СПОСОБ МАТИРОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА Российский патент 2022 года по МПК C03C15/00 C03C17/09 

Изобретение относится к области матирования объемных изделий из стекла и может быть использовано в стекольной промышленности.

Известен ряд способов матирования объемных изделий из стекла с использованием пескоструйной обработки, недостатками которых являются высокие энергозатраты за счет длительности процесса, низкое качество матирования (неоднородное матирование различных участков стеклоизделий, неравномерный рельеф и градиентное пятно отпечатка абразивной струи).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ матирования сортовой посуды из стекла (рюмки, фужеры), включающий сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета, подачу в плазменную горелку металлической проволоки диаметром 1,0-1,6 мм со скоростью 0,05-0,10 м/с, которая расплавляется до частиц меди (80-1450 мкм) при плазменном напылении на расстоянии 200 - 350 мм от среза плазменной горелки до поверхности стеклоизделия при расходе плазмообразующего газа 20 л/мин и мощности работы плазмотрона 10,5 кВт, снятие трафарета и сортировку готовых изделий [Немец И.И., Крохин В.П., Бессмертный В.С., Силко А.И. Плазменное матирование изделий сортовой посуды // Стекло и керамика, 1983. № 12. С. 8-9].

Недостатками данного способа являются низкое качество матирования объемных изделий из стекла, высокие энергозатраты за счет длительности процесса матирования.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении качества матирования объемных изделий из стекла и снижении энергозатрат за счет ускорения процесса матирования.

Технический результат достигается тем, что способ матирования объемных изделий из стекла включает сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета для декора из тонкой медной фольги, подачу в плазменную горелку медного материала для его плазменного напыления в виде декора на поверхности изделий, самотслоение частиц меди при снятии трафарета для декора из тонкой медной фольги, сортировку готовых изделий, причем в качестве медного материала для подачи в плазменную горелку используется медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимый в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К, кроме того плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве медного материала для подачи в плазменную горелку используется медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимый в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К, кроме того плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин.

Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Проведенный анализ способов декорирования изделий из стекла позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».

В предлагаемом способе расплавленная частица металла менее 224 мкм размягчает поверхностный слой стекла на глубину до 100 мкм и при ударе о поверхность стекла образует неровности с шероховатостью 50-80 мкм. Незначительный разогрев поверхностного слоя стекла не приводит к образованию микротрещин при предварительном подогреве изделия до 573 К.

Высокая производительность матирования осуществляется за счет использования в качестве напыляемого материала медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимого в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, что позволяет проводить равномерное матирование на больших площадях и снижать энергозатраты за счет уменьшения длительности процесса расплавления медного порошка.

Таблица 1

Сопоставительный анализ технологических операций известного и предполагаемого способов

Известный способ Предлагаемый способ Сортировка стеклянного полуфабриката

Обезжиривание поверхности стеклянного полуфабриката

Наложение трафарета из тонкой медной фольги на лицевую поверхность стеклоизделия

Подача проволоки диаметром 1,0-1,6 мм в плазменную горелку со скоростью
0,05-0,10 м/с

Плазменное напыление частиц меди по всей поверхности изделия
(80-1450 мкм)

Снятие трафарета
Самоотслоение частиц меди с элементами декора

Сортировка готовых изделий Сортировка стеклянного
полуфабриката

Обезжиривание поверхности стеклянного полуфабриката

Наложение трафарета из тонкой медной фольги на лицевую поверхность стеклоизделия

Подогрев стеклоизделия отходящим потоком плазмообразующего газа
(30-40 сек)

Подача медного порошка фракцией менее 224 мкм в плазменную горелку

Плазменное напыление частиц меди по всей поверхности изделия
Снятие трафарета
Самоотслоение частиц меди с элементами декора

Сортировка готовых изделий

Таблица 2

Сопоставительный анализ показателей качества и режимов обработки

№
п/п Показатели качества и режимы обработки Ед. изм. Известный способ Предлагаемый способ Напыляемый материал мкм проволока 1000-1600 порошок менее 224 Время напыления 10 см² с 50 5 Состав расплавленных частиц металла мкм 80-1450 менее 224 Светопропускание при толщине стекла 5 мм % 56 60±1,0 Микрошероховатость мм (мкм) 0,2
(200) 0,05-0,08
(50-80) Параметры работы плазмотрона:
- рабочее напряжение
- ток В
А 30-32
350 30-32
250 Расход аргона л/мин 20 15 Расстояние от среза горелки до поверхности изделия мм 200-350 200-350 Скорость подачи проволоки в горелку м/с 0,01-0,110 - Диаметр проволоки мм 1,0-1,6 Расход порошка металла г/с - 2,5-3,5 Изделия для матирования - небольших размеров (рюмки, фужеры, стаканы, бокалы) объемные изделия больших размеров (вазы, блюда, художественные изделия) Объем изделий л 0,1-0,25 3-10

За счет значительной разности ТКЛР (термического коэффициента линейного расширения) металла и стекла происходит при остывании изделия самопроизвольное отслаивание напыленного покрытия. Так, в нашем случае объемное крупное изделие из хрусталя имело ТКЛР 109,4·10^-7 град^-1, а ТКЛР меди – 170·10^-7 град^-1.

Как известно, разность ТКЛР покрытия и подложки не должно превышать 5-10%. При различных ТКЛР покрытия и подложки наблюдается образование самоотслоения покрытия [Химическая технология стекла и ситаллов: Учебник для вузов / М.В. Артамонова, М.С. Асланова, И.М. Бужинский и др. Под ред. Н.М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1983. 432 с.].

