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DE1287763B - - Google Patents

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DE1287763B
DE1287763B DENDAT1287763D DE1287763DA DE1287763B DE 1287763 B DE1287763 B DE 1287763B DE NDAT1287763 D DENDAT1287763 D DE NDAT1287763D DE 1287763D A DE1287763D A DE 1287763DA DE 1287763 B DE1287763 B DE 1287763B
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DE
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glass
ceramic
potassium
ions
crystal phase
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Application number
DENDAT1287763D
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Publication date
Publication of DE1287763B publication Critical patent/DE1287763B/de
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    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
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    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0036Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents
    • C03C10/0045Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing SiO2, Al2O3 and a divalent metal oxide as main constituents containing SiO2, Al2O3 and MgO as main constituents

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Description

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Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her- zu physikalischer Zersetzung, wenn sie derart behanstellung von glaskeramischen Gegenständen mit wahl- delt werden, jedoch kann diese Neigung entweder weise modifizierten Eigenschaften. Sie betrifft ins- völlig überwunden oder sehr stark in glaskeramischen besondere die Herstellung eines verfestigten glas- Gegenständen, welche die für gut entwickelte glaskeramischen Gegenstandes, der eine unter Druck- 5 keramische Materialien charakteristische feinkörnige spannung stehende Oberflächenschicht hat, in welcher Struktur haben, vermindert werden. Auf Grund dieser die chemische Zusammensetzung innerhalb der Entdeckungen ist es möglich, einen Gegenstand aus Kristallphase durch einen Ionenaustausch verändert einem glaskeramischen Material gegebener Zusammenist, setzung herzustellen und durch anschließende che-Ein glaskeramisches Material wird ursprünglich io mische Behandlung innerhalb einer Oberflächenschicht als Glas hergestellt, welches dann durch eine gleich- des Gegenstandes ein glaskeramisches Material von mäßige durchgehende Entglasung einer Phasentrennung verschiedener chemischer Zusammensetzung und verunterworfen wird, um eine feine kristalline Struktur schiedenen physikalischen Eigenschaften zu erzeugen, innerhalb einer glasigen Grundmasse zu entwickeln, Es wurde weiter gefunden, daß gewisse glaskerawobei das so erzeugte Material physikalische Eigen- 15 mische Materialien in einem beträchtlichen Ausmaß schäften hat, die wesentlich verschieden sind von denen durch einen Ionenaustausch, der von einer solchen des Stammglases und eher denen ähneln, die ein her- thermochemischen Behandlung herrührt, verfestigt kömmliches kristallines keramisches Material auf- werden können. Eigenartigerweise ist dieses Verweist. Die charakteristische Festigkeit eines glas- festigungsvermögen beschränkt und allein anwendbar keramischen Materials ist häufig größer als die des ao auf bestimmte Kristalle oder Kristallstrukturen. Zum Stammglasmaterials; üblicherweise beobachtet man Beispiel wurde gefunden, daß eine Glaskeramik, die eine Zunahme der Festigkeit nach Abrieb von nur eine metastabile /3-Eucryptit-Kristallphase enthält, 352 kg/cm2 im Glasmaterial auf 703 bis 844 kg/cm2 durch einen solchen Ionenaustausch nicht verfestigt in dem entsprechenden glaskeramischen Material. werden kann, während das gleiche Material nach Es ist jedoch häufig wünschenswert, diese Eigenfestig- 25 thermischer Umwandlung der Kristallphase in die keit noch weiter zu erhöhen. Das gilt insbesondere für /5-Spodumenform leicht verfestigt wird. Es wurde solche Gegenstände, welche hart gestoßen werden, weiter gefunden, daß andere glaskeramische Gegenz. B. Küchengeräte, und für solche Gegenstände, stände in ähnlicher Weise wie die /9-spodumenwelche gelegentlich schweren Belastungen ausgesetzt glaskeramischen Gegenstände verfestigt werden könwerden. 30 nen, wenn diese Gegenstände eine thermisch stabile Es ist bekannt, die mechanische Festigkeit eines /S-Eucryptit-, eine Nephelin-, eine Carnegieit- oder Glasgegenständes dadurch zu erhöhen, daß man auf eine »aufgefüllte« ß-Quarz-Kristallphase haben, dem Gegenstand eine unter Druckspannung stehende Der Ausdruck »ß-Spodumen« wurde zur Bezeich-Oberflächenschicht entwickelt. Das ist normalerweise nung eines Kristalls verwendet, der zu der trapezoeine relativ dünne Schicht, die sich gleichmäßig über 35 edrischen Gruppe des tetragonalen Systems gehört, die Oberfläche des Gegenstandes erstreckt und Druck- die Formel Li2O · Al2O3 · 4 SiO2 hat und eine Hochspannungen aufweist, die durch Spannungen im temperaturform von oc-Spodumen darstellt, aus wel-Inneren des Gegenstandes kompensiert werden. Bisher eher er durch Erwärmen auf eine Umwandlungswurde eine solche Verfestigung gewöhnlich durch eine temperatur von etwa 700° C gewonnen wird. Ebenso Hitzebehandlung erreicht, die als Tempern bezeichnet 40 wurde der Ausdruck »ß-Eucryptit« zur Bezeichnung wird und bei welcher die Oberfläche eines Glaskörpers eines Kristalls in der trapezoedrischen Gruppe des plötzlich von einer erhöhten Temperatur abgekühlt hexagonalen Systems verwendet, der die Formel wird. Kürzlich wurden chemische Verfestigungs- Li2O ■ Al2O3 · 2 SiO2 hat und eine Hochtemperaturverfahren bekannt, bei welchen Druckspannungen in form von «-Eucryptit ist. In lithiumaluminiumsilikateiner Oberflächenschicht eines Glaskörpers oder 45 glaskeramischemMaterialentsprichtjedochdieKristall- -gegenstandes durch Ionenaustausch entwickelt wer- phase nicht streng einer der natürlich vorkommenden den. Kristallphasen. Vielmehr liegen sie in Form einer Gläser und kristalline Keramiken sind so eigentüm- festen Lösung vor, die im allgemeinen der Formel liehe und voneinander so grundlegend verschiedene Li2O-Al2O3-HSiO2 entspricht, in welcher »κ« zwi-Materialien, daß jede Wechselbeziehung im Verhalten 50 sehen 2 und 7 oder mehr schwanken kann, in Ab- oder in den Eigenschaften normalerweise nicht zu er- hängigkeit vom Siliciumdioxidgehalt des Stammwarten ist. Die verschiedenen chemischen und thermo- glases. Es gibt Anzeichen dafür, daß auch solche chemischen Behandlungen, die auf Glasgegenstände Ionen, wie Magnesium, in der Kristallphase auftreten angewandt werden, sind gewöhnlich bei kristallinen können, wenn sie in dem Glas vorhanden sind. Keramiken unwirksam oder zeigen an diesen beiden 55 Jedoch zeigt die Röntgenstrahlbeugung ohne Ausnahme Materialien ganz unterschiedliche Wirkungen. Ebenso einen Kristall der trapezoedrischen Gruppe entweder haben die Verfahren zur thermischen Behandlung von im hexagonalen oder tetragonalen System. Deshalb Gläsern normalerweise kein Gegenstück bei den ist es bei der Identifizierung von Glaskeramiken kristallinen Materialien wegen der deutlichen Unter- üblich, solche Lithiumaluminiumsilikat-Kristallphasen, schiede in den physikalischen Eigenschaften und der 60 die zur trapezoedrischen Gruppe des hexagonalen Struktur. Systems gehören, als /3-Eucryptit-Kristallphasen, und Es wurde nun ganz überraschend gefunden, daß solche, die zur trapezoedrischen Klasse des tetrazwischen einem Material, welches mit einem glas- gonalen Systems gehören, als ß-Spodumen-Kristallkeramischen Gegenstand in Berührung steht, und den phasen zu bezeichnen. Diese Bezeichnungsweise wird darin enthaltenen Kristallen Ionen ausgetauscht wer- 65 auch hier angewandt.This invention relates to a method of causing physical decomposition when so treated with glass-ceramic articles, however this tendency can either have modified properties. In particular, it concerns the production of solidified glass objects, which have been completely overcome or very strongly in glass-ceramic materials, which have a structure in which the structure of well-developed glass-ceramic objects, which has a fine-grained surface layer that is characteristic of pressure-sensitive ceramic materials, is reduced . On the basis of this chemical composition within the discoveries, it is possible to produce an object from the crystal phase by means of an ion exchange changed to a glass-ceramic material of a given composition, and by subsequent chemical treatment within a surface layer as glass, which Then a glass-ceramic material of moderate continuous devitrification is subjected to a phase separation of different chemical composition and is subjected to a fine crystalline structure with different physical properties to develop within a vitreous matrix by an equal of the object The material produced in this way has physical properties of its own to a considerable extent, which are essentially different from those produced by an ion exchange, that of that of the stem glasses s and are more similar to those that result from a thermochemical treatment, solidified conventional crystalline ceramic material can be solidified. Oddly enough, this is a reference. The characteristic strength of a ceramic material, which is limited and can be used alone, is often greater than that of ao on certain crystals or crystal structures. To stem glass material; Usually one observed example, it was found that a glass ceramic which contains an increase in strength after abrasion of only one metastable / 3-eucryptite crystal phase does not 352 kg / cm 2 in the glass material to 703 to 844 kg / cm 2 due to such an ion exchange solidified in the corresponding glass-ceramic material. However, it is often desirable to increase this inherent strength even further. This is especially true for / 5-spodumene form is easily solidified. Objects that are hard hit have also been found to have other glass-ceramic counterparts. Kitchen utensils, and for such items, would stand in a manner similar to the / 9-spodumen which occasionally exposed to heavy loads may solidify glass-ceramic items. If these objects are thermally stable, it is known to increase the mechanical strength of a / S-eucryptite, nepheline, carnegieite or glass object by having a "filled" ß-quartz crystal phase, the object is under compressive stress. The term »ß-Spodumene« was developed for the designation surface layer. This is usually used by means of a crystal belonging to the trapezoid, a relatively thin layer that extends evenly over the 35 radical group of the tetragonal system, the surface of the object and printing the formula Li 2 O · Al 2 O 3 · 4 SiO 2 has and has a high voltage, which is compensated for by stresses in the temperature form of oc-spodumene, from wel inside the object. Until now, rather than by heating to a transformation, such solidification is usually obtained by a temperature of about 700 ° C. Likewise, heat treatment achieved, which is referred to as tempering 40, the expression "β-eucryptite" is used to denote and in which the surface of a vitreous body of a crystal in the trapezoidal group of the hexagonal system suddenly cooled from an elevated temperature is used, which becomes the formula. Recently, chemical strengthening Li 2 O · Al 2 O 3 · 2 SiO 2 and a high temperature process have been known in which compressive stress is in the form of -Eucryptite. In lithium aluminum silicate of a surface layer of a glass body or glass ceramic material, however, the crystal object developed by ion exchange does not strictly correspond to one of the naturally occurring ones. Crystal phases. Rather, they are in the form of glasses and crystalline ceramics are such a peculiar solution that generally has the formula and corresponds to Li 2 O-Al 2 O 3 -HSiO 2 , which is so fundamentally different from one another, in which "κ" is between materials that any correlation in behavior 50 can vary 2 and 7 or more, in dependence or in properties is normally not dependent on the silica content of the parent. The various chemical and thermo glasses. There is evidence that chemical treatments applied to glass objects, ions such as magnesium, appear in the crystal phase are usually crystalline ones if they are present in the glass. Ceramics ineffective or show on these two 55 However, without exception, X-ray diffraction shows very different effects on materials. Likewise a crystal of the trapezoidal group either have the method for thermal treatment of in the hexagonal or tetragonal system. Therefore glasses are normally no counterpart in the case of the identification of glass-ceramics crystalline materials because of the clear sub-usual, such lithium aluminum silicate crystal phases, differ in the physical properties and the 60 those to the trapezoidal group of the hexagonal structure. Systems belong, as / 3-eucryptite crystal phases, and it has now been found, quite surprisingly, that those belonging to the trapezoidal class of the tetra between a material belonging to a vitreous system as a ß-spodumene crystal ceramic object is in contact , and to designate the phases. This notation is used here as well, when the crystals contained therein are exchanged.

den können, so daß die Kristallphase innerhalb des Wenn das stöchiometrische Oxidverhältnis in denden can so that the crystal phase within the If the stoichiometric oxide ratio in the

Gegenstandes in situ chemisch verändert wird. Her- Kristallen so ist, daß der Koeffizient »«« zwischen 2 kömmliche gesinterte keramische Gegenstände neigen und etwa 3,5 in der Formel Li2O-Al2O3-WSiO2 Subject is chemically changed in situ. Her crystals is such that the coefficient "" tends between 2 common sintered ceramic objects and about 3.5 in the formula Li 2 O-Al 2 O 3 -WSiO 2

1287 7331287 733

3 43 4

liegt, wird normalerweise eine stabile /i-Eucryptit- öffentlichung Nr. 1309 des Geophysical Laboratoryis usually a stable / i-eucryptite publication No. 1309 by the Geophysical Laboratory

Kristallphase beobachtet. Bei größeren Anteilen an mit dem Titel »Nepheline Solid Solutions«).Crystal phase observed. For larger shares of with the title "Nepheline Solid Solutions").

SiO2 (»«« größer als etwa 3,5) entwickelt sich ein In der glaskeramischen Technik ist die SituationSiO 2 (»« «greater than about 3.5) develops. The situation is in glass-ceramic technology

ß-Eucryptit-Kristall von metastabiler Natur anfäng- ähnlich. Auch hier wird der Ausdruck »Nephelin«ß-Eucryptite crystal of metastable nature, initially similar. Here, too, the term "nepheline" is used

lieh bei Temperaturen von etwa 800° C. Dieser 5 zur Bezeichnung eines ziemlich breiten Bereichesborrowed at temperatures of around 800 ° C. This 5 denotes a fairly broad range

wandelt sich in einen Kristall vom /9-Spodumentyp von Feststoiflösung-Kristallphasen verwendet, welchetransforms into a / 9-Spodument type crystal from solid solution crystal phases which

um, wenn er bei noch höheren Temperaturen in der Merkmale haben, die denen des Minerals entsprechen.around, if at even higher temperatures in the characteristics that correspond to those of the mineral.

