DE2034393C3

DE2034393C3 - Anwendung des Verfahrens zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines Glases durch Austausch von Natriumionen gegen Kaliumionen auf ein Glas, das verkürzte Austauschzeiten ermöglicht

Info

Publication number: DE2034393C3
Application number: DE2034393A
Authority: DE
Inventors: Morihisa Hara; Hironori Ohta; Yoshiro Suzuki; Michihiko Uemura; Kanagawa Yokohama
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1969-07-10
Filing date: 1970-07-10
Publication date: 1974-08-08
Also published as: GB1322228A; BE753189A; FR2051664B1; DE2034393A1; US3772135A; FR2051664A1; DE2034393B2

Description

liegt unter 5 μπι. Die erzielte maximale Druckspannung ist ebenfalls verhältnismäßig niedrig, denn sie 45 beträgt 1400 kg/cm².

Die Behandlungszeiten für ein aus der öster-

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Verfah- reichischen Patentschrift 265 561 bekanntes Glas sind rens zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines verhältnismäßig hoch und liegen zwischen 6 und Glases durch Austausch von Natriumionen im Glas 64 Stunden.

gegen Kaliumionen von außen bei Temperaturen unter 50 Bei den aus der österreichischen Patentschrift 259153 dem unteren Spannungspunkt bei einem Glas, das in bekannten Silikatgläsern betragen die Austauschzeiten einer verkürzten Austauschzeit von 30 bis 120 Minuten 4 bis 16 Stunden, und bei den aus der belgischen Paeine veränderte Schichtdicke von 30 bis 60 Mikron tentschrift 716 046 bekannten Gläsern kommen eben- und in dieser Schichtdicke eine Druckspannung von falls verhältnismäßig hohe Austauschzeiten zur Anbis 60 kg/mm² ermöglicht. 55 wendung, welche nicht unter 24 Stunden liegen, wobei

Aus dem Aufsatz von K i s 11 e r mit dem Titel die erzielten Schichtdicken verhältnismäßig gering »Stress in Glass Produced by Nonuniform Exchange of sind, nämlich 5 μηι betragen.

Monovalent Ions«, veröffentlicht im Journal of the Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei der

American Ceramic Society, VoI 54, Nr. 2 (Februar Anwendung des Verfahrens der eingangs genannten 1962), S. 59 bis 67, ist ein Verfahren zur Verfestigung 60 Art eine Zusammensetzung zu zeigen, die eine kontinueines Glases durch Ionenaustausch bekanntgeworden, ierliche Weiterverarbeitung des Glases mittels der verbei welchem man das Alkalimetallionen, z. B. Na- schiedenen Tafelglasformverfahren, ζ. B. dem Froutriumionen, enthaltende Glas in Berührung mit einem cault-Verfahren, dem Pennvernon-Verfahren oder dem geschmolzenen Salz kommen läßt, welches andere Pittsburgh-Verfahren, dem Colburn-Verfahren oder Alkalimetallionen, und zwar solche mit einem größeren 65 Fließverfahren, ermöglicht und mit welcher es möglich Ionendurchmesser als die zuerst genannten Ionen be- ist, durch kurzfristig verlaufenden Ionenaustausch dem sitzt. Auf Grund des Ionenaustausches entsteht eine Glas eine ausreichende Festigkeit zu verleihen. Ins-Druckspannungsoberflächenschicht auf dem Glas. besondere sollen die Zähigkeit und Entglasungs-

Charakteristiken mit den für die Verformarbeitsgänge von üblichem Tafelglas festgesetzten Bedingungen übereinstimmen.

Das Glas soll innerhalb folgtuder Bereiche des Viskositätsbezugspunktes und der Liquidustemperaiur liegen:

Untere Spannungstemperatur

(unterer Kühlpunkt) 450 bis 500⁰C

Verarbeitungstemperatur 980 bis 1150⁰C

Liquidustemperatur unter 1100° C.

