Verfahren zur Herstellung -von Borosilikatglas. Die chemischen Vorgänge bei Verfahren zur Herstellung von Glas sind bekannt. Glas ist eine Silikatschmelze, bei welcher die Kie selsäure an mindestens zwei Oxyde gebunden sein muss, von denen das eine Kalk, das an dere ein Alkali ist. Die Mengenverhältnisse dieser Komponenten können in sehr weiten Grenzen schwanken.
Es gibt daher eine An zahl von verschiedenen Sorten von Glas, welche besonders charakteristische Eigen schaften aufweisen, diese Sorten werden nach ihrer Verwendung bezeichnet, zum Beispiel optische Gläser, thermische Gläser, che mische Gläser ete. Für manche Zweige der Technik werden Spezialgläser verlangt, welche eine Kombination der Eigenschaften der verschiedenen Sorten enthalten, beispiels weise muss Glas, welches für Isolierzwecke verwendet wird, die besten Eigenschaften in elektrischer, chemischer, thermischer und mechanischer Beziehung in sich vereinigen. Die Borosilikatgläser entsprechen diesen An forderungen bis zu einem gewissen Grade.
Als Typus eines solchen Universalglases kann das bekannte "Pyrexglas" betrachtet werden, das folgende Zusammensetzung aufweist: 80% Kieselsäure, 2% Tonerde, 1M Borsäure und etwa 4,4% Natriumoxyd.
Die Nachteile dieses bekannten Glases be stehen darin, dass eine Temperatur -von <B>1600'</B> C und mehr im Schmelzprozess nötig wird; ferner ist das geschmolzene Glas sehr zähflüssig und bei der Behandlung vor der Lampe entglast es, das heisst es bildet sich eine graue Trübung, welche das Zusammen schmelzen von zwei Teilen erschwert.
Zweck vorliegender Erfindung ist nun, diese Nachteile zu beheben und ein Verfah ren zur Herstellung eines Borosilikatglams zu schaffen, welches wesentlich verbessert Eigenschäften besitzt.
Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Boro#ilikatglas alle diese von einem Univer salglas verlangten Eigenschaften zeigt, falls es möglich ist, den Kieselsäuregehalt und den Tonerdegehalt zu steigern und gleichzeitig den Borsäuregehalt und den Alkaligehalt zu reduzieren, und zwar aus folgenden Grün den: Die Steigerung des Kieselsäuregehaltes verbessert die meisten charakteristischen Eigenschaften und verhindert hauptsächlich die Zähflüssigkeit des geschmolzenen Gla ses; die Vergrösserung des Kieselsäuregehal tes reduziert aber etwas die Widerstands fähigkeit des erzeugten Glases gegenüber Alkalien und fördert die Entglasungwirkung.
Die Steigerung der weiteren Glaskompo nente, nämlich der Tonerde, macht den Glas fluss zähe, verleiht aber dem Glas Festigkeit, sowie günstige thermische und chemische Eigenschaften. Ferner kompensiert der ge steigerte Tonerdegehalt die Entglasung, welche durch Steigerung des Kieselsäurege haltes etwas gefördert wird.
Borsäure kommt neben der Kieselsäure als Glasbildner in Betracht und erniedrigt den Schmelzpunkt der Glasmasse und ver bessert ferner die mechanischen Eigenschaf ten des Glases, dagegen erniedrigt es die chemischen Eigenschaften des Glases und der Borsäuregehalt muss aus diesem Grunde mög lichst klein gehalten werden.
Die Alkalien wirken lediglich als Schmelzmittel, setzen aber im übrigen die Qualität des Glases in jeder angestrebten Richtung herab und ihr Prozentsatz ist des halb ebenfalls auf ein Minimum herabzu setzen.
Bisher sind ,jedoch alle Versuche, ein Glas b erzustellen, welches höheren Gehalt in Kiesel säure und Tonerde und zugleich niederen Ge halt an Borsäure und Alkali aufweist, an den praktischen Schwierigkeiten, das Herstellungs verfahren mit den bisher verwendeten Roh produkten auszuführen, gescheitert. Bei Ver wendung dieser Rohprodukte erfordert der Sehmelzprozess äusserst hohe Temperaturen, und die Schmelze ist zu zähflüssig, um ein vollkommen homogenes Glas zu ergeben. Das übliche Hafen- und Wannenmaterial hat sich als chemisch zu wenig widerstandfähig erwiesen, es wurde rasch zerstört und hat die Schmelze verunreinigt.