Größenordnung von 900 bis 11500C wärmebehandelt Die Kristalle können in ihrer ZusammensetzungHeat-treated in the order of 900 to 1150 ° C. The crystals can vary in their composition

wird. beträchtlich schwanken, sind jedoch im wesentlichenwill. vary considerably, but are substantial

Der Ausdruck »/?-Quarz« wurde zur Bezeichnung io Natrium- oder Natriumkalium-Aluminiumsilikateiner hexagonalen trapezoedrischen Form von SiO2 Kristalle im hexagonalen System und haben ein verwendet, die zwischen 573 und 87O0C stabil ist und gemeinsames Röntgenstrahlbeugungsmuster in der die außerdem durch einen leicht negativen Wärme- Röntgenanalyse. Während also jeder Nephelinkristall ausdehnungskoeffizienten und durch eine sehr geringe ein charakteristisches Muster zeigt, können die AbDoppelbrechung gekennzeichnet ist. Es ist bekannt, 15 stände und Intensitäten der Maxima in Abhängigkeit daß dieser Kristall und der als /3-Eucryptit bekannte von der Natur der Kristallphase ein wenig variieren.
(Li2O · Al2O3 · 2 SiO2) eine vollständige Reihe von Von besonderem Interesse im Zusammenhang mit festen Lösungen bilden. Diese festen Lösungen wur- dem vorliegenden Problem der glaskeramischen Verden von Bürger in seinem Aufsatz »The Stuffed festigung ist eine Familie oder ein System von Nephelin-Derivatives of the Silica Structures«, Am. Mineral., 20 Feststofflösungen-Kristallphasen, die in ihrer chemi-39, 600-14 (1954), als »ausgefüllte Derivate« (stuffed sehen Zusammensetzung im allgemeinen der Formel derivatives) von /?-Quarz bezeichnet. Der Autor Na8-^ KxAl8 Si8 O32 entspricht, in welcher χ von 0 schreibt diesen festen Lösungen eine Struktur zu, in bis etwa 4,73 schwanken kann. Es wurde beobachtet, welcher einige der tetraedrischen Siliziumionen im daß in Glaskeramiken vom Nephelintyp die vernormalen /3-Quarz durch Aluminiumionen ersetzt und 25 schiedenen Ionen und insbesondere die Alkalimetallder entstandene elektrische Ladungsunterschuß durch kationen dazu neigen, in der Kristallphase im wesent- »Auffüllen« der Zwischenraumleerstellen in der SiO2- liehen in den gleichen Mengenverhältnissen zu er-Doppelhelix mit Lithiumionen ausgeglichen wird. scheinen wie in der Stammglaszusammensetzung.
The expression "/? - quartz" was used to denote sodium or sodium potassium aluminum silicate, a hexagonal trapezoidal form of SiO 2 crystals in the hexagonal system and which is stable between 573 and 87O 0 C and has a common X-ray diffraction pattern in the also a slightly negative heat x-ray analysis. So while every nepheline crystal shows expansion coefficients and, due to a very small one, a characteristic pattern, the Ab birefringence can be characterized. It is known that the levels and intensities of the maxima vary somewhat depending on the nature of the crystal phase, and that this crystal and that known as / 3-eucryptite.
(Li 2 O · Al 2 O 3 · 2 SiO 2 ) form a complete set of of particular interest in the context of solid solutions. These solid solutions were addressed to the present problem of glass-ceramic verdening by Bürger in his essay "The Stuffed Fortification is a Family or System of Nepheline Derivatives of the Silica Structures", Am. Mineral., 20 solid solutions-crystal phases, which in their chemi-39, 600-14 (1954), referred to as "filled derivatives" (see stuffed composition generally of the formula derivatives) of /? - quartz. The author Na 8 - ^ K x Al 8 Si 8 O 32 corresponds, in which χ from 0 ascribes a structure to these solid solutions that can fluctuate up to about 4.73. It has been observed that some of the tetrahedral silicon ions in glass-ceramics of the nepheline type replace the normal / 3-quartz with aluminum ions, and different ions, and in particular the alkali metal, tend to "fill up" the electrical charge caused by cations in the crystal phase Space vacancies in the SiO 2 - borrowed in the same proportions to he double helix is balanced with lithium ions. seem like in the stem glass composition.

Seit dieser Zeit ist bekannt, daß auch andere Ionen, Auch pflegt bei größerem Anteil an vorhandenenSince that time it has been known that other ions, too, maintain a greater proportion of them

wie das Magnesiumion, entweder allein oder in Ver- 30 Kaliumionen, als oben angegeben, ein unterschied-like the magnesium ion, either alone or in combinations.

bindung mit dem Lithiumion in der SiO2-Struktur licher Kristalltyp, und zwar Kalsilit, sich als die ur-bond with the lithium ion in the SiO 2 structure licher crystal type, namely kalsilite, which is the original

»aufgefüllt« werden können. Zum Beispiel wird in sprüngliche Kristallphase in der Glaskeramik zuCan be "filled up". For example, in the initial crystal phase in the glass ceramic too

einer Veröffentlichung von W. Schreyer und bilden.a publication by W. Schreyer and form.

J. R. S chai r e r, »Metastable Solid Solutions with In dieser Familie von Glaskeramiken kann dieJ. R. Schai r e r, “Metastable Solid Solutions with In this family of glass ceramics, the

Quartz-Type Structures on the Join SiO2—MgAl2O4*, 35 Kristallphase nach dem gleichen Schema geordnetQuartz-Type Structures on the Join SiO 2 —MgAl 2 O 4 *, 35 crystal phase arranged according to the same scheme

Geophys. Lab. Paper No. 1357 (1961), gezeigt, daß werden, daß von D ο η η a y und Mitarbeitern aufGeophys. Lab. Paper No. 1357 (1961), that it is shown that by D ο η η a y and co-workers on

eine Reihe von metastabilen festen Lösungen von das Mineral Nephelin angewendet wurde. Untera number of metastable solid solutions of the mineral nepheline have been applied. Under

ß-Quarz auch in der Verbindungskette SiO2—MgAl2O4 Bezugnahme auf die Formel Na8 ~x K3Al8 Si8 O32 kannß-quartz can also be used in the connecting chain SiO 2 —MgAl 2 O 4 referring to the formula Na 8 ~ x K 3 Al 8 Si 8 O 32

gebildet werden kann. In diesem Falle ist der Ersatz der Nephelinkristall als in den folgenden Formen vor-can be formed. In this case, the replacement of the nepheline crystal is as provided in the following forms-

von Aluminium gegen Silicium durch eine Magnesium- 40 liegend angesehen werden:of aluminum against silicon can be viewed by a magnesium 40 lying:

auffüllungder/S-Quarz-Zwischenraumleerstellenbeglei- ΛΛ1. rt„,Filling of the / S-quartz interspace voids accompanying- ΛΛ1 . rt ",

tet. Bei einem Ersatz von 2 AP+ gegen 2 Si4+ ist in Kaliumarm, wobei χ von 0,0 bis 0,25 reicht;tet. When 2 AP + is replaced by 2 Si 4 +, there is a low potassium content, with χ ranging from 0.0 to 0.25;

diesem Falle nur ein Magnesium2+-Ion erforderlich, mit mäßigem Kaliumgehalt, wobei χ von 0,25this case, only a magnesium 2 + ion necessary with moderate potassium content, wherein χ 0.25

während im Falle des /3-Eucryptits 2 Li+-Ionen not- bis 2,0 reicht;while in the case of / 3-eucryptite 2 Li + ions not- extend to 2.0;

wendig sind _ 45 kaliumreich, wobei χ von 2,0 bis 4,73 reicht.are agile _ 45 rich in potassium, with χ ranging from 2.0 to 4.73.

In einer bekannten Gruppe von durchsichtigenIn a well-known group of see-through

glaskeramischen Materialien wurde festgestellt, daß Der Ausdruck »Carnegieit« wird zur Bezeichnung die vorwiegende Kristallphase aus /3-Quarzkristallen eines Kristalls verwendet, der die allgemeine Formel bestand, die mit Mg++ mit oder ohne Li+ oder Zn++- Na2O · Al2O3 · 2 SiO2 und eine bestimmte Kristall-Ionen »aufgefüllt« waren. Auf der Grundlage der vor- 50 geometrie aufweist. Es wurde nun gefunden, daß glasstehend diskutierten Mineralterminologie wurden diese keramische Materialien hergestellt werden können, glaskeramischen Materialien als »aufgefüllte« /2-Quarz- die eine primäre Kristallphase enthalten, welche in Glaskeramiken erkannt. ihrem Röntgenstrahlbeugungsmuster dem KristallThe term "Carnegieite" is used to denote the predominantly / 3 quartz crystal phase of a crystal that consisted of the general formula consisting of Mg ++ with or without Li + or Zn ++ - Na 2 O · Al 2 O 3 · 2 SiO 2 and a certain crystal ions were "filled up". Based on the pre-50 geometry. It has now been found that the mineral terminology discussed below can be used to manufacture these ceramic materials, glass-ceramic materials as "filled" / 2-quartz - which contain a primary crystal phase, which is recognized in glass ceramics. their X-ray diffraction pattern to the crystal

Zwar sind nicht alle »aufgefüllten« ß-Quarz-Glas- Carnegieit entspricht. An Hand der Kristallmusterkeramiken durchsichtig, jedoch wird die bei den 55 terminologie wurden solche glaskeramische Materiadurchsichtigen Glaskeramiken angewandte Termino- lien und ihre Kristallphasen ebenfalls mit dem Namen logie auch hier verwendet und auf alle Glaskeramiken »Carnegieit« belegt.It is true that not all "filled" ß-quartz glass Carnegieite corresponds. Using the crystal pattern ceramics transparent, however, the terminology used for such glass-ceramic materials becomes transparent Terminals used in glass ceramics and their crystal phases are also named logic is also used here and is covered with »Carnegieit« on all glass ceramics.

ausgedehnt, die eine entsprechende »aufgefüllte« Normalerweise ist, wenn Gläser, die im wesentlichenextended, which is a corresponding "padded" usually when glasses that are essentially

Kristallstruktur haben. aus beträchtlichen Mengen von Na2O · Al2O3 undHave crystal structure. from considerable amounts of Na 2 O · Al 2 O 3 and

Der Ausdruck »Nephelin« wird zur Bezeichnung 60 SiO2 zusammengesetzt sind, mit Hilfe von Kristalleines natürlichen Minerals verwendet, das eine zum keimen unter Bildung von glaskeramischen Materialien hexagonalen Kristallsystem gehörende Kristallstruktur kristallisiert werden, die primäre Kristallphase, die hat und durch die chemische Formel (Na, K) AlSiO4 sich abscheidet, eine Nephelin-Kristallphase aus gekennzeichnet ist. Jedoch wurde von D ο η η e y Kristallen, welche den Mustern des Nephelinkristalls und Mitarbeiter darauf hingewiesen, daß das Mineral 65 entsprechen. Jedoch kann in einem begrenzten Nephelin in einem weiten Bereich von festen Lösungen Zusammensetzungsbereich und in Abwesenheit eines existiert, dessen Grenzen sogar durch die obige Keimbildungsmittels eine sogenannte in sich gekeimte Formel nicht einmal genau angegeben sind (Ver- Carnegieit-Kristallphase durch geeignete Wärme-The term »nepheline« is used to denote 60 SiO 2 composed, with the help of crystals of a natural mineral, which is crystallized into a crystal structure belonging to the germination with the formation of glass-ceramic materials hexagonal crystal system, the primary crystal phase, which has and is defined by the chemical formula ( Na, K) AlSiO 4 is deposited, a nepheline crystal phase is characterized from. However, it was pointed out by D ο η η ey crystals, which correspond to the patterns of the nepheline crystal and co-workers, that the mineral 65 corresponds. However, in a limited nepheline, in a wide range of solid solutions, there may be a composition range and in the absence of one, the limits of which are not even precisely specified even by the above nucleating agent, a so-called self-nucleating formula (Ver Carnegieite crystal phase by suitable heat-

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behandlung vom Na2O—Al2O3—SiO2-Gläsern ent- enthaltendes Material, d. h. ein Ion, welches innerwickelt werden. halb eines Glaskörpers wandern oder diffundieren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ver- kann, genügend lange mit einer glaskeramischen festigen eines glaskeramischen Gegenstandes, der eine Oberfläche in Berührung bringt, um einen Austausch Stammkristallphase hat, welche ein austauschbares 5 zwischen einem austauschbaren Ion aus der Kristall-Alkalimetallion enthält und ß-Spodumen, thermisch phase des glaskeramischen Materials und dem ausstabiler /S-Eucryptit, Nephelin, Carnegieit oder /?-Quarz tauschbaren Ion aus dem Berührungsmaterial zu ist, wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet bewirken. Das Ausmaß und die Tiefe des Austausches ist, daß man die Oberfläche des Gegenstandes mit ändern sich gemäß den Prinzipien der Diffusion mit einem Material in Berührung hält, welches ein Ion io der Zeit. Im allgemeinen ist eine Temperatur von mit größerem Ionendurchmesser als das Alkalimetall- mindestens 200° C erforderlich, um einen nennension der Stammkristallphase enthält, die miteinander werten Austausch zu bewirken und im allgemeinen austauschbar sind, um dieses größere Ion und das sind, in Abhängigkeit von dem betreffenden Material, Alkalimetallion innerhalb einer Oberflächenschicht höhere Temperaturen zur Erzielung der Verfestigung des Gegenstandes auszutauschen und dabei Druck- 15 erforderlich.Treatment of material containing Na 2 O — Al 2 O 3 —SiO 2 glasses, ie an ion that is wrapped inside. half a glass body migrate or diffuse The invention relates to a method for ver can, sufficiently long with a glass-ceramic solidify a glass-ceramic object that brings a surface into contact to have an exchange parent crystal phase, which has an exchangeable 5 between an exchangeable ion from the crystal - contains alkali metal ion and ß-spodumene, thermal phase of the glass ceramic material and the ausstabiler / S-eucryptite, nepheline, carnegieite or /? - quartz exchangeable ion from the contact material is to be effected, this method being characterized by this. The extent and depth of the exchange is to keep the surface of the object in contact with a material which is an ion io of time, according to the principles of diffusion. In general, a temperature of larger ion diameter than the alkali metal - at least 200 ° C is required in order to contain a nominal dimension of the parent crystal phase, which are mutually beneficial exchange and are generally exchangeable for this larger ion and that, depending on the relevant material, alkali metal ion within a surface layer to exchange higher temperatures to achieve the solidification of the object and pressure 15 is required.

spannungen in dieser Oberflächenschicht zu ent- Die Geschwindigkeit des Austausches steigt mitto relieve tension in this surface layer. The speed of exchange increases with it

wickeln. der Temperatur, so daß es wünschenswert ist, beiwrap. the temperature so that it is desirable at