Сопоставительный анализ показателей качества и режимов обработки представлены в таблице 2.

За счет значительной разности ТКЛР (термического коэффициента линейного расширения) металла и стекла происходит при остывании изделия самопроизвольное отслаивание напыленного покрытия. Так, в нашем случае объемное крупное изделие из хрусталя имело ТКЛР 109,4·10^-7 град^-1, а ТКЛР меди – 170·10^-7 град^-1.

Как известно, разность ТКЛР покрытия и подложки не должно превышать 5-10%. При различных ТКЛР покрытия и подложки наблюдается образование самоотслоения покрытия [Химическая технология стекла и ситаллов: Учебник для вузов / М.В. Артамонова, М.С. Асланова, И.М. Бужинский и др. Под ред. Н.М. Павлушкина. – М.: Стройиздат, 1983. 432 с.].

В предлагаемом способе образованная на поверхности микрошероховатость 50-80 мкм позволяет создавать тонкое матирование стеклоизделий.

Оптимальные режимы обработки представлены в таблицах 3 и 4.

Таблица 3

Оптимальные параметры матирования

№ Мощность, кВт Расход аргона, л/мин Время напыления на стекло площадью 1 см² Шероховатость, мкм Светопропускание, % 6,5 10 4,0 90 61 15 3,0 100 63 20 5,0 90 62 7,5* 10 3,0 70 59 15* 1,0* 50* 60 20 2,0 60 61 8,5 10 3,0 90 62 15 2,0 80 64 20 4,0 100 63 * - оптимальные варианты

Таблица 4

Оптимальная температура подогрева стеклоизделия

№
п/п Температура подогрева, К Шероховатость, мкм Наличие микротрещин и микросколов Вид матирования 293 200 наличие «морозное» 373 200 наличие «морозное» 473 200 наличие «морозное» 573 50-80 отсутствие тонкое

Пример

В качестве образца (исходного материала) были взяты две хрустальные вазы высотой 350 см и объемом 4,5 л.

Вазы были изготовлены из хрустального стекла следующего химического состава (мас.%):

Pb – 24; SiO₂ – 56,5; K₂O – 14,6; Na₂O – 1,0; B₂O₃ – 1,2;

Al₂O₃ – 0,5; ZnO – 1,8; SO₃ – 0,4; Fe₂O₃ – 0,024.

Термический коэффициент линейного расширения стекла составлял 109,4·10^-7 град^-1 _.

Первая ваза была предназначена для сплошного тонкого матирования всей поверхности. С этой целью ее устанавливали на вращающуюся турнетку, зажигали плазменную горелку ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-8м. Параметры работы плазмотрона составляли: ток – 250 А, расход аргона – 15 л/мин, напряжение – 30 В. В течение 60 секунд производили равномерный обдув горячими плазмообразующими газами вращающейся с частотой 5 с^-1 первой вазы.

Для плазменного напыления использовали медный порошок марки ПМС-Н по ГОСТ 4960-2017 «Порошок медный электрический. Технические условия». ТКЛР меди составлял 170·10^-7 град^-1.

После подогрева производили подачу медного порошка порошковым питателем в плазменную горелку ГН-5р. Производительность напыления составляла 10 см² за 5 секунд. Общая площадь напыления составляла 1483,6 см². Время матирования вазы составило 12 мин.

После самопроизвольного остывания вазы с покрытием за счёт значительных значений ТКЛР покрытия и подложки происходило отслоение покрытия с образованием на поверхности вазы тонкого матирования.

Светопропускание, которое определяли на приборе ПОС-1 составило 60,3%.

На вторую вазу перед матированием с использованием клеящего компонента (клей ПВА) накладывали декоративные элементы из медной фольги. Затем вазу устанавливали на вращающуюся турнетку, подогревали и напыляли порошок меди при режимах, указанных выше.

После самопроизвольного остывания напыленный слой отслаивался от вазы с декоративными элементами из медной фольги. На вазе образовалось шелковистое матирование с прозрачными декоративными элементами.

Изобретение относится к области матирования объемных изделий из стекла и может быть использовано в стекольной промышленности. Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении качества матирования объемных изделий из стекла и снижении энергозатрат за счет ускорения процесса матирования. Способ матирования объемных изделий из стекла включает сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета для декора из тонкой медной фольги, подачу в плазменную горелку медного материала для его плазменного напыления в виде декора на поверхность изделий. При остывании изделий и снятии трафарета происходит самоотслоение частиц меди с образованием матовой поверхности в областях, которые не были закрыты трафаретом. В качестве медного материала в плазменную горелку подают медный порошок фракции менее 224 мкм, с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К. Плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин. 4 табл.

Способ матирования объемных изделий из стекла, включающий сортировку стеклянного полуфабриката, обезжиривание его поверхности и наложение на нее трафарета для декора из тонкой медной фольги, подачу в плазменную горелку медного материала для его плазменного напыления в виде декора на поверхности изделий, самоотслоение частиц меди при снятии трафарета для декора из тонкой медной фольги, сортировку готовых изделий, отличающийся тем, что в качестве медного материала для подачи в плазменную горелку используется медный порошок с фракцией менее 224 мкм, вводимый в плазменную горелку с расходом 2,5-3,5 г/сек, а перед нанесением декора поверхность изделий подогревается отходящим потоком плазмообразующего газа до 573 К, кроме того плазменное напыление осуществляется при мощности работы плазмотрона 7,5 кВт и расходе плазмообразующего газа 15 л/мин.