RU2726812C1

RU2726812C1 - Стекло, упрочняемое ионным обменом

Info

Publication number: RU2726812C1
Application number: RU2019130033A
Authority: RU
Inventors: Татьяна Борисовна Киселева; Евгения Хусейновна Мамаджанова; Юрий Иванович Машир; Владимир Викторович Снятков
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технического стекла им. В.Ф. Солинова"
Priority date: 2019-09-25
Filing date: 2019-09-25
Publication date: 2020-07-15

Abstract

Изобретение относится к составам стекол, упрочняемых ионным обменом, предназначенных для изготовления изделий, обладающих высокими прочностными и оптическими характеристиками. Такие изделия применяются в качестве остекления авиационного, автомобильного, железнодорожного, водного и других видов транспорта. Техническим результатом является получение стекла, которое в результате упрочнения ионным обменом имеет большую глубину сжатого слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения. Стекло, упрочняемое ионным обменом, содержит SiO, AlO, KO, MgO, NaO, CaO, BO, PO, ZnO, SbO, NaSiFи FeOпри следующем содержании компонентов, мас.%: SiO55,0-62,0, AlO11,0-16,0, KO 1,5-3,5, MgO 1,4-4,5, NaO 14,0-16,0, CaO 0,01-1,0, BO0,001-3,0, PO0,001-2,0, ZnO 3,0-8,3, SbO0,1-2,5, NaSiF0,1-2,0, FeO0,001-0,2. 2 табл.

Description

Изобретение относится к составам стекол, упрочняемых ионным обменом, предназначенных для изготовления изделий, обладающих высокими прочностными и оптическими характеристиками. Такие изделия применяются в качестве остекления авиационного, автомобильного, железнодорожного, водного и других видов транспорта.

Известно стекло, содержащее в мол. %: SiO₂ - 40-70; Al₂O₃ - 11-25; B₂O₃ - 0-5; Р₂О₅- 4-15; Na₂O - 13-25; K₂O - 0-1. (US 9567254 В2, кл. С03С 21/00, опубл. 14.02.2017). Показано, что такое стекло может быть упрочнено ионным обменом для получения изделия, имеющего глубину сжатого слоя 130-175 мкм. К недостаткам вышеприведенного состава можно отнести небольшую глубину образующегося сжатого слоя, не обеспечивающую получение высокопрочных изделий.

Известно листовое стекло, содержащее в мас. %: SiO₂ - 65,0-76,0; Al₂O₃ - 1,5-5,0; MgO - 4,0-8,0; СаО - до 4,5; Na₂O - 10,0-18,0; K₂O - 1,0-7,5; B₂O₃ - до 4,0, причем сумма этих компонентов составляет, по меньшей мере, 96% по массе от состава стекла и удовлетворяет соотношениям (в мас. %): CaO/(CaO+MgO) - 0-0,45 и K₂O/(Na₂O+K₂O) - 0,05-0,35. (RU 2116983 С1, кл. С03С 21/00, опубл. 10.08.1998 г. ). Стекло упрочняют поверхностным ионным обменом при температуре 350-475°С в течение по меньшей мере 72 часов. В изобретении показано, что данное стекло может быть упрочнено поверхностным ионным обменом на глубину 210 мкм за 72 часа при температуре 460°С. Недостатком данного состава стекла является невозможность получения за 72 часа упрочненного сжатого слоя глубиной 215 мкм и более.

Наиболее близким к заявленному изобретению является стекло, упрочняемое ионным обменом, содержащее в мас. %: SiO₂ - 10-90, Al₂O₃ - 0-40, B₂O₃ - 0-80, Na₂O - 1-30, K₂O - 0-30, СоО - 0-20, NiO - 0-20, Ni₂O₃ - 0-20, MnO - 0-20, СаО - 0-40, BaO - 0-60, ZnO - 0-40, ZrO₂ - 0-10, MnO₂ - 0-10, CeO - 0-3, SnO₂ - 0-2, Sb₂O₃ - 0-2, TiO₂ - 0-40, P₂O₅ - 0-70, MgO - 0-40, SrO - 0-60, Li₂O - 0-30, Li₂O+Na₂O+K₂O - 1-30, SiO₂+B₂O₃+P₂O₅ - 11-90, Nd₂O₅ - 0-20, V₂O₅ - 0-50, Bi₂O₃ - 0-50, SO₃ - 0-50, SnO - 0-70. (US 2017015584 Al, кл. C03C 21/00; C03C 4/18, опубл. 19.01.2017 г. - прототип).