Ein austauschbares Ion ist ein positives oder einer so hohen Temperatur zu arbeiten, wie es prak-Metallion, d. h. eins der Alkalimetallionen, welches tisch möglich ist, um Zeit zu sparen. Theoretisch ist in der Lage ist, innerhalb eines glasigen Mediums 20 die obere Temperaturgrenze diejenige, bei welcher zu wandern oder zu diffundieren und durch ein die Kristallstruktur schmilzt oder sich deformiert, anderes wanderndes Ion ersetzt zu werden. Die um Spannungen auszuschalten. In der Praxis jedoch Bewegung und der Austausch der Ionen kann bewirkt werden durch andere Faktoren, insbesondere durch werden durch die gemeinsame Wirkung einer ehe- die Frage des Vorhandenseins eines Salzmaterials, mischen Kraft, in diesem Falle dem Unterschied in 25 welches eine geeignete Schmelztemperatur hat und der Ionenkonzentration zwischen dem glaskera- chemisch relativ inert ist, viel tiefere Temperaturmischen und dem Berührungsmaterial und einer grenzen erzwungen.An exchangeable ion is a positive or as high a temperature to work as it is prak-metal ion, d. H. one of the alkali metal ions, which is possible on a table to save time. Theoretically is is able, within a glassy medium 20, the upper temperature limit that at which to migrate or diffuse and melt or deform through a crystal structure, other wandering ion to be replaced. To switch off tension. In practice, however Movement and the exchange of ions can be caused by other factors, in particular by are through the joint action of a marriage- the question of the presence of a salt material, mix force, in this case the difference in 25 which has a suitable melting temperature and the ion concentration between the glass ceramics is relatively inert, much lower temperature mixing and the contact material and one boundaries enforced.

physikalischen Kraft, welche Hitze und/oder ein Die Geschwindigkeit des Ionenaustausches undphysical force, which heat and / or a The speed of ion exchange and

elektrisches Potential sein kann. Die Bewegung damit die Entwicklung von verfestigenden Druckfindet normalerweise so lange statt, bis die wirksame 30 spannungen schwankt mit und hängt ab von dem Kraft entfernt wird oder eine Gleichgewichtsbedingung besonderen Typ des betreffenden glaskeramischen erreicht wird. Bei solch einem Austausch ist in der Materials. Außerdem hängt die Geschwindigkeit des äußersten Oberfläche der Austauschgrad sehr hoch Ionenaustausches und der Verfestigung von der und nimmt nach innen zu stetig ab. Größe des Ions ab, welches ausgetauscht wird, sowieelectrical potential can be. The movement thus takes place in the development of hardening pressure normally held until the effective 30 tensions fluctuates with and depends on the Force is removed or an equilibrium condition special type of the glass-ceramic in question is achieved. Such an exchange is in the material. The speed of the outermost surface the degree of exchange is very high ion exchange and the solidification of the and decreases too steadily towards the inside. Size of the ion which is exchanged, as well as

Der Ionenaustausch kann nachgewiesen werden 35 von den Bedingungen des Austausches. Zum Beispiel durch eine Veränderung in der chemischen Analyse, ist die Austauschgeschwindigkeit zwischen Kalium-Röntgenstrahlbeugung und durch physikalische Eigen- oder Cäsiumionen und Lithiumionen beträchtlich schäften. Nach einem Ionenaustausch zeigt das geringer als zwischen Natrium- und Lithiumionen. Röntgenstrahlbeugungsmuster häufig alle charakte- Infolgedessen sind stärkere Austauschbedingungen, ristischen Maxima der ursprünglichen Kristallphase, 40 d. h. längere Dauer und/oder höhere Temperatur die jedoch in ihrer Lage und Intensität leicht ver- bei dem erstgenannten Austausch erforderlich, um schoben sind. Hierdurch wird angezeigt, daß eine ein vergleichbares Ausmaß an Austausch und VerVerformung, jedoch keine Zerstörung der Ursprung- festigung zu erzielen. Obwohl auch Alkalimetalllichen Kristallbauzelle vorliegt. In einigen Fällen ionen, die größer als Natrium und Kalium sind, jedoch zeigt sich ein neues Muster von Brechungs- 45 ausgetauscht werden können, ist es gewöhnlich maxima, daß eine echte Kristallumbildung erfolgt. unzweckmäßig, solche Ionen zu verwenden, wegenThe ion exchange can be detected 35 from the conditions of the exchange. For example by a change in chemical analysis, is the exchange rate between potassium x-ray diffraction and work considerably through physical intrinsic or cesium ions and lithium ions. This shows less after an ion exchange than between sodium and lithium ions. X-ray diffraction patterns often all character- As a result, stronger exchange conditions are ristic maxima of the original crystal phase, 40 d. H. longer duration and / or higher temperature which, however, in terms of their location and intensity, are easily lost in the first-mentioned exchange are pushed. This indicates that a comparable degree of exchange and deformation, however, no destruction of the original consolidation can be achieved. Although also alkali metal Crystal building cell is present. In some cases, ions larger than sodium and potassium, however, if a new pattern of refractive 45 can be interchanged, it is common maxima that a real crystal remodeling takes place. inexpedient to use such ions because of

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung der niedrigen Austauschgeschwindigkeit und der wird ein glaskeramischer Gegenstand, welcher eine äußerst hohen Kosten geeigneten Materials für Ausder angegebenen Kristallphasen mit einem austausch- tauschzwecke. Wie bereits erwähnt wurde, nimmt baren Ion enthält, in bekannter Weise hergestellt. 5° in jedem Falle das Ausmaß des Ionenaustausches Im allgemeinen werden solche glaskeramischen Ma- und der Verfestigung mit der Temperatur und/oder terialien dadurch hergestellt, daß man zunächst der Zeit zu. Es wurde jedoch gefunden, daß die in eine geeignete Glaszusammensetzung schmilzt und einem bestimmten Material erreichbare Festigkeit formt und danach den gebildeten Gegenstand einer allmählich bis zu einem Maximalwert zunimmt und Wärmebehandlung unterwirft, durch welche die Ent- 55 dann im wesentlichen diesen Wert beibehält, ohne wicklung einer Knstallphase in dem ganzen Material Rücksicht auf weiteren Ionenaustausch, ausgelöst wird. Es sind Zusammensetzungen bekannt, Wenn in dieser Erfindung nicht anders angegebenIn practicing the present invention, the low exchange speed and the becomes a glass-ceramic article, which is an extremely high cost suitable material for Ausder specified crystal phases with an exchange purpose. As mentioned earlier, takes contains baren ion, prepared in a known manner. 5 ° in each case the extent of the ion exchange In general, such glass-ceramic dimensions and the solidification with the temperature and / or materials produced by first considering the time. However, it has been found that the a suitable glass composition melts and a certain material achievable strength and thereafter the formed object gradually increases up to a maximum value and Subjected to heat treatment, by which the design then essentially retains this value, without development of a knock phase in the whole material consideration of further ion exchange, is triggered. Compositions are known, unless otherwise specified in this invention

die in sich selbst Kristallkeime bilden, jedoch ist es ist, ist die Festigkeit eines bestimmten Gegenstandes im allgemeinen notwendig, ein besonderes kern- oder Materials unter der Bezeichnung »Festigkeit bildendes Mittel der ursprünglichen Glaszusammen- 60 nach Abrieb im Taumler« als Bruchmodul angegeben. Setzung zuzusetzen und die Wärmebehandlung in Das ist ein Maß für die Biegefestigkeit eines einem zwei Stufen durchzuführen, von denen die erste Abrieb unterworfenen Teststückes, z. B. eines Stabs Stufe die kernbildende Stufe ist. oder einer Stange von bekanntem Querschnitt, undwhich nucleate in themselves, but it is, is the strength of a certain object In general, a special core or material called "strength" is necessary Formative mean of the original glass composite 60 after abrasion in a tumbler "given as modulus of rupture. Adding settlement and heat treatment in that is a measure of the flexural strength of a one perform two stages, the first of which is the test piece subjected to abrasion, e.g. B. a staff Stage is the core-forming stage. or a rod of known cross-section, and

In ihrem breitesten Rahmen betrifft die vorliegende dieses Maß wird in herkömmlicher Weise ermittelt. Erfindung die Synthese einer chemisch veränderten 65 Es wird als »Festigkeit nach Abrieb im Taumler« kristallinen Phase durch Ionenaustausch innerhalb bezeichnet, weil die Teststücke, normalerweise zylineines glaskeramischen Körpers. Das kann dadurch drische Stangen von 10 cm Länge und 0,6 cm Durcherreicht werden, daß man ein ein austauschbares Ion messer, vor der Festigkeitsmessung einer hartenIn its broadest scope, this relates to this measure being determined in a conventional manner. Invention the synthesis of a chemically modified 65 It is called "strength after abrasion in the tumbler" crystalline phase referred to by ion exchange within because the test pieces, usually zylineines glass ceramic body. This can be achieved by using three rods 10 cm long and 0.6 cm through be that you have a replaceable ion knife, before the strength measurement of a hard one

Abriebsbehandlung unterworfen werden. Es ist be- weise zwischen 700 und 8000C anzuwenden. Bei kannt, daß alle Gegenstände bei ihrer Verwendung Temperaturen über 800° C tritt eine Phasenumeinem gewissen Abrieb unterliegen und daß jede Wandlung zwischen den Kristallphasen der Oberpraktische Festigkeitsmessung diesen Faktor berück- flächenschicht des Gegenstandes, deren Ionen aussichtigen muß. 5 getauscht wurden, ein. Infolgedessen geht die ver-Be subjected to abrasion treatment. Evidence between 700 and 800 0 C is to be used. We know that all objects when they are used at temperatures above 800 ° C are subject to a certain degree of abrasion and that every change between the crystal phases of the practical strength measurement takes this factor into account surface layer of the object, whose ions must be considered. 5 were exchanged. As a result, the

Bei dem Taumierabriebtest werden zehn zylin- festigende Wirkung des Ionenaustausches verloren, drische Teststücke mit 200 cm3 Siliziumcarbidpar- weshalb als obere Grenze für die Behandlungstempetikeln von einem Durchmesser bis zu 0,6 mm ver- ratur 800° C angesehen werden müssen,
mischt und 15 Minuten in einem Nr.-0-Kugelmühl- Um Temperaturen bis zu etwa 600° C zu erzielen,
In the Taumier abrasion test, ten cylinder-strengthening effects of the ion exchange are lost, three test pieces with 200 cm 3 of silicon carbide par- which is why the upper limit for the treatment temperature particles with a diameter of up to 0.6 mm must be considered to be 800 ° C,
mixes and 15 minutes in a No. 0 ball mill- To achieve temperatures up to about 600 ° C,

gefäß einer taumelnden Bewegung bei 90 bis io kann ein Kaliumnitratbad (KNO3) verwendet werden, 100 U/Minute unterworfen. Kontrollversuche haben jedoch neigt dieses Salz dazu, sich ziemlich schnell ergeben, daß die bei dieser Taumelabriebbehandlung zu zersetzen und sowohl die Glaskeramik als auch erzielten Oberflächendefekte denen gleichen, die bei die Betriebsvorrichtungen bei höheren Temperaturen schwerem Abrieb und beim Aufstoßen der Gegen- anzugreifen. Auch Chloride sind normalerweise stark stände während der Benutzung, z. B. als Koch- 15 korrodierend, insbesondere bei erhöhten Temperageschirr, tatsächlich auftreten. türen, jedoch ist ein Gemisch des Chlorids undvessel of a tumbling motion at 90 to io, a potassium nitrate bath (KNO 3 ) can be used, subjected to 100 rpm. Control tests, however, have shown that this salt tends to degrade fairly quickly with this tumbling abrasion treatment and that both the glass-ceramic and the surface defects achieved are similar to those which are encountered in the operating devices at higher temperatures with severe abrasion and when the counter-attack is hit. Chlorides are also normally strong during use, e.g. B. as cooking 15 corrosive, especially at elevated temperature dishes, actually occur. doors, however, is a mixture of chloride and

Nachdem die zylindrischen Teststücke der Taumel- Sulfats von Kalium relativ inert und deshalb für abriebbehandlung unterworfen waren, wird dieBruch- die Verfestigungszwecke besonders geeignet. Dieses belastung für jedes Teststück dadurch festgestellt, Gemisch bildet ein Eutektikum bei etwa 52°/o KCl daß man das Stück zwischen zwei in bestimmtem 20 und 48% K2SO4 mit einem Schmelzpunkt von etwa Abstand voneinander befindlichen Messerschneiden 690° C. Zwar kann die Zusammensetzung des Bades auflegt, ein zweites Paar von Messerschneiden in im Bereich von etwa 50 bis 60°/0 KCl und 40 bis gleichmäßig gewähltem Abstand zwischen den ersten 50% K2SO4 variiert werden, jedoch ist das angebeiden Messerschneiden auf dem Teststück montiert gebene eutektische Gemisch das am allgemeinsten und das zweite Paar belastet, bis Biegebruch erfolgt. 25 verwendbare.After the cylindrical test pieces of tumbling sulfate of potassium were relatively inert and therefore subjected to abrasion treatment, breaking and solidifying purposes became particularly suitable. This load was determined for each test piece by the fact that the mixture forms a eutectic at about 52% KCl that the piece can be cut between two knife edges at a distance of about 20 and 48% K 2 SO 4 with a melting point of about 690 ° C the composition of the bath is applied, a second pair of knife edges can be varied in the range from about 50 to 60 ° / 0 KCl and 40 to evenly selected distance between the first 50% K 2 SO 4 , but the two knife edges are mounted on the test piece given eutectic mixture loads the most general and the second pair until bending fracture occurs. 25 usable.

Der Bruchmodul des Teststücks wird dann unter Ein sehr zufriedenstellendes Ausmaß an Verfesti-The modulus of rupture of the test piece is then measured at a very satisfactory level of consolidation.

