Способ изготовления фильеры для вытягивания изделий из расплава электровакуумного стекла Российский патент 2024 года по МПК C03B37/08 

Область техники

Изобретение относится к производству изделий из стеклообразных материалов, используемых в оптике, теплотехнике, приборостроении, оптической и электронной промышленности, а именно к лазерной технике, в частности к технологии изготовления фильер.

Уровень техники

Известны фильеры для вытягивания стеклянных изделий, имеющие различные геометрические формы и изготовленные из различных материалов.

Известна фильера для вытягивания стекловолокна в виде пластины с плоской нижней поверхностью со сквозными отверстиями, на нижней поверхности пластины выполнены по крайней мере две группы параллельных канавок, причем канавки одной группы пересекаются с канавками другой группы с образованием участков, в каждом из которых выполнено одно отверстие (см. см. авт. св-во SU 1061696, МПК C03B 37/08, опубл. 15.12.1983).

Известна фильерная пластина для вытягивания стеклянного волокна, для производства которой требуется придать нестандартную форму входной поверхности канала фильеры (см. авт.св-во SU 1554293, МПК C03B 37/08, опубл. 10.08.2016)

Недостатком является трудоемкость ее изготовления.

Известно изготовление фильеры для вытягивания стеклянных стержней из жаропрочного, химически стойкого нержавеющего сплава, например 12Х18Н10Т (см. патент на изобретение RU 2618245, МПК C03B 37/08, опубл. 03.05.2017).

Однако вследствие слабой стойкости выбранного материала для изготовления фильеры, к расплаву перерабатываемого электровакуумного стекла возможно получение большого количества бракованной продукции.

Существуют способы дополнительной обработки металлов и сплавов для повышения их стойкости к агрессивным средам путем получения на их поверхности защитного оксидного слоя, используя точный индукционный нагрев заготовок либо нанесение на поверхность дополнительного защитного слоя путем напыления (см. патенты на изобретение RU 2551037; RU 2772538; RU 2689485).

Недостатком данных способов является трудоемкость процесса, а также их низкая производительность.

Раскрытие сущности

Технической проблемой является разработка способа изготовления фильер химически нейтральных к расплаву электровакуумных стекол.

Технический результат заключается в снижении брака при изготовлении изделий из электровакуумного стекла за счет повышения коррозионной стойкости фильер по отношению к расплаву стекломассы.

Указанный технический результат достигается тем, что способ изготовления фильеры для вытягивания изделий из расплава электровакуумного стекла включает изготовление заготовки с требуемой наружной и внутренней геометрией, при этом в качестве материала для заготовки выбирают аустенитную доэвтектоидную коррозионно-стойкую нержавеющую сталь, которую предварительно подвергают термической обработке в муфельной печи с нагревом до температуры 1100°С со скоростью 400 - 700°С в час, и дальнейшей выдержкой на данных температурах в течение 2,5-3,5 часов, с плавным охлаждением изделия вместе с печью со скоростью 50-150°С в час.

Способ осуществляется следующим образом.

Предлагается в качестве материала для изготовления фильер выбрать аустенитную, доэвтектоидную нержавеющую сталь, изначально обладающую высокой коррозионной устойчивостью с максимальной рабочей температурой не менее чем 600°С.Лист из такой стали холоднокатанный без дополнительной механической и химической обработки толщиной 2-3 мм раскраивают при помощи лазера на заготовки с необходимыми наружной и внутренней геометрией и размерами. При необходимости, доработывают полученную заготовку с использованием токарного или фрезерного станка.

Затем полученную заготовку помещают в муфельную печь при комнатной температуре и нагревают до температуры 1100°С со скоростью 400 - 700°С в час, с дальнейшей выдержкой при данных температурах в течение 2,5-3,5 часов, а затем плавно охлаждают изделие вместе с печью со скорость 50-150°С в час. После проведения данной дополнительной термической обработки заготовок на поверхности фильеры формируется оксидный слой, повышающий коррозионную стойкость фильеры при контакте с расплавом электровакуумного стекла.

Вышеуказанные режимы термической обработки позволяют на поверхности вышеуказанной стали создать защитную оксидную пленку, обладающую высокой адгезией, микротвердостью и однородной структурой, за счет чего уменьшается химическое взаимодействие между расплавом стекла и основной поверхностью стали, а также улучшает «прилипание» расплавленной стекломассы к поверхности, что дополнительно изолирует возможные очаги коррозии.

Пример №1.

Была изготовлена партия фильер из аустенитной доэвтектоидной нержавеющей коррозионно-стойкой стали, толщиной 2 мм, с наружным размером 100 мм и внутренним размером 42,5 мм, путем раскроя листа с использованием лазера, в количестве 5 штук. Данная партия была термически обработана в муфельной печи на следующих режимах: нагрев со скоростью 700°С в час до температуры 1100°С, была выдержана в течение 3,5 часов при данной температуре, а затем охлаждалась при закрытой печи со скоростью 150°С в час. Оценка качества поверхности фильеры проводилась при помощи микроскопа с увеличением в 1000 раз, микротвердомера, а также адгезионной способности поверхности при помощи метода лежачей капли.

Затем данная партия фильер была использована при переработке различных блоков электровакуумного стекла в готовую продукцию: С93-1 - 1 фильера; С52-1 - 2 фильеры; С93-3 - 2 фильеры.