Die untere Spannungstemperatur ist auf eine Zähigkeit des Glases von 10¹⁴·⁵ Poise bezogen. Die Verarbeiiungstemperatur ist diejenige Temperatur, bei welcher die Viskosität des Glases 10⁴ Poise beträgt. Hinsichtlich der Liquidustemperatur wird auf »Handbook of Glass Manufacture« von F. V. To ο ley, Ogden Publishing Company, New York 1953, S. 41 bis 45, Bezug genommen.

Überraschenderweise zeigt es sich nun nach ausgedehnten Versuchen, daß Glas, welches diese Bedingungen erfüllt und trotzdem durch eine kurzzeitige Ionenaustauschbehandlung ausreichend verfestigt werden kann, gemäß der Erfindung herstellbar ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dementsprechend durch ein Glas der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsprozent gelöst:

60 bis 75 SiO₂;
4 bis 15 AI₂O₃;
0 bis 3 TiO₂;

0 bis 3 ZrO₂,

wobei die Gesamtmenge von SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ und ZrO₂ 70 bis 82 der Glasmischung ausmacht;

4 bis 10 K₂O;
8 bis 15 Na₂O;

1 bis 8 RO,

und zwar O bis 8 MgO, O bis 8 ZnO und O bis 2 CaO, PbO, BaO, SrO sowie O bis 4 B₂O₃,

wobei die Gesamtmenge an SiO, AI₂O₃, TiO₂, K₂O, RO und B₂O₃ wenigstens 98 der Glasmischung ausmacht.

Das auf der Basis der obengenannten Zusammensetzung hergestellte Glas wird einer Ionenaustauschbehandlung unterworfen, bei der die im Glas enthaltenen Natriumionen durch Kaliumionen ersetzt werden, welche in einem geschmolzenen Salz, das sich in Berührung mit dem Glas befindet, enthalten sind. Auf diese Weise wird das Glas verfestigt.

Die Zeichnungen dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine Viskositätskurve, welche den Niedertemperaturbereich für das nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde Glas und für ein Fließg'as zeigt. Die vertikale Achse gibt den Logarithmus der Viskosität in Poise für beide Kurven an, während auf der horizontalen Achse der Reziprokwert der absoluten Temperatur in ⁰K angegeben ist.

F i g. 2 zeigt die den Hochtemperaturbereich für die beiden Glasarten definierende Viskositätskurve an. Die vertikale Achse zeigt wieder den Logarithmus der Viskosität in Poise für beide Kurven. Auf der horizontalen Achse ist die Temperatur in ⁰C angegeben.

Die Gründe für die Einhaltung der angegebenen Grenzen hinsichtlich der Zusammensetzung des gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Glasartikels sind folgende:

Ein übermäßiger oder ungenügender Gehalt von SiO₂ führt leicht zu einer Entglasung des Glasartikels und macht die Formarbeit bei der Herstellung eines ίο Tafelglases schwierig. Wenn der Gehalt zu hoch ist, wird die Viskosität des Glases ebenfalls hoch, d. h., das Glas wird hart. Die Schmelz- und Formeigenschaften des Glases werden verschlechtert. Vom Standpunkt der Geschwindigkeit des lonenaustausches soll jedoch der SiO,-Geha!t so groß als möglich sein. Auf der Basis dieser Überlegungen sollte der SiO₂-Gehalt in einen Bereich von 60 bis 75 Gewichtsprozent fallen.

Obwohl ein Al₂O₃-GehaIt über 4 Gewichtsprozent hinaus die Ionenaustauschgeschwindigkeit steigert, ao bewirkt ein Gehalt über 15 Gewichtsprozent, daß das Glas leicht entglast. Weiterhin steigt die Viskosität desselben.

Die Einführung des TiO₂ macht das Glas weich. Eine zu große Menge desselben bewirkt jedoch, daß das Glas leicht farbig wird. ZrO₂ wirkt im Sinne einer Verhinderung der Entglasung des Glases, wenn es in kleiner Menge verwendet wird. Wenn jedoch der ZrO₂-Gehalt groß ist, bewirkt er, daß Kristalle desselben in dem Glas ausfallen. Dementsprechend sollte der Gehalt von TiO₂ und ZrO₂ je 3 Gewichtsprozent nicht überschreiten.

Der Gesamtanteil von SiO₂, ΑΙ_ΕΟ₃, TiO₂ und ZrO₂ sollte in den Bereich von 70 bis 82 Gewichtsprozent der Glasmasse vom Standpunkt der Entglasungsfestigkeit, der Zähigkeitscharakteristiken, der Schmelz- und Formeigenschaften und des lonenaustauschverfestigungseffektes des Glasartikels fallen.

K₂O wirkt hinsichtlich einer Steigerung der Ionenaustauschgeschwindigkeit. Eine zu große Menge desselben steigert jedoch die Viskosität des Glases. Von diesem Standpunkt aus sollte der K₂O-Gehalt in den Bereich von 4 bis 10 Gewichtsprozent fallen.

NaO₂ ist der Lieferant der im Verlauf der Ionenaustauschreaktion auszutauschenden Natriumionen. Wenn der Gehalt desselben 15 Gewichtsprozent übersteigt, wird die Zähigkeit des Glases vermindert, und dementsprechend wird auch die Entspannungstemperatur niedriger. Dies bewirkt, daß die auf der Oberfläche des Glasartikels durch den Ionenaustausch erzeugte Druck spannung während der Behandlung desselben wieder nachläßt. Auf der anderen Seite, wenn der Gehalt an Na₂O unter 8 Gewichtsprozent liegt, verschlechtern sich die Schmelz- und Formeigenschaften des Glasartikels proportional zu einem Ansteigender Viskosität des Glases. Außerdem neigt der Glasartikel zu einer Entglasung.

Als RO, das bedeutet zweiwertige Metalloxide, können MgO, ZnO, CaO, PbO und SrO verwendet werden. Wenn eines dieser Metalloxide in einer größeren Menge als 1 Gewichtsprozent verwendet wird, verbessern sich die Schmelzeigenschaften des Glasartikels. Weiterhin kann auf diese Weise die Viskositätskurve so eingeregelt werden, daß sie gute Glasverarbeitung anzeigt. Wenn jedoch der Gehalt über 8 Gewichtsprozent liegt, dann steigt die Liquidustemperatur des Glases an. Die Viskositätskurve beginnt fast parallel zur vertikalen Achse zu verlaufen. Dies bedeutet, daß die VerformunEsarbeitseänge sehr schwierig werden,

verbunden mit einer Verringerung der Ionenaustausch- derartiges Bad besteht im wesentlichen aus Kaliumgeschwindigkeit. Von allen RO's sind MgO und ZnO nitrat oder Kaliumsulfat oder einer Mischung derden anderen RO's hinsichtlich der Steigerung der selben. Zufriedenstellende Ergebnisse werden ebenfalls Ionenaustauschgeschwindigkeit überlegen. MgO und/ erzielt, wenn eine Paste auf die Oberfläche des Glasoder ZnO können in dem Glasartikel in einer Menge 5 artikels aufgetragen wird, welche aus einer Mischung von 1 bis 8 Gewichtsprozent enthalten sein. Wenn eines inerten Festmaterials, z. B. eines Tons, und eines andere RO's, d. h. CaO, PbO, BaO und SrO, in einer Kaliumsalzes besteht, und wenn anschließend der Ar-Menge von über 2 Gewicntsprozent im Gegensatz tikel erhitzt wird.

hierzu verwendet werden, dann verringert sich die Die Behandlungstemperatur hängt von der Zusam-

Ionenaustauschgeschwindigkeit. 10 mensetzung des Glasartikels, insbesondere von der

