sekundærspeil på i henhold til den lære som gis med denne oppfinnelse, er ved sammensintring av små tynne preparerte stykker. Sammensintring er en kjent fremgangsmåte til sammenbinding av separate glasstykker. Arbeidsstykkene kan ha et høyere smeltepunkt enn bindingsstykkene. Ved å varme opp arbeidsstykkene noe over smeltepunktet for bindingsstykkene med det lavere smeltepunkt, dannes en sammenbinding mellom de to arbeidsstykker og etter avkjøling blir de en enhetlig struktur. En slik fremgangsmåte muliggjør dannelse av en lettvekts glasskonstruksjon som ikke krever etsing. Forskjellen mellom sintringsteknikken og det som tidligere er blitt utført og det som kan gjøres i henhold til foreliggende oppfinnelse, er at alle de små tynne preparerte stykker ville ha deres kanter nøyaktig polert og avrundet slik at man unngår at det oppstår spenningskonsentrasjoner. Deretter kan hele konstruksjonen etses og/eller styrkes kjemisk.

Eksempel 2. Korrlgeringsplater for katadioptrlske optiske systemer ( f. eks. Schmidt, Maksutov. Bowers og Pfenning). Disse korrigeringsplater anvendes sammen med et sfærisk primærspeil. De har meget lav forstørrelsesgrad og heller tynne tverrsnitt. Oppfinnelsen gjelder nu den tynne korri-geringslinse. Problemene som er løst med foreliggende oppfinnelse er å unngå brekkasje på grunn av kontakt med sann stein, mikrometeoriter og støt samt vibrasjoner. Tidligere korrigeringsplater har måttet være utført tykke, noe som skaper vektproblemer foran teleskopet eller kameraet, slik at det oppstår vippevanskeligheter (forandringer i plasseringen av tyngdepunktet), så vel som tap når det gjelder optisk gjennomslipping. Det er ønskelig å ha tyngdepunktet nær brennpunktet, noe som ville være den optimale posisjon i et Coude system. Opphengningsanordningen som benytter disse systemer kan være av Springfieldversjonen som muliggjør enkel betjening av strålen og/eller bruken av strålen for mange formål. Hittil har de optiske krav krevet plassering av korrigeringsplatene tett inntil brennpunktet for systemene på grunn av problemer som skyldes vekten og vippearmene. Dette resulterer i dårlige optiske egenskaper, både når det gjelder f argeoppløsning og synsfelt på grunn av at man ikke har korrigeringsplaten nærmere krumningssenteret.

Frem<g>an<g>småte: Sluttproduktet som er korrigeringsplater, krever høy optisk homogenitet, det vil si at enhver avvikelse i den optiske bane på grunn av innéslutninger, striper eller variasjoner i brytningsindeks må være kjent og kunne forut-sies. Dette ville innbefatte polarisering, dispersjon og lignende. Den nye lære foreslår at fremstillingen av slike plater skulle begynne med et materialstykke som er tykkere enn nødvendig. Dette ville resultere i et mer homogent og mindre (relativt) forurenset emne til å begynne med. Videre vil bruk av ioneutveksling eller kjemisk styrking ikke være en riktig prosess på grunn av vanskelighetene i grensesjik-tene av korrigeringsplaten når det gjelder å ha et annet stoff (kalium i stedet for natriumioner) i disse områder. Derfor ville et temperert produkt være mer passende og tempereringen kunne enten gjøres før eller etter den avsluttende bearbeiding. Hittil har temperering vanligvis ikke blitt utført etterat delen er blitt preparert, og hittil har de fleste tempererte produkter heller ikke vært underkastet optisk bearbeiding. Foreliggende oppfinnelse viser imidlertid at det ene eller det annet av disse valg kan gjøres. I katadioptriske systemer av typen Maksutov, Bowers eller Pfenning kan en tidligere temperert plate etses etter utformningen. Også med disse anvendelser må kantene for-trinnsvis være avrundet og polert for å gjøre dem mindre utsatt for brudd. Disse kantbehandlinger vil være de samme for begge fremgangsmåter (temperering før eller etter anvendelsen). (a) Det anskaffes glass som kan tempereres kjemisk, det vil si et som har en temperaturavhengig utvidelseskoeffisient ved kjøling. I et typisk tilfelle bør den minste tykkelse være noen få prosent større enn tykkelsen på sluttproduktet, men som nevnt tidligere kan glasset som anvendes være betydelig tykkere for at man skal få større grader av homogenitet. (b) Kanter og selve delen formes ved sliping, idet slik sliping gjøres med det store antall trinn i rekkefølge som er omhandlet andre steder i denne beskrivelse og ved anvendelse av åtte grader av slipemasse i rekkefølge: (1) Grov sliping med grov slipesand som for eksempel