Результат:

Количество брака на изделии, из-за фильеры, по сравнению с фильерами изготовленными из жаропрочной стали 12Х18Н10Т снизилось: С93-1 - в 2 раза; С52-1 - в 3 раза; С93-3 - в 2 раза.

Пример №2

Была изготовлена партия фильер из аустенитной доэвтектоидной нержавеющей коррозионно-стойкой стали, толщиной 3 мм, с наружным размером 100 мм и внутренним размером 42,5 мм, путем раскроя листа с использованием лазера, в количестве 4 штук. Данная партия была термически обработана в муфельной печи на следующих режимах: нагрев со скоростью 400°С в час до температуры 1100°С, была выдержана в течение 2,5 часов при данной температуре, а затем охлаждалась при закрытой печи со скоростью 50°С в час. Оценка качества поверхности фильеры проводилась при помощи микроскопа с увеличением в 1000 раз, микротвердомера, а также адгезионной способности поверхности при помощи метода лежачей капли.

Измеренные показатели соответствовали измерениям из примера №1 с погрешностью 2%.

Затем данная партия фильер была использована при переработке различных блоков электровакуумного стекла в готовую продукцию: С93-1 - 1 фильера; С52-1 - 1 фильеры; С93-3 - 2 фильеры.

Результат:

Количество брака на изделии, из-за фильеры, по сравнению с фильерами, изготовленными из жаропрочной стали 12Х18Н10Т снизилось: С93-1 - в 2,5 раза; С52-1 - в 3 раза; С93-3 - в 2 раза.

Пример №3

Образцы аустенитной доэвтектоидной нержавеющей коррозионно-стойкой стали толщиной 2; 2,5; 3 мм, помещались в муфельную печь как минимум на 4 различных вариациях режимов термической обработки (находящихся в вышеуказанном температурно-временном интервале) и проводились замеры микротвердости, адгезионной способности, а также визуальная оценка структуры поверхности. Получившиеся замеры соответствовали проведенным замерам из примера №1 и №2 с погрешностью+-2,5%.

Пример №4

Образцы аустенитной доэвтектоидной нержавеющей коррозионно-стойкой стали толщиной 2; 2,5; 3 мм, помещались в муфельную печь, после чего термически обрабатывались при следующих режимах, выходивших за рамки вышеуказанных.

Так при нагреве образца со скоростью ниже 400°С в час наблюдалась разнородность поверхности образца по измеряемым параметрам.

При выдержке образца на заданной температуре более 4 часов наблюдалась разнородность поверхности образца по измеряемым параметрам.

При выдержке образца на заданной температуре менее 2 часов наблюдалась разнородность поверхности образца по измеряемым параметрам.

При охлаждении образца со скоростью 200°С в час наблюдалось охрупчивание поверхности образца.

При выдержке образца при температуре 1050°С наблюдалась визуальная разнородность поверхности образца.

При выдержке образца при температуре 1150°С наблюдалась визуальная разнородность поверхности образца.

Вследствие проведенных экспериментов были определены пограничные значения режимов, в промежуточные значения которых дают максимально схожие значения измеряемых параметров и визуальную однородность.

При применении фильер, изготовленных данным способом, количество годной продукции, полученной путем вытяжки стеклоизделий из расплава через фильеру, увеличивается, по крайней мере, в 2 раза.

Это достигается путем точного подбора марки стали для изготовления фильер, значительно повышающей свою коррозионную стойкость по отношению к расплаву стекломассы, а также благодаря дополнительной термической обработке.

Достоинствами данного метода изготовления стеклоформующей оснастки являются:

Простота получения, не требующей жесткого контроля за температурами нагрева и охлаждения, а также не требующей применения каких-либо покрытий.

1) Высокая производительность способа - объем одновременно обрабатываемых изделий ограничивается возможностями производственного оборудования.

2) Низкая себестоимость получаемых фильер, за счет массовости изготовления.

Изобретение относится к производству изделий из стеклообразных материалов, используемых в оптике, теплотехнике, приборостроении, оптической и электронной промышленности, а именно к лазерной технике, в частности к технологии изготовления фильер. Способ включает изготовление заготовки фильеры с требуемой наружной и внутренней геометрией. При этом в качестве материала для заготовки выбирают аустенитную доэвтектоидную коррозионно-стойкую нержавеющую сталь, которую предварительно подвергают термической обработке в муфельной печи с нагревом до температуры 1100°С со скоростью 400-700°С в час и дальнейшей выдержкой на данных температурах в течение 2,5-3,5 ч. Плавно охлаждают изделие вместе с печью со скоростью 50-150°С в час. Техническим результатом является снижение брака. 4 пр.

Способ изготовления фильеры для вытягивания изделий из расплава электровакуумного стекла, характеризующийся тем, что изготавливают заготовки фильеры с требуемой наружной и внутренней геометрией, в качестве материала для заготовки фильеры выбирают аустенитную доэвтектоидную коррозионно-стойкую нержавеющую сталь, которую предварительно подвергают термической обработке в муфельной печи с нагревом до температуры 1100°С со скоростью 400-700°С в час и дальнейшей выдержкой на данных температурах в течение 2,5-3,5 ч, с плавным охлаждением изделия вместе с печью со скоростью 50-150°С в час.