RU2579043C2 - Method for toughening of glass - Google Patents

Method for toughening of glass Download PDF

Info

Publication number
RU2579043C2
RU2579043C2 RU2014114837/03A RU2014114837A RU2579043C2 RU 2579043 C2 RU2579043 C2 RU 2579043C2 RU 2014114837/03 A RU2014114837/03 A RU 2014114837/03A RU 2014114837 A RU2014114837 A RU 2014114837A RU 2579043 C2 RU2579043 C2 RU 2579043C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
glass
depth
microns
strength
ion exchange
Prior art date
Application number
RU2014114837/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014114837A (en
Inventor
Юрий Иванович Машир
Раиса Васильевна Микуло
Александр Николаевич Ситкин
Владимир Федорович Солинов
Людмила Григорьевна Шумилова
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Технического Стекла"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Технического Стекла" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт Технического Стекла"
Priority to RU2014114837/03A priority Critical patent/RU2579043C2/en
Publication of RU2014114837A publication Critical patent/RU2014114837A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579043C2 publication Critical patent/RU2579043C2/en

Links

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

FIELD: glass.
SUBSTANCE: invention relates to methods for thermally hardening of polished glass and the combined method may be used for the manufacture of constructional optics. Invention consists in that in the first step is carried out in an ion exchange strengthened glass melt of potassium nitrate to obtain a compressive stress layer depth of 30-85 microns, then glass is etched in a solution of hydrofluoric acid and sulfuric acid to a depth of 5-15 microns. Removal of the surface layer of ion exchange fractured glass to a depth of 10-15 microns does not affect the optical characteristics of products and increase the strength at centrally symmetric bending 1.5-2 times. Along with the static strength and significantly increased dynamic strength composite materials with the impact different types of indenters (balloon bird).
EFFECT: technical result of the invention is to increase the strength of large parts of complex geometry derived from toughened glass, while maintaining high optical performance.
2 cl, 3 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к способам упрочнения термически полированного стекла промышленного состава комбинированным методом и может быть использовано для изготовления, например, изделий конструкционной оптики.The invention relates to methods for hardening thermally polished glass of industrial composition by a combined method and can be used for the manufacture, for example, of structural optics.

Известен способ упрочнения (патент Великобритании №1082064, C1M, 1967), по которому образцы стекла перед упрочнением ионным обменом в расплаве азотнокислого калия (KNO3) подвергают предварительному травлению для удаления поверхностного дефектного слоя, затем выдерживают в вакууме при температуре 300-350°C, после чего стекло подвергают ионообменной обработке в расплаве азотнокислого калия.A known method of hardening (UK patent No. 1082064, C1M, 1967), in which glass samples before hardening by ion exchange in a molten potassium nitrate (KNO 3 ) are subjected to preliminary etching to remove the surface defective layer, then kept in vacuum at a temperature of 300-350 ° C after which the glass is subjected to ion exchange treatment in a molten potassium nitrate.

Недостатком данного способа является большая трудоемкость изготовления образцов, проявление структурных дефектов стекла (травление на глубину 30-100 мкм), поэтому промышленного распространения он не получил.The disadvantage of this method is the high complexity of the manufacture of samples, the manifestation of structural defects of glass (etching to a depth of 30-100 microns), therefore, it has not received industrial distribution.

Наиболее близким к предлагаемому способу является изобретение по авторскому свидетельству СССР №649672, C03C 21/00, 1979, (прототип), в котором с целью увеличения эффективности упрочнения и термостабильности стекло травят в растворе плавиковой кислоты на глубину до 100 мкм, затем убирают гидратный слой путем обработки в расплаве фтороборатов щелочных металлов и упрочняют в расплаве калиевой селитры.Closest to the proposed method is the invention according to the author's certificate of the USSR No. 649672, C03C 21/00, 1979, (prototype), in which, in order to increase the hardening efficiency and thermal stability, the glass is etched in a solution of hydrofluoric acid to a depth of 100 μm, then the hydrated layer is removed by treatment in a melt of fluoroborates of alkali metals and hardened in a melt of potassium nitrate.

