AfOO Wynalazek dotyczy wytwarzania przed¬ miotów ze szkla hartowanego, posiadaja¬ cego duza wytrzymalosc mechaniczna w wyzszych temperaturach oraz zachowuja¬ cego te wytrzymalosc w razie wystawiania dowolnej czesci przedmiotu na dzialanie ciepla w wysokich temperaturach. Takie wlasciwosci sa pozadane w naczyniach szklanych do gotowania, a zwlaszcza w garnkach ustawianych bezposrednio na blachach kuchennych (w przeciwien¬ stwie do garnków wstawianych do pieca), poniewaz przy takim uzyciu naczynia te sa wystawione na zesrodkowane dzialanie ciepla w wysokiej temperaturze zamiast równomiernego dzialania ciepla ze wszy¬ stkich stron w stosunkowo niskiej tempe¬ raturze wewnatrz pieca.Znane juz sa szkla, które moga wy¬ trzymywac dzialanie ciepla w stosunkowo wysokich temperaturach. Niektóre z tych szkiel maja specjalny sklad chemiczny, po¬ siadaja bardzo maly wspólczynnik roz¬ szerzalnosci i sa niehartowane, inne zno¬ wu sa to szkla zwykle i do pewnego sto¬ pnia hartowane.Szkla hartowane posiadaja zwykle te wade, ze bardzo szybko zatracaja hart w wysokich temperaturach, a wiec z biegiem czasu zatracaja wszystkie wlasciwosci szkla hartowanego i nie wytrzymuja wskutek tego dzialania ciepla nawet w niewysokich temperaturach.Praktycznie biorac zadne ze szkiel znanych nie posiada wlasciwosci wyma¬ ganych od naczyn kuchennych, a miano-wicie zdolnosci wytrzymywania bezposre¬ dniego zetkniecia sie z plomieniem.W szczególnosci gdy chodzi o wytwa¬ rzanie przedmiotów wytrzymalych w tem¬ peraturach mniej wysokich, niz wspom¬ niane wyzej, przedmioty wedlug wynalaz¬ ku maja te zalete w porównaniu z przed¬ miotami znanymi, ze nie wymagaja czy¬ nienia zadosc tak surowym warunkom czy to przy przygotowywaniu szkla, czy tez przy hartowaniu szkla.Jednym z celów wynalazku niniejsze¬ go jest ustalanie naprezen w szkle harto¬ wanym w temperaturach wysokich, jakim szklo bedzie poddawane podczas pózniej¬ szego uzytku. W tym celu naleiy wziac pod uwage „temperature mieknienia", „temperature wyzarzania" i „temperatu¬ re zanikania naprezen wewnetrznych", od¬ powiadajace szklu podlegajacemu harto¬ waniu.Temperatura mieknienia szkla jest to temperatura, w której szklo posiada lep¬ kosc 10 76 poise; temperatura wyzarza¬ nia szkla jest to temperatura, w której szklo posiada lepkosc 1013'4 poise; tempe¬ ratura zanikania naprezen wewnetrznych szkla jest to temperatura, w której szklo posiada lepkosc 1014'6 poise.Przed dokonaniem wynalazku niniej¬ szego nie wiedziano, ze szklo hartowane zatraca czesciowo naprezenia wewnetrzne, gdy podlega wielokrotnemu ogrzewaniu lub dluzszemu ogrzewaniu w niskiej tem¬ peraturze, i moze nieznajomosc tego faktu byla wlasnie przyczyna niepowodzen, co do których nie mozna bylo znalezc zadne¬ go zadowalajacego wytlumaczenia.Przyczyna tego zjawiska zanikania naprezen wewnetrznych nie jest znana do¬ kladnie, lecz przypuszcza sie, ze jest ono przynajmniej czesciowo powodowane zmiana ukladu czesteczek, wytworzonego podczas hartowania szkla. Doswiadczenia ostatniej doby doprowadzily do wniosku, ze kazdej temperaturze odpowiada pewien najwlasciwszy uklad czasteczkowy szkla; jezeli szklo zostanie przetrzymane w tej temperaturze w ciagu dostatecznie dlu¬ giego okresu czasu, to osiagnie sie ewen¬ tualnie odpowiedni uklad czasteczkowy.Osiagniecie tego stanu przyspiesza sie