B₂O₃ dient zur Steuerung der Viskosität des Glases, unteren Entspannungstemperatur desselben, ab, d. h.,

ohne daß es eine extreme Erhöhung der Liquidus- die Temperatur soll in einem Bereich liegen, welcher

temperatur des Glases bewirkt. Wenn jedoch der unterhalbder unteren Entspannungstemperatur,jedoch

B₂O₃-Gehalt 4 Gewicntsprozent überschreitet, neigt oberhalb etwa 35OC liegt. Vorzugsweise bleibi man

das Glas dazu, inhomogen zu werden. Die Ent- ₁₅ um 3Ü bis 50' C unter der unteren Entspannungs-

spannungstemperatur sinkt ebenfalls ab, mit dem temperatur des Glases.

Ergebnis, daß der Effekt der lonenaustauschverfesti- Die Stärke der Ionenaustauschschicht nimmt etwa

gung ebenfalls wieder verringert wird. proportional der Quadratwurzel der Behandlungszeit

Die Gesamtmenge der aufgeführten Komponenten zu. Es sei jedoch bemerkt, daß die in der Glasoberlläche

sollte wenigstens 98 Gewichtsprozent der Glasmischung ₂₀ entstehende Druckspannung wieder nachläßt, wenn

betragen. die optimale Behandlungszeit überschritten wird.

Obgleich Li₈O eine Verbesserung der Schmelz- und Dementsprechend ist eine zu lange Behandlung nicht

Formeigenschaft des Glasartikels bewirkt, neigt der wirtschaftlich. Die bevorzugte Zeitspanne reicht von

Glasartikel jedoch — wenn es über 2 Gewichtsprozent etwa 30 Minuten bis 2 Stunden. In diesem Fall beträgt

verwendet wird — dazu, leicht zu entglasen. Aus 25 die Stärke der Ionenaustauschschicht 30 bis 60 Mikron,

diesem Grund sollte der Li₂O-Gehalt vorzugsweise Die Druckspannung liegt bei 40 bis 60 kg/mm²,

höchstens 1 Gewichtsprozent betragen. Bei der Ionenaustauschbehandlung werden die in

In den Glasartikeln sind im allgemeinen eine geringe der Oberflächenschicht des Glasartikels vorliegenden Menge von Nebenkomponenten enthalten, die von Natriumionen durch Kaliumionen ersetzt.
Verunreinigungen, von Reinigungsmitteln oder von 30 Je höher der in dem Glasartikel erzielte Druck-Faibstoffen stammen, wie sie in den Rohmaterialien spannungswert und je größer die Stärke der Druckunvermeidbar enthalten sind. Wenn der Anteil dieser Spannungsoberflächenschicht ist, desto größer wird Nebenkomponenten zu hoch ist, werden die Eigen- auch der durch die lonenaustauschreaktion erzielte schäften des Glases in großem Ausmaß modifiziert. Verfestigungseffekt.

Dementsprechend sollte der Anteil der Nebenkompo- 35 Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich,

ncntcn so niedrig wie möglich gehalten werden. So eine Druckspannungsoberflächenschicht von über

sollte beispielsweise der Anteil von F, As₂O₃ und Sb₂O₃ 30 Mikron Stärke mit einer Druckspannung höher

vorzugsweise jeweils nicht über 1 Gewichtsprozent als 40 kg/mm² auf dem Glasartikel zu erzielen, obwohl

liegen. Der Gesamtanteil der Nebenkomponenten man für die Durchführung der Ionenaustauschbehand-

sollte höchstens 2 Gewichtsprozent betragen. 40 lung lediglich eine kurze Zeitspanne von etwa 30 Minu-