Недостаткам данного способа является большое количество стадий обработки (лишняя ионообменная ванна), агрессивность расплавов, содержащих фторобораты, по отношению к материалу ванн, проявление дефектов структуры стекла в процессе глубокого травления и при обработке стекла в фтороборатных расплавах, что делает невозможным его использование при упрочнении натурных стекол для композиционных материалов.The disadvantages of this method are the large number of processing steps (extra ion-exchange bath), the aggressiveness of melts containing fluoroborates in relation to the bath material, the manifestation of glass structure defects during deep etching and when processing glass in fluoroborate melts, which makes it impossible to use it when hardening full-scale glasses for composite materials.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа упрочнения, позволяющего повысить прочность ионообменных стекол при сохранении высоких оптических характеристик с целью получения крупногабаритных изделий сложной геометрии.The objective of the present invention is to develop a method of hardening, which allows to increase the strength of ion-exchange glasses while maintaining high optical characteristics in order to obtain large-sized products of complex geometry.

Это достигается тем, что на первой стадии проводят ионобменное упрочнение стекла в расплаве калиевой селитры с регенерирующими добавками до получения слоя сжимающих напряжений глубиной 30-85 мкм, затем стекло травят в растворе плавиковой и серной кислот на глубину 5-15 мкм. Удаление трещиноватого поверхностного слоя ионообменных стекол на глубину до 10-15 мкм не влияет на оптические характеристики изделий и увеличивает прочность при центрально-симметричном изгибе в 1,5-2 раза (таблица 1).This is achieved by the fact that at the first stage, ion-exchange hardening of the glass is carried out in a potassium nitrate melt with regenerating additives to obtain a layer of compressive stresses with a depth of 30-85 μm, then the glass is etched in a solution of hydrofluoric and sulfuric acids to a depth of 5-15 μm. Removing the fractured surface layer of ion-exchange glasses to a depth of 10-15 μm does not affect the optical characteristics of the products and increases the strength under central-symmetric bending by 1.5-2 times (table 1).

Таблица 1Table 1 Прочность образцов, упрочненных ионным обменом (h=65 мкм)+травление в смеси кислот HF+H2SO4 (h=10-12 мкм)The strength of samples hardened by ion exchange (h = 65 μm) + etching in a mixture of acids HF + H 2 SO 4 (h = 10-12 μm) Защитное покрытие, мкмProtective coating, microns Прочность, МПаStrength, MPa Без покрытияWithout cover 1360 (660-2110)1360 (660-2110) 0,020.02 1550 (910-2340)1550 (910-2340) 0,030,03 1520 (830-2240)1520 (830-2240) 0,050.05 2060(1720-2390)2060 (1720-2390)

Результаты испытаний показывают, что комбинированный метод упрочнения стекла позволяет получить высокие прочности на образцах как с покрытием, так и без него при полном сохранении оптических характеристик исходного стекла. Нанесение защитного покрытия уменьшает разброс частных значений прочности, что увеличивает надежность композиционных материалов из них в эксплуатации и позволяет использовать упрочненные стекла как для внутренних силовых блоков, так и для внешних стекол изделий конструкционной техники.The test results show that the combined method of glass hardening allows to obtain high strengths on the samples both with and without coating, while maintaining the optical characteristics of the original glass. The application of a protective coating reduces the dispersion of particular strength values, which increases the reliability of composite materials from them in operation and allows the use of toughened glass both for internal power units and for the outer glasses of structural engineering products.

Наряду со статической прочностью значительно повышается и динамическая прочность композиционных материалов при ударе разными видами инденторов, что позволяет снизить вес изделий и повысить эксплуатационные свойства при меньших затратах на их производство.Along with static strength, the dynamic strength of composite materials when impacted by different types of indenters is also significantly increased, which allows to reduce the weight of products and increase operational properties at a lower cost for their production.

Пример 1Example 1

Композиционный материал (триплекс) для лобовых стекол автомобильного остекления изготавливают из термически полированного стекла толщиной 2,5 и 1,3 мм, склеенных поливинилбутиральной пленкой (ПВБ) толщиной 0,76 мм. Испытания на динамическую прочность проводят путем сбрасывания стального закаленного шара весом 227 г на середину образца размером 300×300 мм или автомобильного лобового стекла со стороны внешней поверхности. Результаты разрушения композиционного материала шаром с высоты, например, 6 м оцениваются по величине осколков в соответствии с ГОСТ 27903-88 (Стекло безопасное для автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин). Авторами были проведены испытания триплексов размером 300×300×4,5 мм при ударе шаром с высоты 9 м. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2 (внешнее стекло - стекло толщиной 2,5 мм).Composite material (triplex) for windshields of automobile glazing is made of thermally polished glass with a thickness of 2.5 and 1.3 mm, glued with a polyvinyl butyral film (PVB) 0.76 mm thick. Dynamic strength tests are carried out by dropping a steel hardened ball weighing 227 g into the middle of a 300 × 300 mm sample or an automobile windshield from the side of the outer surface. The results of the destruction of the composite material by a ball from a height of, for example, 6 m are estimated by the size of the fragments in accordance with GOST 27903-88 (Safety glass for cars, tractors and agricultural machines). The authors tested triplexes 300 × 300 × 4.5 mm in size when hit with a ball from a height of 9 m. The results of comparative tests are shown in Table 2 (outer glass - glass 2.5 mm thick).

