PL80432B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: Pilkington Brothers Limited, Liverpool (Wielka Brytania) Sposób hartowania szkla Wynalazek dotyczy sposobu hartowania szkla zwlaszcza hartowania szkla plaskiego, które jest przeznaczone do samolotów ultradzwiekowych. Spo¬ sób wedlug wynalazku ma zastosowanie przy har¬ towaniu szkla o zakresie grubosci na przyklad od 4 do 12 mm lub wiecej, a to w tym celu, aby otrzymac szklo o wspólczynniku pekniec dochodza¬ cym do 5500 kG/cm2 odpowiadajacym srodkowemu naprezeniu rozciagajacemu rzedu 1200 kG/cm2, ze stosunkiem powierzchniowego naprezenia sciskaja¬ cego do srodkowego naprezenia rozciagajacego wy¬ noszacym 4:1.Wedlug obecnie stosowanych sposobów zanurza¬ nia szkla w znanych cieczach, mozliwe jest harto¬ wanie szkla o grubosci ponizej 3,4 mm, w sposób prowadzacy do uzyskania wiekszej odpornosci me¬ chanicznej, jak .równiez do uzyskania bezpieczen¬ stwa przy uderzeniu.Dotychczas stosowano w samochodach szyby bez¬ pieczenstwa o grubosci mieszczacej sie w granicach 5—6 mm, ostatnio przystapiono do wprowadzenia znacznie cienszych szyb bezpieczenstwa, dla zao¬ szczedzenia w -miare mozliwosci na wadze szkla, dla umozliwienia zwiekszania powierzchni szyb w istosunku do calkowitej powierzchni karoserii, co jest pozadane z przyczyn zarówno konstrukcyjnych jak i ekonomicznych. Nie brakowalo prób podjecia wytwarzania nadzwyczaj cienkich szyb, .odpowied¬ nich w przemysle samochodowym zarówno z punk¬ tu widzenia mechanicznego jak i ze wzgledu na Z zapewnione przez nie bezpieczenstwo przy uderze¬ niu. Usilowano przy tym osiagnac grubosc w gra¬ nicach 1,6—2,5 mm. Jednak jak dotad znanymi sposobami zanurzania nie udalo sie hartowac szkla 5 o niewielkiej grubosci w stopniu zaspokajajacym wymagania stawiane przez przemysl samochodowy.Znany jest sposób wytwarzania szkla oparty na zasadzie wymiany jonów. Otrzymane szklo o gru¬ bosci mieszczacej sie w igranicach 2,00—2,5 mm 10 posiada duza wytrzymalosc mechaniczna i na sku¬ tek uderzenia rozbija sie zgodnie z zalozeniem na drobne czasteczki. Jednak mimo, ze szkla wytwa¬ rzane wedlug tego sposobu moga byc ciensze i charakteryzuja sie wieksza wytrzymaloscia na 15 rozciaganie niz szkla wytwarzane znanymi sposo¬ bami, to jednak sposób wymiany jonów nastrecza powazna trudnosc, mianowicie nie moze byc sto¬ sowany w odniesieniu do szkla plaskiego otrzymy¬ wanego na bazie krzemianu sodowego lub krze- 20 mianu wapnia. W sposobie reakcji wymiany jonów osiaga sie hartowanie powierzchni szkla poprzez reakcje wymiany jonów sodu na jony litu z zasto¬ sowaniem stalej sily nacisku.Ze wzgledu na swój sklad chemiczny zwyczajne 25 szklo plaskie nie jest odpowiednie do tego typu reakcji wymiany jonów i zmian chemicznych z nia zwiazanych.Patenty niemieckie nr 1 034 333 i 1182 782 doty¬ cza sposobów wytwarzania szkla hartowanego w 30 których ogrzane szklo zanurza sie w cieczy, a ener- 80 4323 gia niezbedna do wyparowania#cieczy jest wykorzy¬ stana do szybkiego oziebienia szkla. Zastosowana ciecz ma temperature zblizona do jej temperatury wrzenia, korzystnie troche ponizej. Przy zanurze¬ niu ogrzanego szkla wytwarza sie wokól niego, podczas krótkiego okresu czasu, na przyklad pod¬ czas 40 sekund, jako skutek parowania cieczy, oslo¬ na gazowa, która amortyzuje przenoszenia ciepla szkla do cieczy i chroni przez to przed zbyt gwal¬ townym pojawieniem sie w szkle sil napiecia po¬ wierzchniowego, które