nummer 60 inntil man oppnår tilnærmet form. Dette vil fjerne alt helt ned til de siste få prosenter av glassets tykkelse.

(2) Grov sliping med slipesand nummer 80, inntil alle

spor av skader etter slipesand nummer 60 er fjernet med fortsatt sliping med en enda bedre tilnærmelse til den

endelige dimensjon. Slipetid og slipearbeid vil bli betydelig lenger enn under trinn (1).

(3) Her brukes slipesand nummer 120 for å fjerne alle

slipespor etter slipesand nummer 80 og sliping fortsetter for ennu bedre tilnærmelse.

(4) Påfølgende bruk av 5 ytterligere slipesandgraderinger

som i rekke blir mindre og mindre ned til en avsluttende smergel nummer 800. I hvert tilfelle blir spor etter tidligere slipning med foregående slipesand-størrelse

fjernet, og sliping fortsetter for å sikre at alle partikler og rester fra tidligere slipetrinn er brutt ut og er vasket vekk fra delen. Disse slipeprosedyrer utføres også ved kantene og hjørnene av alle deler avglasset samtidig, før man går videre.

(c) Polering over den optiske flate foretas nu ved hjelp av

en pasta med bekblende. Når det gjelder kantene og hjørnene kan bekblende være impregnert i papir eller filt. Grovere polering kan foretas med stoffer så som ceriumoksyd eller barnesitt for grovere polering og forming, og deretter anvendes polerrødt for å rette opp skader og spor etter grov polering. (d) Svak etsing av delen med 10$ ammonium fluorid/ammonium bifluorid oppløsning inntil alle gjenværende poleringsskader blir frilagt (det vil si å fjerne 0,25 til 5,0 • 10~<5> cm). (e) Ny polering av delen inntil de frilagte skader som blir påvist ved ammonium fluorid/ammonium bifluorid etsingen er fjernet ved fortsatt polering i en kort tid.

(f) Svak etsing på nytt som under punkt (d).

(g) Polering på nytt med polerrødt som under punkt (e).

(h) Gjenta (e), (f) og (g) inntil det ikke finnes noe spor av gjenværende skader i overflaten eller inntil overflaten får et ångstrømnivå på minimal verdi, det vil si 1 til 4 ångstrøm. (i) Bruk gjenstanden som den er på dette punkt eller fortsett til trinn (j).

(j) Termisk temperering av delen ved oppvarming av denne til en temperatur som ligger trygt under mykningstemperaturen med påfølgende bråkjøling i et flytende salt eller flytende metall, for at delen skal komme under trykk i de ytre flater.

Eksempel 3. Flate speil for avsøkning eller for folding av optiske systemer.

Flate overflater på mangefaseterte utvendige og innvendige avsøkningshjul eller vanlige flate speil er ofte laget av høyglanspolert metall fordi de blir utsatt for vibrasjoner, støt og høye sentrifugalkrefter (f.eks. er 10.000 omdrei-ninger i minuttet ikke uvanlig). Andre flate avsøkningsspeil blir utsatt for sterke vibrasjoner ved en flip-flop beve-gelse. Problemet er at optisk refleksjon ved metalldeler som kan poleres eller diamantdreies på sitt beste, bare tilnærmet er den man får med polerte flater av glass. For det beste når det gjelder flater med lav spredning er vitrøse materialer så som keramikker, silikater og glass helt overlegne. Denne oppfinnelse muliggjør styrking av slike speil og avsøkningsspeil til et punkt der glasset kan benyttes på et hvert område der man normalt benytter metall.

Prosedyre:

Prosedyren som benyttes til fremstilling av flate speil for avsøkning eller for folding av optiske systemer er den samme som for korrigeringsplatene i eksempel 2 ovenfor.