Таблица 2table 2 Вид упрочненияType of hardening Характер разрушенияNature of destruction Внешнее стекло, H=2,5 ммOuter glass, H = 2.5 mm Внутреннее стекло, H=1,3 ммInner glass, H = 1.3 mm ионный обмен (35 мкм)+травление 5 мкмion exchange (35 μm) + 5 μm etching ионный обмен, глубина слоя 35-40 мкмion exchange, layer depth 35-40 microns Оба стекла целыBoth glasses are intact ионный обмен (35 мкм)+травление 5 мкмion exchange (35 μm) + 5 μm etching ионный обмен, глубина слоя 35-40 мкмion exchange, layer depth 35-40 microns Оба стекла целыBoth glasses are intact Без упрочненияWithout hardening Без упрочненияWithout hardening Разрушены 2 стекла2 glasses are destroyed ионный обмен, глубина слоя 35 мкмion exchange, layer depth 35 μm ионный обмен, глубина слоя 35-40 мкмion exchange, layer depth 35-40 microns Разрушены 2 стекла2 glasses are destroyed ионный обмен (35 мкм)+травление 5 мкмion exchange (35 μm) + 5 μm etching Без упрочненияWithout hardening Внешнее стекло - целое, внутреннее - разрушеноOuter glass - whole, inner - broken

Прочность образцов-спутников, упрочненных при температуре 460°C, в течение 24 часов при центрально симметричном изгибе (ЦСИ) составляла: Исходные образцы - 150 (90-230) МПа;The strength of satellite samples hardened at a temperature of 460 ° C for 24 hours with centrally symmetric bending (CSI) was: Initial samples - 150 (90-230) MPa;

Образцы, упрочненные ионным обменом, - 670 (440-920) МПа;Samples hardened by ion exchange - 670 (440-920) MPa;

Образцы, упрочненные ионным обменом+травление на глубину 5 мкм, - 1330 (600-2150) МПа.Samples hardened by ion exchange + etching to a depth of 5 μm, - 1330 (600-2150) MPa.

Можно видеть, что травление одного ионообменного стекла на глубину 5 мкм позволяет получить композиционный материал, который остается целым при ударе шаром даже с высоты 9 м, в то время как при испытаниях стандартных композиций, проведенных в соответствии с ГОСТ 27903-88, образцы разрушилисьIt can be seen that etching one ion-exchange glass to a depth of 5 μm allows one to obtain a composite material that remains intact when hit by a ball even from a height of 9 m, while when testing standard compositions conducted in accordance with GOST 27903-88, the samples were destroyed

Пример 2Example 2

Для изделий конструкционной оптики сложной геометрии изготавливают композиционный материал из трех стекол толщиной 3 мм, склеенных полиуретановой пленкой. Стекло упрочняют способом ионного обмена по длительному режиму до достижения слоя сжимающих напряжений 75-80 мкм и их максимальных значений 250-300 МПа. Далее макет изделия конструкционной оптики склеивают в автоклаве таким образом, чтобы торцы изделия были закрыты полиуретановой пленкой, а затем протравливают в растворе плавиковой и серной кислот на глубину 10-12 мкм. Таким образом, процесс травления проходит только на внешних стеклах. Макеты изделий подвергались динамическим испытаниям (удар птицей весом 1.8 кг с различной скоростью).For structural optics of complex geometry, a composite material is made of three glasses 3 mm thick glued with a polyurethane film. The glass is hardened by the ion exchange method over a long-term regime until a layer of compressive stresses of 75-80 microns and their maximum values of 250-300 MPa are reached. Next, the model of the structural optics product is glued in an autoclave so that the ends of the product are covered with a polyurethane film, and then etched in a solution of hydrofluoric and sulfuric acids to a depth of 10-12 microns. Thus, the etching process takes place only on the outer glass. Models of products were subjected to dynamic tests (bird strike weighing 1.8 kg at different speeds).