Der die obengenannte Zusammensetzung auf- ten bis höchstens 60 Minuten benötigt,
weisende Glasartikel wird in üblicher Weise hergestellt, Das gemäß der vorliegenden Erfindung zu behanindem eine Charge bereitet wird, die eine Mischung der delnde Glas wird kontinuierlich in ein Flachglasband Rohmaterialien in dem erwünschten Verhältnis ent- oder zu einer Tafel mittels eines üblichen Tafelglashält. Die Charge wird geschmolzen. Das geschmolzene 45 formverfahrens verformt. Eine einzelne Glastafel, Glas wird geläutert und homogenisiert. Anschließend welche durch eine Ionenaustauschbehandlung gemäß wird dem geschmolzenen Glas die erwünschte Form der vorliegenden Erfindung verfestigt wurde, eignet gegeben. Wenn erforderlich, kann der geformte Glas- sich besonders gut für Sicherheilsfensterglas, insbesonartikel zuerst abgeschreckt werden, bevor er einer dere für Transportzwecke, also für Kraftfahrzeuge, Ionenaustauschbehandlung unterworfen wird. Da das 50 Flugzeuge und Gebäude. Eine derartige Einzeltafel gemäß der vorliegenden Erfindung zu behandelnde kann jedoch auch mit einer nicht verfestigten Glastafel Glas die zuvor angegebene Temperatur-Zähigkeits- oder mit einer Glastafel, die entweder durch physikacharakteristik und die Liquidustemperatur besitzt, lisches Tempern oder durch Ionenaustausch verfestigt kann es in Tafelglas entsprechend einem üblichen ist, zu einem Verbundglas verarbeitet werden. Das kontinuierlich verlaufenden Tafelglasherstellungsver- 55 Verfahren gemäß der Erfindung ist nicht auf ein Flachfahren verwendet werden. Die Glastafel kann einer gals oder Tafelglas beschränkt, sondern kann mit geeigneten Ionenaustauschbehandlung unterworfen gleicher Wirksamkeit zur Behandlung von beliebigen worden, nachdem sie in die gewünschte Form gebogen anderen Glasartikeln verwendet werden,
ist. Dieses Biegen wird beispielsweise erforderlich, . .
wenn die Glastafel als Sicherheitsglas für die Front- 60 b e 1 s ρ 1 e 1 1
und Rückscheiben von Kraftfahrzeugen Verwendung Es wurden entsprechend der folgenden Aufstellung 1 finden soll. acht Glasproben hergestellt, weiche je eine andere Zu-

Zur Durchführung der Ionenaustauschbehandlung sammensetzung hatten. Dabei wurden zuerst die Rohwird der Glasartikel, z. B. die Glastafel, in ein schmelz- materialien, nämlich Silicasand, Kaliumcarbonat, flüssiges Salzbad eingetaucht, das Kaliumionen enthält 65 Magnesiumcarbonat, Borax, Lithiumcarbonat, FeId- und welches auf einer entsprechend hohen Temperatur spat, Aluminiumoxyhydrat, Borsäure, Petalit u. dgl., in gehalten wird, die jedoch nicht die untere Entspan- den erforderlichen Mengen zwecks Erzielung der genungstemperatur des Glases überschreiten darf. Ein wünschten Glaszusammensetzung gemischt. Anschlie-

IJcnd wurde die Mischung /um Schmelzen gebracht, d. h., die Charge wurde in einen SOO-ccm-Platinticgcl eingefüllt und in einem elektrischen Ofen etwa 10 Stunden auf 1500"C erhitzt.

Anschließend wurde die Schmelze zu einer Glasscheibe gepreßt, die in Proben mit den Abmessungen 10· K)-0,2 cm zerschnitten und mittels eines loncnaustausches behandelt wurde.