Eksempel 4. Fotografiske glassplater som benyttes som underlag for fotografiske emulsjoner, som for eksempel i anvendelser med krumme brennpunktplan som i katadioptriske optiske systemer og i parabolske systemer.

Hittil har optiske konstruksjoner som kameraer og teleskoper nødvendigvis hatt plane felt. Årsaken til dette er at glass som benyttes som underlag for enten spektroskopiske fotografiske plater eller vanlige fotografiske plater måtte krummes i en utstrekning som ikke var oppnåelig. I et typisk tilfelle har man oppnådd krumning av glassplater med en krumningsradius på 200 cm for bruk i store Schmidt kameraer som arbeider med f/tall på fire, seks eller åtte. For å arbeide med f/tall på f/l eller f/2, måtte optiske systemer inneholde feltutflatende elementer for å gjøre den fotografiske eller den billedmottagende flate tilnærmet plan. Dette krevet feltutflatende linser med stor absorpsjon i de spektralområder som er av interesse. Denne oppfinnelse muliggjør både et større synsfelt og/eller en meget mindre krumningsradius og et mindre f/tall eller en kombinasjon av alle tre.

Prosedyre: For denne anvendelse behøver glasset ikke være gjennomsiktig, bare gjennomskinnelig, slik at filmen kan betraktes i en analysemaskin. Ideelt sett bør platene som bærer emulsjonen være tynne, men denne oppfinnelse vil til og med tillate tykkere og sterkere plater fordi oppfinnelsen gjør platen mer bøyelig. Overflatene på disse plater trenger å være tilstrekkelig glatte til å hindre at emulsjonen bygges opp uensartet når den bindes til glasset. Emulsjonen må hindres i å fjerne deler av glasset ved avrivning på grunn av underliggende mikroriss. Dessuten må alle kanter være slipt, polert og glattet ut. Dette eliminerer ikke bare mikroriss, men fjerner også inneslutninger av slipemiddel. Glasset behandles for å gi de beste resultater for meget tynne plater til og med helt ned til noen få tiendels millimeter på denne måte: (a) Det tilveiebringes floatglass fra en leverandør av

dette.

(b) Hvis ytterligere uttynning er nødvendig, valses floatglasset på nytt ifølge oppfinnelsen som vist på figur IA i passende lukkede omgivelser.

I begge tilfeller (a) og (b), er platen vanligvis tilstrekkelig plan for denne anvendelse uten polering. (c) Bearbeid kantene på den fotografiske plate ved sliping og polering med filt eller papir under poleringsprosessen. Hjørnene kan avrundes fordi platen kan holdes der kantene ikke vises i det optiske system. Bruk så i rekkefølge de bearbeid-ingstrinn som er angitt i eksempel 2 (prosedyre-trinn (b) og (c) ovenfor), som vil gi en tilfreds-stillende kant. (d) Ets delen i 4$ saltsyre og 6# fluorsyre-oppløsning for å fjerne omtrent 0,005 mm fra begge sider og alle kanter. (e) Bruk gjenstanden som den er på dette punkt eller gå

til trinn (f). En rekke deler ble laget i henhold til denne lære ved etsing av forskjellige mengder fra deres overflater og kanter. Figur 8 viser resul-tatene. Man vil se at nær ved en fjernelse på 0,05 mm

fant det sted en dramatisk forbedring i styrken som nådde 36.750 kg pr. cm<2> i en prøve som var 10 cm x 10 cm og 0,8 mm tykk. For spesielle glass-sammensetninger og tykkelser vil den nøyaktige etsedybde for oppnåelse av maksimal styrke variere rundt denne nominelle verdi og kan optimaliseres ved forsøk ved forskjellige etsedybdeverdier nær denne verdi.

(f) Ioneutveksling i delen ved neddypping av denne i

et kaliumsalt eller annet salt som er tyngre enn silisiumsalt (den nødvendige temperatur, tid og sammensetning av badet er gitt fra teknikkens stand). Noen deler ble laget ved å utelate trinn (d) og ved

å gå direkte til trinn (f) og disse deler ble prøvet. Styrker på 22.400 kg pr. cm<2> til 29.050 kg pr. cm<2 >ble oppnådd i prøver på 10 cm x 10 cm og en tykkelse på 0,4 3 mm.

