Способ изготовления стеклометаллокомпозита

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности. Техническая задача - снижение энергетических затрат и стоимости процесса изготовления стеклокомпозита. Способ осуществляют следующим образом. Между листами металла укладывают листы стекла. Металлические листы разогревают до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных листов, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла. Пакет листов прижимают до полного прилегания его слоев по поверхностям соприкосновения. Заключительная операция сводится к выдержке пакета в обжатом положении до соединения листов между собой и его остывании. Вследствие устранения поверхностных микротрещин прочность стекла повышается в десятки раз, придавая стеклометаллокомпозиту высокую прочность при относительно малом весе. 1 ил.

 

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Стеклометаллокомпозит - это композиционный материал, в котором стеклянный слой заключен между металлическими обшивками при условиях, обеспечивающих надежное соединение стекла с металлом и устранение поверхностных микротрещин в стеклянном слое. Многослойный стеклокомпозит состоит из нескольких стеклянных слоев с металлическими прослойками и наружными обшивками, надежно соединенными со стеклянными слоями при условии отсутствия поверхностных микротрещин.

Известен способ изготовления стеклометаллокомпозита, при котором пространство между металлическими обшивками заполняют расплавом стекла. При остывании расплав переходит в пластическое состояние, при котором он припаивается к металлическим обшивкам. Дальнейшее остывание полученной композиции материалов сопровождается переходом стекломассы в стеклообразное состояние. Вследствие более высокого коэффициента температурного расширения металла в процессе стеклования стекломассы создаются механические препятствия к растрескиванию поверхности стеклянного слоя (см. патент РФ №2067060, БИ №27, 1996 г.).

Недостатками этого способа являются необходимость использования жаростойких металлов и большие затраты энергии на расплав стекломассы.

Известен также способ изготовления стеклометаллокомпозита из листов стекла, размещенных между металлическими листами, с использованием для соединения стекла с металлом высокой температуры и давления, при условии, что коэффициент температурного расширения у стекла ниже, чем у металла (см. патент РФ №2196747, БИ №2, 2003 г.). Недостаток этого способа заключается в необходимости большой затраты энергии для размягчения стеклянных листов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является снижение энергетических затрат и стоимости процесса изготовления стеклометаллокомпозита.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в надежном соединении стеклянных и металлических листов между собой без применения клеевых составов и исключении образования поверхностных микротрещин в стекломатериале, что придает стеклянным слоям и стеклометаллокомпозиту в целом исключительно высокую прочность и ударостойкость.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления стеклометаллокомпозита из листов стекла, размещенных между металлическими листами, с использованием для соединения стекла с металлом высокой температуры и давления, при условии, что коэффициент температурного расширения у стекла ниже, чем у металла, отличается тем, что нагревают металлические листы до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных слоев, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

При этом совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения позволяет устранить поверхностные микротрещины в стекле и обеспечить надежное соединение стеклянных и металлических листов между собой, а также снизить энергозатраты на изготовление стеклометаллокомпозита.

Изобретение поясняется чертежом, на котором в разрезе представлено схематическое изображение описываемого способа изготовления стеклометаллокомпозита.

На стол стенда 1 укладывают предварительно подготовленные листы из металла 3, 4, 5 и стекла 6 и 7. При этом используют листы стекла, у которого коэффициент температурного расширения на 1-3% ниже, чем у металлических листов. На уложенный пакет листов опускают верхнюю крышку стенда 2. Металлические листы разогревают, например, электроконтактным методом до температуры, превышающей температуру размягчения стекла, и выдерживают до размягчения поверхностей стеклянных листов, содержащих микротрещины. Подают давление к верхней крышке стенда 2, которая прижимает пакет листов к столу стенда 1 усилием до 1 атм (100 кПа), обеспечивая плотное прилегание поверхностей уложенных листов друг к другу. При размягченных поверхностях стеклянных слоев пакет листов выдерживают в течение 20-30 минут, обеспечивая тем самым полное устранение поверхностных микротрещин в стекле и надежное соединение стекла к металлу. Отключают систему обогрева металлических листов и переходят к процессу охлаждения стеклометаллокомпозита. Начиная со времени начала стеклования поверхностей стеклянных слоев, металлические слои 3, 4 и 5 сокращаются в большей мере, чем стеклянные 6 и 7, вследствие различия их коэффициентов температурного расширения. Но поскольку слои стеклометаллокомпозита соединены друг с другом, то стекло оказывает сопротивление сокращению размеров металлических слоев, вызывая в них ратягивающие напряжения и стягивание своих поверхностей. В результате остывания металлические слои 3, 4 и 5 оказываются растянутыми, а стеклянные слои 6 и 7 сжаты. Стягивание поверхностей стеклянных листов 6 и 7 при остывании не позволяет образовываться поверхностным микротрещинам, уплотняя их. Небольшое превышение коэффициентов температурного расширения у металлических листов по сравнению со стеклянными исключает появление больших начальных напряжений в стеклометаллокомпозите. Для уменьшения начальных напряжений в стеклометаллокомпозите может быть произведен отжиг изделия. После остывания стенд раскрывают и из него извлекают панель стеклометаллокомпозита.

Многократное повышение прочности и ударостойкости стекла в составе композита позволяет основную долю нагрузки, которая приходится на конструкцию из стеклометаллокомпозита, распределить на стеклянные слои и тем самым уменьшить массу металла в конструкции, изготовленной из стеклометаллокомпозита. Это позволяет получить существенный экономический эффект, так как сырье, используемое для изготовления стекла, дешевое, его запасы практически не ограничены, а энергозатраты на изготовление стеклометаллокомпозита значительно ниже энергозатрат, которые требуются для изготовления листов из конструкционных металлов. Исключение из процесса изготовления стеклометаллокомпозита операции по размягчению стеклянных слоев в целом сокращает энергозатраты на изготовление композита, поскольку оказывается достаточным размягчение одних лишь поверхностей стеклянных слоев. Это создает дополнительный экономический эффект.

Способ изготовления стеклометаллокомпозита из листов стекла, размещенных между металлическими листами, с использованием для соединения стекла с металлом высокой температуры и давления при условии, что коэффициент температурного расширения у стекла ниже, чем у металла, отличающийся тем, что нагревают металлические листы до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных листов, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла.