Способ упрочнения стеклоизделий

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ 905214

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву

3 (22) Заявлено 26.02.80 (2I )2887493/29-33 (5) ) IN. КЛ. с присоединением заявки №вЂ”

С 03 С 21/00

Гааударстеенкый камнтет (23) Приоритет па делам изабретеннй и аткрыткй

Опубликовано 15.02.82. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 15.02.82 (53) УДК 666.1. .053.65 (088.8) (?2) Авторы изобретения

О. В. Шегпова, E. В. Соболев, Н. E. Тихомирова, T. Г. Чернякова, И. B. Казявина и Д. Л. О

Государственный научно-исспедоватепьский институт,е. стекла

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к способам упрочнения стекла и стекпоиздепий ионным обменом и может быть испопьзовано дпя упрочнения стекпоиздепий разпичного назначенияия.

Известен способ упрочнения стекпоиздепий, в котором перед ионным обменом стекпоиздепия подвергают травпению в

HF на глубину, достаточную дпя удапения дефектного слоя (30-120 MKK1) (1).

Однако в этом случае допопнитепьно перед ионным обменом предложено стекпо обрабатывать в безводной среде фторборатов щепочных метаппов до удапения гидратного слоя. Введение допопнитепьного травпения значитепьно успожняет и

15 удорожает процесс упрочнения стекпоиздепий, так как требует создания отдепьного оборудования. Кроме того, недостатком явпяется также испопьзование дпя

20 предваритепьной обработки соединений, содержащих фтор-ионы.

Наиболее бпизок к предпоженному способ упрочнения стек поизде пий, предусматривающий проведение перед ионным обменом предварительной обработки стекпоиздепий в водных растворах, содержащих

2-10 вес.% 2-вапентных катионов, имеющих меньший ионный радиус по сравнению с ионами Са и высокую попяризуемость (Ng2+, N1 Со ре2+, 2ру 1 Со2>, 2+ 2.f.

Nn ипи aw2, преимущественно 2ру ипи

Му ). Эта обработка осушестепяется при

О температурах раствора 50-100 С и рекомендована при упрочнении издепий из щепочеапюмосипикатного стекла. Наибопьшая эффективность указанной предварительной обработки достигается при упрочнении стек поиздепий в расп паве нитиа-

2 та калия, имеющего примеси ионов Са 2

Однако область применения этого способа крайне ограничена. B частности, при упрочнении стекла в расппаве нитрата капия чистых KBGIIBôèêàöèé (марок

Х4"), интенсификация процесса ионообменного упрочнения и допопнитепьное возрастание степени упрочнения не набпюдаются.

3 905

Hem ю изобретения явпяется интенсификация процесса и повышение степени упрочнения натриевокапьциевосиликатных стеклоизделий, Uem достигается тем, что согласно способу упрочнения стекпоиздепий, вкпючаюшему предварительную обработку в растворе, содержащем гидрофипьные ионы„ с поспедуюшим низкотемпературным ионным обменом в расплаве сопей, предваритепьную обработку осуществляют в насыщенном водном растворе сопи капия, содержащем 0,5-1,5 вес.% гидрофипьных ионов, в течение 0,4-10 сут.

Предваритепьную обработку стекпоизо депий осушествпяют при 10-30 С до образования в поверхностном слое стеклоиздепия зоны с соотношением ионов К и

Яа не менее 0,15-0,2; упрочнение — в расппаве сопи капия при температуре на

100 С ниже Т стекла. Копичество сони щелочного метаппа в растворе на 100 г воды при 10-30 С составляет, r: Kg&0

9,3-13,0; К Р04 88,1-113,1; К СО

1 09,2-113,7; KCE 31,2-77,4.

Источником гидрофильных ионов в насы ше пном в оды ом растворе ще почного металпа могут быть соединения, имеющие бопьшую теплоту гидратации. Наибопее гидрофипьными явпяются такие ионы, как 4i+, Мр -+, Са +, Со +, Н и др.

Источником этих ионов в насыщенном водном растворе могут быть такие сопи, как МО, g(<0q)g и т.д.

Предваритепьная обработка стекпа при. водит к тому, что поверхность стекла еше перед упрочнением обогащается ионами K+, адсорбировавшимися на стекле.

Одновременно происходит некоторое вышелачивание ионов NO с поверхности стекла, в результате чего в ней образуется модифицированная зона с опредепен+ +. ным соотношением катионов К и Na

1 зависящим от состава и режима обработки насыщенного водного раствора.

Степень адсорбции ионов К + поверхностью стекпа зависит от вида аниона сопи в насыщенном водном растворе в

2 спедуюшей поспедоватепьности: ВО 7

>ро ссф сю.