En alternativ prosess som ville være best for plater som er tykkere, det vil si en til tre millimeter er slik:

(a) Det anvendes floatglass som ovenfor.

(b) Glasset skjæres i runde skiver ved flammeskjæring

eller saging, fulgt av en kantavrundende etsing.

(c) Vals glasset på nytt omtrent til den ønskede tykkelse . (d) Kontroller rundheten og korriger om nødvendig og

bestem hvor meget den skal valses ytterligere.

(e) Fortsett å valse og etse etter behov inntil den endelige ønskede tykkelse er oppnådd med den nødvend-ige rundhet. (f) Varm opp og termisk bråkjøl under den endelige valseoperasjon. (g) Ets glasset for å fjerne omtrent 0,005 mm fra hver side etter bestemmelse av den optimale mengde.

Eksempel 5. Anvendelser der vitrøse materialer og sprøe halvledermaterialer er bundet til et underlag. f. eks, silisium, germanium eller glass bundet til seige metaller så som titan, rustfritt stål eller molybden.

Etter avkjøling vil bindemidlene (f.eks. epoksyer, RTV, silikoner) ofte trekke et segment av de vitrøse materialer løs på grunn av små mikroriss i det vitrøse materiale. Slik kjøling kan lett finne sted i kryogene anvendelser og ved anvendelser i rommet. Ved et eksperiment har til og med en liten perle av dette bindemiddel som lå fritt på overflaten av en halvleder, trukket løs et lite segment av overflaten ved hurtig kjøling (f.eks. 50 grader pr. minutt over en to minutters periode). Oppfinnelsen vil ved reduksjon av mikroriss og ufullkommenheter i overflaten, muliggjøre langt mer hardhendt bruk av vitrøse materialer for kryogene anvendelser.

Prosedyre:

Fremgangsmåte I for germanium og silisium og andre halvledermaterialer : (a) Ta et emne og gjør overflatene så flate som mulig ved

i rekkefølge å slipe og polere som beskrevet ovenfor,

(b) avrund hjørnene som ovenfor og på figur 5 for å

avlaste spenninger,

(c) foreta etsing ved hjelp av et bad som er istand til å

fjerne en valgt mengde av materialer tilstrekkelig for å fjerne alle mikroriss eller gjøre dem uvirk-somme for ytterligere rissdannelse og (d) lag prøver i henhold til den prosedyre som skal utprøves.

Fremgangsmåte II for vitrøse materialer:

(a) Det anvendes floatglassemner som kan valses på nytt for å gi dem riktig tykkelse,

(b) slip og poler som ovenfor,

(c) foreta etsing for å fjerne 0,05 mm på hver side og

på kantene og/eller

(d) foreta ioneutveksling i delene.

Eksempel 6. Vinduer for fartøyer til anvendelse på land, i sjøen, i luften og i rommet ( for kommersiell, fritids eller militær bruk).

Tidligere måtte slike vinduer være temmelig tykke i mange tilfeller for å kunne tåle overtrykket for eksempel ved anvendelse på dypt vann, Venus prober (tette atmosfærer). Det kreves ofte at vinduer har en sterk form for at det skal kunne bidra med en del av styrken av en bygning eller konstruksjon. Foreliggende oppfinnelse vil gjøre det mulig å redusere noe av kravet til tykkelse og spenningstoleranser ved at man får en mer solid komponent for disse formål. Slike vinduer blir ofte utsatt for støv og bombardement med sand mot overflatene og disse anvendelser vil også dra fordel av foreliggende oppfinnelse ved at man får en hard og konstruksjonsmessig sunn overflate.

Prosedyre:

(a) Glass tilveiebringes fra en produksjon der glasset enten er termisk tempererbart eller kan underkastes ioneutveksling.

(b) Delen formes.

(c) Hvis det er termisk tempererbart kan glasset tempereres før etsing eller det kan tempereres senere, (d) hvis glasset kan underkastes ioneutvekslig, skal delen først etses og ioneutveksling deretter foretas, (e) i begge tilfeller kan etsing alene være tilstrekkelig (uten temperering).