moglyby spowodowac znisz¬ czenie szkla. Zwlaszcza przy zastosowaniu cieczy w wysokim cieple parowania, mozna bylo osiagnac krótki czas oziebienia i w zwiazku z tym wysoki stopien sprezania. Sposobem tym udaje sie har¬ towac szklo o grubosci zaledwie 3,5 mm i otrzymac zamierzony efekt pekniecia szkla na drobne czastki w wypadku uderzenia. Nie udalo sie jednak zejsc ponizej granicy okolo 3,5 mm, co wiaze sie z fak¬ tem, ze ciecze o zbyt wysokim cieple parowania powodowaly bezposredni rozpad szkla i ze w za¬ kresie ciepla parowania mieszczacym sie miedzy 100 a 150 cal/g nie odbywalo sie skrócenie czasu trwania zanurzenia i odpowiednie zwiekszenie wytrzymalos¬ ci mechanicznej szkla. Podczas gdy sposób opisany w wyzej wymienionych patentach opiera sie na tym, ze do szybkiego oziebienia szkla jest absolut¬ nie niezbedne wytwarzanie oslony gazowej, to wy¬ nalazek opisany dalej opiera sie na tyim, ze mimo oziebienia opartego na parowaniu, wytwarzenie oslony gazowej, podtrzymywane przez dluzszy czas podczas zanurzenia cienszego szkla, jest nie tylko zbedne, ale wrecz niepozadane, poniewaz oslona ta przeszkadza w gwaltownym oziebieniu wymaganym bezwzglednie do otrzymania wysokiego stopnia hartowania.Dopóki oslona gazowa utrzymuje sie wokól szkla, które ma byc poddane zanurzeniu, chroni ona szklo przed bezposrednim kontaktem z ciecza. Pro¬ ces parowania nie przebiega wiec bezposrednio na powierzchni szkla, lecz na warstwie granicznej miedzy faza gazowa i ciecza. Na poziomie tej warstwy granicznej proces parowania jest podtrzy¬ mywany przez energie promieniowania wydzielona przez szklo poprzez oslone gazowa. Jedynie w wy¬ padku, gdy promieniowanie zmniejsza sie, oslona dzialajaca jako roztwór buforowy miedzy szklem a ciecza, ulega rozpadnieciu.Po uszkodzeniu zawartej fazy gazowej proces wrzenia przebiega bezposrednio na powierzchni ga¬ zu i w procesie tym szybkosc oziebiana jest znacz¬ nie wieksza niz szybkosc oziebiania osiagnieta w obecnosci fazy gazowej. Ten proces wrzenia prze¬ biega jednak za pózno i w tak niskiej tempera¬ turze, ze nie dokonuje sie juz w szkle, stale har¬ towanie.Celem wynalazku bylo usuniecie wad i niedo¬ godnosci znanych sposobów.Cel ten zostal osiagniety przez to, ze ogrzane do temperatury bliskiej miekniecia szklo hartuje sie przez wymiane ciepla z olejem utrzymywanym w temperaturze ponizej temperatury zaplonu Oleju, który jest zmieszany w czesciach wagowych od 0,01% do 0,07% z ciecza posiadajaca temperature wrzenia nizsza anizeli temperatura zaplonu oleju. 432 4 Sposób wedlug wynalazku nadaje sie zwlaszcza do hartowania szkla o grubosci od .4 do 12 mm.Stosuje sie olej o lepkosci w zakresie 300 do 1000 centystoksów przy 38°C i przy temperaturze zaplo- 5 nu 220 do 310°C. Ciecz o niskiej temperaturze wrzenia stanowi najczesciej czterochlorek wegla, który jest szczególnie skuteczny, toluen, benzen, aceton lub ksylen. W mieszance cieczy o niskiej temperatu¬ rze wrzenia oleju utrzymuje sie proporcje od 0,01% 10 do 0,05% wymienionej cieczy o niskiej temperatu¬ rze wrzenia.Temperatura mieszanki cieczy o niskiej tempe¬ raturze wrzenia oleju powinna utrzymywac sie w zakresie 150—240°C, wówczas wymieniona mie¬ szanka wzbudza w szkle srodkowe naprezenia roz¬ ciagajace w zakresie 500—1200 kG/cm2, a stosu¬ nek powierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodkowego naprezenia rozciagajacego miesci sie wówczas w zakresie 2:1 do 4:1. 