Способ упрочнения стекла
ОПИСАНИЕ .ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик (ii> 724467
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено. 14J. 077 (21) 2531634/29-33 (51)М. Кл 2 с присоединением заявки №вЂ”
С 03 С 21/00
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 30.0380, Бюллетень ¹ 12
Дата опубликования описания 300380 (53) УДК 666.1. 053.
° 65 (088.8) (72) Авторы изобретения
И.A. Богуславский, А.М. Бутаев и Н.П. Коваленко (71) Заявитель! (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТЕКЛА
Изобретение относится к упрочнению щелочесодержащих стекол и стеклоизделий методом ионного обмена и мЬжет быть.использовано в стекольной промышленности.
Известен способ упрочнения стекла, согласно которому стекло на первой стадии выдерживают в расплаве соли при температуре на 30-100 С ниже температуры трансформации стекла, а на
10 второй стадии — в расплаве соли, имеющей температуру, более чем на 100 С ниже температуры трансформации стекла. Способ предусматривает также возможность осуществления второй стадии 15 в специальном агрегате отжига, при этом на стеклоиэделие воздействует прилипший расплав соли (1).
Основньм недостатком известного способа является то, что он устраняет20 влияние лишь имевшихся на поверхности стекла микротрещин на достигаемый уровень прочности путем создания глубокого сжатого слоя и не обеспечивает улучшения стабильности механических свойств ионообменно упрочненного стекла. Это вызвано тем, что вторую стадию, осуществляют в присутствии ионного источника, т.е. расплава соли. Кроме того, способ пригоден 30 только для упрочнения специальных стекол, обладающих повышенной способностью к ионному обмену.
Наиболее близким к предлагаемому является способ упрочнения стекла путем ионного обмена в расплаве соли с последующей промывкой и термообработкой, например закалкой или отжигом (2) ."
Недостатками способа являются не» высокая безопасная прсчность и отсутствие стабильности механических свойств.
Цель изобретения — повышение безопасной прочности и обеспечение стабильности механических свойств.
Цель достигается тем, что в способе упрочнения стекла путем ионного обмена в расплаве соли с последующей прсыывкой и термообработкой термообработку проводят путем нагрева со скоростью 2-6 С мин до 300-400 С, выдержки. при этой температуре в течение 0,5-24 ч с последующим охлажцением со скоростью 2-6 С/мин.
Сущность изобретения заключается в эалечивании микротрещин, образовавшихся на поверхности стеклоизделия в процессе его упрочнения, что достигается выдерживанием упрочненного
724467 стекла в иэотермических условиях в интервале температур 300-400 С в те0 чение 0,5-24 ч при отсутствии ионно-. го источника.
При осуществлении способа особое внимание уделяется скорости нагрева. ния и охлаждения унрочненного стекла.
Слой стекла, в котором происходит ионный обмен, имеет больший коэффи циент термического расширения, чем остальная часть стекла. Относительно р резкое нагревание или охлаждение такого стекла приводит к развитию микротрещин, образовавшихся в процессе упрочнения, следовательно, к снижению механической прочности и ухудшению ее стабильности.
Проведенные опыты показывают, что наилучшая стабильность достигается при нагревании и охлаждении упрочненного стекла со скоростью, не превышающей 2-6 С/мин. Необходимо учиты- 20 вать также, что нагревание ионнообменно упрочненного стекла иногда сопровождается релаксацией напряжений, приводящей к снижению достигнутого
Прочность на ЦСИф /м4
Коэффициент вариации, ф
Безопасная прочность, кг/мм
Прочность. кг/мм
Число испытанных образцов, штук
Условия термообработки упрочненного стекла рмакс
Рми.н
19, 9
16,5
13,07
10,79
9,10
6,46
7,22
5,68
3,76
4,46
3,22
107 30
87 25
77 30
33
36
39
33
15,0
11,9
13,8
29
30
67
63
58
57
39
38
41
11,5
30
7,5
38.29
8,8
30
6,5
6,97 15,2
5, 08 16,7
26
15
Приведенные данные показывают, ч то при от носи тель н о ни 3К их т емпературах термообработки (250 С), так же как и при относительно высоких темпе- ратурах (425 С) цель не реализуется ..