Необходимым условием дпя:попучения на поверхности стекла модифицированной зоны указанного состава явпяется присутствие в -насыщенном водном растворе шепочного метапла гидрофильных ионов, которые гидратируются в первую очередь. В резупьтате гидратация ионов К" в растворе уменьшается, а соответствен5

40 но, возрастает их подвижность. Это в г свою очередь, при обработке стекпа по предпоженным режимам дает возможность получить на его поверхности модифицированную зону с олтимапьным соотноше- . нием шепочных катионов. Установпено, что содержание гидрофильных ионов 0,51,5 вес.% явпяется оптимапьным дпя получения вышеуказанного модифицированного слоя

Предпоженный способ упрочнения стекла, вкпючающий предваритепьную его обработку в насыщенном водном растворе сопи шепочного метаппа, содержащем гидрофипьные ионы, дает возможность получить промышпенное пистовое стекпо с механической прочностью 600-650 МПа.

Это в 1,5-2 раза выше, чем прочность

Ф того же стекпа, упрочненного в нитрате калия без предваритепьной обработки. Одновременно наблюдается увепичение гпуби- ны сжатого споя и вепичины напряжений сжатия.

В табл. 1 представпены составы насыщенных растворов дпя предваритепьной обработки стекпа по предпоженному и известному способам.

Упрочнению подвергают образцы пистового стекла промышпенного состава

ВВ, вес.%: g<0g71,9",Ну 0 1,38; СаО

7,89„М О 3,15; Ма О 14,9; V 0>

03; Soy 05.

Размер образцов 40 40 ° 2 мм, исходная прочность 80-90 МПа.

В табл. 2 представпены характеристики стекоп натриевокапьциевосипикатного состава, упрочненных по предцоженному и известному способам.

B табп.. 3 представпены характеристики стекол натривокапьциевосиликатного сс» става, упрочненных по предпоженному и известному способам; в качестве сопи дпя приготовпения растворов дпя предваритепьной обработки испопьзован Mg(О )

Испопьзование предпоженного способа дпя упрочнения пистового промышпенного стекпа дает возможность попучать стекпо с прочностью, соизмеримой с прочностью упрочненных стекоп специапьных составов (натриевоашомосипикатных), являющихся дорогостоящими.

Прочностные характеристики стекпа и стекпоиздепий, попучаемые при их обработке по предпагаемому способу упрочнения, позволяют существенно расширить ассортимент стекпоиздепий и обпасть их применения, увепичить срок спужбы ст" .S 90521 поиэдепий и надежность их при эксплуатации, что особенно важно в таких конструкциях, как автомобипьный триппекс, остекление технических комплексов, стеклопакеты и др. Применение стекол с поТабпица 1

По предпоженному способч

9,8

88,4

71,4

24,4

По известному способу

95,0

5,0

3 М 0,5 вес.% М + р растворе

1,5 вес.% М + в растворе

Таб ница 2

Дополнительная степень упрочнения, раэ

15 19 15 14 15 136 095 10

Прочность, МПа

490 620 4,85 458 490 448 320

325

Глубина сжатия слоя, мкм

18 16 12

16 13 9

Напряжения сжатия, МПа 491

650 503 445 500 470 392

320

024 019 015 017 016 0

П р и м е ч а н и е: Режим упрочнения 420 С, 2 ч.

Копичество К в поверхностном спое опредепяется на приборе

МоогоргмМ-150.

К /p& В МО+ дифицированной зоне+ 0,21

4 6 вышенной прочностью в средствах индивидуапьной зашиты человека позвопит резко снизить травматизм на производстве, потери рабочего времени и, тем самым, повысить производительность труда.

1,8

4,2

Таблица 3

Дополнительная степень улрочнения, раз

1,9

620

328

Прочность, МПа

Глубина сжатого слоя, мкм

18

Напряжения сжатия, МПа

650

K /йа в модифици4рованной зоне

0,24

П р и м е ч а н и е: Режим упрочнения 420 С, 2 ч.

2. Патент ГДР № 121097, кл. С 03 С 21/00, 1976.

Составитель С. Белобокова

Редактор Л. Веселовская Техред Т.Маточка Корректор Г. Огар

Заказ 274/34 Тираж 506 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул Проектная, 4

Формула изобретения

Способ упрочнения стеклоизделий, содержащих ионы натрия, включающий пред варительную обработку в растворе, содержащем гидрофильные ионы, с последующим низкотемпературным ионным обме-. ном в расллаве солей калия, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью ин; тенсификации процесса и повышения степени упрочнения натриевокальциевосипикатных стеклоизделий, предварительную обработку осуществляют в насыщенном водном растворе со ли ка ли я, сод ержаше м

0,5-1,5 вес.% гидрофильных ионов, в

35 те че ние О, 4-1 0 сут.

Источники информации принятые во внимание при эксперти;м.

1. Авторское свидетельство СССР № 649672, кл. С 03 С 21/00, 1977.