Способ упрочнения кордиеритовых ситаллов

 

Способ упрочнения кордиеритовых ситаллов . Сущность изобретения: упрочнение кордиеритовых ситаллов осуществляют путем травления поверхности и последующей обработки в расплаве KNCO при температуре 600-700°С в течение 2-3 ч с одновременной активизацией окисления KNCO. Активизацию окисления KNCO осуществляют путем чередования размещения ситалла в расплаве в течение 1-2 мин и в атмосфере печи в течение 5-15 мин или путем продувки через расплав KNCO кислорода в количестве 1-2 см3/мин на 1 г расплава. Характеристика кордиеритоеого ситалла АС-380 после упрочнения, средняя прочность при поперечном изгибе 298-333 МПа. 2 з п.ф-лы. 1 табл. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

{5!)9 С 03 С 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Oll ИСАН И Е И 3 ОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ »»

Г»" " °

,1; .

%»

"» (21) 4871411/33 (22) 16.08.90 (46) 23.06.92; Бюл. М 23 (71) Производственное обьединение "Автостекло" (72) В.Н.Дубовик, Л.Г.Ивченко, Л.М,Иотковская, О.А»Непомнящий, В.И.Поколенко и

А.М.Райхель (53) 666.1.053.63 (088.8) (56) Дубовик В.И. и др. Комбинированное упрочнение шлакоситаллов. — Стекло и керамика, 1989, N. 5. с. 15-16.

Дубовик B.È. и др. Состояние вопроса и перспективы в области изучения дефектности и прочности ситаллов. Ионный обмен в производстве стекла. — М,: 1988, с. 118-123.

Изобретение относится к стекольной промышленности, в частности к способа уп,рочнения кордиеритовых ситаллов.

Известен способ упрочнения стеклокристаллических материалов путем травления поверхности в водных растворах кислот для уменьшения поверхностной дефектности и последующей термохимической обработки в расплавах солей калия.

Известен способ уп рочнения кордиериl0Bblx ситаллов путем травления и термохимической (ионообменной) обработки, в. расплавах солей щелочных металлов; При этом в качестве ионообменников используют расплавы хлоридов и сульфатов лития, натрия и калия, а термохимическую обработку осуществляют при температуре 750850 С. Эффект упрочнения кордиеритовых ситаллов известным способом основан на протекании ионного обмена по схеме Mg »

„, SU,, 1742241A1

2 (54) СПОСОБ УПРОЧ НЕНИЯ КОРДИЕРИТОВЦХ СИТАЛЛОВ (57) Способ упрочнения кордиеритовых cutan1los. Сущность изобретения: упрочнение кордиеритовых ситаллов осуществляют путем травления поверхности и последующей обработки в расплаве KNCO при температуре 600-700 .С в течение 2-3 ч с-одновреиенной активизацией окисления KNCO.

Активизацию окисления KNCO осуществляют путем чередования размещения ситалла в расплаве в течение 1-2 мин и в атмосфере печи в течение 5-15 мин или путем продувки через расплав KNCO кислорода.в количестве 1-2 см /мин на 1 г расплава; Характери3 стика кордиеритового ситэлла АС-380 после упрочнения: средняя прочность при поперечном изгибе 298-333 МПа; 2 з,п.ф-лы, 1 табл.

2Ме, где Me — ионы О, Йа, К из расплава. В результате описанной обработки прочность и ри поперечном изгибе М кордиеритовых ситаллов» увеличивается со фь.

t40-150 до 220-260 МПа, что для ряда слу- 1, чаев их конструкционного применения яв- . ) ляется недостаточным.: ф

Целью изобретения является повышение прочности кордиеритовых ситаллов.

Поставленная цель достигается.тем, чтосогласно способу упрочнения кордиерито- ь вых ситаллов путем травления и теомохимической обработки в рвсплавах болей щелочных металлов и термохимическую обработку осуществляют в расплаве циановокислого калия (KNCO) при 600-700 С в течение 2,0 — 4,0 ч в сочетании с активизацией окисления KNCO. причем активизацию окисления KNCO осуществляют путем чередования расположения упрочняемого обь 1742241 екта в толще расплава в течение 1 — 2 мин и в атмосфере печи в течение 5 — 15 мин или путем продувки чеоез расплав кислорода в количестве 1 — 2 см /мин на 1 г расплава.

В процессе термохимической обработки в расплаве KNCO помимо ионного обмена между ситаллом и расплавом по схеме

2+ +

Mg 2К происходит насыщение поверхностного .слоя ситалла свободными атомами углерода, образующимися в расплаве в результате окисления KNCO по реакциям

2KNCO+ 02 = К2СОз+ СО + 2N;

2СО =- COz + С (свободный атом).

Однако скорость реакции окисления

KNC0 кислородом воздуха на свободной поверхности (зеркале) расплава не обеспечивает достаточную концентрацию атомов углерода в его толще. B этой связи возникает необходимость активизации окисления

KNCO. Указанная активизация может быть достигнута путем чередования расположения упрочняемого обьекта (образца, элемента конструкции и т.п.) в толще расплава и в атмосфере печи. Продолжительность чередующихся операций должна обеспечивать достаточно полное окисление слоя . расплава в атмосфере печи и, как следствие этого, эффективную (по количеству атомов) диффузию углерода в поверхностный слой ситалла, а также обновление окисленного слоя реагента в толще расплава. Активизация окисления KNCO может достигаться непосредственной продувкой необходимого количества кислорода через расплав.