Med andre ord kan man for termisk temperert glass, temperere dette og deretter etse det, eller etse det og deretter temperere det mens man med ioneutvekslet glass skal etse dette og deretter temperere det. Som et alternativ kan man bare etse delen i begge tilfeller.

Eksempel 7. Smeltbare ledd.

Smeltbare ledd er smeltepunkter eller punkter med spesifisert bruddstyrke i en konstruksjon der man ønsker at svikt skal inntreffe ved et forutsebart og valgbart stressnivå eller nivå for påkjenninger. Når man tidligere har anvendt tre eller metall, har man stått ovenfor et problem når det gjelder deres flytegrense før en bruddgrense. Slike materialer er seige og vil strekke seg (som karamell) før de til slutt ryker av. De har dermed ikke noe bestemt punkt der de kan observeres og svikte dramatisk. Glass har imidlertid ikke noe særlig flytegrense og svikter samtidig med at det flyter. Tidligere har imidlertid sviktepunktet for glass og vitrøse materialer vært meget variabelt, ofte med faktorer på ti (f.eks. over et område på 420 kg pr. cm<2> til 4.200 kg pr. cm<2>). Oppfinnelsen kan garantere en bestemt reproduserbar verdi for sviktepunktet innenfor fem til ti prosent. Dette vil i høy grad forbedre anvendelser av smeltbare ledd slik det brukes i ammunisjon, eksplosive bolter og frigjørings-anordninger og i annet våpenteknisk materiell.

Prosedyre: Avhengig av spenningsnivået og den presisjon som kreves, kan disse prepareres på den ene av to måter. Om de prepareres på samme måte som fotografiske glassplater (eksempel 4 ovenfor)> vil de ha en nominell styrke og pålitelighet når det gjelder sviktnivået. Hvis de prepareres som korrigeringsplatene (som i eksempel 2 ovenfor) vil det ha ennu mer nøyaktige grenser for svikt og et høyere generelt nivå for svikten. Denne ekstra styrke og større presisjon skyldes det faktum at begge overflater er polert som i eksempel 2 ovenfor, i motsetning til at man har en overflate slik den rulles eller slik den kommer fra float prosessen som i eksempel 4 ovenfor.

Eksempel 8. Anvendelser der elektro- eller ferroma<g>netiske virkninger gjør metaller stort sett ubrukelige.

For visse understøttelseskonstruksjoner har omgivelsene elektrostatiske og elektromagnetiske og ferromagnetiske forstyrrelser. Isolatorer for høyspentlinjer, talespoler i høytalere, understøttelser for transformatorer med luft-kjerne, variable kondensatorer og stag som bærer ionemotorer i en kritisk dempet tilstand, blir alle påvirket av elektro-eller ferromagnetisme. Oppfinnelsen kan gi fjærende materialer med høy styrke for slike oppfinnelser, der man kan stole på at materialet ikke svikter ved de beregnede belastninger.

Prosedyre: Disse gjenstander kunne også prepareres på to måter på samme måte som smeltbare ledd. Om man skal anvende fremgangsmåten i eksempel 2 eller fremgangsmåten i eksempel 4, vil avhenge av anvendelsen.

Eksempel 9. Holografiske plater.

Store fremskritt er gjort i den senere tid på området for holografi. Dette innebærer fremstilling av store, tynne glasskiver som bærer film der det holografiske mønster skal dannes. Disse har hittil måttet være forholdsvis tykké og tunge opp til nu på grunn av glassets uforutsigelige måte å svikte på og spenningsnivået ved svikt. Oppfinnelsen gjør det mulig å fremstille holografiske plater av minimal tykkelse, siden hovedprinsippet med en holografisk plate er å erstatte ellers meget tunge speil og linser med tilsvarende komponenter, støpt i den film som er montert på en glass-bærer. Oppfinnelsen muliggjør bruk av det holografiske prinsipp ved utskifting av linsene som man tidligere ikke hadde muligheter for.

Prosedyre: Holografiske plater krever fotografisk behandling og hvis de ble preparert som fotografiske plater, ble de utsatt for mange væsker (for eksempel blekebad, hypobad, vannbad, eddiksyrebad) som ville føre til overflateskader, særlig med et tykt emulsjonslag som holder "fuktigheten" 1 intim kontakt med en flate. Slike plater kan få deres overflateegenskaper betydelig forbedret (før emulsjonslaget legges på) ved bare å etse overflatene etter float behandling, valsing eller etter polering og forming.