Berücksichtigung der Belastung, der Größe und gung kann dadurch erreicht werden, daß man Na-Gestalt der Probe und der geometrischen Test- trium gegen Lithiumionen in einem /3-Spodumenbedingungen in kg/cm2 berechnet und stellt die Material austauscht, aber die erzielte Verfestigung höchste Zerreißbelastung dar, die an der Oberfläche 30 kann schnell verlorengehen, wenn der Gegenstand des Teststücks gegenüber der Belastung erzeugt wird. für längere Zeit auf erhöhte Temperaturen gebrachtConsideration of the load, size and movement can be achieved by calculating the Na shape of the sample and the geometric test trium against lithium ions in 1/3 spodumene conditions in kg / cm 2 and replacing the material, but the solidification achieved represents the highest tensile stress that can be quickly lost on the surface 30 when the object of the test piece is created against the stress. brought to elevated temperatures for a long time

Die Erfindung wird ferner unter Berücksichtigung oder bei diesen Temperaturen verwendet wird. Wenn der Bedingungen der Verfestigungsbehandlung be- ζ. B. ein /2-spodumenglaskeramischer Gegenstand schrieben, die besonders wirksam bei jeder Art durch Austausch von Natrium gegen Lithiumionen von glaskeramischem Material sind. 35 verfestigt und danach einer kontinuierlichen Wärme-The invention is further contemplated or used at these temperatures. if the conditions of the solidification treatment. B. a / 2-spodumene glass ceramic object wrote that they are particularly effective in each species by exchanging sodium for lithium ions are made of glass-ceramic material. 35 solidified and then a continuous heat

Ein glaskeramisches Material, das entweder eine behandlung bei etwa 400 0C unterworfen wird, gehen /3-Spodumen- oder eine thermisch stabile /3-Eucryptit- etwa 2/3 der Festigkeitszunahme innerhalb etwa Kristallphase enthält, kann leicht dadurch verfestigt 100 Stunden wieder verloren. Infolgedessen sind die werden, daß man den Gegenstand in ein Natrium- Anwendungsmöglichkeiten begrenzt, wenn der Gegensalzschmelzbad eintaucht, vorzugsweise bei einer 40 stand auf diese Weise verfestigt wird.
Temperatur über 45O0C. Zur Erzielung einer opti- Zwar ist es schwieriger, eine entsprechende Vermalen Festigkeit wird der Gegenstand im Bad vor- festigung durch einen Austausch von Kalium gegen zugsweise bei einer Badtemperatur von 500 bis 600°C Lithiumionen zu erzielen, wenn jedoch die entf ür eine Dauer von etwa 4 Stunden bis herab zu sprechende Festigkeitszunahme erreicht ist, wird sie wenigen Minuten gehalten. Jedoch kann eine ent- 45 längere Zeiten bei Temperaturen bis zu 6000C beisprechende Verfestigung auch bei tieferen Tempe- behalten. Infolgedessen kann ein nach diesem Verraturen erhalten werden, wenn man die Dauer der fahren verfestigter Gegenstand bei Temperaturen Behandlung verlängert. Zum Beispiel kann in einem verwendet werden, die um etwa 200° höher liegen ß-Spodumen-Material eine optimale Festigkeit durch als die Maximaltemperaturen für einen ähnlichen Behandeln in einem Natriumsalzbad während 30 Mi- 50 Gegenstand, welcher durch einen Austausch von nuten bei 575° C oder während 2 Stunden bei 525° C Natrium gegen Lithiumionen verfestigt worden ist. erzielt werden. Bei /3-Eucryptit-Materialien ist es Dieser offensichtliche Vorteil erweitert beträchtlich zweckmäßig, ein Salzbad von 585 bis 59O0C zu das Anwendungsgebiet für durch Ionenaustausch verwenden; bei dieser Temperatur wird die optimale verfestigte glaskeramische Materialien.
Festigkeit in etwa 10 bis 20 Minuten erreicht. Um 55 Die »aufgefüllten« /J-Quarz-Glaskeramiken sind diese Temperaturen zu erzielen, ist es zweckmäßig, insofern ungewöhnlich, als solch ein glaskeramischer ein Natriumnitratbad zu verwenden, vorzugsweise Gegenstand durch eine herkömmliche Ionenausunter Zusatz von etwa 15% Natriumsulfat. tauschbehandlung in einem geschmolzenen Natrium-
Go / 3-eucryptite about 2/3 of strength increase contains a glass-ceramic material which is either a treatment is subjected at about 400 0 C, 3-spodumene or a thermally stable / within about crystal phase, can be easily characterized solidifies 100 hours lost again . As a result, there will be limited opportunities for the article to have a sodium application when the counter-molten salt bath is immersed, preferably at a 40 stand in this way.
Temperature above 45O 0 C. To achieve an optimum Although it is difficult Grind a corresponding strength, the article in the bath upstream fortification by an exchange of potassium to preferably at a bath temperature of 500 to 600 ° C to obtain lithium ion, but when which is reached for a period of about 4 hours down to a decrease in strength, it is held for a few minutes. However, a corresponding 45 longer times at temperatures can keep up beisprechende to 600 0 C solidification at lower temperature range. As a result, one after this Verratur can be obtained by increasing the duration of the driving solidified object at temperatures treatment. For example, in a ß-spodumene material about 200 ° higher can be used an optimal strength by than the maximum temperatures for a similar treatment in a sodium salt bath for 30 Mi- 50 object, which by an exchange of grooves at 575 ° C or for 2 hours at 525 ° C sodium has been solidified against lithium ions. be achieved. In the case of / 3-eucryptite materials, it is considerably expedient to use a salt bath of 585 to 59O 0 C to the field of application for ion exchange; at this temperature becomes the optimal solidified glass-ceramic materials.
Strength achieved in about 10 to 20 minutes. In order to achieve these temperatures, it is useful, unusual in that such a glass-ceramic, to use a sodium nitrate bath, preferably an object by a conventional ionization with the addition of about 15% sodium sulfate. exchange treatment in a molten sodium

Der entsprechende Austausch von Kalium- gegen salzbad nicht verfestigt wird, wenn er nur Lithium-Lithiumionen kann so bewirkt werden, daß man 60 ionen enthält, die während der ursprünglichen den glaskeramischen Gegenstand in ein geschmolzenes Kristallbildung in den Kristall eingeführt worden sind. Kaliumsalzbad eintaucht, um eine innige Berührung Jedoch kann solch ein glaskeramischer Gegenstand zwischen den Kaliumionen des Salzbades und der durch einen entsprechenden Austausch von Kalium Oberfläche des glaskeramischen Gegenstandes hervor- gegen Lithiumionen in einem Kaliumsalzbad verzurufen. Um einen Ionenaustausch in brauchbarem 65 festigt werden. In diesem Falle können sowohl das Ausmaß zwischen Kalium- und Lithiumionen in Salzbad als auch die Behandlungsbedingungen denen angemessener Zeit zu erzielen, ist es im allgemeinen entsprechen, die für die Austauschbehandlung von notwendig, Temperaturen über 55O0C und Vorzugs- Kalium gegen Lithiumionen bei einem ß-spodumen-The corresponding exchange of potassium for salt bath is not solidified if it is only lithium-lithium ions can be effected in such a way that one contains 60 ions which were introduced into the crystal during the original formation of the glass-ceramic object in a molten crystal. Potassium salt bath immersed for intimate contact. However, such a glass-ceramic object can cause the potassium ions in the salt bath and the surface of the glass-ceramic object to be exchanged for lithium ions in a potassium salt bath. To consolidate an ion exchange in useful 65. In this case, both the extent between potassium and lithium ions in the salt bath and the treatment conditions to achieve those appropriate time, it is generally necessary for the exchange treatment of temperatures above 55O 0 C and preferred potassium versus lithium ions at a time ß-spodumene

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glaskeramischen Gegenstand beschrieben wurden. Im wicklung einer Nephelin-Kristallphase zu ermögallgemeinen wird eine optimale Verfestigung bei liehen, die in ihrer Zusammensetzung einer an Kalium Temperaturen zwischen 700 und 8000C in einer Zeit mäßig reichen oder reichen Form entspricht, wird von 4 bis 6 Stunden erzielt. die Glaskeramik normalerweise leichter oder schnellerglass-ceramic object have been described. In the development of a nepheline crystal phase, an optimal solidification is generally achieved, which in its composition corresponds to a potassium temperature between 700 and 800 0 C in a period of time, is achieved from 4 to 6 hours. the glass ceramic usually lighter or faster

Im Gegensatz dazu kann ein Gegenstand, der eine 5 verfestigt als eine Nephelinglaskeramik mit geringerem /J-Quarz-Kristallphase hat, die durch Ionenaustausch Kaliumgehalt. Zum Beispiel erfordert eine Nephelineingeführte Lithiumionen enthält, durch einen Na- glaskeramik, deren Kaliumgehalt der kaliumarmen trium- gegen Lithiumaustausch oder einen Kalium- Kristallform entspricht, einen Ionenaustausch bei gegen Lithiumaustausch weiter verfestigt werden. relativ höheren Temperaturen oder während einer Die Herstellung solcher /?-Quarzgegenstände durch io längeren Zeit, um eine Zunahme der Festigkeit nach einen Austausch von Lithium gegen Magnesium- Abrieb zu erzielen. Außerdem ist die erzielbare ionen ist in einer gleichzeitig laufenden Erfindung maximale Festigkeit in den an Kalium armen Mades gleichen Erfinders beschrieben. terialien unter optimalen BehandlungsbedingungenIn contrast, an object that solidifies a 5 than a nepheling glass ceramic with less / J-quartz crystal phase has potassium content through ion exchange. For example, a nepheline requires an introducer Lithium ions contain, through a Na- glass ceramic, the potassium content of which is low in potassium trium for lithium exchange or a potassium crystal form corresponds to an ion exchange be further solidified against lithium exchange. relatively higher temperatures or during a The manufacture of such /? - quartz objects after a longer period of time in order to achieve an increase in strength to achieve an exchange of lithium for magnesium abrasion. In addition, the achievable ions is maximum strength in the low-potassium mades in a concurrent invention by the same inventor. materials under optimal treatment conditions

Gemäß der Lehre dieser gleichzeitig laufenden beträchtlich niedriger als bei den kaliumreichen Erfindung können »aufgefüllte« ß-Quarz-Glaskera- 15 Materialien. Der kaliumreiche Bereich scheint optimiken einen Ionenaustausch durchmachen, bei wel- male Möglichkeiten für die Verfestigung zu bieten chem Magnesiumionen aus der Kristallphase durch und weist damit auf mögliche teilweise Verände-Lithiumionen innerhalb einer Oberflächenschicht des rungen bei den an Kalium mäßig reichen Zusammen-Gegenstandes ersetzt werden, wobei Druckspannungen Setzungen hin.According to the doctrine, these concurrently running are considerably lower than the potassium-rich ones Invention can be "filled" ß-quartz glass ceramic materials. The potassium-rich area appears to be optimistic undergo an ion exchange, which offers opportunities for solidification chem magnesium ions from the crystal phase and thus indicates possible partial changes-lithium ions within a surface layer of the stanchion in the compound object, which is moderately rich in potassium replaced, whereby compressive stresses subsidence.

entwickelt werden und die Festigkeit des Gegen- 20 Die Bedingungen des Ionenaustausches hängen Standes erhöht wird. Durch diese Art von Ionen- somit von der Zusammensetzung und Natur der austausch, insbesondere wenn derselbe bei Tempe- ursprünglich entwickelten Nephelinkristallphase ab. raturen über 8000C durchgeführt wird, kann ein Diese kann dadurch gesteuert werden, daß man brauchbares Ausmaß an Verfestigung erreicht werden. genügend Kaliumionen in der Stammglaszusammen-Jedoch greifen bei solchen relativ hohen Tempera- 25 setzung vorsieht, so daß sich während der Ausscheituren die verwendeten geschmolzenen Lithiumsalze dung der Kristallphase eine gewünschte Form von das zu behandelnde Material und die Betriebsvor- Nephelinkristallen entwickelt. Gemäß den vorstehend richtungen an. gegebenen Formulierungen bezüglich der Ionen sollteare developed and the strength of the counterpart is increased. Due to this type of ion - thus the composition and nature of the exchange, especially if the same at temperature - originally developed nepheline crystal phase depends. temperatures is performed over 800 0 C, a This can be controlled by that one useful degree of solidification are achieved. However, at such a relatively high temperature it provides enough potassium ions together, so that the molten lithium salts used in the crystal phase develop a desired shape of the material to be treated and the operating nepheline crystals during the Auseituren. According to the directions above. given formulations regarding the ions

Dieses Problem kann dadurch gemildert werden, das Verhältnis von Kalium zu Natriumionen auf daß man den Austausch der Lithiumionen gegen die 30 Ionenbasis in der Nephelin-Kristallphase mindestens Magnesiumionen bei Temperaturen unter 8000C 1:31 (0,25 bis 7,75) und vorzugsweise über 1:4 sein, durchführt. Jedoch ist das erzielbare Ausmaß an In diesem Falle kann eine Zunahme der Festigkeit Verfestigung, wenn man den Austausch während nach Abrieb bei Temperaturen zwischen 400 und einer zweckmäßigen Zeitdauer, d.h. bis zu etwa 6000C innerhalb 24 Stunden erzielt werden, jedoch 16 Stunden durchführt, relativ gering. Zum Beispiel 35 können auch höhere Temperaturen angewendet werwurde eine Zunahme von etwa 842 kg/cm2 in einer den, um die Geschwindigkeit des Austausches zu 16stündigen Behandlung bei einer Salzbadtemperatur erhöhen und auch das Ausmaß der in einer bestimmten von 775°C erzielt. Zeit erzielbaren Verfestigung zu verbessern.This problem can be alleviated by the ratio of potassium to sodium ions in that the replacement of the lithium ions for the 30-ion based in the nepheline crystal phase at least magnesium ions at temperatures below 800 0 C 1:31 (0.25 to 7.75) and preferably above 1: 4. In this case, however, the achievable extent of solidification can be achieved if the exchange is achieved after abrasion at temperatures between 400 and an appropriate period of time, ie up to about 600 ° C. within 24 hours, but 16 hours, relatively low. For example, higher temperatures can also be used, an increase of about 842 kg / cm 2 in one de, in order to increase the rate of exchange to 16 hours of treatment at a salt bath temperature and also the extent of achieved in a certain of 775 ° C. Time to improve the solidification achievable.