Насыщение поверхностного слоя ситаллов атомами углерода, происходящее параллельно с ионообменной реакцией, сопровождается увеличением поверхностных сжимающих напряжения.и повышением достигаемого уровня прочности ситэллов.

Пример. Упрочняют кордиеритовые ситаллы AC-380 (система исходного стекла

MgO-МпО-А!Оз-SiOz -TiOz), СТМ-1 (система Mg0- СеО--AlzO -SiOz TiOz) и AC-31 (система Mg0-BaO-AlzOa-SiOz-Т 02). Для упрочнения используют образцы размерами 60 х 7 х 7 мм, обработанные карборундовым: инструментом. Средние значения прочности при поперечном изгибе указанных образцов (10 образцов на определение) в исходном (неупрочненном) состоянии соc>àâëÿþò 148 (АС-380), 134 (СТМ-1) и 139

МПа (АС-31). Образцы травят в водных растворах кислот HF и HzS04 на глубину 300 мкм, после чего подвергают термохимической обработке в расплаве KNCO, варьируя ее температуру и продолжительность. Реакцию окисления KNCO активизируют путем с чередования расположения образцов в тол50

55. Формула изобретения

1. Способ упрочнения кордиеритовых ситаллов путем травления поверхности и последующей термохимической обработки в расплавах калиевых солей. о т л и ч à ю щ ий с я тем. что, с целью повышения прочности. обработку осуществляют в расплаве KNCO при 600-700 С в течение 2 — 4 ч с одновременной активизацией окисления KNCO, 2. Способ по и. 1, о т л и ча ю щи и с я тем..что активизациюокисления КМСО огуществляют путем чередования обработки ситалла в расплаве в течение 1 — 2 мин и выдержки в атмосфере печи в течение 5-15 мин. ще расплава и а атмосфере печи; продувки кислорода через расплав.

Одну из партий образцов каждого ситалла для сравнения упрочняют известным

5 способом: термохимической обработкой в расплаве KCI (50 мас. ) и К2304 (50 мас. ) при 800 С в течение 2,0 ч (предварительные исследования .показали, что указанная обработка является оптимальной для упрочне10 ния изучаемых ситаллов известным способом).

Упрочненные образцы испытывают на прочность при поперечном изгибе с расстоянием между подвижными опорами 50 мм, 15 Для каждого определения используют 10 образцов ситалла. Как показали испытания, средняя прочность партий образцов ситаллов, упрочненных известным способом, увеличивается до 251 (АС-380 — в 1.7 раза). 259

20 (СТМ-1 — в 1,9 раза) и 245 МПа (АС-31 — в 1,8 раза).

Результаты испытаний образцов ситаллов. упрочненных предлагаемым способом, представлены в таблице.

25 Как видно из таблицы, упрочнение ситаллов в расплаве KNCO в сочетании с активизацией егоокислениясопровождается увеличением прочности при поперечном изгибе до 298 — 333 (АС-380 — в 2,0-2,3 раза), 30 294-341 (СТМ -1 — 2,2-2.5 раза), 311 — 345

МПа (АС-31 — в 2,2-2.5 раза). При этом опти- . мальными параметрами режима упрочнения следует признать: температура

600 — 700 С; общая продолжительность 2,035 4,0 ч; продолжительность чередующихся циклов: в толще расплава 1-2 мин, в атмосфере печи 5 — 15 мин; объем продуваемого кислорода на 1 г расплава 1 — 2 сМ /мин, Таким образом, применение предлагае40 мого способа позволит существенно увеличить прочность кордиеритовых ситаллов. что принципиально важно при использовании их B качестве конструкционных материалов.

1742241 кислорода в количестве 1-2 см /мин на 1 г з расплава.

3. Способ 00 h. 1, отличающийся тем, что активизацию окисления KNCO осуществляют путем продувки через расплав

° нем меемммее

Средняя прочность при поперечном изгибе, МПа

Режим упрЬчнения

Опыт

Продолжительностей ч

Темперагура, б

Активизация окисления KNC0

СТМ-1

АС-31

Продувка кислорода, смз/мии на 1 r расплава

Чередование, мин

М ее в ме ме м расллав атмосфера

2,5

2г

1,5

0,5

° 15

- 10

2,5

2,5

1,5

0,5

Составитель В.Дубовик

Техред М.Моргентал

Корректор М.Кучерявая

Редактор Н.Рогулич

Заказ 2257 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Рэушская наб.,4/5

Произеодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2 . 600

3 650

4 700

5 750

6 550

7 600

8 650

9 700

10 750

5,0

4,0

3,0

2,0

1;0

5,0

4,0

3,0

2,0

1,0

244

301

309

298

232

307

333

321

249

231 255

294 311

312 323

3о5 342

252 . .278

263 256

328 . 345

341 318

320 332

272 254