Aufstellung

Ci lasprobe	SiO...	AI₂O₁₁ j ZrO.,	1	(il;is/.i!-ammcnsct7uni; Gewichtsprozent	TiO,	I i.O	Na₂O	K,O	MgO	ZnO	n,o_:1
Nr.	74	5				12	5	4
1	f>1	10				14	7	8
2	66	15			0.4	12	4		2,6
3	62	10		1		9	9	4	4
4	65,1	10		0.4	11	7,5	2		4
5	62	11			9,5	9,5		8
6	67	K)			13,3	5,7		4
7	70	4			12	ft	6	2
8

Anschließend wurden die untere Enlspannungs- In der folgenden Aufstellung 3 sind die Ionenaustemperatur und die Verarbeitungstemperatur und die 25 tauschbehandlungszeil, die Temperatur und der Druck-Liquidustcmpcratur bei jeder der Proben bestimmt. spannungswert der verfestigten Glasoberfläche und

Die Ergebnisse sind in der folgenden Aufstellung 2 zusammengestellt.

Aufstellung 2 ebenfalls die Stärke der Druckspannungsschicht angegeben.

Hinsichtlich der Viskositätskurve der Glasprobe Nr. 5 gemäß Aufstellung 1 wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen.

	Viskositätsl	lezugspunkt	Liquidustcmpcratur
Glas	untere Ent-	Ver-
probe	spannungs-	arbcilungs-
	lcmpcratur	tctnperatur	C
Nr.	"C	C	keine Entglasung
1	480	1130	1030
2	530	1120	keine Entglasung
3	490	1060	1000
4	530	1110	keine Entglasung
5	470	1070	keine Entglasung
6	520	1140	keine Entglasung
7	470	1070	keine Entglasung
8	820	1120

Aufstellung 3

35

40

45

Die Liquidustempcratur wurde gemessen, indem ein Glasstab 15 Stunden lang in einem elektrischen Ofen mit einem Temperaturgradienten von 900 bis 1050⁰C gehalten wurde. Es wurde die Maximaltemperatur abgelesen, bei der sich eine Entglasung zeigte. Der Hinweis »keine Entglasung« in der obigen Aufstellung, rechte Kolonne, bedeutet, daß nach I5stündigem Erhitzen des Glases auf 900 bis 1050"C keine Entglasung beobachtet werden konnte. Wenn jedoch keine Entglasung in einem Ausmaß auftritt, das mittels eines Mikroskops beobachtbar ist, bedeutet dies, daß der Glasartikel eine Liquidustempcratur unter 900°C hat oder daß der Glasartikel eine extrem niedrige Entglasungsgeschwindigkeit besitzt, so daß er dementsprechend in der Praxis nicht enlglast.

Zur Durchführung der loncnauslauschbehandlung wurde jedes Glasscheibenprobeslück in ein Bad von geschmolzenem Kaliumnitrat (KNO₃) eingetaucht, das entweder auf 430 oder auf 450 C eine Stunde lang gehalten wurde. Anschließend wurde die Glasschcibcnprobc dem Bad entnommen und in Wasser gewaschen.

Glas-	Bchandlungs- bedirmunEcn	Tempe	Zeit	Druck	Stärke der Druck-
probe		ratur	(Stun	spannungs-	spannungs-
		CC)	den)	wert	obcrflächcn-
	Salzbad	450	1		schicht
Nr.		450	1	(kg/mm^!)	(in Mikron)
1	KNO.,	450	1	45	40
2	KNO₃	450	1	60	30
3	KNO₃	450	1	50	40
4	KNO.,	430	1	60	40
5	KNO.,	450	1	45	40
6	KNO₃	450	1	55	40
7	KNO₃		40	40
8	KNO₁	55	30

Zum Vergleich ist in den F i g. 1 und 2 außer der Viskositätskurve des Glasartikels gemäß der Erfindung ebenfalls diejenige für eine flache Glasscheibe oder ein Floatglas angegeben, wie es handelsmäßig üblich und entsprechend einem Flußglasverfahren hergestellt ist. Die Zusammensetzung des Flußglases ist folgende:

Gewichlsprozeni

SiO₂ 72 2

Al₂O₃ '.'.'. U

CaO 7_i3

MgO 38

Na₂O ₁₃₇

K₂O 0,7

SO₃ 0,3

|-e₂O_:, o.l

TiO₂ 0,1

409 632/301

Die Liqiiidustemperalur des Glases beträgt 970^JC.