Diese Nachteile können nun durch das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung behoben werden, gemäss welchem die Roh materialien für die Kieselsäure- und Tonerde komponenten des Borsilikatglases mindestens teilweise als solche chemische Verbindungen in den Glassatz eingebracht werden, welche sich in der Schmelze zersetzen und die be treffenden Komponenten in reaktionsfähigem Zustand freigeben und die Schmelzurig för dern.
Zu diesem Zweck wird das Rohmate rial für die Kieselsäurekomponente z-#vecli:- mässig in Form von Alkalisikat eingebracht und das Rohmaterial für die Tonerdekompo- nente ganz oder teilweise in Form von Alu minaten oder Aluminiumsalzen, wie Chlorid, Nitrat etc.
Zweckmässigerweise wird das Rohmaterial für die Kieselsäurekomponente nicht in einer dem üblichen Glassand entsprechenden Auf teilung verwendet, sondern, um eine be trächtliche Senkung der Schmelztemperatur zu erlangen, in feiner Verteilung, und zwar in kristallinischem oder amorphem Zustand, zum Beispiel als Präzipität.
Die feine Verteilung der Kieselsäure und zweckmässig auch -weiterer oder aller Glas komponenten gestattet das Gemenge auf mechanischem Wege auf das innigste zu mi schen, so dass grösste Homogenität des Schmelzproduktes erhalten werden kann.
Um zu verhindern, dass sich die bis zur Staubform fein verteilten und vermischten Rohmaterialien bc,i der Einführung in den Ofen entmischen oder durch den Ofenzug fortgetragen werden, wird zweckmässig die sen Rohmaterialien ein Bindemittel zugesetzt, um das Material zusammenbacken zu lassen oder das Rohmaterial kann auch mit oder ohne einem solchen Bindemittel durch Pressen geformt werden, zum Beispiel in Kugelform.
Das übliche, stark tonhaltige Hafen- oder Wannenmaterial erweist sich zur Aus führung des vorliegenden Verfahrens als chemisch zu wenig widerstandsfähig, es wird rasch zerstört und verunreinigt, insbesondere durch Abgabe von Ton, die Schmelze. Dieser Übelstand kann dadurch behoben werden, dass als Hafen- oder Wannenmaterial eine Masse verwendet wird, welche ungefähr die gleiche Zusammensetzung wie die Schmelze enthält, also ein hochsaures Material.
Das gleiche Resultat wird natürlich auch erzielt, wenn man ein chemisch möglichst indifferen tes Material als Wannenmaterial benutzt, zum Beispiel Oxyde der seltenen Erden, wie Zirkondioxyd.
Das nach vorliegendem Verfahren herge stellte Borosilikatglas weist ungefähr nach stehende Zusammensetzung auf
EMI0003.0003
Kieselsäure <SEP> 85
<tb> Tonerde <SEP> 3,3
<tb> Borsäure <SEP> 8,4
<tb> Natriumoxyd <SEP> <U>3,</U>3 <SEP> %
<tb> <B>100%</B> Die Ofentemperatur bei der Ausführung des vorliegenden Verfahrens wird auf unge fähr 1400 C herabgesetzt im Vergleich zu <B>1600'</B> C, welche zur Herstellung des Pyrex- glases nötig sind. Das Läutern des Glases kann bei einer Temperatur von 1500 bis 1.520 C ausgeführt werden.
Das Verfahren gemäss vorliegender Er findung ermöglicht somit eine wesentliche Ersparnis an Brennstoff und das auf diese Weise hergestellte Produkt zeigt die Kombi nation der besten Eigenschaften, welche bis her nur einzeln für besondere Spezialglas sorten erreicht wurden.
Process for the production of borosilicate glass. The chemical processes involved in processes for producing glass are known. Glass is a silicate melt in which the silica has to be bound to at least two oxides, one of which is lime and the other an alkali. The proportions of these components can vary within very wide limits.
There are therefore a number of different types of glass which have particularly characteristic properties; these types are designated according to their use, for example optical glasses, thermal glasses, chemical glasses ete. For some branches of technology, special glasses are required which contain a combination of the properties of the different types, for example glass that is used for insulation purposes must combine the best properties in electrical, chemical, thermal and mechanical relationships. The borosilicate glasses meet these requirements to a certain extent.