Eine sehr bedeutende Zunahme der Festigkeit Die Bedingungen für eine optimale Verfestigung inA very significant increase in strength The conditions for optimal consolidation in

dieses einem Lithiumionenaustausch unterworfenen 40 einem glaskeramischen Gegenstand vom Carnegieittyp glaskeramischen Gegenstandes kann nun dadurch ähneln denen, wie sie soeben für Gegenstände vom erreicht werden, daß man anschließend Natrium- Nephelintyp beschrieben wurden. So wird in beiden oder Kaliumionen gegen die in der ersten Austausch- Typen von glaskeramischen Gegenständen die maxibehandlung eingeführten Lithiumionen austauscht. male Festigkeit normalerweise in weniger als 16 Stun-Die gleiche Verfestigungswirkung wird bei jS-Quarz- 45 den erreicht, indem man den Gegenstand in ein materialien beobachtet, in welche das Lithiumion gemischtes KCl-K2SO4-Salzbad von 700 bis 8000C bei Temperaturen über 8000C eingeführt wird. Jedoch taucht. Die nachfolgenden Beispiele erläutern weiter ist sie von erheblicher Bedeutung bei der Behandlung die praktische Durchführung der Erfindung und von Materialien, in welche das Lithiumion bei tie- die dabei erzielbaren Vorteile, feren Temperaturen eingeführt wurde und welche 50
normalerweise durch eine Einzelbehandlung schwierig
this glass-ceramic object of the Carnegieite type, which is subjected to a lithium ion exchange, can now resemble those which have just been achieved for objects of the sodium nepheline type. Thus, in both or potassium ions, the lithium ions introduced in the first exchange type of glass-ceramic objects are exchanged. male strength in usually less than 16 stun The same strengthening effect is achieved in the jS-quartz 45 by observing the object in a materials, in which the lithium ion mixed KCl K 2 SO 4 -Salzbad of 700 to 800 0 C. is introduced at temperatures above 800 0C. However, turns up. The following examples further explain it, if it is of considerable importance in the treatment of the practical implementation of the invention and of materials into which the lithium ion was introduced at lower temperatures and which can be achieved thereby
usually difficult with a single treatment

in hinreichendem Maße zu verfestigen sind. Vorzugs- Beispiel 1are to be solidified to a sufficient extent. Preferred example 1

weise wird jede der einzelnen Ionenaustauschbehand-wise, each of the individual ion exchange treatments

lungen bei Temperaturen zwischen 750 und 8000C Es wurden Rohmaterialien gemischt und geschmol-lungs at temperatures between 750 and 800 0 C Raw materials were mixed and melted

durchgeführt, wobei optimale Verfestigungen in etwa 55 zen, die zu einem Glas der folgenden Oxidzusammen-4 bis 16 Stunden erzielt werden. setzung führten (Gewichtsprozentbasis): SiO2 69,7%,carried out, with optimal solidifications in about 55 zen, which are achieved to a glass of the following oxide together-4 to 16 hours. settlement led (weight percentage basis): SiO 2 69.7%,

Ein glaskeramischer Gegenstand vom Nephelintyp Na2O 0,3%, K2O 0,1%, Li2O 2,6%, MgO 2,8%, wird dadurch verfestigt, daß ein einwertiges Ion, Al2O3 17,9%, ZnO 1,0%, TiO2 4,8% und As2O3 welches größer ist als Natrium, vorzugsweise ein 0,9%. Das Glas wurde zu Stangen von 0,6 cm Durch-Kaliumion, gegen das Natriumion der Nephelin- 60 messer gezogen, welche zu Längen von 10 cm ge-Kristallphase ausgetauscht wird. Das erzielbare Aus- schnitten wurden. Diese Glasproben wurden zu maß an Verfestigung und die Le chtigkeit, mit der glaskeramischen Proben vom /?-Spodumentyp durch bei diesem Verfahren die Verfestigung erreicht wird, Wärmebehandlung nach dem folgenden Schema hängen von der Zusammensetzung ab. Insbesondere umgewandelt: Erwärmen mit 300°C/Stunde auf macht die Gegenwart einer wesentlichen Menge an 65 7500C; Erwärmen mit 100°C/Stunde auf 8500C; Kalium in dem Nephelinstammkristall dasselbe für Erwärmen mit 300°C/Stunde auf 10800C; 2 Stunden diese Art Verfestigung geeigneter. bei 10800C gehalten. Rasche Abkühlung auf Raum-A glass ceramic object of the nepheline type Na 2 O 0.3%, K 2 O 0.1%, Li 2 O 2.6%, MgO 2.8%, is solidified by the fact that a monovalent ion, Al 2 O 3 17, 9%, ZnO 1.0%, TiO 2 4.8% and As 2 O 3 which is greater than sodium, preferably 0.9%. The glass was drawn into rods of 0.6 cm diameter potassium ion, against the sodium ion of the nepheline knife, which is exchanged to lengths of 10 cm ge crystal phase. The achievable excerpts were. These glass samples became too solid and the ease with which glass-ceramic samples of the /? - Spodument type is achieved by this method, heat treatment according to the following scheme depends on the composition. Specifically converted: heating at 300 ° C / hour to make the presence of a substantial amount of 65 750 0 C; Heating at 100 ° C / hour to 850 0 C; Potassium in the Nephelinstammkristall the same for heating at 300 ° C / hour to 1080 0 C; 2 hours this type of consolidation is more suitable. held at 1080 0 C. Rapid cooling to room

Wenn genügend K2O vorhanden ist, um die Ent- temperatur.If there is enough K 2 O to remove the temperature.

Diese glaskeramischen Proben wurden dann in Gruppen von je sechs Stück eingeteilt für die Ionenaustauschbehandlung in einem geschmolzenen Salzbad, welches aus 85% NaNO3 und 15% Na2SO4 bestand. Jede Gruppe von Proben wurde in das Salzbad eingetaucht und nach einem individuellen Zeit-Temperatur-Schema behandelt. Nach Herausnehmen aus dem Bad und Reinigen wurde jede ionenausgetauschte Probe einem Taumlerabrieb unterworfen und ihre charakteristische Bruchmodule, wie oben beschrieben, bestimmt.These glass-ceramic samples were then divided into groups of six for ion exchange treatment in a molten salt bath consisting of 85% NaNO 3 and 15% Na 2 SO 4 . Each group of samples was immersed in the salt bath and treated according to an individual time-temperature scheme. After removing from the bath and cleaning, each ion-exchanged sample was subjected to tumbling abrasion and its characteristic modulus of rupture determined as described above.

Mehrere Gruppen von Proben wurden bei 525° C verschieden lange behandelt, um den Einfluß der Behandlungsdauer auf die Verfestigung zu ermitteln. Die nachfolgende Tabelle gibt die Bruchmodulwerte (in kg/cm2 · IO3) und die entsprechende Behandlungszeit wieder: Several groups of samples were treated for different times at 525 ° C. in order to determine the influence of the treatment time on the consolidation. The following table shows the modulus of rupture (in kg / cm 2 IO 3 ) and the corresponding treatment time:

ZeitTime

0 Minuten0 minutes

15 Minuten
30 Minuten
15 minutes
30 minutes

1 Stunde .1 hour .

2 Stunden
4 Stunden
2 hours
4 hours

16 Stunden16 hours

Durchschnittlicher Bruchmodul ao Average modulus of rupture ao

0,8420.842

1,271.27

2,352.35

3,013.01

5,045.04

5,505.50

5,595.59

Einige weitere Gruppen von Glasproben wurden 30 Minuten bei unterschiedlichen Temperaturen behandelt, um den Einfluß der Temperatur auf die erzielbare Verfestigung zu demonstrieren. Die nachfolgende Tabelle gibt die erhaltenen Werte wieder, wobei im Vergleich zu der vorstehenden Tabelle die Zeit durch die Temperatur ersetzt ist:A few more groups of glass samples were treated for 30 minutes at different temperatures, to demonstrate the influence of temperature on the achievable consolidation. The following The table shows the values obtained, compared with the table above the time is replaced by the temperature:

Temperaturtemperature

475°C 1,34475 ° C 1.34

500°C 1,94500 ° C 1.94

50C 2,355 ° C 2.35

55O0C 4,6755O 0 C 4.67

Durchschnittlicher BruchmodulAverage modulus of rupture

4545

B e i s ρ i e 1 2B e i s ρ i e 1 2

Um die praktischen Vorteile der Erfindung zu demonstrieren, wurde eine Gruppe von achtzehn 2,5-1-Filtrierstutzen aus dem Glas von Beispiel 1 geblasen und danach durch Wärmebehandlung gemaß dem in diesem Beispiel beschriebenen Schema in den glaskeramischen Zustand umgewandelt. Die Stutzen waren identisch, soweit es die Herstellungstoleranzen zuließen. To demonstrate the practical advantages of the invention, a group of eighteen 2.5-1 filter nozzle blown from the glass from Example 1 and then according to heat treatment converted into the glass-ceramic state according to the scheme described in this example. the Nozzles were identical, as far as the manufacturing tolerances allowed.

Eine Gruppe von sechs Stutzen wurde als Vergleichsstandard beiseite gestellt. Eine zweite Gruppe von zwölf Stutzen wurde in das geschmolzene Salzbad von Beispiel 1 3 Stunden bei einer Temperatur von 475°C eingetaucht, wobei dieses Schema gewählt wurde, um einen möglichen chemischen Angriff des Salzmaterials an der glaskeramischen Oberfläche zu vermeiden. Beide Gruppen von Stutzen wurden dann an der Oberfläche, die gegenüber der im nachfolgenden Schlagtest benutzten Oberfläche lag, gleichmäßig abgeschliffen. Dieser Abrieb wurde so vorgenommen, daß man die Oberfläche unter gleichförmigen Zeit- und Druckbedingungen mit Schleifpapier (Körnchengröße bis 0,1 mm Durchmesser) rieb.A group of six nozzles were set aside as a reference standard. A second group of twelve nozzles was immersed in the molten salt bath of Example 1 for 3 hours at a temperature of 475 ° C, this scheme was chosen to avoid possible chemical attack of the Avoid salt material on the glass ceramic surface. Both groups of nozzles were then evenly on the surface opposite the surface used in the subsequent impact test sanded off. This abrasion was carried out so that the surface was under uniform Time and pressure conditions with sandpaper (grain size up to 0.1 mm in diameter) rubbed.

Nach dem Abrieb wurde jeder Stutzen in eine Schlagtestapparatur montiert und aufeinanderfolgenden Schlägen von zunehmender Stärke ausgesetzt, bis Bruch erfolgte. Der Apparat enthielt ein mit Preßplatten umkleideten Block, auf welchem der Stutzen fest aufsaß, und einen Kugelschlaghammer aus Kunststoff, der am Ende eines Pendelarmes angebracht war. Jeder Stutzen war identischerweise aufmontiert, so daß der Schlag auf die Wandung des Stutzens entlang einer Linie höchsten Durchmessers erfolgte. Die zum Zerbrechen erforderliche Stoßenergie betrug bei den unbehandelten Stutzen 0,036 Meterkilogramm und bei den verfestigten Stutzen 0,268 Meterkilogramm.After abrasion, each nozzle was mounted in an impact test apparatus and successively Subjected to blows of increasing strength until breakage occurred. The device contained a mit Press plates encased a block on which the nozzle was firmly seated, and a ball impact hammer made of plastic, which was attached to the end of a pendulum arm. Each nozzle was identical mounted so that the blow on the wall of the nozzle along a line of highest diameter took place. The impact energy required for breaking was for the untreated nozzles 0.036 meter kilograms and 0.268 meter kilograms for the solidified nozzles.

Um die Zunahme der Schlagfestigkeit solcher Gegenstände weiter zu demonstrieren, wurden zwei Gruppen von Tiegeln aus dem gleichen Glase erzeugt und nach dem gleichen Keramikbildungsschema behandelt. Sie wurden einem Fallkugelaufpralltest unterworfen, bei welchem eine Stahlkugel von 225 g auf die Mitte der Bodenfläche des Gegenstandes fallen gelassen wurde, wobei man die Kugel aus jeweils zunehmender Höhe fallen ließ, bis Bruch erfolgte. Bei diesem Versuch zeigten die unbehandelten Tiegel eine durchschnittliche Schlagfestigkeit von 0,042 Meterkilogramm und die behandelten Tiegel eine Schlagfestigkeit von 0,334 Meterkilogramm. To further demonstrate the increase in impact resistance of such articles, two Groups of crucibles made from the same glass and treated according to the same ceramic formation scheme. They were subjected to a drop ball impact test in which a steel ball weighing 225 g dropped onto the center of the bottom surface of the object, taking the ball out each increasing height dropped until breakage occurred. In this experiment, the untreated showed Crucible an average impact strength of 0.042 kilograms and the treated Crucible had an impact strength of 0.334 kilogram meters.

Beispiel 3Example 3

Ein Glas mit der folgenden berechneten Zusammensetzung (Gewichtsprozent): 62,5 SiO2, 24,0 Al2O3, 4,9 Li2O, 4,8 TiO2, 0,5 F, 1,4 CaO wurde geschmolzen, zu Stangen ausgezogen und nach dem Behandlungsschema von Beispiel 1 durch Wärmebehandlung in ein glaskeramisches Material umgewandelt. Die entstandenen glaskeramischen Stäbe hatten eine primäre kristalline Phase von jß-Spodumen. Diese Stäbe wurden in zwei Gruppen eingeteilt für eine thermochemische Ionenaustauschbehandlung in einem 85%-NaNO3-15%-Na2SO4-Salzschmelzbad bei 580°C. Eine Gruppe von Proben wurde nach halbstündiger Behandlung und die andere Gruppe nach 3stündiger Behandlung aus dem Bad herausgenommen. Die berechneten durchschnittlichen Bruchmodulwerte betrugen 8580 kg/cm2 für die Gruppe mit der halbstündigen Behandlung und 9080 kg/cm2 für die Gruppe mit der 3stündigen Behandlung.A glass with the following calculated composition (percent by weight): 62.5 SiO 2 , 24.0 Al 2 O 3 , 4.9 Li 2 O, 4.8 TiO 2 , 0.5 F, 1.4 CaO was melted, drawn out into rods and converted into a glass-ceramic material by heat treatment according to the treatment scheme of Example 1. The resulting glass-ceramic rods had a primary crystalline phase of jβ-spodumene. These rods were divided into two groups for a thermochemical ion exchange treatment in a 85% NaNO 3 -15% Na 2 SO 4 -Salzschmelzbad at 580 ° C. One group of samples was removed from the bath after half an hour of treatment and the other group after 3 hours of treatment. The calculated average breaking modulus values were 8580 kg / cm 2 for the group with the half-hour treatment and 9080 kg / cm 2 for the group with the 3-hour treatment.