Динамические испытания показали, что композиционный материал на основе ионообменных стекол выдерживает удар птицей со скоростью 400-450 км/ч при полной тыльной прочности (цело тыльное стекло), в то время как блок, протравленный с внешних сторон, выдержал удар птицей со скоростью 700 км/ч при сохранении всех стекол композиционного материала. Оптические характеристики блока, обработанного по предложенной технологии, идентичны характеристикам композиционного материала на основе стекол, упрочненных ионным обменом.Dynamic tests showed that a composite material based on ion-exchange glasses can withstand a bird at a speed of 400-450 km / h at full rear strength (whole glass), while a block etched from the outside withstood a bird at a speed of 700 km / h while maintaining all the glasses of the composite material. The optical characteristics of a block processed by the proposed technology are identical to the characteristics of a composite material based on glasses strengthened by ion exchange.

Пример 3Example 3

Для изделий конструкционной оптики сложной геометрии изготавливают композиционный материал из трех стекол толщиной 3 мм, склеенных полиуретановой пленкой. Стекло упрочняют способом ионного обмена по длительному режиму до достижения слоя сжимающих напряжений 80-85 мкм и их максимальных значений 250-320 МПа. Далее макет изделия конструкционной оптики склеивают в автоклаве таким образом, чтобы торцы изделия были закрыты полиуретановой пленкой, а затем протравливают в растворе плавиковой и серной кислот на глубину 15 мкм. Макеты изделий подвергались динамическим испытаниям (удар птицей весом 1,8 кг с различной скоростью) и выдержали испытания.For structural optics of complex geometry, a composite material is made of three glasses 3 mm thick glued with a polyurethane film. The glass is hardened by the ion exchange method over a long-term regime until a layer of compressive stresses of 80-85 microns and their maximum values of 250-320 MPa are reached. Next, the mock-up of the product of structural optics is glued in an autoclave so that the ends of the product are closed with a polyurethane film, and then etched in a solution of hydrofluoric and sulfuric acids to a depth of 15 μm. Models of products were subjected to dynamic tests (bird strike weighing 1.8 kg at various speeds) and passed the tests.

Пример 4.Example 4

Композиционный материал (триплекс) для лобовых стекол автомобильного остекления изготавливают из термически полированного стекла толщиной 3±0,5 и 1,5±0,5 мм, склеенных поливинилбутиральной пленкой (ПВБ) толщиной 0,76 мм. Испытания на динамическую прочность проводят по примеру 1. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 3 (внешнее стекло - стекло толщиной 3 мм).Composite material (triplex) for windshields of automobile glazing is made of thermally polished glass with a thickness of 3 ± 0.5 and 1.5 ± 0.5 mm glued with a polyvinyl butyral film (PVB) 0.76 mm thick. Tests for dynamic strength are carried out according to example 1. The results of comparative tests are shown in table 3 (outer glass - glass 3 mm thick).

Figure 00000001
Figure 00000001

На основании приведенных примеров можно сделать вывод, что предлагаемый комбинированный способ упрочнения позволяет повысить статическую и динамическую прочность как стеклозаготовок, так и композиционных материалов из них в 1,5-2 раза при полном сохранении оптических характеристик.Based on the above examples, we can conclude that the proposed combined method of hardening allows to increase the static and dynamic strength of both glass billets and composite materials from them by 1.5-2 times while maintaining the optical characteristics.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Великобритании №1082064, кл. C1M, 1967.1. UK patent No. 1082064, CL C1M, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР, №649672, кл. C03C 21/00, 1979.2. Copyright certificate of the USSR, No. 649672, cl. C03C 21/00, 1979.

Claims (2)