Стекло может быть упрочнено ионным обменом в течение 10 часов при температуре 465°С на глубину 21,2 мкм, однако в данном источнике информации отсутствуют сведения о возможности получения за 72 часа упрочненного сжатого слоя глубиной 215 мкм и более.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала составов стекла, упрочняемого ионным обменом, в частности, на глубину более 215 мкм за 72 часа, применяемых при изготовлении изделий остекления транспортных средств, в частности авиационного остекления.

Техническим результатом является получение стекла, которое в результате упрочнения ионным обменом имеет

глубину сжатого слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения.

Технический результат достигается тем, что стекло, упрочняемое ионным обменом, включающее SiO₂, Al₂O₃, K₂O, MgO, Na₂O, СаО, B₂O₃, P₂O₅, ZnO, Sb₂O₃, дополнительно содержит Na₂SiF₆ и Fe₂O₃ при следующем содержании компонентов, мас. %:

SiO₂- 55,0-62,0;

Al₂O₃ - 11,0-16,0;

K₂O - 1,5-3,5;

MgO - 1,4-4,5;

Na₂O - 14,0-16,0;

СаО - 0,01-1,0;

B₂O₃ - 0,001-3,0;

P₂O₅- 0,001-2,0;

ZnO - 3,0-8,3;

Sb₂O₃- 0,l-2,5;

Na₂SiF₆- 0,l-2,0;

Fe₂O₃- 0,001-0,2.

Для получения высоких прочностных и оптических характеристик изделий стекло предпочтительно получать флоат-методом с дальнейшим упрочнением в расплаве калиевой селитры в течение 70-72 часов.

Ниже в табл. 1 и 2 приведены примеры реализации составов стекла, а также показатели упрочнения стекла ионным обменом.

Sb₂O₃, вводимый в количестве 0,1-2,5 мас. %, позволяет интенсифицировать процесс осветления расплава, что также увеличивает гомогенность расплава и облегчает диффузию катионов калия в сетке стекла, что приводит к увеличению глубины ионообменного слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения.

Na₂SiF₆, вводимый в количестве 0,1-2,0 мас. %, позволяет снизить степень связанности сетки стекла, что облегчает диффузию катионов калия из расплава калиевой селитры и приводит к увеличению глубины ионообменного слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения.

Содержание Fe₂O₃ в количестве 0,001-0,2 мас. %, совместно с Sb₂O₃ в количестве 0,1-2,5 мас. % обеспечивает получение стекла с высоким светопропусканием в видимой части спектра, что делает его предпочтительным для использования при изготовлении изделий остекления транспортных средств, в частности авиационного остекления.

Стекло не уступает листовому стеклу, а также стеклу, состав которого приведен в прототипе, по таким характеристикам как: водостойкость - не менее 3 гидролитического класса (ГОСТ 10134.1-82), термостойкость - не менее 100°С (ГОСТ 25535-2013), микротвердость - не менее 5500 МПа (ГОСТ 9450-76). Поэтому данное стекло может быть применено для изготовления изделий конструкционной оптики, в том числе - авиационного остекления.

Claims

Стекло, упрочняемое ионным обменом, включающее SiO₂, Al₂O₃, K₂O, MgO, Na₂O, CaO, B₂O₃, P₂O₅, ZnO, Sb₂O₃, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит Na₂SiF₆ и Fe₂O₃ при следующем содержании компонентов, мас.%:
SiO₂ - 55,0-62,0;
Al₂O₃ - 11,0-16,0;
K₂O - 1,5-3,5;
MgO - 1,4-4,5;
Na₂O - 14,0-16,0;
CaO - 0,01-1,0;
B₂O₃ - 0,001-3,0;
Р₂О₅ - 0,001-2,0;
ZnO - 3,0-8,3;
Sb₂O₃ - 0,1-2,5;
Na₂SiF₆ - 0,1-2,0;
Fe₂O₃ - 0,001-0,2.