DE744504C

DE744504C - Verfahren zum Haerten von Glasgegenstaenden

Info

Publication number: DE744504C
Application number: DEC53512D
Authority: DE
Inventors: Charles John Phillips
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1936-12-28
Filing date: 1937-12-28
Publication date: 1944-01-18
Also published as: US2198739A; FR831246A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Härten von Glas und hat ein Verfahren zum Gegenstand, durch welches es möglich ist, bisher nicht erreidite Ergebnisse zu erzielen, sei es, daß man gewissen Gläsern einen bisher nicht möglichen Härtegrad verleihen kann, sei es, daß es gestattet, Gläser, die bisher überhaupt nicht gehärtet werden konnten, zu härten, oder sei es schließlich, daß man einen Härtegrad, der auch bisher schon möglich war, mit größerer Genauigkeit und Leichtigkeit als bei den bisherigen Verfahren erzielen kann.

ErfindungsgemäB werden für das Kühlen der Glasgegenstände Flüssigkeitsbäder von den im folgenden noch näher beschriebenen Eigenschaften verwendet.

Die Verwendung .von Flüssigkeitsbädern beim -Härten von Glas ist nicht neu, vielmehr hat man schon seit langem aus Ölen, Fetten und Wachsen bestehende Bäder benutzt, jedoch war der mit diesen Bädern erzielte Härtegrad nur schwach und; dadurch der praktische Anwendungsbereich · dieser Bäder beschränkt. Insbesondere konnte man bei Gegenständen aus Glas mit kleinem Ausdehnungskoeffizienten und aus Glas mit kleinem Bearbeitungsbereich eine genügende Härtung mit den bekannten. Bädern nicht erzielen.

Übrigens hat man die Verwendung von Wasser als Kühlbad, selbst für Gegenstände aus Glas mit schwachem Ausdehnungskoeffizienten, fallen lassen, weil das Wasser eine zu heftige Wirkung ausübt. Tatsächlich zerspringen die meisten Gegenstände oder bekommen Oberflächenrisse, wenn man sie zwecks Härtens in Wasser taucht.

Die so beim Gebrauch von Flüssigkeiten zum Kühlen von Glas zwecks Härtens sich zeigenden Zufälle und Schwierigkeiten haben zu der Ansicht geführt, daß die Flüssigkeiten eine starke Härtung des Glases nicht ermöglichen ₄ dtfer wenigstens nur ein sehr beschränktes' Anwendungsfeld bieten.

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, zu ermöglichen, einem Glasgegenstand durch Härtung in einem Flüssigkeitsbad jeden gewünschten Härtegrad, insbesondere einen sehr 'hohen Härtegrad zu verleihen, und zwar für die verschiedensten Zusammensetzungen des Glases. ...

. ..Die .Erfindung besteht darin, daß die Kühlung der zu härtenden Glasgegenstände mit- -■ tels Flüssigkeitsbäder vorgenommen wird,

deren Kühlkraft zwischen den Werten liegt, die sich aus den beiden folgenden Formeln ergeben:

log. (H χ io^G) = 4,oo + 0,003 T, log. (H χ io⁶) = 2,50 + 0,003 T,

in welchem T die Temperatur des Kühlbadei in Grad Celsius ist.
H bezeichnet hier einen charakteristischen Faktor der Kühlkraft der Flüssigkeit, und zwar einen Koeffizienten, welcher die Wärmemenge wiedergibt, die bei einem Temperaturunterschied von 1⁰C zwischen Glas und Flüssigkeit in der Zeiteinheit von dem Glas in die Flüssigkeit übergeht. Dieser Koeffizient läßt sich aus den anderen Eigenschaften der Flüssigkeit durch folgende Formel herleiten:

H=.

K^S-P²-B.C

In dieser Formel bezeichnet K die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit, P ihr spezifisches Gewicht, B ihren Ausdehnungskoeffizienten, C ihre spezifische' Wärme bei konstantem Druck und V ihre Viscosität.

