Способ упрочнения стеклоизделий Советский патент 1982 года по МПК C03C21/00 

(54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к способам уп рочнения стекла и стеклоиздепий ионным обменом и может быть испопьзовано дпя упрочнения стекпоиздепий различного назначения. Известен способ упрочнения стеклоиздепий, в котором перед ионным обменом стекпоиздепия подвергают травлению в HF на глубину, достаточную для удаления дефектного споя (30-120 мкм) . Однако в этом случае дополнительно перед ионным обменом предложено стекло обрабатывать в безводной среде фторборатов щелочных металлов до удаления гидратного слоя. Введение дополнительного травления значительно усложняет и удорожает процесс упрочнения стеклоизде лий, так как требует создания отдельного оборудования. Кроме того, недостатком является также использование дпя предварительной обработки соединений, содержащих фтор-ионы. Наиболее близок к предпоженному спо соб упрочнения стеклоиздепий, предусмят ривающий проведение перед ионным обменом предварительной обработки стекпоиз- депий Б водных растворах, содержащих 2-10 вес.% 2-валентных катионов, имеющих меньщий ионный радиус по сравнению с ионами и высокую поляризуемость (Мд-2+, Ni 2+ РеЧ Zn Mm или , преимущественно ипи ). Эта обработка осуществляется при температурах раствора 50-100 0 и рекомендована при упрочнении издегтй из шепочеалюмосипикатного стекла. НаибоШэ- щая эффективность указанной предварительной обработки достигается при упрочнении стеклоиздеЛИЙ в расплаве нитра- та калия, имеющего примеси ионов Са J2.. Однако область применения этого способа крайне ограничена. В частности, при упрочнении стекла в расплаве нитрата калия чистых квалификаций (марок Х4), интенсификация процесса ионообменного упрочнения и дополнительное возрастание степени упрочнения не наблюдаются.

390

Цепью изобретения является интенсификация процесса и повышение степени упрочнения натриевокапьциевосипикатных стеклоиэдеЛИЙ,

Цепь достигается тем, что согласно способу упрочнения стеклоиэдепий, включающему предварительную обработку в растворе, содержащем гидрофильные ионы с последующим низкотемпературным ионным обменом в расплаве соней, предвари тепьную обработку осуществляют в насыщенном водном растворе соли калия, содержащем 0,5-1,5 вес.% гидрофильных ионов, в течение 0,4-10 сут.

Предварительную обработку стеклоиз депий осуществляют при до образования в поверхностном слое стекпоизделия зоны с соотношением ионов К и N а не менее 0,15-О,2; упрочнение - в расплаве соли калия при температуре на 100°С ниже Тл стекла. Количество сопи щелочного металла в растворе на 100 г воды при Ю-ЗО-С составляет, г: 9,3-13,0; 88,1-113,1; К СО., 109,2-113,7; КСе 31,2-77,4.

Источником гидрофильных ионов в насыщенном водном растворе кюлочного металла могут быть соединения, имеющие большую теплоту гидратапии. Наиболее гидрофильными являются такие ионы, как , , , Н и др. Источником этих ионов в насыщенном водном растворе могут быть такие сопи, как Lj-i NO,jMg-(), и т.д.

Предварительная обработка стекла при водит к тому, что поверхность стекла еще перед упрочнением обогащается ионами К , адсорбировавшимися на стекле. Одновременно .происходит некоторое выщелачивание ионов NOс поверхности стекла, в результате чего, в ней образуется модифицированная зона с определенным соотношением катионов К и Na i зависящим от состава и режима обработки насыщенного водного раствора.

Степень адсорбции ионов К поверхностью стекла зависит от вида аниона соли в насыщенном водном растворе в следующей последовательности: ВО /

ро -7со|- сег

Необходимым условием для получения на поверхности стекла модифицированной зоны указанного состава является присутствие в -насыщенном водном растворе щелочного металла гидрофильных ионов, которые гидратируются в первую очередь. В рез пьтате гидратация ионов К в растворе уменьщается, а соответственно, возрастает их подвижность. Это в свою очередь, при обработке стекла по предложенным режимам дает возможность получить на его поверхности модифицированную зону с оптимальным соотнощением щелочных катионов. Установлено, что содержание гидрофильных ионов 0,51,5 вес.% является оптимальным для получения вышеуказанного модифицированного слоя.

Предложенный способ упрочнения стекла, включающий предварительную его обработку в насыщенном водном растворе соли щелочного металла, содержащем гидрофильные ионы, дает возможность получить промышленное листовое стекло с механической прочностью 600-65О МПа/ Это в 1,5-2 раза выше, чем прочность того же стекла, упрочненного в нитрате калия без предварительной обработки. Одновременно наблюдается увеличение гпубины сжатого слоя и величины напряжений сжатия.

В табл. 1 представлены составы насыщенных растворов для предварительной обработки стекла по предложенному и известному способам.

Упрочнению подвергают образцы пистового стекла промышленного состава ВВ, Бес.%: 5lO271,9; Н О, 1,38; СаО 7,89; 3,15; Ма20 14,9; О,3; S04 0,5.

Размер образцов 40 40 « 2 мм; исходная прочность 8О-9О МПа.

В табл. 2 представлены характеристики стекол натриевокальциевосипикатного состава, упрочненных по предложенному и известному способам.

В табл.: 3 представлены характеристики стекол натрИБокальциевосиликатного состава, упрочненных по предложенному и известному способам; в качестве соли для приготовления растворов для предварительной обработки использован (N0,)

Использование предложенного способа для упрочнения листового промышленного стекла дает возможность получать стекло с прочностью, соизмеримой с прочностью упрочненных стекол специальных составов (натриеБоалюмосиггакатных), явгюющихся дорогостоящими.

Прочностные характеристики стекла и стеклоиздеЛИЙ, получаемые при их обработке по предлагаемому способу упрочнения, позвогюют существенно расширить ассортимент стекпоизделий и область их применения, увеличить срок службы ст к59052146

поиздепий и надежность их при эксппу-вышенной прочностью в средствах индиатации, что особенно важно в таких кон-видуапьной зашиты человека обзвонит

струкциях, как автомобильный триплекс,резко снизить травматизм на производостекпение технических комплексов, стек- ;стве, потери рабочего времени и, тем сапопакеты и др. Применение стекол с по- s мым,1овысить производительность труда.

По предложенному спо-

0,5 вес.% растворе

1,5 вес.% растворе

Дополнительная степень упроч-

Примечание: Режим упрочнения , 2 ч.

1

Количество К в поверхностном слое определяется на приборе Oeou opHnt-15O.

Таблица 1

Таблица 2 1,01,9

328620

1018 32565О

О 0,24 Примеча Формупа изобретения Способ упрочнения стекгтоиздепий, содержащих ионы натрия, включающий пред варитепьную обработку в растворе, содержащем гидрофильные ионы,с последующим низкотемпературным ионным обменом в расппаве солей каганя, о т п и - ч а -ю щ и и с я тем, что, с цепью интенсификации процесса и повышения степени упрочнения натриевокат.циевосиликатных стекпоиздеЛИЙ, предварительную. е: Режим упрочне 0, 2 ч. о обработку осуществляют в насыщенном водном растворе соли калия, содержащем 0,5-1,5 вес.% гидрофильных ионов, в течение 0,4-10 сут. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе/ 1.Авторское свидетельство СССР № 649672, кп, С ОЗ С 21/ОО, 1977. 2.Патент ГДР № 121097, кл. С 03 С 21/00, 1976.