De kunne også naturligvis bli ioneutvekslet eller valset og temperert eller etset etter eller før temperering eller ioneutveksling.

Man ville da begynne med floatglass og kantbehandle dette ved i rekkefølge å slipe og polere som ovenfor. Det kunne deretter etses til en dybde på 0,005 mm fra hver side over alle kanter og ioneutveksling kunne også finne sted. En holografisk plate av høyere kvalitet, ville man preparere på samme måte, men etter floatbehandling av glasset ville dette bli valset på nytt til en nøyaktig tykkelse med mindre verdi eller i rekkefølge slipt og polert ned før det etses. Videre kan man i stedet for ioneutveksling, termisk temperere glasset. Holografiske plater preparert på denne måte, blir vanligvis bundet til en bærekonstruksjon eller holdt mot denne med et vakuumsug. Hvis en bærer er krum ved forming slik det vanligvis gjøres, kan understøttelsen til og med være et tykkere stykke av vanlig glass med de samme termiske egenskaper. Oppfinnelsen ville således være å preparere den polerte plate som så bindes til en på forhånd formet under-støttelse. Denne polerte plate ville ha egenskaper som er helt overlegne egenskapene ved selve den store, tykke glass-understøttelse. Denne sistnevnte anvendelse ved binding av glassplaten til et tykkere underlag, ville naturligvis bare komme på tale når det gjelder hologrammer av refleksjons-typen, mens den ovenfor beskrevne rekkefølge til fremstilling av den tynne plate, også kan komme til anvendelse for et transmisjonshologram.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av glassgjenstand, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn; som utgangsmateriale anvendes et emne av råmateriale (20) betydelig tykkere enn det ønskede sluttprodukt og emnet reduseres i tykkelse; forming av kantene av glassgjenstanden for å bestemme begrensningene av sluttproduktet og polering av alle kanter og overflater av glassgjenstanden til et sluttprodukt som oppviser en samlet overflate-uregelmessighet på ikke mer enn +/- 1,0* IO"5 cm pr. cm overflateavstand og en runet på ikke mer enn 5,08*IO"<7> cm.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinnet med reduksjon av tykkelsen av råmaterialet utføres ved valsing.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinnet med reduksjon av tykkelsen av råmaterialet utføres ved sliping.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinnet med reduksjon av tykkelsen av råmaterialet utføres ved kjemisk fresing.

5 . Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnet ved forming av kantene (54,58,62) på glassgjenstanden mellom trinnene for forming av kantene og polering av kanter og overflater.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at trinnet med etsing av kantene og overflatene av glassgjenstanden ligger mellom trinnene med reduksjon av tykkelsen av emnet av råmaterialet og polering av kantene og overflatene på glassgjenstanden.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det innbefatter trinn med temperering av glassgj enstanden etter trinnet med polering av kantene og overflatene av glassgjenstanden.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at trinnet med temperering innbefatter trinnene med oppvarming av glassgjenstanden til en høyere temperatur og deretter bråkjøling av gjenstanden.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at trinnet med temperering innbefatter trinnet med kjemisk styrking av glassgjenstanden.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at trinnet med temperering innbefatter de påfølgende trinn med oppvarming av glassgjenstanden til en høyere temperatur, bråkjøling av glassgjenstanden og kjemisk styrking av denne.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, innbefattende trinn med ny polering av kantene og overflaten av glassgjenstanden, slik at det fremkommer et sluttprodukt med en samlet over-flateuregelmessighet på ikke mer enn +/- 1,0'IO-<5> cm pr. cm av overflateavstand og en overflateruhet på mindre enn 5,08*10~7 cm.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnet med temperering av glassgjenstanden etter trinnet med reduksjon av dens tykkelse .

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnet med etsing av kantene og overflatene av glassgjenstanden etter trinnet med polering av kantene og overflatene av glassgjenstanden.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 13, karakterisert ved at trinnene med etsing og polering utføres i rekkefølge og avvekslende for å gi en overflateruhet på mindre enn 2,54•10~<7> cm uten skade under overflaten eller inneslutninger som er tilbake i glassgjenstanden.