o- czywiscie w miare zmniejszania sie lep¬ kosci szkla i zwiekszania sie ruchliwosci jego czasteczek, poniewaz wtedy czastecz¬ ki szkla moga swobodniej poruszac sie wzgledem siebie, niz wtedy, gdy szklo jest sztywne i twarde. Wskutek tego przy ozie¬ bianiu szkla, jak to sie stosuje zwykle pod¬ czas hartowania szkla, sztywnosc szkla wzrasta tak szybko, ze odpowiednia zmia¬ na ukladu czasteczkowego z koniecznosci opóznia sie, wskutek czego osiaga sie jako wynik „zamrozenie" w szkle ukladu cza¬ steczkowego, odpowiadajacego temperatu¬ rze, lezacej w strefie temperatur, miesz¬ czacych sie tuz ponizej temperatur miek¬ nienia szkla, w której szklo posiada lep¬ kosc = 107'6. Innymi slowy, przy harto¬ waniu szkla trzeba najpierw zmniejszyc jego lepkosc az do stanu odpowiadajace¬ go temperaturze ponizej temperatury wy¬ zarzania szkla (ponizej lepkosci 1013'4), a najlepiej temperaturze znajdujacej sie w poblizu temperatury mieknienia szkla, to jest temperatury, w której szklo ma lep¬ kosc 1076. Uskutecznia sie to zwykle przez Ogrzewanie szkla, przy czym temperature dobiera sie w zaleznosci od rodzaju sklad¬ ników szkla. Po zmniejszeniu lepkosci szkla poddaje sie je zabiegowi raptowne¬ go ochlodzenia, przez które przywraca sie szklu jego twardosc. Osiaga sie to zwykle przez oziebianie szkla do temperatury le¬ zacej o kilkaset stopni ponizej temperatu¬ ry, do której szklo zostalo nagrzane po¬ przednio. Wskutek tego uklad czasteczko¬ wy w przedmiocie ze szkla zahartowanego bedzie bardziej zblizony do ukladu, który posiadalo szklo bezposrednio przed zabie¬ giem chlodzenia go. Na podstawie teorii, ze uklad czasteczkowy zahartowanego — 2 —szkla jest zblizony do ukladu czasteczko¬ wego, (posiadanego przez szklo przed har¬ towaniem go, mozna wywnioskowac, iz za¬ hartowane szklo podda sie z latwoscia ob¬ róbce zmniejszajacej jego twardosc. Dzie¬ ki temu, gdy szklo to zostaje uzyte w po¬ staci naczynia do gotowania, uklad cza¬ steczkowy szkla zaczyna sie zmieniac w temperaturach znacznie nizszych od tem¬ peratur, w których taka zmiana moze byc wykryta w podobnym naczyniu, lecz wy¬ konanym ze szkla wyzarzonego.W szkle zahartowanym, w jego war¬ stwach zewnetrznych, dzialaja naprezenia sciskajace, podczas gdy we wnetrzu masy szkla dzialaja naprezenia rozciagajace, wskutek czego w masie szkla dzialaja dwie sily przeciwne sobie; wielkosci tych sil sa takie, iz w razie nieznacznej zmiany szty¬ wnosci (twardosci) szkla powstaje daz¬ nosc do unicestwienia sie tych sil i po¬ wstania stanu ustabilizowanego. Ponie¬ waz w bryle szkla wyzarzonego, w którym dzialaja bardzo nieznaczne naprezenia wewnetrzne, sily powyzsze sa juz prawie calkowicie unicestwione wzajemnie, wiec latwo mozna dojsc do wniosku, ze sztyw¬ nosc (twardosc) tworzywa bryly musi byc daleko mocniej naruszona, zanim mo¬ zna bedzie wykryc jakakolwiek zmiane u- kladu naprezen.Szklo naczyn stawianych na blachach kuchni osiaga temperatury lezace w gra¬ nicach 150 — 500°C. Oczywiscie, do pra¬ cy tylko w nizszych temperaturach moze byc uzyte szklo, w którym wzajemne zno¬ szenie sie naprezen wewnetrznych zacho¬ dzi w temperaturze nizszej od temperatu¬ ry, jaka powinno wykazywac szklo prze¬ znaczone do uzycia w temperaturach wyz¬ szych. W rzeczywistosci jednak zwykle sprzedazne naczynia do gotowania sa uzy¬ wane przez konsumentów w znacznie gor¬ szych warunkach pracy, wobec czego po¬ winny wykazywac wyzsza temperature wzajemnego znoszenia sie naprezen we¬ wnetrznych. , Stwierdzono, ze temperatu¬ ra znoszenia sie naprezen wewnetrz¬ nych w szkle zahartowanym jest niz¬ sza o mniej wiecej 175°C od takiejze temperatury szkla niehartowanego. Dzie¬ ki temu szklo, które ma byc uzywane w temperaturze wynoszacej zaledwie 150°C, moze wykazywac temperature znoszenia sie naprezen wewnetrznych wynoszaca 325°C, podczas gdy w razie przewidywa¬ nia wyzszych temperatur pracy, moga¬ cych dochodzic do 500°€, nalezy zastoso¬ wac szklo, którego temperatura znoszenia sie naprezen wewnetrznych jest nie niz¬ sza od 675°C. Z tego wynika koniecznosc uzycia szkla o wysokiej temperaturze zno¬ szenia sie naprezen wewnetrznych.Innym czynnikiem, który nalezy brac w rachube przy wytwarzaniu hartowa¬ nych naczyn szklanych do gotowania, prze¬ znaczonych do ustawiania na blachach ku¬ chni, jest wytrzymalosc naczynia na zmia¬ ny temperatury. Przy pewnym z góry o- kreslonym stopniu hartowania wytrzyma¬ losc ta zalezy przede wszystkim od wspól¬ czynnika rozszerzalnosci cieplnej szkla, z którego wykonane jest naczynie, aczkol¬ wiek grubosc scianek naczynia i jego ksztalt równiez stanowia czynniki, które nalezy brac w rachube, chociaz czynniki te posiadaja mniejsze znaczenie. Biorac o- gólnie, naczynia do gotowania, wykonane ze szkla zahartowanego i przeznaczone do ustawiania na blachach kuchni, powinny byc wykonywane ze szkla, którego wspól¬ czynnik rozszerzalnosci cieplnej nie po¬ winien przekraczac 65 X 10~7, w przeciw¬ nym bowiem razie nie wytrzymaja one ra¬ ptownej zmiany temperatury, na która beda narazane podczas uzycia, chociaz (je¬ zeli scianki naczynia sa cienkie, a jego ksztalt taki, ze podczas nagrzewania na¬ czynia nie ujawnia sie znaczniejsza rózni¬ ca temperatury róznych czesci naczynia) moze byc uzyte i szklo, którego wspól¬ czynnik rozszerzalnosci cieplnej przekra- — 3 —cza nieco wyzej podana wartosc. Jednak im mniejszy jest wspólczynnik rozszerzal¬ nosci cieplnej szkla, tym wieksza bedzie wytrzymalosc szkla na zmiany temperatu¬ ry i tym mniejsze znaczenie mozna bedzie przywiazywac do grubosci scianek i ksztal¬ tu naczynia.Poniewaz krzywe „temperatur lepko¬ sci" szkla róznych gatunków i róznego skladu nie sa podobne do siebie, wiec pod¬ czas wytwarzania naczyn szklanych do gotowania, przeznaczonych do ustawiania na blachach kuchni, nalezy czynic zadosc pewnym warunkom. Niektóre rodzaje szkla, posiadajace duza lepkosc w tempe¬ raturach, jakie osiaga naczynie ustawia¬ ne na kuchni, wykazuja równiez raptow¬ ne zmniejszenie sie lepkosci w wyzszych temperaturach. Inne znowu rodzaje szkla posiadajace pierwsza z wymienionych wy¬ zej wlasciwosci wymagaja zastosowania (w celu umozliwienia ich obróbki wzgled¬ nie wyrobu w fabryce) tak wysokich temperatur, iz szklo takie nie kalkuluje sie handlowo jako material na naczynia do gotowania. Aczkolwiek rodzaje szkla, po¬ siadajace lepkosc wystarczajaca do zape¬ wnienia zachowywania przez szklo jego stanu zahartowania podczas uzycia, wy¬ magaja równiez stosowania wyzszych tem¬ peratur podczas wyrobu naczyn, niz ro¬ dzaje szkla bardziej rozpowszechnionego, jest jednak rzecza mozliwa, w razie do¬ brania odpowiedniego iskladu szkla, utrzy¬ manie ostatnio wzmiankowanej tempera¬ tury w granicach jeszcze kalkulujacego sie sposobu wytwarzania.Zgodnie z podanymi powyzej rozwaza¬ niami, przedmiotem wynalazku jest, bio¬ rac ogólnie, wytwarzanie zahartowanych wyrobów szklanych przez roztopienie szkla, którego temperatura zanikania na¬ prezen wewnetrznych jest nie mniejsza od 506°C, a najlepiej co najmniej 600°C, ksztaltowanie wyrobów oraz raptowne ochladzanie wyrobu juz uksztaltowanego, ogrzanego do temperatury wyzarzania.Przy stosowaniu wynalazku niniejsze¬ go w praktyce zaleca sie uzywac szkla, które posiada sklad taki, iz posiada duza lepkosc w temperaturze odpowiadajacej temperaturze zanikania naprezen we¬ wnetrznych oraz maly wspólczynnik roz¬ szerzalnosci cieplnej. Rozmaite sklady szkla, nadajace sie do powyzszego celu i posiadajace powyzsze wlasciwosci, sa po¬ dane w tabeli nastepujacej.Si02 B2 Oz Al20^ Na2Ó CaO MgO Fluoru Tabela I.A 56,4 5 23 0,8 4,1 10,7 — B 60,5 — 21,4 0,6 8,7 5,8 1,5 C 62,5 5,2 15,6 — 10 5 1,5 D 57,1 12,4 15,5 — 9 5 1 Nalezy zaznaczyc, ze wszystkie powyzsze gatunki szkla znamionuja sie duza zawar¬ toscia Al203 i mala zawartoscia Na20.Ponizej podana jest tabela, w której przy¬ toczone sa cechy szkla o powyzszym skla¬ dzie. zklo A B C D Temperatura mieknienia 9.29 938 888 871 Tabela Temperatura wyzarzania 726 715 683 639 II.Temperatura zanikania naprezen wewnetrznych 684 672 625 603 Wspólczynnik rozszerzalnosci 38.10-7 41.10-7 40.10-' 39.10-7 — 4 —Nalezy zwrócic uwage na to, ze wszy¬ stkie podane wyzej rodzaje szkla wyka¬ zuja temperature zanikania naprezen we¬ wnetrznych powyzej 600°C, dzieki czemu kazdy z nich moze byc zalecony do uzycia przy wyrobie naczyn do gotowania, usta¬ wianych na blachach pieców kuchennych i mogacych ewentualnie byc narazonymi na prace w bardzo ciezkich warunkach, nip. wygotowywanie zawartosci naczynia do sucha lub nawet przypalania tej zawar¬ tosci. Sztywnosc (twardosc) szkla w tem¬ peraturach, jakie moze ono osiagnac pod¬ czas uzycia naczynia, jest tak duza, iz wszelka daznosc do wzajemnego zniesienia sie naprezen wewnetrznych w szkle zosta- Innym czynnikiem, majacym, zgodnie z przypuszczeniami, duze znaczenie przy wyborze szkla nie tracacego stopnia za¬ hartowania, jest szybkosc, z jaka wzrasta stopien lefpkosci szkla przy zmniejszaniu sie temperatury; innymi slowy szybkosc Doswiadczenia wykazaly, ze zanikanie naprezen wewnetrznych nie zalezy wylacz¬ nie od temperatury, w której zaczyna sie to zanikanie, lecz zalezy równiez w dosc znacznym stopniu od dlugosci okresu je zdecydowanie zahamowana lub po¬ wstrzymana calkowicie.Do pracy w mniej ciezkich warunkach zadowalajace wyniki moga, jak to stwier¬ dzono, dac naczynia, wykonane z gatun¬ ków szkla, jposiadajacych sklad i wlasci¬ wosci podane w tabelach nastepujacych: Tabela III.Si02 ^A *.o.Na20 K20 Li20 E 80,1 2,1 11,4 5,7 0,6 0,1 twardnienia szkla okresla sie róznica po¬ miedzy temperatura jego mieknienia a temperatura zanikania naprezen we¬ wnetrznych. Róznice w odniesieniu do po¬ danych wyzej gatunków szkla sa ,podane ponizej w tabeli V. twardnienia szkla (róznicy pomiedzy tem¬ peratura mieknienia szkla a temperatura zanikania naprezen wewnetrznych), przy czym nie tylko stwierdzono, ze naczynia do gotowania, przeznaczone do ustawiania Tabela IV. zklo E F G H Temperatura mieknienia 784 816 744 755 Temperatura wyzarzania 