Die oben angeführten physikalischen Eigenschaften ändern ihre Werte mit der Temperatur des Bades, woraus folgt, daß der Wert H selbst ebenfalls mit der Temperatur des Bades wechselt. Bei der Anwendung der H bestimmenden Formel ist es also notwendig, die Temperatur festzustellen, unter welcher das Bad betrachtet wird.

In der anliegenden graphischen Darstellung ist die Temperatur T₁ bei welcher das ■ Bad benutzt wird, als Abszisse, und der Koeffizient log. (H X io°) als Ordinate aufgetragen.

Die Kurve I ist bestimmt durch die Formel

log. (H χ io⁶) = 4,00 + 0,003 T. Dia Kurve II ist bestimmt durch die Formel

log. (H χ io⁶) = 2,50 H- 0,003

Die Kurve 1 zeigt die Werte von log. (H χ io⁶) für Wasser.

Die Kurve 2 zeigt die entsprechenden Werte für die leichten Öle, Wachse" usw.

Die Kurve 3 entspricht der Kühlkraft der Schweröle.

Aus diesen Kurven ergibt sich, daß die erfindungsgemäß benutzten Flüssigkeitsbäder eine Kühlkraft haben, welche unterhalb derjenigen des Wassers, aber oberhalb derjenigen der bisher für das Härten von Glas benutzten Flüssigkeiten liegt.

• Natürlich ist der Grad der Härtung, den man einem Glasgegenstand geben kann, nicht allein von der Beschaffenheit und der Temperatur des Härtebades abhängig. Der Härtegrad hängt ebenfalls von den zahlreichen dem Glas eigenen Faktoren ab, als da sind: sein Ausdehnungskoeffizient, sein Elastizitätsmodul, das Gesetz der Änderung der Viscosität mit der Temperatur des Glases, die Dicke des Glases und seine Wärmeleitfähigkeit. Die Erfinderin^ hat festgestellt, daß es , durch die Verwendung der gemäß der Erfindung für die Härtebäder vorgesehenen Flüssigkeiten möglich ist, für jedes Glas, selbst für solche Gläser, deren oben angegebene Eigenschaften in weiten Grenzen schwanken, den gewünschten Härtegrad zu erzielen, sei es, daß man einen sehr hohen Härtegrad wünscht, oder sei es, daß man für einen weniger hohen Härtegrad Wert darauf legt, dem Härtegrad einen ganz bestimmten Wert zu geben.

Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich zahlreiche Flüssigkeiten verwenden. Die Erfinderin hat festgestellt, daß vor allem die nachstehend aufgeführten Stoffe die Bedingungen der Erfin-• dung erfüllen, nämlich:

i, 2,4 Trichlorbenzol, chloriertes Harz, Diphenyloxyd und Mischungen dieser Stoffe. , Die Formel für die Kühlkraft H ist für i, 2, 4 Trichlorbenzol

log. (H χ ίο⁶) = 3.25 + Ο.00475 T, für chloriertes Harz

log. (H X io^G) = 2,55 + 0,0035 T,

für Diphenylo'xyd

log. (H X io⁶) = 3,12 + 0,00475 T.

Durch Mischung dieser Produkte ist es möglich, eine Flüssigkeit zu erhalten, deren Kühlkraft jeden gewünschten Wert besitzt zwischen den beiden Grenzen

log. (H χ io°) = 4,00 + 0,003 T, log. (H χ io⁶) = 2,50 + 0,003 T.

Als Ausführungsbeispiele seien nachstehend die Erläuterungen der Anwendung der Erfindung bei zwei Glassorten gegeben, die einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten haben und deshalb durch die bisher bekannten Verfahren nicht _t auf einen genügend hohen Härtegrad gebracht werden konnten.

Für das erste Stück ist die Zusammensetzung des Glases folgende:

SiO² : 80,9 "^s

B²O³ : 12,9

Na²O: 4,4

Al³O³: i,8.

Die Erweichungs-, obere und untere Spannungstemperatur dieses Glases sind

9 553 fr^zw· 5^IO° C ^un<^ der Koeffizient linearer Ausdehnung ist 32 χ ίο—⁷.