The well-known "Pyrex glass" can be regarded as a type of such a universal glass, which has the following composition: 80% silica, 2% alumina, 1M boric acid and about 4.4% sodium oxide.
The disadvantages of this known glass are that a temperature of 1600 C and more is necessary in the melting process; Furthermore, the molten glass is very viscous and devitrified during treatment in front of the lamp, that is, a gray cloudiness forms, which makes it difficult for two parts to melt together.
The purpose of the present invention is now to remedy these disadvantages and to create a method for producing a borosilicate glue which has significantly improved properties.
Investigations have shown that borosilicate glass shows all of the properties required of a universal glass, if it is possible to increase the silica and alumina content and at the same time reduce the boric acid and alkali content, for the following reasons: The increase the silica content improves most of the characteristic properties and mainly prevents the viscosity of the molten glass; however, the increase in the silica content somewhat reduces the resistance of the glass produced to alkalis and promotes the devitrification effect.
The increase in the additional glass component, namely the alumina, makes the glass flow-resistant, but gives the glass strength and favorable thermal and chemical properties. Furthermore, the increased alumina content compensates for the devitrification, which is somewhat promoted by increasing the silica content.
In addition to silica, boric acid can be used as a glass former and lowers the melting point of the glass mass and also improves the mechanical properties of the glass, on the other hand it lowers the chemical properties of the glass and the boric acid content must be kept as small as possible for this reason.
The alkalis only act as a flux, but otherwise reduce the quality of the glass in every desired direction and their percentage should therefore also be reduced to a minimum.
So far, however, all attempts to create a glass b, which has a higher content in silicic acid and alumina and at the same time low Ge content of boric acid and alkali, failed due to the practical difficulties of performing the manufacturing process with the raw products previously used. When using these raw products, the melting process requires extremely high temperatures and the melt is too viscous to produce a completely homogeneous glass. The usual port and trough material proved to be insufficiently chemically resistant, it was quickly destroyed and contaminated the melt.
These disadvantages can now be remedied by the method according to the present invention, according to which the raw materials for the silica and alumina components of the borosilicate glass are at least partially introduced into the glassware as chemical compounds that decompose in the melt and the components concerned release in a reactive state and promote the Schmelzurig.
For this purpose, the raw material for the silica component is z- # vecli: - brought in moderately in the form of alkali metal and the raw material for the alumina component is wholly or partially in the form of aluminum or aluminum salts, such as chloride, nitrate, etc.
Conveniently, the raw material for the silica component is not used in a division corresponding to the usual glass sand, but rather, in order to achieve a considerable reduction in the melting temperature, in a fine distribution, namely in a crystalline or amorphous state, for example as a precipitate.
The fine distribution of the silica and, expediently, other or all glass components allow the mixture to be mixed mechanically in the most intimate manner, so that the greatest possible homogeneity of the melt product can be obtained.
In order to prevent the raw materials, which are finely distributed and mixed up to the form of dust, from separating when they are introduced into the furnace or being carried away by the furnace, a binding agent is expediently added to these raw materials in order to allow the material to cake or the raw material can can also be molded with or without such a binder by pressing, for example in spherical shape.
The usual, clay-rich port or trough material proves to be chemically insufficiently resistant for the implementation of the present method, it is quickly destroyed and contaminated, in particular by releasing clay, the melt. This deficiency can be remedied by using a mass as port or tank material which has approximately the same composition as the melt, i.e. a highly acidic material.
The same result is of course also achieved if a chemically as indifferent material as possible is used as the tub material, for example rare earth oxides such as zirconium dioxide.
The borosilicate glass produced by the present process has approximately the following composition
EMI0003.0003
Silica <SEP> 85
<tb> clay <SEP> 3.3
<tb> boric acid <SEP> 8.4
<tb> Sodium Oxide <SEP> <U> 3, </U> 3 <SEP>%
<tb> <B> 100% </B> The furnace temperature when carrying out the present method is reduced to approximately 1400 C compared to <B> 1600 '</B> C, which are necessary for the production of the Pyrex glass . The refining of the glass can be carried out at a temperature of 1500 to 1520 C.
The method according to the present invention thus enables a substantial saving in fuel and the product produced in this way shows the combination of the best properties that have only been achieved individually for special types of glass so far.