Aus den F i g. 1 und 2 ist ersichtlich, daß das gemäß dem Verfahren der vorliegenden Frlindung behandelte Glas Temperatur-Viskositätscharaktcristiken hat, die sehr ähnlich denjenigen einer üblichen Glasscheibe oder einer Glasplatte sind.

Beispiel 2

Ein Glasartikel, welcher eine Zusammensetzung, wie in Aufstellung 1 Nr. 5 angegeben, halle, wurde nach und nach in einem kleinen Glasschmclzlank geschmolzen. Anschließend wurde eine Glasscheibe aus dem geschmolzenen Glas mittels eines Fourcault-Verfahrens geformt. Als Ergebnis zeigte es sich, daß die so erzielte Glasscheibe keinerlei Defekte entwickelt, wie z. B. Entglasung, Schlieren, Kornbildung, wie dies beispielsweise der Fall wäre, wenn das Glas mittels eines üblichen Glasscheibenziehverfahrens hergestellt worden wäre, und daß weiterhin die Glasscheibe eine ausgezeichnete Oberflächenqualität halte. Die so hergestellte Glasscheibe wurde dann durch eine Ionenaustauschbehandlung, wie im Beispiel 1 beschrieben, verfestigt.

B e i s ρ i e 1 3

Von einem Glas, welches die in Aufstellung 1 Nr. 5 angegebene Zusammensetzung hatte, wurde eine Glasscheibe mit den Abmessungen 30 · 30 · 0,2 cm geschnitten. Mittlerweile wurde ein Floatglas mit den Abmessungen 30 · 30 ■ 0,3 cm hergestellt. Anschließend wurden die beiden Glasscheiben in eine Verbundglasscheibe gebogen. Die Oberfläche der Glasscheibe, welche die Zusammensetzung entsprechend Aufstellung 1 Nr. 5 hatte, wurde anschließend durch einen Ionenaustausch in derselben Weise, wie im Beispiel 1 angegeben, verfestigt, und zwar nach der Laminierung mit der Floatglasschcibe. Zwischen den beiden Glasscheiben befand sich zum Zwecke der Bindung derselben ein Polyvinylbutyrallilm.

Die mechanische Festigkeit des so hergestellten Verbundglases wurde geprüft und in folgender Weise gemessen:

Auf eine Stahlplatte, weicheein Loch mildem Durchmesser von 200 mm hatte, wurde ein Gummiring mit

ίο einer Stärke von 2 mm gelegt. Daraufhin wurde die /u prüfende Verbundglasschcibe angeordnet, und zwar so, daß die verfestigte Glasscheibe unten lag. Auf die Mille der Vcrbundglasscheibe wurde nach unten ein Stahlstcmpel gestoßen, welcher einen Durchmesser von 50 mm besaß, und zwar in halbsphärischer Form an dem abliegenden Ende. Die so auftreffende konzentrierte Belastung wurde so weit erhöhl, bis die Glasscheibe zu Bruch ging. Anschließend wurde die Spannung der Glasscheibe im Augenblick der Zerstörung derselben mittels eines Spannungsmessers gemessen. Wenn die Spannung κ ist, der Youngsche Modulus E. das Poissonsche Verhältnis γ, die Bruchspannung i). dann ergibt sich folgende Formel:

1-y

Wenn die Bruchbelastung der Verbundglasscheibe in der oben angegebenen Art und Weise gemessen wird, dann ergibt sich, daß sie 70 kg/mm² beträgt.

Im Vergleich dazu beträgt die Bruchspannung einer Verbundglasscheibe, die aus zwei nicht verfestigten Glasscheiben mit einer Dicke von 2 und 3 mm besteht, 10 kg/mm².