Ein Stück aus diesem Glase in einer Abmessung von 50,8 χ 101,6 X 6,35 mm wird 6 Minuten lang einer Temperatur von 750° C unterworfen und dann sofort in ein Kühlbad von. i, 2, 4 Trichlorbenzol mit einer Temperatur von 20° C eingetaucht. Diese Behandlung ergibt in dem Stück eine Maximalspannung von 4 kg/mm².

. Ein gleiches Stück Glas, welches in der gleichen Weise und während der gleichen Dauer bei der gleichen Temperatur erhitzt worden ist, wird dann in ein Kühlbad aus leicht chloriertem Harz mit einer Temperatur von 50⁰C eingetaucht. Das so behandelte Stück besaß eine Maximalspannung von 3,60 kg/mm².

In einem dritten Fall wurde ein gleiches Glasstück ebenfalls 6 Minuteri lang einer Temperatur von 760 ° C unterworfen und dann in ein Flüssigkeitskühlbad aus Diphenyloxyd mit einer Temperatur von 20⁰C eingetaucht. Es zeigte sich, daß das so gehärtefe-Stück eine Maximalspannung von 3,9 kg/mm² aufwies.

Ähnliche Erfahrungen wurden mit einer zweiten Glassorte gemacht, welche die nachstehende Zusammensetzung

SiO² : 60,6

B²O³ : 28,8 Na²O: 8,1

Al²O³: 2,5

besaß und deren Erweichungs-, obere bzw. untere Spannungstemperatur 703, 496 bzw. 461⁰C sind und deren Koeffizient linearer Ausdehnung 46 X io~⁷ ist.

Die Ergebnisse mit einem Stück dieser Glassorte in- den gleichen Abmessungen wie bei den vorhergehenden Beispielen waren folgende.

Das Glasstück wurde 6 Minuten lang einer Temperatur von 675⁰ C unterworfen und dann sofort in ein Flüssigkeitskühlbad aus · i, 2,4 Trichlorbenzol mit einer Temperatur von 2o° C eingetaucht. Es wurde festgestellt, daß das Stück eine Maximalspannung von 5>75 kg/mm² aufwies.

Bei einem gleichen Stück, welches, wie oben erhitzt und dann in einem Flüssigkeitskühlbad aus leicht chloriertem Harz mit einer Temperatur von 50⁰C gekühlt wurde, konnte eine Maximalspannung' von 4,70 kg/mm² festgestellt werden.

Ein weiteres entsprechendes Stück, welches in der gleichen Weise erhitzt und in einem Bad aus Diphenyloxyd mit einer Temperatur von 20° C gekühlt wurde, zeigte eine Maximalspannung von 5,35 kg/mm².

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die oben angeführten besonderen Beispiele beschränkt ist. Überdies können vor der Kühloperation verschiedene Erhitzungsmethoden für die Glasgegenstände angewandt werden, ohne dadurch die vorliegende Erfindung zu ändern.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfaliren zum Härten von Glasgegenständen, gekennzeichnet durch die Verwendung von Flüssigkeitsbädern, deren Kühlkräfte zwischen den Werten liegen, die sich aus den beiden folgenden Formeln

log. (H χ io^e) = 4,oo + 0,003 T,
log. (H χ io^G) = 2,50 + 0,003 T

ergeben, in welchen T die Temperatur des ' Kühlbades in Grad Celsius und H den charakteristischen Faktor der Kühlkraft der Flüssigkeit bezeichnet, bestimmt durch die Formel

K³.P² - B - C

V ' ⁸S

H =

in welcher K die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit, P ihr spezifisches Gewicht, B ihren Ausdehnungskoeffizienten, C ihre spezifische Wanne bei konstantem Druck und V ihre Viscosität bezeichnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbäder aus i, 2, 4 Trichlorbenzol oder chloriertem Harz oder Diphenyloxyd oder Mischungen dieser Stoffa bestehen.

Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Sprechsaal für Keramik, Glas und verwandte Industrien, 64. Jahrgang (1931), Nr. 22, S. 413 und 414; '
deutsche Patentschriften .... Nr. 548 159, _Jo5 623 137, 64.0 176.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen