PL30480B1 - Sposób hartowania przedmiotów szklanych - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy hartowania przed¬ miotów szklanych przez ogrzewanie do temperatury bliskiej punktu rozmiekczania szkla i nastepnie nagle ochladzanie.Do ogrzewania szkla stosowano juz ka¬ piele iz roztopionych metali lub soli. Uzy¬ cie roztopionych metali jest niedogodne juz z tego wzgledu, ze metale na ogól osiagaja stan ciekly dopiero w temperaturach wy¬ sokich, a poza tym maja one znaczna ge¬ stosc, tak iz zanurzenie w tej kapieli przed¬ miotu, którego gestosc jest mniejsza i któ¬ ry jest w stanie bliskim rozmiekczenia, moze spowodowac odksztalcenie przed¬ miotów.W celu chlodzenia szkla za pomoca ka¬ pieli cieklej proponowano glównie stoso¬ wanie kapieli olejowych. Zauwazono, ze stopien zahartowania otrzymany w kapieli olejowej jest praktycznie biorac niezalez¬ ny od temperatury kapieli i wobec tego za¬ kres stosowania takiej kapieli jest ograni¬ czony, Wedlug wynalazku do hartowania przedmiotów szklanych zarówno do ogrze¬ wania, jak i chlodzenia, stosuje sie kapiele z roztopionych soli nieorganicznych, które pozostaja ciekle w bardzo szerokich grani¬ cach temperatury,, np, pomiedzy 96n i 600°C, i maja gestosc nie mniejsza od 1,5 i nie wieksza od 4.Dzieki tej okolicznosci w kapieli o ni¬ skiej temperaturze mozna zanurzac bezpo¬ srednio przedmioty podlegajace ogrzewa-niu, tak iz ogrzewanie tych przedmiotów jest bardzo ulatwione. W przypadku ob¬ róbki! niektórych przedmiotów, posiadaja¬ cych ksztalt stosunkowo skomplikowany, których zetkniecie sie calkowite z kapiela nie moze byc uskutecznione praktycznie biorac w jednej chwili, przed zanurzeniem mozna podgrzewac te przedmioty za pomo¬ ca innych srodków do temperatury bliskiej temperatury kapieli, przy czym temperatu¬ ra takiego podgrzewania wstepnego jest stosunkowo niska* W praktyce czynnosc ogrzewania jest czesto dokonywana bezpo¬ srednio po odlaniu przedmiotów podlegaja¬ cych hartowaniu, tak iz przedmioty te w chwili ogrzewania posiadaja jeszcze znacz¬ na czesc ciepla* otrzymanego w czasie od¬ lewania. Poniewaz przedmioty te maja wówczas temperature stosunkowo wysoka, moze byc niekiedy zupelnie zbyteczne uprzednie podgrzewanie; takie przedmioty mozna zanurzac bezposrednio w kapieli z soli nieorganicznych o wysokiej tempe¬ raturze.Szerokie granice topnienia kapieli z so¬ li nieorganicznych umozliwiaja dokladne ustalenie temperatury kapieli, a zatem i stopien naprezenia ostatecznego, spowo¬ dowanego ochlodzeniem szkla w kapieli.Gestosc kapieli powinna byc w przybli¬ zeniu równa gestosci szkla podlegajacego hartowaniu, tak iz 'zanurzanie przedmiotów w jednej z tych kapieli badz przy ogrzewa¬ niu, badz tez przy ochladzaniu, nie naraza tych przedmiotów na znieksztalcenia, powo¬ dowane zbyt wielkimi róznicami pomiedzy gestoscia szkla i gestoscia kapieli.Kapiel do ogrzewania moze skladac sie z chlorku sodu albo z chlorku potasu, z mieszaniny chlorku sodu i chlorku potasu w równych czesciach wagowych, z siarcza¬ nu sodu i chlorku sodu (w stosunku 2 : 1 na wage), z bromku sodu, z bromku potasu, z mieszaniny bromku sodu jj bromku po¬ tasu, z mieszaniny bromku sodu i siarczanu sodu, z mieszaniny siarczanu potasu i chlor¬ ku sodu, z chlorku miedziowego, z miesza¬ niny chlorku miedziowego i chlorku pota¬ sowego, z mieszaniny chlorku sodu, chlor¬ ku potasu i chlorku strontu, z fosforanu je- dnosodowego, z wolframianu sodowego ra¬ zem z chlorkami lub bromkami potasow- ców, z mieszaniny siarczanu sodowego i siarczanu potasowego, z mieszaniny chro¬ mianu sodowego i chromianu potasowego albo z mieszaniny siarczanu potasowego i siarczanu magnezowego.Do ochladzania mozna stosowac miesza¬ niny azotanu sodu i azotanu potasu, sam azotan sodu, sam azotan potasu, kwasny siarczan amonowy, azotan litu, azotyn so¬ du, mieszanine azotanu potasowego i azo¬ tynu potasowego, mieszanine chlorku pota¬ su i chlorku miedziowego, sam chlorek cyn¬ ku, mieszanine chlorku potasu i chlorku cyrtku, kwasny siarczan potasu, kwasny siarczan sodu, mieszanine kwasnego siar¬ czanu sodu i kwasnego siarczanu pota¬ su itd.Preznosc par soli nieorganicznych po¬ winna byc dostatecznie mala, aby uniknac nadmiernego ogrzewania w temperaturach badz ogrzewania, badz tez ochladzania, któ¬ re, jak juz wspomniano wyzej, moga byc niekiedy dosc wysokie. Sole, które z ko¬ niecznosci przylegaja do szkla wyjmowa¬ nego z kapieli, nie powinny reagowac zbyt gwaltownie z czynnikiem uzytym do ochla¬ dzania. Kapiele nie powinny byc niebez¬ pieczne, a ich wyziewy nie powinny byc szkodliwe dla zdrowia.Wiekszosc solli rozklada sie do pewne¬ go stopnia, a w kazdym razie po ogrzaniu do wysokiej temperatury. Poniewaz w przypadku azotanów potasowców rozklad takt jest juz znaczny w temperaturach bli¬ skich 525°C i wyzszych, kapiel z tych soli roztopionych wykazuje sklonnosc do przy¬ bierania zasadowosci, gdy uzywa sie jej do hartowania szkla w wysokich temperatu¬ rach. Zasadowosc, spowodowana prawdo- — 2 —podobnie rozkladem kapieli i powstawa¬ niem tlenku potasowca, powoduje nadzera- nie powierzchni szkla. Zasadowosc kapie¬ li z roztopionej soli moze byc zobojetnio¬ na przez dodanie do kapieli niewielkiej ilo¬ sci materialu, który tworzy w niej reszte kwasowa. Taki material moze zawierac tlenek o charakterze kwasnym, np. tlenek wolframu WO3, krzemionke Si02 albo tle¬ nek boru .B2O3, lub tez material ten moze zawierac sól mocnego kwasu i slabej zasa¬ dy, np. siarczan wapnia CaSOi albo siar¬ czan magnezu MgSOi, które z chwila roz¬ kladu staja sie kwasne wobec wyzwolenia silnej reszty kwasowej. Takie dodatki, sluzace do zobojetniania zasadowosci ka¬ pieli, wprowadza sie najlepiej co pewien czas w ilosciach, które nie powinny byc wieksze niz dwukrotnie od ilosci niezbed¬ nej do dokladnego 'zobojetnienia znanej za¬ sadowosci kapieli.Poza dodatkami wymienionymi wyzej do tych kapieli mozna dodawac substancji obojetnych, których zadaniem jest glównie regulowanie szybkosci wymiany cieplnej.W niektórych przypadkach mozna osiagnac bardziej lagodne ogrzewanie zmniejszajac szybkosc wymiany cieplnej. W przypadku kapieli chlodniczych dodatek substancji obojetnych zwieksza w znacznym stopniu zakres zastosowania kapieli dajac moznosc obnizania temperatury kapieli. W ten spo¬ sób w kapieli