Beispiel 4Example 4

Glaskeramische Stäbe vom /S-Spodumentyp wurden nach dem Verfahren von Beispiel 1 hergestellt und in Gruppen von je sechs Proben eingeteilt für eine Ionenaustauschbehandlung in einem Salzbad, das aus einem 52- zu 48gewichtsprozentigem Gemisch aus KCl und K2SO4 bestand. Das Bad wurde bei einer Temperatur von 7200C gehalten, und jede Gruppe von Proben wurde 7 Stunden lang eingetaucht; dieses Zeit-Temperatur-Schema war als be-Glass ceramic rods of the / S-Spodument type were produced according to the method of Example 1 and divided into groups of six samples each for an ion exchange treatment in a salt bath consisting of a 52 to 48 weight percent mixture of KCl and K 2 SO 4 . The bath was kept at a temperature of 720 ° C. and each group of samples was immersed for 7 hours; this time-temperature scheme was considered

sonders wirksam für die Verfestigung erkannt wor- Glaskeramik auftretende Höchsttemperatur in der den. Größenordnung von 550 bis 6000C liegt, daß jedochParticularly effective for the solidification was recognized glass ceramic occurring maximum temperature in the. The order of magnitude is from 550 to 600 ° C., however

Nach Entnahme aus dem Bad und Reinigung diese Temperatur nur teilweise beim Ein- und Auswurden die Gruppen von Proben in Luft in einem schalten erreicht wird. Zur Bestimmung der mechaelektrisch beheizten Ofen weiter erwärmt, wobei die 5 nischen Festigkeit wurde ein Versuch ausgewählt, Zeit und die Temperatur der Wärmebehandlung welcher darin besteht, daß man ein 2 kg schweres zwischen den einzelnen Gruppen aus Vergleichs- Metallgefäß auf die Scheibenoberfläche fallen läßt, gründen variiert wurden. Im Anschluß an diese Wenn der Gegenstand diesen Test erfolgreich überzusätzliche Wärmebehandlung wurde jedes wärme- stehen soll, muß er den Aufprall dieses Gefäßes behandelte Stück dem Taumlerabrieb unterworfen io lOmal aus einer Höhe von 1,80 m aushalten, und sein Bruchmodul bestimmt. Zu Beginn dieses Versuches überstanden sowohlAfter removal from the bath and cleaning, this temperature is only partially when it is put in and out the groups of samples in air in one turn is achieved. To determine the mechaelectric heated oven further heated, with the 5 niche strength an attempt was selected The time and temperature of the heat treatment, which consists in the fact that one weighs 2 kg drops between the individual groups of a reference metal vessel on the surface of the pane, reasons were varied. Following this, if the subject successfully passed this additional test Any heat treatment was to stand up to heat, it must be the impact of this vessel treated pieces subject to tumbling abrasion withstand 10 10 times from a height of 1.80 m, and its modulus of rupture is determined. At the beginning of this experiment, both survived

Zu Vergleichszwecken wurden weitere Gruppen die durch Natriumaustausch als auch die durch von glaskeramischen Proben, wie vorstehend be- Kaliumaustausch verfestigten Scheiben den Test mit schrieben, hergestellt und 3 Stunden in ein Schmelz- Leichtigkeit, wie an Hand ihrer relativ identischen bad getaucht, welches aus 85% NaNO3 und 15°/0 15 Festigkeiten bei den Stabproben zu erwarten war. Na2SO4 bestand und bei 475° C gehalten wurde. Nach 1 Woche Versuchsbetrieb brach jedoch die Nach dieser Behandlung wurden die Proben gereinigt Natriumionenaustauschprobe jedesmal weit unter der und jede Gruppe wurde einer Wärmebehandlung vorgeschriebenen Fallhöhe von 1,80 m. Im Gegenunterworfen, die der derjenigen Proben ähnelte, die satz dazu trat der erste Versager in einer Gruppe dem Kaliumionenaustausch unterworfen worden wa- 20 von Kaliumionenaustauschscheiben nach 3000 Beren. Danach wurden die Proben abgerieben und triebsstunden auf. ihre Festigkeit in gleicher Weise bestimmt wie die
der Kaliumproben.
For purposes of comparison, further groups were prepared and immersed for 3 hours in a melt-lightness, as shown by their relatively identical bath, consisting of 85 % NaNO 3 and 15 ° / 0 15 strengths were to be expected in the rod samples. Na 2 SO 4 and was kept at 475 ° C. After 1 week of trial operation, however, the samples were cleaned and each group was subjected to a heat treatment of 1.80 m one group was subjected to potassium ion exchange by potassium ion exchange disks after 3000 berries. The samples were then rubbed and kept for hours of floating. its strength is determined in the same way as that
of the potassium samples.

Die nachfolgende Tabelle gibt die berechneten Beispiel 5The following table gives the calculated example 5

durchschnittlichen Bruchmodule (in kg/cm2 · 1O+3) 25Average modulus of rupture (in kg / cm 2 · 10 +3 ) 25

für jede Gruppe von Proben und die betreffende Die nachfolgende Tabelle gibt (in Gewichtsprozent)for each group of samples and the relevant The table below gives (in percent by weight)

Wärmebehandlung wieder. Unter der Zeit Null ist die berechneten Zusammensetzungen von drei Gläjedesmal eine Gruppe von Proben angegeben, die sern wieder, die zu Glaskeramiken umgewandelt ohne Behandlung beiseite gesetzt worden war und werden konnten, welche eine stabile /S-Eucryptit-Heat treatment again. Below the time zero is the calculated compositions of three glasses each time a group of specimens indicated the sern again that converted to glass-ceramics had been and could be set aside without treatment, which had a stable / S-eucryptite-

30 Kristallphase haben. Der durchschnittliche thermische Ausdehnungskoeffizient jedes Glases (mal 10~7 und zwischen 0 und 3000C) ist ebenfalls angegeben.30 crystal phase. The average coefficient of thermal expansion of each glass (times 10 ~ 7 and between 0 and 300 0 C) is also given.

als Vergleichsstandardas a comparison standard Tem
peratur
0C
Tem
temperature
0 C
diente.served. Zeit (St
10
Time (St.
10
anden)
100
to the)
100
10001000
Ionion 400
500
500
600
400
500
500
600
00 2,81
1,76
3,31
3,44
2.81
1.76
3.31
3.44
1,55
0,85
3,02
2,39
1.55
0.85
3.02
2.39
0,980.98
Na N / A 3,44
3,02
3,31
3,31
3.44
3.02
3.31
3.31
Na N / A - K K K K

SiO2 48,5 45,6 39,8SiO 2 48.5 45.6 39.8

Al2O3 38,0 39,9 35,7Al 2 O 3 38.0 39.9 35.7

Li2O 8,5 9,5 7,5Li 2 O 8.5 9.5 7.5

40 TiO2 5,0 5,0 5,0 40 TiO 2 5.0 5.0 5.0

Aus dieser Tabelle geht hervor, daß die durch BaO — — 12,0From this table it can be seen that the by BaO - - 12.0

Natriumionenaustausch verfestigte Probe ihre zusatzliehe Festigkeit durch eine lOOstündige BehandlungSodium ion exchange solidified the sample Strength from a 100 hour treatment

bei 400 0C weitgehend verloren und in 1000 Stunden Gruppen von glaskeramischen Stabproben wurdenat 400 0 C largely lost and over 1000 hours groups of glass-ceramic rod sample

bei dieser Temperatur völlig verloren hat. Der durch- 45 aus jedem Glase hergestellt und dann einer Ionenschnittliche Bruchmodul für eine abgeriebene Probe austauschbehandlung bei 580 bis 590°C unterworfen, vor dem Ionenaustausch beträgt etwa 844 kg/cm2. indem eine Gruppe von Stabproben für eine beim Gegensatz hierzu erlitten die dem Kaliumionen- stimmte Dauer in ein geschmolzenes Salzbad von austausch unterworfenen Proben keinen Festigkeits- 85% NaNO8 und 15% Na2SO4 eingetaucht wurde, verlust in 10 Stunden bei 600° C und behielten einen 50 welches bei konstanter Temperatur gehalten wurde, wesentlichen Teil der Festigkeit sogar nach 100 Stun- Nach Entnahme aus dem Bad und Reinigung wurde den Betrieb. Das bedeutet, daß die thermische Zuver- jede ionenausgetauschte Probe dem Taumlerabrieb lässigkeit oder die maximal erlaubbare Betriebs- unterworfen und sein Bruchmodul, wie weiter oben temperatur für ionenausgetauschte ß-Spodumen-Glas- beschrieben, bestimmt.completely lost at this temperature. The 45 produced from each glass and then subjected to an ion-cutting modulus of rupture for an abraded sample exchange treatment at 580 to 590 ° C, before the ion exchange is about 844 kg / cm 2 . by immersing a group of rod specimens for a period of time appropriate to the potassium ion in a molten salt bath of non-exchangeable specimens - 85% NaNO 8 and 15% Na 2 SO 4 lost in 10 hours at 600 ° C and kept a 50 which was kept at a constant temperature, substantial part of the strength even after 100 hours. This means that the thermal additive each ion-exchanged sample is subject to tumble abrasion resistance or the maximum permissible operating mode and determines its modulus of rupture, as described above for the temperature for ion-exchanged β-spodumene glass.

keramiken mindestens um 2000C für einem Kalium- 55 Die nachfolgende Zusammenstellung zeigt die ionenaustausch unterworfenen Gegenstände höher Maximaltemperatur, bis zu welcher jede Gruppe liegt als für einem Natriumionenaustausch unter- von Proben bei der betreffenden Keramikbildungsworfenen Gegenstände. behandlung erwärmt worden ist, den Ausdehnungs-ceramics at least around 200 0 C for a potassium 55 The following compilation shows the objects subjected to ion exchange higher maximum temperature, up to which each group lies than for a sodium ion exchange of samples in the ceramic objects in question. treatment has been heated, the expansion

Um diese Ergebnisse bezüglich des Festigkeits- koeffizienten des entstandenen glaskeramischen Maverlustes auf ein praktisches Anwendungsgebiet zu 60 terials, die Zeit und die Temperatur des Ionenausbeziehen, wurde ein weiterer Versuch mit quadra- tausches und den durch die angegebene Behandlung tischen Scheiben aus dem vorstehend beschriebenen erzielten durchschnittlichen Bruchmodul der durch glaskeramischen Material durchgeführt, welche eine Ionenaustausch verfestigten und im Taumler abge-Kantenlänge von 25 cm und eine Dicke von etwa riebenen glaskeramischen Proben. Alle Temperaturen 0,034 cm hatten. Solche Scheiben sind als Basis für 65 sind in Grad Celsius und alle Zeiten in Minuten ein Heizelement bestimmt, welches auf der einen angegeben. In jedem Falle war die vorherrschende Seite der Scheibe aufmontiert wird. Es wird ange- Kristallphase ß-Eucryptit, wie durch Röntgenstrahlnommen, daß während des Betriebes die in der beugungsanalyse gezeigt werden konnte.About these results with regard to the strength coefficient of the resulting glass ceramic loss on a practical field of application to 60 terials, relating the time and temperature of the ion, Another attempt was made with quadra-exchange and the treatment given table disks from the average modulus of rupture achieved by glass-ceramic material carried out, which solidified an ion exchange and in the tumble-edge length of 25 cm and a thickness of approximately rubbed glass-ceramic samples. All temperatures 0.034 cm. Such disks are used as the basis for 65 are in degrees Celsius and all times are in minutes a heating element determines which one is indicated on the one. In each case it was the predominant one Side of the disc is mounted on. It becomes crystal phase ß-eucryptite, as taken by X-ray, that during operation it could be shown in the diffraction analysis.

KeramikCeramics Austhe end IonenausIon off Bruchfracture GlasGlass bildungseducational dehnungselongation tausch
7ρλ\ ΊϊτΐίΊ
exchange
7ρλ \ ΊϊτΐίΊ
modulmodule
temperaturtemperature koeffizientcoefficient £-XiiX UUU
Temperatur
£ -XiiX UUU
temperature
(mal 10+3)(times 10+ 3 )
11 720720 3,93.9 20 — 58020-580 2,722.72 11 830830 1,61.6 20 — 58020-580 1,911.91 11 10601060 1,51.5 10 — 58010-580 2,432.43 11 10601060 2,02.0 10 — 58010-580 '2,31'2.31 (60 Minuten Halt)(60 minutes stop) 11 12001200 2,32.3 20 — 58020-580 2,252.25 22 700700 5,65.6 10 — 59010-590 2,072.07 22 835835 6,66.6 20 — 59020-590 2,342.34 22 11001100 6,76.7 20 — 59020-590 2,712.71 22 11951195 6,36.3 10 — 59010-590 1,921.92

Vergleichsweise zeigten unbehandelte glaskeramische Stäbe aus jedem Glas, die in gleicher Weise abgerieben worden waren, durchschnittliche Bruchmodule von 560 bis 630 kg/cm2. Das Glas Nr. 3 wurde folgendermaßen in eine Glaskeramik umgewandelt: Erwärmen mit 300°C/Stunde auf 9650C; dort IStunde gehalten; Erwärmen mit 10°C/Stunde auf 705°C; Erwärmen mit 300°C/Stunde auf 112O0C; dort 4 Minuten gehalten; Erwärmen mit 10°C/Stunde auf 117O0C; dort 30 Minuten gehalten; Abkühlen.By comparison, untreated glass-ceramic rods made from each glass, which had been rubbed down in the same way, showed average modulus of rupture of 560 to 630 kg / cm 2 . . The glass No. 3 was as follows converted into a glass ceramic: heating at 300 ° C / hour to 965 0 C; there held an hour; Heating at 10 ° C / hour to 705 ° C; Heating at 300 ° C / hour to 112 o 0 C; held there for 4 minutes; Heating at 10 ° C / hour at 117O 0 C; held there for 30 minutes; Cooling down.

An größeren kristallinen Phasen wurden /S-Eucryptit und Celsian (BaO · AIgO3 · 2 SiO2) beobachtet; das glaskeramische Material hatte einen durchschnittlichen Ausdehnungskoeffizienten von 14,4 · io-7/°c. / S-eucryptite and celsian (BaO · AIgO 3 · 2 SiO 2 ) were observed in larger crystalline phases; the glass-ceramic material had an average coefficient of expansion of 14.4 · io- 7 / ° c.

Die Stabproben wurden 10 Minuten in das 85 %~ NaNO3- bis 15 %-Na2SO4-Salzbad bei 5800C eingetaucht, gereinigt, abgerieben und wie üblich getestet. Der durchschnittliche Bruchmodul für diese Proben betrug 1760 kg/cm2, verglichen mit einem durchschnittlichen Bruchmodul von 950 kg/cm2 für abgeriebene, jedoch unbehandelte glaskeramische Stabproben. The rod samples were 10 minutes in the 85% NaNO 3 ~ - immersed to 15% Na 2 SO 4 -Salzbad at 580 0 C, cleaned, rubbed and tested as usual. The average modulus of rupture for these samples was 1760 kg / cm 2 compared to an average modulus of rupture of 950 kg / cm 2 for abraded, but untreated, glass-ceramic rod samples.

Beispiel 6Example 6

0,6 cm starke zylindrische glaskeramische Teststücke wurden aus einem Glas der folgenden berechneten Zusammensetzung (Gewichtsprozent auf Oxidbasis) hergestellt: 70,8% SiO2, 18,6% Al2O3, 4,4% MgO, 1,9% Li2O, 3,8% ZrO2 und 0,5% As2O3. Das glaskeramische Material war durch eine Kristallphase vom /3-Quarztyp gekennzeichnet. Das Glas wurde in den glaskeramischen Zustand umgewandelt unter Verwendung eines Wärmebehandlungsschemas, bei welchem das Material während je 4 Stunden bei 780° C, 850° C und 900° C gehalten wurde. Zwischen diesen Temperaturen wurde der Ofen mit maximaler Geschwindigkeit beheizt und, nachdem die Wärmebehandlung abgeschlossen war, durch Öffnen an der Luft abgekühlt.0.6 cm thick cylindrical glass-ceramic test pieces were made from a glass of the following calculated composition (weight percent on oxide basis): 70.8% SiO 2 , 18.6% Al 2 O 3 , 4.4% MgO, 1.9% Li 2 O, 3.8% ZrO 2 and 0.5% As 2 O 3 . The glass-ceramic material was characterized by a / 3 quartz type crystal phase. The glass was converted to the glass-ceramic state using a heat treatment scheme in which the material was held at 780 ° C, 850 ° C and 900 ° C for 4 hours each. Between these temperatures, the furnace was heated at maximum speed and, after the heat treatment had been completed, cooled by opening it in the air.