1. Способ упрочнения стекла, включающий в себя травление в водном растворе, содержащем фтористоводородной кислоту, ионообменное упрочнение в расплаве нитрата калия, отличающийся тем, что стекло для композиционного материала упрочняют ионным обменом до получения слоя сжимающих напряжений толщиной 30-85 мкм с последующим его травлением на глубину 5-15 мкм.1. A method of hardening glass, including etching in an aqueous solution containing hydrofluoric acid, ion-exchange hardening in a molten potassium nitrate, characterized in that the glass for the composite material is hardened by ion exchange to obtain a layer of compressive stresses with a thickness of 30-85 μm with its subsequent etching to a depth of 5-15 microns. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для композиционного материала на основе 3-х стекол каждое стекло упрочняют ионным обменом до получения слоя сжимающих напряжений толщиной 70-85 мкм, затем склеивают их в стеклоблок, а затем проводят травление внешних стекол на глубину 10-15 мкм. 2. The method according to p. 1, characterized in that for a composite material based on 3 glasses, each glass is hardened by ion exchange to obtain a layer of compressive stresses with a thickness of 70-85 μm, then they are glued into a glass block, and then the external glasses are etched onto depth of 10-15 microns.
RU2014114837/03A 2014-04-15 2014-04-15 Method for toughening of glass RU2579043C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014114837/03A RU2579043C2 (en) 2014-04-15 2014-04-15 Method for toughening of glass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014114837/03A RU2579043C2 (en) 2014-04-15 2014-04-15 Method for toughening of glass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014114837A RU2014114837A (en) 2015-10-20
RU2579043C2 true RU2579043C2 (en) 2016-03-27

Family

ID=54326953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014114837/03A RU2579043C2 (en) 2014-04-15 2014-04-15 Method for toughening of glass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579043C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687875C1 (en) * 2018-08-17 2019-05-16 Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") Method of making glass plates with thickened edge for space photoconverters

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU542740A1 (en) * 1974-09-03 1977-01-15 Предприятие П/Я А-7840 Glass hardening method
SU649672A1 (en) * 1977-07-06 1979-02-28 Предприятие П/Я А-7840 Method of glass strengthening
US7415841B2 (en) * 2002-03-27 2008-08-26 Hoya Corporation Method for producing chemically strengthened glass substrate for information recording medium
US20130061636A1 (en) * 2011-09-09 2013-03-14 Hoya Corporation Method of manufacturing an ion-exchanged glass article
US20140342146A1 (en) * 2008-12-26 2014-11-20 Hoya Corporation Glass Substrate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU542740A1 (en) * 1974-09-03 1977-01-15 Предприятие П/Я А-7840 Glass hardening method
SU649672A1 (en) * 1977-07-06 1979-02-28 Предприятие П/Я А-7840 Method of glass strengthening
US7415841B2 (en) * 2002-03-27 2008-08-26 Hoya Corporation Method for producing chemically strengthened glass substrate for information recording medium
US20140342146A1 (en) * 2008-12-26 2014-11-20 Hoya Corporation Glass Substrate
US20130061636A1 (en) * 2011-09-09 2013-03-14 Hoya Corporation Method of manufacturing an ion-exchanged glass article

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687875C1 (en) * 2018-08-17 2019-05-16 Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") Method of making glass plates with thickened edge for space photoconverters

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014114837A (en) 2015-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7225329B2 (en) Thin heat-strengthened and chemically-strengthened glass-based articles
RU2116983C1 (en) Sheet glass (versions) and sheet glass production methods
US20170113520A1 (en) Composite glass with thin inner pane
TWI764861B (en) High strength, scratch resistant and transparent glass-based materials
TWI515174B (en) Cutting method and cutting stage of toughened glass
TWI600631B (en) Method for manufacturing chemically tempered glass
KR101995081B1 (en) Two-step method for strengthening glass
US20140087193A1 (en) Methods for producing ion exchanged glass and resulting apparatus
KR101298236B1 (en) Method for improving the specification of reinforcement by edge eching before reinforcing glass
CN1162363C (en) Process for preparing chemically strengthened glass
US3639198A (en) Glass articles having improved breakage characteristics
KR20160046889A (en) Thin glass laminate structures
JP2019194152A (en) Automobile provided with laminate structure
JP2015534536A (en) Method of producing ion exchange glass and resulting apparatus
KR20170008830A (en) Scratch resistant glass and method of making
KR101398140B1 (en) Glass strenthening method by 2-step ion exchange
RU2579043C2 (en) Method for toughening of glass
US3317297A (en) Method of chemically strengthening glass
EP4249236A2 (en) Silicate coatings
RU2503543C2 (en) Fireproof glazing
WO2016117479A1 (en) Glass substrate production method
Varshneya Recent advances in the chemical strengthening of glass
US20210370646A1 (en) Glazing unit comprising a chemically toughened thin glass sheet
KR20210031477A (en) Carrier for microelectronics manufacturing
Gridi et al. Mechanical and sandblasting erosion resistance characterization of chemical strengthened float glass

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20151109

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20151203