20 Sposób wedlug wynalazku znajduje zastosowanie zwlaszcza przy hartowaniu arkuszy szkla sodowo- -wapniowo-krzemowego o grubosci 6 mm, przezna¬ czonego do wytwarzania plyt szklanych dla samo- 25 lotów ultradzwiekowych. Szklo o tej grubosci i o innych grubosciach w wymienionym zakresie moze byc wytwarzane dzieki procesowi flotacyjnemu i har¬ towaniu plywajacego szkla o tej grubosci, przy czym korzystniej jest, jesli wymieniona proporcja cieczy 30 o niskiej temperaturze wrzenia miesci sie w za¬ kresie 0,015% do 0,05% w stosunku do ciezaru. W tym wypadku wymieniona mieszanka cieczy o nis¬ kiej temperaturze' wrzenia oleju wywoluje w szkle srodkowe naprezenie rozciagajace w zakresie 35 630 kG/cm2 do 840 kG/cm2. W sposobie wedlug wynalazku temperatura mieszanki cieczy o miskiej temperaturze wrzenia oleju miesci sie w zakresie 150—200°C i wymieniona mieszanka wywoluje w szkle srodkowe naprezenie rozciagajace w zakre- 40 sie 500—840 kG/em2, a stosunek powierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodkowego naprezenia rozciagajacego jest w zakresie 2:1 do 4:1. W tym wypadku szklo ogrzewa sie do temperatury w za¬ kresie 685—720°C. Sposób wedlug wynalazku sto- 45 suje sie do hartowania arkuszy szkla sodowo-wap- niowo-krzemowego, posiadajacy grubosc w zakresie 4—8 mm. Mieszanka cieczy o niskiej temperaturze wrzenia wywoluje w szkle srodkowe naprezenie rozciagajace w zakresie 500—900 kG/cm2, a sto- 50 sunek powierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodkowego naprezenia rozciagajacego miesci sie w zakresie 2:1 do 4:1.Sposób wedlug wynalazku jest dokladnie wyjas¬ niony na podstawie jego przykladów wykonania. 55 Arkusze szkla o wymiarach 30X30 cm poddaje sie operacji wykonczenia krawedziowego w celu otrzy¬ mania polysku. Wykonczenie na polysk przeprowa¬ dza sie tak, ze szklo obrabia sie pasem pokrytym karboruedem, a nastepnie wykancza sie krawedzie 60 szkla za pomoca pasa korkowego nasyconego czer¬ wienia cedrowa. Przy opisanym wyzej wykanczaniu krawedziowym, temperature szkla utrzymuje sie w nizszym przedziale zakresu 650 do 740°C. Tak jak przedstawiono w pewnej ilosci przykladów po- 65 nizej, przed ochlodzeniem ogrzewa sie szklo do80 432 temperatury okolo, 700°C. Arkusz szkla zawiesza sie w kleszczach w pionowym piecu. W piecu osiaga sie temperature poczatkowa szkla, na przy¬ klad 700°C, po czym zawieszone gorace arkusze szklane opuszcza sie z predkoscia 30 cm/sek. po¬ przez wylot w dnie pieca do zbiornika i wybranym olejem chlodzacym. Zbiornik ustawia sie obok wy¬ lotu pieca, przy czym olej posiada wysoka tempe¬ rature wrzenia i zawiera ustalona proporcje cieczy, posiadajaca temperature wrzenia nizsza anizeli temperatura zaplonu oleju. W przykladach wybrano mieszaniny cieczy, które utrzymuja sie w zakresie 150—240°C. Niska temperatura wrzenia cieczy w mieszance jest latwiejsza do utrzymania w wypad¬ ku temperatur w poblizu 150°C czyli w poblizu tem¬ peratury najnizszej wybranego zakresu. W przypad¬ ku utrzymywania mieszanki w temperaturze 200°C i wiecej, dodaje sie do mieszanki ciecz o niskiej temperaturze wrzenia dla utrzymywania ustalonej proporcji. Mieszanine poddaje sie obiegowi poprzez wymiennik ciepla i utrzymuje sie w zbiorniku cyrkulacje mieszanki cieczy o niskiej temperaturze wrzenia przy wymaganej temperaturze mieszanki, przy czym zastosowano olei posiadajacy lepkosc w zakresie 300 do 1000 centystoksów przy 38°C o temperaturze