Die so erhaltenen glaskeramischen Stäbe wurden in Längen von 10 cm geschnitten und 6 Stunden in ein Salzschmelzbad getaucht, welches aus 48 % K2SO4 und 52% KCl bestand und bei einer Temperatur von 78O0C gehalten wurde. Nach Abkühlen und Reinigen wurden die Stabproben im Taumler abgerieben und ihre individuellen und durchschnittlichen Bruchmodule bestimmt. Dabei ergab sich ein Festigkeitswert von 3650 kg/cm2 für dieses bestimmte Material und diese Ionenaustauschbehandlung. Vergleichsweise hat ein unbehandelter Stab, der in gleicher Weise abgerieben wurde, einen durchschnittlichen Bruchmodul von etwa 844 kg/cm2.The thus obtained glass-ceramic rods were cut in lengths of 10 cm and immersed for 6 hours in a molten salt bath, which consisted of 48% K 2 SO 4 and 52% KCl, and was maintained at a temperature of 78o C 0. After cooling and cleaning, the rod samples were rubbed in a tumbler and their individual and average modulus of rupture was determined. This resulted in a strength value of 3650 kg / cm 2 for this particular material and this ion exchange treatment. By comparison, an untreated rod that was rubbed in the same way has an average modulus of rupture of about 844 kg / cm 2 .

Beispiel 7Example 7

Eine Reihe von Stabproben, die, wie oben beschrieben, in den keramischen Zustand übergeführt und verfestigt worden waren, wurden an der Luft verschieden lange auf unterschiedliche TemperaturenA series of rod specimens which, as described above, are converted into the ceramic state and had been solidified, were exposed to different lengths of time at different temperatures in the air

ίο erwärmt. Nach dieser Behandlung wurden sie im Taumler abgerieben und ihre Bruchmodule in der üblichen Weise bestimmt. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Zeiten (in Stunden) und Temperaturen (in ° C) der Behandlung und die durchschnittlichen Bruchmodule nach Abrieb (in 103 kg/cm2), die für jede Gruppe nach der angegebenen Behandlung bestimmt worden waren.ίο warmed up. After this treatment, they were rubbed in a tumbler and their modulus of rupture was determined in the usual way. The table below shows the times (in hours) and temperatures (in ° C.) of the treatment and the average modulus of rupture after abrasion (in 10 3 kg / cm 2 ), which had been determined for each group after the specified treatment.

2020th 500°
600°
700°
500 °
600 °
700 °
Temperaturtemperature 00 Zeit in Stunc
10
Time in stunc
10
enen 100100
C C. 3,65
3,65
3,65
3.65
3.65
3.65
3,61
3,59
2,69
3.61
3.59
2.69
C C. C C. 3,233.23 3,493.49 3,483.48

Aus diesen Daten ergibt sich die Fähigkeit zur Beibehaltung der Festigkeit bei hohen Temperaturen oder die Beständigkeit gegenüber thermischem Verfall, durch den die durch Ionenaustausch verfestigten /S-Quarz-Glaskeramiken gekennzeichnet sind. Wegen dieser Eigenschaft sind sie für eine lang andauernde Verwendung bei Temperaturen in der Größenordnung von 600 bis 7000C geeignet.These data indicate the ability to maintain strength at high temperatures or the resistance to thermal degradation that characterize the ion exchange solidified / S-quartz glass-ceramics. Because of this property, they are suitable for long-term use at temperatures of the order of 600 to 700 0 C.

Beispiel 8Example 8

Eine weitere Gruppe von glaskeramischen Stabproben, die, wie im Beispiel 6 beschrieben, hergestellt worden waren, wurde 16 Stunden in das gleiche Salzbad getaucht, welches bei 7500C gehalten wurde.Another group of glass-ceramic rod samples, which had been produced as described in Example 6, was immersed in the same salt bath which was kept at 750 ° C. for 16 hours.

Der durchschnittliche Bruchmodul, der für diese Reihe von Proben nach einer vergleichbaren Abriebsbehandlung berechnet wurde, war 3530 kg/cm2. The average modulus of rupture calculated for this series of samples after a comparable abrasion treatment was 3530 kg / cm 2 .

Daraus ergibt sich, daß man vergleichbare Festigkeiten bei etwas niedrigeren Temperaturen und längeren Zeiten erreichen kann.This means that comparable strengths can be obtained at slightly lower temperatures and longer Times can reach.

Beispiel 9Example 9

Ein Glas mit der folgenden berechneten Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 71,0 SiO2, 18,7 Al2O3, 3,6 MgO, 2,6 Li2O, 3,5 ZrO2 und 0,6 As2O3 wurde gemäß dem Wärmebehandlungsverfahren der vorhergehenden Beispiele in den glaskeramischen Zustand umgewandelt. Zwei Reihen von Stabproben wurden dann für die Ionenaustauschbehandlung hergestellt.A glass with the following calculated composition in percent by weight: 71.0 SiO 2 , 18.7 Al 2 O 3 , 3.6 MgO, 2.6 Li 2 O, 3.5 ZrO 2 and 0.6 As 2 O 3 was converted to the glass-ceramic state according to the heat treatment method of the preceding examples. Two sets of rod samples were then prepared for the ion exchange treatment.

Eine Reihe wurde 16 Stunden in das 48%-K2SO4-52%-KCl-Salzbad bei einer Temperatur von 720°C eingetaucht. Die zweite Reihe wurde in dieses Bad 5 Stunden bei 7800C eingetaucht. Nach Abkühlen und Reinigen wurden die Stabproben im Taumler abgerieben und dann belastet, um ihre Biegefestigkeit nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren zu bestimmen. Der berechnete durchschnittliche Bruchmodul für die bei 7200C behandelten Proben betrug 3130 kg/cm2, während der Vergleichswert für die bei 7800C behandelten Proben 2580 kg/cm2 betrug, woraus hervorgeht, daß bei 7800C eine etwas längere Behandlungsdauer für eine optimale Verfestigung erforderlich ist.One set was immersed in the 48% -K 2 SO 4 -52% -KCl salt bath at a temperature of 720 ° C for 16 hours. The second row was immersed in this bath at 780 ° C. for 5 hours. After cooling and cleaning, the rod samples were rubbed in a tumbler and then loaded in order to determine their flexural strength according to the method described in Example 1. The calculated average modulus of rupture for the samples treated at 720 ° C. was 3130 kg / cm 2 , while the comparison value for the samples treated at 780 ° C. was 2580 kg / cm 2 , from which it can be seen that at 780 ° C. a slightly longer treatment time for optimal consolidation is required.

909 504/1523909 504/1523

Beispiele 10 bis 13Examples 10 to 13

Mehrere Gruppen von glaskeramischen Stabproben vom /J-Quarztyp wurden aus dem Material und nach dem Verfahren von Beispiel 6 hergestellt.Several groups of / J-quartz type glass-ceramic rod samples were made from the material and after following the procedure of Example 6.

Jede Gruppe wurde zunächst in ein Salzbad getaucht, welches vorwiegend aus Lithiumsulfat bestand und mit Kalium- oder Natriumsulfat oder saurem Sulfat verdünnt war. Das Behandlungsbad wurde bei 7750C gehalten, und die Behandlung wurde entweder 4 oder 8 Stunden lang durchgeführt. Danach wurden die Gruppen von Proben entnommen und gereinigt und dann in ein zweites Bad gegeben, welches aus 48 % Kalium- oder Natriumsulfat und 250% Kaliumoder Natriumchlorid bestand. Diese Salzbäder wurden ebenfalls bei 775° C gehalten, und die Behandlungsdauer war entweder 4 oder 8 Stunden. Nach der Entnahme aus dem Salzbad und der Reinigung wurde jede Stabprobe im Taumler abgerieben, und die Bruchmodule wurden bestimmt.Each group was first immersed in a salt bath, which consisted primarily of lithium sulfate and was diluted with potassium or sodium sulfate or acid sulfate. The treatment bath was kept at 775 ° C. and the treatment was carried out for either 4 or 8 hours. The groups of samples were then removed and cleaned and then placed in a second bath consisting of 48% potassium or sodium sulfate and 250% potassium or sodium chloride. These salt baths were also held at 775 ° C and the treatment time was either 4 or 8 hours. After removal from the salt bath and cleaning, each rod sample was tumbled and the modulus of rupture determined.

In der nachfolgenden Tabelle ist eine Anzahl solcher Ionenaustauschbehandlungen zusammengestellt, wobei die ursprüngliche Lithiumsalzbadzusammensetzung (erstes Bad), die Art des im zweiten Salzbad verwendeten Salzes (Natrium oder Kalium), die Zeit (in Stunden) der jeweiligen Ionenaustauschbehandlung und der durchschnittliche Bruchmodul (in kg/cm2 mal 1O+3) für jede Gruppe mit der entsprechend angegebenen Behandlung aufgeführt sind. zweites Bad getaucht, welches bei 800° C gehalten wurde und aus 80% K2SO4 und 20% Li2SO4 bestand. The table below lists a number of such ion exchange treatments, the original lithium salt bath composition (first bath), the type of salt (sodium or potassium) used in the second salt bath, the time (in hours) of the respective ion exchange treatment and the average modulus of rupture (in kg / cm 2 times 1O +3 ) for each group with the appropriate treatment indicated. Second bath was immersed, which was kept at 800 ° C and consisted of 80% K 2 SO 4 and 20% Li 2 SO 4 .

Im Anschluß an diese zweite Ionenaustauschbehandlung, bei welcher die durch das erste Bad eingeführten Lithiumionen durch Kaliumionen ersetzt wurden, wurden die glaskeramischen Stäbe wieder gereinigt und in der üblichen Weise abgerieben. Jede abgeriebene Probe wurde dann bis zur Zerstörung ίο belastet und die einzelnen und durchschnittlichen Bruchmodule berechnet. Der durchschnittliche Bruchmodul nach Abrieb der auf diese Weise behandelten Stäbe betrug 4190 kg/cm2.Following this second ion exchange treatment, in which the lithium ions introduced by the first bath were replaced by potassium ions, the glass-ceramic rods were cleaned again and rubbed down in the usual manner. Each abraded sample was then loaded until it was destroyed ίο and the individual and average modulus of rupture was calculated. The average modulus of rupture after abrasion of the rods treated in this way was 4190 kg / cm 2 .

Beispiel 15Example 15

In der nachfolgenden Tabelle ist eine Reihe von beispielhaften Glaszusammensetzungen auf Oxidbasis in Gewichtsprozent angegeben, welche in der Lage sind, eine Glaskeramik vom Nephelintyp zu bilden:The table below is a number of exemplary oxide-based glass compositions given in percent by weight, which are able to form a glass ceramic of the nepheline type:

Erstes BadFirst bath Zweites BadSecond bathroom ZeitTime Bruch
modul
fracture
module
65% Li2SO4
35% KHSO4
65% Li 2 SO 4
35% KHSO 4
Kaliumpotassium 4 — 4
8 — 8
4 - 4
8 - 8
1,05
3,09
1.05
3.09
75% Li2SO4
25% KHSO4
75% Li 2 SO 4
25% KHSO 4
Natriumsodium 4 — 4
8 — 8
4 - 4
8 - 8
1,12
2,25
1.12
2.25
65% Li2SO4
35% KHSO4
65% Li 2 SO 4
35% KHSO 4
Natriumsodium 4 — 4
8 — 8
4 - 4
8 - 8
0,63
2,32
0.63
2.32
80% Li2SO4
20% KHSO4
80% Li 2 SO 4
20% KHSO 4
Kaliumpotassium 4 — 4
8 — 8
4 - 4
8 - 8
1,12
2,04
1.12
2.04

11 22 33 49,549.5 47,547.5 4848 2626th 2828 3434 1717th 1717th 1818th 55 55 88th 0,50.5 0,50.5 0,50.5 22 22 -

Vergleichsweise haben unbehandelte und abgeriebene glaskeramische Proben normalerweise einen Bruchmodul von etwa 562 kg/cm2. Nach einer 4stündigen Behandlung bei 775° C in einem Lithiumsalzbad, wie es in der vorstehenden Tabelle angeführt ist, ist der Bruchmodul einer abgeriebenen Probe im wesentlichen unverändert, während nach einer 8 stündigen Behandlung bei dieser Temperatur der Bruchmodul nach Abrieb etwa 914 kg/cm2 beträgt.By comparison, untreated and abraded glass-ceramic samples typically have a modulus of rupture of about 562 kg / cm 2 . After 4 hours of treatment at 775 ° C in a lithium salt bath, as shown in the table above, the modulus of rupture of an abraded sample is essentially unchanged, while after 8 hours of treatment at this temperature the modulus of rupture after abrasion is about 914 kg / cm 2 amounts to.

Beispiel 14Example 14

Aus einem zweiten glaskeramischen Material vom /3-Quarztyp wurden Stabproben in im wesentlichen der gleichen Weise, wie oben beschrieben, hergestellt. Dieses zweite glaskeramische Material hatte die folgende Oxidzusammensetzung (in Gewichtsprozent):A second glass-ceramic material of the / 3 quartz type became rod samples in essentially in the same way as described above. This second glass-ceramic material had the the following oxide composition (in percent by weight):

47,5 SiO2, 37,5 Al2O3, 15 MgO und 12 ZrO2.47.5 SiO 2 , 37.5 Al 2 O 3 , 15 MgO and 12 ZrO 2 .

Eine Reihe von 0,6 cm starken Stäben aus diesem glaskeramischen Material wurde 16 Stunden in ein geschmolzenes Salzbad getaucht, welches bei 790° C gehalten wurde und aus 75% Li2SO4 und 25% K2SO4 bestand. Danach wurde diese Gruppe von Proben entnommen und gereinigt und dann 8 Stunden in einA series of 0.6 cm thick rods made of this glass-ceramic material were immersed for 16 hours in a molten salt bath, which was kept at 790 ° C. and consisted of 75% Li 2 SO 4 and 25% K 2 SO 4 . After that, this group of samples was taken and cleaned and then 8 hours in one

SiO2 49,5 47,5 48 40SiO 2 49.5 47.5 48 40

Al2O3 26 28 34 32Al 2 O 3 26 28 34 32

BaO — — — 16BaO - - - 16

Na2O 17 17 18 12Na 2 O 17 17 18 12

TiO2 TiO 2

As2O3 As 2 O 3

MgO MgO

0,6 cm starke Glasstäbe wurden durch eine entsprechende Wärmebehandlung in den glaskeramischen Zustand übergeführt, wobei eine Nephelinkristallphase in den Gläsern 1 bis 3 und ein Gemisch von Nephelin- und Celsian-Kristallphasen in Glas 4 erzeugt wurde. Die bei jedem Glas angewandte Wärmebehandlung war folgendermaßen:0.6 cm thick glass rods were heat treated in the glass ceramic State, with a nepheline crystal phase in glasses 1 to 3 and a mixture of nepheline and Celsian crystal phases were generated in glass 4. The heat treatment applied to each glass was like this:

1 + 2 mit 200°C/Stunde auf 68O0C; mit 60°C/Stunde auf 1040°C;1 + 2 with 200 ° C / hour to 68O 0 C; at 60 ° C / hour to 1040 ° C;

2 Stunden Halt bei 1040° C; abkühlen mit 200°C/Stunde.2 hours hold at 1040 ° C; cool down at 200 ° C / hour.

3 mit 300°C/Stunde auf 850°C; 4 Stunden Halt bei 85O0C;3 at 300 ° C / hour to 850 ° C; 4 hours hold at 85O 0 C;

mit 300°C/Stunde auf 110O0C; 4 Stunden Halt bei HOO0C; abkühlen im Ofen.at 300 ° C / hour to 110O 0 C; 4 hours hold at HOO 0 C; cool in the oven.