tak przygotowanej tempera¬ tura rzeczywista moze byc utrzymywana o 100° ponizej temperatury wymaganej wtedy, gdy nie ma wspomnianych dodat¬ ków. W kazdym razie stopien zahartowa¬ nia ogrzanego przedmiotu szklanego przez zanurzenie tego przedmiotu do kapieli jest zasadniczo taki sam, jak. i wtedy, gdy nie stosuje sie tych substancji, lecz kapiel jest utrzymywana w temperaturze wyzszej.Aby osiagnac takie wyniki, do kapieli dodaje sie materialów bardzo rozdrobnio¬ nych, które moga byc utrzymywane w za¬ wieszeniu w kapieli roztopionej i sa obojet¬ ne wzgledem szkla. Oczywiscie takie ma¬ terialy obojetne nie powinny topic sie w najwyzszej temperaturze, do której ogrze¬ wane jest szklo i kapiel. Jako materialy tego rodzaju, dajace dobre wyniki, mozna wymienic siarczan wapnia (CaSOl), glinke (AfaOs), krzemionke (SiO*), magnezje (MgOJ, kaolin (skalen) i inne podobne ma¬ terialy. Nalezy zaznaczyc, ze niektóre z tych materialów, np. siarczan wapnia i krzemionka, moga sluzyc równiez do zmniejszania zasadowosci kapieli. W kaz¬ dym razie w niektórych przypadkach ilosci uzyte sa wieksze, niz ilosci wymagane do zobojetnienia zasadowosci i moga wynosic 5% kapieli.Gdy ogrzewanie i ochladzanie usku¬ tecznia sie za pomoca kapieli z soli nieorga¬ nicznych mozna polaczyc dwa rodzaje ka¬ pieli w ten sposób, ze kapiel ochladzajaca moze irozpuszczac szybko sole przylegaja¬ ce do przedmiotu wyjetego z kapieli ogrzewniczej, dzieki czemu szklo zostaje oczyszczone i wystawione bezposrednio na dzialanie kapieli chlodniczej. Na przyklad mozna w tym celu stosowac kapiel ogrzew- nicza zlozona z 67% wagowych siarczanu sodu i 33% chlorku sodu z mala iloscia tlenku wolframowego, dodawanego co pe¬ wien czas w celu zobojetniania zasadowosci kapieli. Kapiel chlodnicza sklada sie wów¬ czas z mieszaniny roztopionego azotanu po¬ tasu i azotynu sodu.Kapiele z roztopionych soli nieorganicz¬ nych nadaja sie do hartowania szkla wszel¬ kiego rodzaju.Kapiele z soli nieorganicznej nadaja sie w szczególnosci do ogrzewania szkla o skla¬ dzie podanym w patencie nr 29 420, które posiada temperature zanikania naprezen równa przynajmniej 506°C, a najlepiej wyz¬ sza niz 600°C.Poddaje sie np. obróbce szklo o tempe¬ raturze mieknienia okolo 813°C, zawiera¬ jace 80,9% S1O2, 12,9% S2O3, 4,4% Na20 i 1,8% A/2O3. Plytke szklana o szeroko- — 3 —sci 3 cm i dlugosci 18 cm ogrzewa sie przez zanurzenie w przeciagu dwóch minut w roz¬ topionej mieszaninie, zawierajacej okolo 67% siarczanu sodu i 33% chlorku potasu na wage oraz nie wielka ilosc tlenku wol¬ framowego, którego dodaje sie co pewien czas w celu utrzymania odczynu kapieli w stanie niezasadowym. Kapiel roztopiona utrzymuje sie w temperaturze 800ftC, przy ezym kapiel ta posiada gestosc okolo 1,9, a wiec zblizona do gestosci szkla, wynosza¬ cej okolo 2,3. Po ogrzewaniu w przeciagu dwóch minut, co wystarcza, aby szklo mia¬ lo temperature równomierna, wyjmuje sie plytke i natychmiast ochladza sie.Pózniejsze pomiary plytki szklanej, za¬ hartowanej w ten sposób, wykazaly, ze plytka nie ulegla znieksztalceniu wieksze¬ mu od kilku setnych milimetra.Wytrzymalosc mechaniczna plytki har¬ towanej na uderzenia byla znacznie wieksza od wytrzymalosci innych próbek o tych samych wymiarach i hartowanych przez ogrzewanie w zwyklym piecu oraz ochla¬ dzanie w kapieli olejowej, majacej tempe¬ rature 150aC. Przypadkowo w tym ostatnim przykladzie nastapily znaczne odksztalcenia spowodowane tym, ze prób¬ ki byly ogrzewane w piecu otwartym we¬ dlug zwyklego sposobu ogrzewania.W celu zahartowania przedmiotów szklanych, wykonanych ze szkla zwyklego, wapiennego, posiadajacego temperature mieknienia okolo 700°C, trzeba stosowac nizsze temperatury w kapieli ogrzewniczej, aby nie nagrzac szkla powyzej jego punktu mieknienia.Zamiast kapieli chlodniczej, utworzo¬ nej z azotanu sodu i azotanu potasu, o któ¬ rej byla mowa wyzej, mozna stosowac z korzyscia kapiel z samego azotanu sodu, który topi sie poczatkowo w temperaturze 308° C i moze byc uzyty jako kapiel w tem¬ peraturze 560°C. W tej temperaturze nastepuje lekki rozklad, tak iz tworzy sie pewna ilosc azotynu sodu, przy czym reakcja trwa, az do ustalenia sie stanu równowagi pomiedzy azotynem sodowym, azotanem sodowym i srodowiskiem gazo¬ wym ponad kapiela. W tych warunkach punkt topliwosci kapieli opada ostatecznie do temperatury okolo 295°C.Stosowanie azotanu sodu jest korzyst¬ ne, gdyz jego cena jest niewysoka, a mia¬ nowicie wynosi okolo polowy kosztów ka¬ pieli utworzonej z azotanu potasowego i azotanu sodowego.Temperatura krzepniecia 295°C jest temperatura podstawowa przedmiotu wpro¬ wadzonego do kapieli wodneji, co zapewnia zachowanie w ten sposób scislych warun¬ ków cieplnych. Przedmiot mozna ochla¬ dzac w piecu tunelowym tak, aby odbywa¬ la sie wlasnie nieznaczna krystalizacja soli ochlodzonej na brzegach przedmiotu wprowadzonego do kapieli wtodnej. PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób hartowania przedmiotów szklanych, znamienny tym, ze do ogrze¬ wania i chlodzenia stosuje sie kapiele ze stopionych soli nieorganicznych, których temperatura topnienia jest zawarta w gra¬ nicach pomiedzy 95° i 800° C, gestosc zas jest nie mniejsza niz 1,5 ani nie wieksza niz 4,0 i jest równa w przyblizeniu gesto¬ sci szkla poddawanego hartowaniu,
2. 2. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny tym, ze stosuje sie kapiel ogrzewnicza, zlozona z mieszaniny 67% siarczanu sodu i 33% chlorku potasu.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien¬ ny tym, ze stosuje sie kapiel chlodnicza, zlozona z 56% azotanu potasu i 44% azo¬ tynu sodu.
4. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 — 3, zna¬ mienny tym, ze do kapieli z roztopionych soli dodaje sie materialu obojetnego, nie topniejacego w kapieli, w stanie bardzo rozdrobnionym.
5. 5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamien- — 4 —ny tym, ze do kapieli dodaje sie materialu, z azotanu sodu i azotanu potasu oraz do- który zobojetnia skladniki zasadowe, wy- mieszki siarczanu wapnia, twarzane w kapieli wskutek rozkladu pod dzialaniemciepla. Corning Glass Works
6. 6. Sposób wedlug zastrz, 1, znamienny Zastepca: inz. B. Muller tym, ze stosuje sie kapiel, skladajaca sie rzecznik patentowy Staatsdruckerei Warschau — Nr. 8623-42. PL