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Dieses Verfahren liefert eine hohe Druckspannung Patentansprüche: auf der Oberfläche des Glases und dient dement sprechend der Verbesserung der mechanischen Festig-

1. Anwendung des Verfahrens zur Erhöhung keit desselben. Wenn jedoch das Verfahren auf der mechanischen Festigkeit eines Glases durch 5 übliches Tafelglas, und zwar auf Natronkalkglas, z. B. Austausch von Natriumionen im Glas gegen auf Fensterglas, gezogenes Glas, Fließglas, gewalztes Kaliumionen von außen bei Temperaturen unter Glas oder Plattenglas, angewendet wird, verläuft der dem unteren Spannungspunkt bei einem Glas, Ionenaustausch außerordentlich langsam. Zur Erziedas in einer verkürzten Austauschzeit von 30 bis lung einer Ionenaustauschschicht mit einer Stärke von 120 Minuten eine veränderte Schichtdicke von io 30 bis 40 Mikron benötigt man eine sehr lange Zeit-30 bis 60 Mikron und in dieser Schichtdicke eine spanne, etwa 15 bis 20 Stunden. Es ist möglich, die Druckspannung von 40 bis 60 kg/mm² ermöglicht 30 bis 40 Mikron benötigt man eine sehr lange Zeit- und das gekennzeichnet ist durch Stärke der Ionenaustauschschicht entweder durch Verfolgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: längerung der Behandlungszeit oder durch Erhöhung

15 der Behandlungstemperatur zu steigern. Jedes dieser

60 bis 75 SiO₂; beiden Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die

4 bis 15 Al₂O₃; Festigkeit des Glases auf Grund des Nachlassens der

0 bis 3 TiO₂; Druckspannung wieder verringert wird.

0 bis 3 ZrO₂, Aus der britischen Patentschrift 917 388 ist ein

ao Ionenaustauschverfahren bekannt, bei dem verhältnis-

wobei die Gesamtmenge von SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ mäßig lange Behandlungszeiten, nämlich bis zu 18 Stun- und ZrO₂ 70 bis 82 der Glasmischung ausmacht; den zur Anwendung kommen und die erzielten Austauschschichtdicken verhältnismäßig niedrig sind,

4 bis 10 K₂O; nämlich zwischen 3,7 und 15,6 μηι.

8 bis 15 Na₂O; as Aus der Patentschrift Nr. 58 161 des Amtes für

1 bis 8 RO, Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin ist es be

kannt, in einem durchlaufenden Floatglasband Metall

und zwar 0 bis 8 MgO, 0 bis 8 Z_nO und O bis 2 CaO, einzulagern. Die Oberflächen des Glases werden hierzu PbO, BaO und/oder SrO sowie O bis 4 B₂O₃, mit einem geschmolzenen Metall in Berührung ge-

30 bracht, wobei dieses geschmolzene Metall als Elektrode

wobei die Gesamtmenge an SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, benutzt wird. Die Metallionen wandern in das Glas-ZrO₂, K₂O, RO und B₂O₃ wenigstens 98 der Glas- band hinein, und aus dem Glasband wandern Alkalimischung ausmacht. ionen ab. Durch dieses elektrolytische Verfahren wer-

2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- den im wesentlichen die optischen Eigenschaften von kennzeichnet, daß der innere Teil des Glases 35 Glasoberflächen verändert, insbesondere wird durch außerdem bis zu 2 Gewichtsprozent Li₂O enthält. ein derartiges Verfahren dem Floatglasband eine

3. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch ge- Färbung verliehen.

kennzeichnet, daß die Stärke der Druckspannungs- Aus der österreichischen Patentschrift 255 048 sind

schicht wenigstens 30 Mikron beträgt und daß der zwar verhältnismäßig geringe Behandlungszeiten be-Druckspannungswert bei wenigstens 40 kg/mm² 40 kannt, nämlich 5 bis 40 Minuten, die erzielten Ionenliegt. austauschschichten übersteigen hierbei jedoch 10 μπι

nicht. Die normale Dicke der Ionenaustauschschicht