557 561 542 566 Temperatura zanikania naprezen wewnetrznych 519 517 506 533 Wspólczynnik rozszerzalnosci 43.10-7 32.10--7 57.10-7 62.10-7 A 245°C B 256°C C 263°C Tabela V.Rodzaj szkla D E 268°C 265°C F 299°C G 238°C H 222°Cna blachach pieców kuchennych, najlepiej jest wytwarzac ze szkla o temperaturze zanikania naprezen wewnetrznych, wyno¬ szacej 500°C lub wyzej, lecz stwierdzono równiez, iz okreslona wyzej róznica tem¬ peratur nie powinna przekraczac 300°C.Za pomoca próby .stwierdzono, ze szklo „A" najbardziej zaleca isie stosowac do wyrobu naczyn przeznaczonych do usta¬ wiania na blachach pieców kuchennych, poniewaz jego temperatura zanikania na¬ prezen wewnetrznych jest znacznie wyz¬ sza od 600°C, a wymieniona wyzej rózni¬ ca temperatur (245°iC) jest stosunko¬ wo niewielka. Szklo „H", aczkolwiek po¬ siada temperature zanikania naprezen we¬ wnetrznych o 150°C nizsza od temperatu¬ ry zanikania naprezen szkla „A", posiada zakres twardnienia zalezny od okreslonej wyzej róznicy temperatur, wynoszacej tyl¬ ko 222°C, wobec czego równiez zostalo uznane za odpowiednie do wyrobu naczyn do gotowania, przeznaczonych do ustawia¬ nia na blachach pieców kuchennych.Aczkolwiek mozliwe jest wytwarzanie naczyn do gotowania, przeznaczonych do ustawiania na blachach pieców kuchen¬ nych, z gatunków szkla posiadajacych wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej znacznie wiekszy od wspólczynników po¬ danych w tabelach II i IV, jednak wspól¬ czynnik rozszerzalnosci cieplnej szkla, z którego wykonywa sie naczynia wedlug wynalazku niniejszego, nie powinien prze¬ kraczac 65.10-7.Krzywe wykresu przedstawiaja spadek naprezen róznych szkiel omówionych wy¬ zej po uplywie 100 godzin w temperatu¬ rach pomiedzy 250° i 500°C. Nalezy zazna¬ czyc, ze w kazdym przypadku spadek na¬ prezen przy 350°C nie powoduje utraty przez szkla 30% stopnia poczatkowego za¬ hartowania przedmiotu.Nalezy zaznaczyc, ze gdy przedmioty wytwarza sie przez formowanie, to formy uzyte podczas ich wyrobu wykonywac jest najlepiej ze stali specjalnej, zawierajacej okolo 13°/o chromu i 0,6% kobaltu, wsku¬ tek czego moga one byc ogrzewane do temperatury odpowiedniej przy wytlacza¬ niu szkla. Istotnie czynnosc ta wymaga, zeby formy wytrzymywaly temperature wisniowego zaru, czyli okolo 600°C Po¬ wierzchnie zetkniecia sie dna form ze szklem pokrywa sie (najlepiej) chromem doskonale polerowanym, którego zadaniem jest nie tylko ochrona materialu form przed zuzyciem, lecz równiez zapobiega¬ nie przywieraniu szkla do ogrzanych form.Kazda forma jest otoczona oslona, utrzy¬ mujaca forme w temperaturze dostatecz¬ nie wysokiej do prawidlowego formowa¬ nia szkla. Tak samo jak dno formy, rów¬ niez tlok formujacy lub podobny narzad sa wykonane ze stali zawierajacej takie same ilosci chromu i kobaltu i utrzymywa¬ nej w wysokiej temperaturze.Utrzymujac forme w temperaturze jak najwyzszej mozna otrzymywac po uformo¬ waniu przedmioty dostatecznie ogrzane, tak iz nie ma potrzeby ogrzewac ich po¬ nownie w celu hartowania.Chociaz wynalazek ma przede wszyst¬ kim na celu wytwarzanie artykulów szkla¬ nych do uzytku kuchennego, to jednak na¬ daje sie zupelnie do wytwarzania wszel¬ kich przedmiotów ze szkla wytrzymuja¬ cych wysokie temperatury i tym samym posiadajacych w czasie uzycia wysoka wy¬ trzymalosc cieplna i mechaniczna. PL