4 mit 300°C/Stunde auf 85O°C; 4 Stunden Halt bei 850°C;4 at 300 ° C / hour to 850 ° C; 4 hours hold at 850 ° C;

mit 300°C/Stunde auf 116O0C; 4 Stunden Halt bei 116O0C; abkühlen im Ofen.at 300 ° C / hour to 116O 0 C; 4 hours hold at 116O 0 C; cool in the oven.

Die so hergestellten glaskeramischen Stäbe wurden dann für die Ionenaustausch-Verfestigungs-Behandlung zu Gruppen zusammengefaßt. Diese Behandlung bestand darin, daß man jede Gruppe in ein geschmolzenes Kaliumsalzbad von einer bestimmten Temperatur und für eine bestimmte Dauer eintauchte, um einen Austausch von Kaliumionen aus dem Salzbad gegen Natriumionen aus den Nephelinkristallen in einer Oberflächenschicht der Stäbe zu bewirken. Innerhalb der einzelnen Gruppen wurde sowohl die Zeit als auch die Temperatur der Behandlung variiert, um den Einfluß solcher Variationen festzustellen. Für Temperaturen von 600° C und darunter wurde ein Kaliumnitratbad (KNO3) verwendet, während fürThe glass-ceramic rods so produced were then grouped for the ion exchange solidification treatment. This treatment consisted of immersing each group in a molten potassium salt bath at a specified temperature and for a specified duration in order to effect an exchange of potassium ions from the salt bath for sodium ions from the nepheline crystals in a surface layer of the rods. Both the time and the temperature of the treatment were varied within the individual groups in order to determine the influence of such variations. A potassium nitrate bath (KNO 3 ) was used for temperatures of 600 ° C and below, while for

höhere Temperaturen ein aus 52% Kaliumchlorid (KCl) und 48°/o Kaliumsulfat (K2SO4) zusammengesetztes Bad genommen wurde.higher temperatures a bath composed of 52% potassium chloride (KCl) and 48% potassium sulfate (K 2 SO 4 ) was taken.

Nach der Salzbehandlung wurde jeder Stab gereinigt und im Taumler abgerieben, bevor der Bruchmodul in der üblichen Weise bestimmt wurde.After the salt treatment, each rod was cleaned and tumbled before the modulus of rupture determined in the usual way.

In der nachfolgenden Tabelle sind die verschiedenen Ionenaustauschbehandlungen, die Nummer der Zusammensetzung, die Salzbadtemperatur (Temperatur), die Behandlungszeit und der durchschnittliche berechnete Bruchmodul (mal 1O+3) für jede Gruppe von Proben zusammengefaßt.The table below summarizes the various ion exchange treatments, composition number, salt bath temperature (temperature), treatment time, and calculated average modulus of rupture (times 10 + 3 ) for each group of samples.

Zuto TemTem ZeitTime Bruchmodul mal 10+3kg/cm2 Rupture modulus times 10+ 3 kg / cm 2 mit Abriebwith abrasion sammentogether peraturtemperature 0,770.77 setzungsettlement 0C 0 C Stundenhours ohne Abriebwithout abrasion 0,770.77 11 1,691.69 0,630.63 T-HT-H 525525 44th 3,593.59 3,093.09 11 525525 1616 3,663.66 0,840.84 T-HT-H 580580 7272 - 0,560.56 22 - - 1,481.48 0,700.70 22 525525 44th 4,224.22 0,840.84 22 525525 1616 4,854.85 6,126.12 33 590590 88th - 5,205.20 33 590590 9696 - 8,658.65 33 730730 88th - 0,700.70 33 775775 88th - 4,014.01 44th 500500 44th - 44th 550550 6464 -

Beispiel 16Example 16

Es wurde eine Reihe von Gläsern zusammengesetzt, welche die früher erwähnten »Kalium«-Kristallformen umfaßte. In diesen Gläsern wurden Natriumoxid und Siliciumoxid in einem ausgewählten Grundglas durch zunehmende Mengen an Kaliumoxid ersetzt. Die Glaszusammensetzungen sind in der nachfolgenden Tabelle in Gewichtsteilen auf Oxidbasis des Gemenges zusammengestellt. Die Tabelle zeigt auch den »x«-Wert für das Kaliumion in der Nephelinkristallphase, welche sich entwickelt, wenn das Glas in den glaskeramischen Zustand übergeführt wird.A series of glasses was put together, which had the "potassium" crystal forms mentioned earlier included. In these glasses, sodium oxide and silicon oxide were passed through in a selected base glass Replacing increasing amounts of potassium oxide. The glass compositions are as follows Table compiled in parts by weight based on oxide of the mixture. The table also shows the "x" value for the potassium ion in the nepheline crystal phase, which develops when the glass is in the glass-ceramic State is transferred.

GG HH II. JJ LL. NN OO UU 47,947.9 47,747.7 47,547.5 47,347.3 46,746.7 46,146.1 45,645.6 45,145.1 34,034.0 34,034.0 34,034.0 34,034.0 34,034.0 34,034.0 34,034.0 34,034.0 18,118.1 17,917.9 17,617.6 17,017.0 15,915.9 14,714.7 13,613.6 12,712.7 0,00.0 0,40.4 0,90.9 1,71.7 3,43.4 5,25.2 6,86.8 8,28.2 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 8,08.0 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,80.8 0,00.0 0,10.1 0,250.25 0,50.5 1,01.0 1,51.5 2,02.0 2,42.4

SiO2 ..
Al2O3 .
Na2O .
K2O ..
TiO2 .
As2O5
χ (Mol)
SiO 2 ..
Al 2 O 3 .
Na 2 O.
K 2 O ..
TiO 2 .
As 2 O 5
χ (mole)

44,644.6

34,034.0

11,811.8

0,6 cm starke Stäbe aus jedem Glas wurden in den glaskeramischen Zustand umgewandelt durch die folgende Wärmebehandlung:Rods 0.6 cm thick from each glass were converted to the glass-ceramic state by the following heat treatment:

KeramikbildungszyklusCeramic formation cycle

Erwärmen auf 8500C mit 300°C/Stunde;Heating to 850 0 C and 300 ° C / hour;

4 Stunden Halt auf 85O°C;4 hours hold at 850 ° C;

erwärmen auf HOO0C mit 300°C/Stunde;warm to HOO 0 C at 300 ° C / hour;

4 Stunden Halt bei 11000C;4 hours hold at 1100 ° C .;

abkühlen im Ofen.cool in the oven.

Danach wurden zwei Gruppen von 10 cm langen Stäben von jeder Zusammensetzung ausgewählt und je eine Gruppe davon wurde jeder der nachfolgenden Ionenaustauschbehandlungen unterworfen:Two groups of 10 cm long rods of each composition were then selected and one group of each was subjected to each of the following ion exchange treatments:

1. 8 Stunden Eintauchen in ein Bad aus geschmolzenem Kaliumnitrat (KNO3) bei einer Temperatur von 5900C;1. 8 hours immersion in a bath of molten potassium nitrate (KNO 3 ) at a temperature of 590 ° C .;

2. 8 Stunden Eintauchen in ein geschmolzenes Bad aus 52% KCl und 48% K2SO4 bei 73O0C.2. 8 hours of immersion in a molten bath of 52% KCI and 48% K 2 SO 4 at 73O 0 C.

Im Anschluß an diese Behandlung wurde jeder Stab gereinigt und im Taumler abgerieben, bevor der Bruchmodul bestimmt wurde. Die berechneten durchschnittlichen Bruchmodule (mal 1O+3) für jede Gruppe sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben:Following this treatment, each rod was cleaned and tumbled before the modulus of rupture was determined. The calculated average modulus of rupture (times 1O +3 ) for each group is given in the table below:

Probesample Badbath Durchschnittlicher
Bruchmodul mal 1O+3
Average
Modulus of fracture times 1O +3
G G 1
2
1
2
0,87
5,17
0.87
5.17
G G 1
2
1
2
0,83
6,87
0.83
6.87
H H T-H CS τ-T-H CS τ- 1,15
4,62
4,10
1.15
4.62
4.10
H H 2
1
2
1
2
1
2
1
11,40
6,13
14,25
6,68
11.40
6.13
14.25
6.68
I I. 22 13,7713.77 I I. 1
2
1
2
1
2
1
2
7,24
13,08
8,70
11,80
7.24
13.08
8.70
11.80
J J 1
2
1
2
8,80
13,91
8.80
13.91
J J L L. L L. N N N N O O O O U U U U W W. W W.

Beispiel 17Example 17

Es wurde ein Glas hergestellt, welches die folgende berechnete Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf Oxidbasis hatte:A glass was produced which had the following calculated composition in percent by weight Oxide base had:

45 SiO2, 40 Al2O3 und 15 Na2O.45 SiO 2 , 40 Al 2 O 3 and 15 Na 2 O.

Es wurden Tafeln gegossen und in rechteckige Stangen von 4,5 · 6 · 120 mm geschnitten, welche in einen glaskeramischen Zustand, der durch eine Carnegieit-Kristallphase gekennzeichnet war, durch die folgende Wärmebehandlung umgewandelt wurden: Sheets were cast and cut into rectangular bars 4.5 x 6 x 120 mm which were cut into a glass-ceramic state characterized by a Carnegieite crystal phase the following heat treatment have been converted:

Erwärmen mit 300°C/Stunde auf 8500C;Heating at 300 ° C / hour to 850 0 C;

4 Stunden Halt bei 85O0C; *54 hours hold at 85O 0 C; * 5

erwärmen mit 300°C/Stunde auf HOO0C;heat at 300 ° C / hour to HOO 0 C;

4 Stunden Halt bei HOO0C;4 hours hold at HOO 0 C;

abkühlen mit der Eigengeschwindigkeit des
Ofens. ao
cool down at the airspeed of the
Furnace. ao

Eine Reihe der so hergestellten glaskeramischen Teststangen wurde in ein geschmolzenes Salzbad eingetaucht, welches aus 52 Gewichtsprozent KCl und 48 Gewichtsprozent K2SO4 bestand. Nach 8 stündigem Eintauchen in dieses Bad bei 5750C wurden die Teststangen entnommen, gereinigt und im Taumler abgerieben, bevor der Bruchmodul bestimmt wurde. Die ionenausgetauschten Testproben hatten einen durchschnittlichen Bruchmodul nach Taumlerabrieb von 2300 kg/cm2. Im Vergleich hierzu hatten unbehandelte glaskeramische Teststangen, die in ähnlicher Weise abgerieben worden waren, einen Bruchmodul nach Abrieb von 1200 kg/cm2.A number of the glass-ceramic test rods produced in this way were immersed in a molten salt bath consisting of 52 percent by weight KCl and 48 percent by weight K 2 SO 4 . After being immersed in this bath at 575 ° C. for 8 hours, the test rods were removed, cleaned and rubbed in a tumbler before the modulus of rupture was determined. The ion-exchanged test samples had an average modulus of rupture after tumbling abrasion of 2300 kg / cm 2 . In comparison with this, untreated glass-ceramic test rods, which had been abraded in a similar manner, had a modulus of rupture after abrasion of 1200 kg / cm 2 .

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Verfestigung eines glaskeramischen Gegenstandes, der als eine ein austausch-1. A method for solidifying a glass-ceramic object, which is used as an exchange 35 bares Alkalimetallion enthaltende Stammkristallphase /J-Spodumen, thermisch stabilen ß-Eucryptit, Nephelin, Carnegieit oder /?-Quarz enthält, dadurch ge kennzeichnet, daß man die Oberfläche des Gegenstandes mit einem Material in Berührung hält, das ein Ion enthält, dessen Ionendurchmesser größer als der des Alkalimetallions der Stammkristallphase ist und das mit jenem austauschbar ist, um größere Ionen und Alkalimetallionen innerhalb einer Oberflächenschicht des Gegenstandes gegeneinander auszutauschen und auf diese Weise Druckspannungen in dieser Oberflächenschicht zu entwickeln. 35 bares alkali metal ion containing stem crystal phase / J-spodumene, thermally stable ß-eucryptite, nepheline, carnegieite or /? - contains quartz, characterized in that the surface of the object is kept in contact with a material which contains an ion whose ion diameter is greater than that of the alkali metal ion of the parent crystal phase and which is exchangeable with the latter in order to exchange larger ions and alkali metal ions within a surface layer of the object with one another and in this way develop compressive stresses in this surface layer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stammkristallphase /?-Spodumen oder thermisch stabiler ß-Eucryptit ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des Gegenstandes mit einem Bad aus geschmolzenem Natriumsalz bei einer Temperatur über 4500C in Berührung hält.2. The method according to claim 1, wherein the parent crystal phase /? - is spodumene or thermally stable ß-eucryptite, characterized in that the surface of the object is kept in contact with a bath of molten sodium salt at a temperature above 450 ° C. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stammkristallphase Lithiumionen enthaltender /5-Spodumen, thermisch stabiler /J-Eucryptit oder /S-Quarz ist, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des Gegenstandes mit einem Bad aus geschmolzenem Kaliumsalz bei einer Temperatur von 550 bis 8000C in Berührung hält.3. The method according to claim 1, wherein the parent crystal phase containing lithium ions / 5-spodumene, thermally stable / J-eucryptite or / S-quartz, characterized in that the surface of the object with a bath of molten potassium salt at a temperature of Keeps 550 to 800 0 C in contact. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaliumsalzbad aus 50 bis 60°/0 KCl und 40 bis 50% K2SO4 besteht.4. The method according to claim 3, characterized in that the potassium salt bath consists of 50 to 60 ° / 0 KCl and 40 to 50% K 2 SO 4 . 5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Stammkristallphase Kalium- und Natriumionen enthaltendes Nephelin ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Kaliumionen zu Natriumionen in der Nephelinkristallphase wenigstens 1:31, vorzugsweise über 1:4, beträgt und man die Oberfläche des Gegenstandes mit geschmolzenem Kaliumsalz in Berührung hält. .5. The method of claim 1, wherein the parent crystal phase is potassium and sodium ions containing nepheline is characterized in that the ratio of potassium ions to sodium ions in the nepheline crystal phase is at least 1:31, preferably more than 1: 4, and the surface of the object in contact with molten potassium salt. .
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