В первом случае для уменьшения коэффициента вариации стекло необходимо выдерживать длительное время, что делает метод неэкономичным. Во втором случае наблюдается значительное сни- ЬО жение прочности за счет превалирования процесса релаксации напряжений над процессом залечивания микротрещин.
Изотермическое выдерживание упрочнен ного стекла в интервале температур
Без обработки
250 29,5
350 0,5
350 1,0
350 2,0
350 3,0
350 5,0
350 7,0;
350 8,5
425 1,0 .4 25 3, 0
65,6
65,4
60,6
54,3
52,2
49,2
50,2
50,7
49,2
45,9
30,3 уровня прочности. Поэтому влияние выбранных параметров термообработки на процесс залечивания микротрещин должно в некоторой степени превалировать
:над процессом релаксации напряжений.
Пример 1. Трехмиллиметровое флоат-стекло упрочняют в расплаве нитрата калия при 450 С в течение
24 ч, охлаждают до. комнатной температуры и остатки соли отмывают проточной водой., Для определения оптимальной температуры и времени залечивания образовавшихся в процессе упрочнения микротрещин образцы стекла размером
60х60 3 мм помещают в воздушный термостат и выДерживают в интервале температур 250-425 С в течение времени от 30 мин до 30 ч. При этом образцы псмещают в термостат с температурой
60-70 С и нагревают со скоростью
4-5-С/мин до нужной температуры и после изотермической выдержки темпе« ратуру снижают.с той же скоростью.
Полученные экспериментальные данные приведены в. таблице..
300-400 С приводит к уменьшению коэффициента вариации в 2-3 раза и повы- шению безопасной прочности. Выдержка 0 упрочненного стекла при 350 С 5-9 ч приводит к уменьшению коэффициента вариации от 20 до 6-9% и увеличению безопасной прочности от 26 до 3739 кг/мм . Такая стабилизация механик ческих свойств стекла обусловлена протеканием двух противоположных процессов: с одной стороны релаксация напряжений приводит к уменьшению максимальных значений прочности, а с другой стороны, залечивание образовавшихся в процессе упрочнения микро724467
Формула Изобретения
1. Патент ГДР 9 88638, кл. 32 В 21/00, опублик . 1972.
2. Авторское свидетельство СССР у 451653 кл. С 03 С 21/00, 1971.
Составитель С. Белобокова
Редактор М. Недолуженко Техред С.Мигай Корректор И ° Муска
Тираж 528 П эдпис ное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5
Заказ 77 5/4
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 трещин прив одит к в озрастанию минимальных значений прочности, что, в, свою очередь, приводит к повышению безопасной прочности стеклоизделия.
Пример 2. Флоат-стекло на первой стадии выдерживают в расплаве нитрата калия при 460 С 2 ч, а для осуществления второй стадии стекла с оставшейся пленкой расплава соли переносят в воздушный термостат и выдерживают при 375 С 6 ч. Затем со стекла удаляют остатки соли и выдерО живают при 350 C 6 ч при этом скорости нагревания и охлаждения такие же, как в примере 1. Такая дополнительная термообработка упрочненного стекла в условиях отсутствия ионного источни- 1 ка привела к увеличению безопасной прочности с 17 до 23 кг/мм
Пример 3. Флоат-стекло на первой стадии выдерживают в расплаве нитрата калия при 450 С 2 ч, а на, ф второй стадии — в том же расплаве при 410 С 36 ч. Упрочненное таким образом стекло имеет следующие параметры прочности, кг/мм : Р„„„ - 33;
Р р = 69,4 ; Penal - 98 и V - 23,3%. д
Затем стекло подвергают термообработке, как описано в примере 2. Безопасная прочность увеличивается с 20 до
31 кг/мм
Использование данного способа упрочнения стекла позволяет при небольших дополнительных затратах существенно повысить безопасную прочность стеклоизделий и надежность их эксплуатации.
Способ упрочнения стекла путем ионного обмена в расплаве соли с последующей промывкой и термообработ» кой, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасной прочности и обеспечения стабильности механических свойств, термообработку проводят путем нагрева со скоростью
2-6 С/мин до 300-400 .С, выдержки при этой температуре в течение 0,5-24 ч с последующим охлаждением со скоростью 2-6 С/мин, Источнику информации, принятые во внимание при экспертизе