zaplonu 220 do 310°.W pewnej ilosci przykladów, wybrana mieszanka cieczy o niskiej temperaturze wrzenia oleju zawie¬ ra ustalona ilosc czterochlorku wegla CC14. W cieczy o niskiej temperaturze wrzenia wybrana proporcja byla utrzymywana w granicach 0,01% do 0,07% w stosunku do ciezaru. W innych przy¬ padkach stosuje sie zamiast czterochlorku wegla odpowiednia proporcje toluenu C6H5CH8, benzenu C6H6, acetonu (CH3)2CO lub ksylenu C6H4(CH8)2.Metanol jest równiez ciecza o odpowiednio niskiej temperaturze wrzenia. Stosunek ilosci cieczy o nis¬ kiej temperaturze wrzenia, zalezy od wlasciwosci oleju — przede wszystkim od jego ?lepkosci, od grubosci podlegajacego hartowaniu szkla, od wspól¬ czynnika pekniec, od srodkowego naprezenia roz¬ ciagajacego i stosunku powierzchniowego napreze¬ nia sciskajacego do srodkowego naprezenia.Przebieg procesu chlodzenia jest najpierw gwal¬ towny w momencie zanurzenia szkla w mieszance cieczy o niskiej temperaturze wrzenia oleju, po czym w temperaturze juz niskiej obniza sie do temperatury mieszanki cieczy i tak osiaga sie po¬ zadana charakterystyke naprezenia w szkle. Na¬ stepnie szklo wyjmuje sie z mieszanki cieczy ole¬ jowej o niskiej temperaturze wrzenia i myje sie.W pewnych przypadkach arkusz zahartowanego szkla laminuje sie za pomoca jednego lub wiecej arkuszy szkla, tworzac na przyklad, plyte szklana do wbudowania w samolotach naddzWiekowych.Tabela przytoczona ponizej podaje pewna ilosc przykladów naprezen, dzieki hartowaniu szkla w wybranym oleju, zawierajacym wlasciwa propor¬ cje cieczy o niskiej temperaturze wrzenia. Zastoso¬ wane zostaly rózne ciecze o niskiej temperaturze wrzenia o róznych proporcjach z olejem, grubosci -szkla, poczatkowej temperaturze szkla i tempera¬ turze zastosowanej mieszanki cieczy o niskiej tem¬ peraturze wrzenia oleju. Przyklady byly realizo¬ wane przy róznych wartosciach, we wszystkich podanych wyzej zakresach. Podano w Itabeli trzy rózne zastosowane oleje dla kazdego przykladu. Za¬ stosowana Cylrex 200M (Mobil Oil Company) — 5 ciezki olej naftalenowy, którego temperatura zaplo¬ nu wynosi 305°C, a lepkosc 974 centystoksów przy 38°C. Nastepnym zastosowanym olejem jest Cylrex FM (Mobil Oil Company), który jest lzejszym ole¬ jem, posiadajacym temperature zaplonu 275°C i lep- 10 kosc 640 centystoksów przy 38QC. Trzecim olejem jest Vacuoline AA (Mobil Oil Company) jest rów¬ niez lzejszym olejem, którego temperatura zaplonu wynosi 225°C i lepkosc miesci sie w zakresie 310 do 342 centystoksów przy 38°C. Z chwila gdy kaz- 15 dy arkusz szkla zostal zahartowany, wspólczynnik pekniec, srodkowe naprezenie rozciagajace i stosu¬ nek powierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodkowego naprezenia rozciagajacego, zostaly okrasione w nastepujacy sposób: 20* Poddany próbie zahartowany arkusz szkla umiesz¬ cza sie w parze nozy mierniczych. Druga pare nozy mierniczych umieszcza sie w poblizu punktu srodkowego arkusza szkla i przyklada sie do nich sukcesywnie wzrastajace obciazenie. 25 Wspólczynnik pekniec odpowiadajacy naprezeniu niszczacemu wypukla powierzchnie szklanego ar¬ kusza pod naprezeniem, zostal obliczony na pod¬ stawie zastosowanego obciazenia w momencie za- 30 lamania poprzecznego przekroju arkusza szkla.Srodkowe naprezenie rozciagajace w arkuszu har¬ towanego szkla, mierzy sie przyrzadem zbudowa¬ nym przez Triplex Safety Glass Company Limited.Przyrzadem mierzy sie promien spolaryzowanego 35 swiatla pod przyleglym katem do podstawowej po¬ wierzchni szklanego arkusza w taki sposób, ze pro¬ mien przechodzi przez srodkowa obwodowej kra¬ wedzi arkusza. Promien opuszczajacy obwodowa krawedz jest przeanalizowany przez 'kompensator 40 Babinetfa. Srodkowe naprezenie rozciagajace w ar¬ kuszu szkla otrzymuje sie na drodze obserwacji katów utworzonych przez promien i porównywanie ich pochylenia w stosunku do poprzedniego wzorco¬ wania. Powierzchniowe naprezenie sciskajace ar- 45 kusze szkla dla otrzymania stosunku powierzchnio¬ wego naprezenia sciskajacego do srodkowego na¬ prezenia rozciagajacego, jest otrzymane przez za¬ stosowanie refraktometru sluzacego do róznicowego wyznaczenia powierzchni. Przyrzad jest skonstruo- 50 wany fcrzez Pittsburgh Plate Glass Company. Za pomoca tego przyrzadu promien spolaryzowanego swiatla jest zalamany w stosunku do podstawowej powierzchni arkusza szkla pod katem krytycznym, który jest okreslony przez wskazniki zalaman, okre- 55 slone przez czesci skladowe przyrzadu. Promien przesuwa sie tuz przy powierzchni arkusza szkla i równolegle do niego. Naprezenie sciskajace na powierzchni arkusza zalezy od róznicy wskazników zalamania dla swiatla, które jest prostopadle spo- 60 laryzowane i równolegle do plaszczyzny padania promieni. Swiatlo, które wychodzi z powierzchni jest analizowane, aby dac pomiar powierzchniowego naprezenia sciskajacego w arkuszu szkls*.Sposób hartowania szkla wedlug wynalazku pozwa- 65 la na osiagniecie wskaznika pekniecia dochodzace-80 432 10 go do wysokosci 5500 kG/cm2, a stosunek po¬ wierzchniowego naprezenia sciskajacego do srodko¬ wego naprezenia rozciagajacego powinien dochodzic do 4:1, bez pogorszenia optymalnej charakterystyki szkla.Hartowane szklo wedlug wynalazku nadaje sie zwlaszcza tam, gdzie wymagana jest duza wytrzy¬ malosc. Rozpadanie sie szkla na male czastki w wypadku rozbicia ma niewielkie znaczenie. Szklo wedlug wynalazku jest stosowane zwlaszcza przy produkcji samolotów naddzwiekowych, ale stosuje sie je wszedzie tam, gdzie jest wymagana wysoka wytrzymalosc, na przyklad w budownictwie miesz¬ kaniowym. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób hartowania szkla ogrzewanego do tem¬ peratury bliskiej miekniecia, znamienny tym, ze ogrzane szklo hartuje sie przez wymiane ciepla z olejem utrzymywanym w temperaturze ponizej temperatury zaplonu oleju, który jest zmieszany w proporcjach wagowych od 0,01% do 0,07% z 10 15 20 ciecza posiadajaca temperature wrzenia nizsza ani¬ zeli temperatura zaplonu oleju.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze szklo o grubosci od 4 mm do 12 mm hartuje sie poprzez zanurzenie w oleju posiadajacym lepkosc w zakresie 300^1000 centystoksów przy 38°C i temperaturze zaplonu mieszczacej sie w zakresie 200—310°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, ze jako ciecz o niskiej temperaturze wrzenia stosuje sie czterochlorek wegla, toluenu, benzenu, acetonu i ksylenu.

4. Sposób wedlug zastrz, 1 lub 3, znamienny tym, ze w mieszance cieczy o niskiej temperaturze wrzenia oleju utrzymuje sie proporcje od 0,01% do 0,05% wymienionej cieczy.

5. Sposób wedlug zastrz. 1 lub 3, znamienny tym, ze szklo ogrzewa sie do temperatury w zakre¬ sie 650 do 740°C.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze w mieszance cieczy o niskiej temperaturze wrzenia oleju utrzymuje sie proporcje od 0,015% do 0,05% wymienionej cieczy. * PL PL