CS260146B1 - A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement - Google Patents

A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement Download PDF

Info

Publication number
CS260146B1
CS260146B1 CS470787A CS470787A CS260146B1 CS 260146 B1 CS260146 B1 CS 260146B1 CS 470787 A CS470787 A CS 470787A CS 470787 A CS470787 A CS 470787A CS 260146 B1 CS260146 B1 CS 260146B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
glass
temperature
ion exchange
strengthening
bath
Prior art date
Application number
CS470787A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Jurij Starcev
Vladimir Novotny
Original Assignee
Jurij Starcev
Vladimir Novotny
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jurij Starcev, Vladimir Novotny filed Critical Jurij Starcev
Priority to CS470787A priority Critical patent/CS260146B1/en
Priority to SU877774657A priority patent/SU1677028A1/en
Publication of CS260146B1 publication Critical patent/CS260146B1/en

Links

Landscapes

  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

Skleněné výrobky určená ke zpevnění iontovou výměnou ae tepelně zpracují udržováním na teplotě v transformačním intervalu sklá, z něhož jaou zhotoveny, a to na teplotě v oblasti dilatometrické transformační teploty uvedeného skla í ςΗ C po do* bu nejméně 40 minut. Tímto způsobem se dosáhne snížení fiktivní teploty, což má za následek zpomalení, případně úplné odstranění relaxace napětí vznikajícihg v průběhu iontové výměny. Výsledné zpevňující tlakové napětí a tím i dosažená pevnostv skleněnýoh výrobků se tím zvýěí. gároven se zkrátí doba zpracování ve zpevňujícílázni a případně odstraní nutnost-použití spsoiální drahé a obtížně tavitelné skloviny o vysoké viskozitě. Tepelným zpracováním se rovněž ovlivní index lomu povrchové vrstvy tím způsobem, že se dosáhne větší rozdíl Indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem sklaGlass products intended for strengthening by ion exchange are heat treated by maintaining them at a temperature in the transformation interval of the glass from which they are made, namely at a temperature in the dilatometric transformation temperature range of the said glass ςΗ C for a period of at least 40 minutes. In this way, a reduction in the fictitious temperature is achieved, which results in a slowdown, or even complete elimination of the relaxation of stresses arising during ion exchange. The resulting strengthening compressive stress and thus the achieved strength of the glass products are thereby increased. In addition, the processing time in the strengthening bath is shortened and the necessity of using special expensive and difficult-to-melt high-viscosity glass is possibly eliminated. The heat treatment also affects the refractive index of the surface layer in such a way that a greater difference in refractive indices is achieved between the surface and the interior of the glass

Description

Vynález se týká způsobu tepelného zpracování skleněných vý->. robků určených ke zpevnění iontovou výměnou udržováním na teplotách v transformačním intervalu příslušného skla.The invention relates to a method of heat treatment of glass articles. products to be strengthened by ion exchange by maintaining them at temperatures in the transformation interval of the respective glass.

Podstatou tepelného zpracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou je jejich vyhřátí na takovou teplotu, aby po kontaktů s roztavenou lázní, ve které probíhá vlastní iontová výměna, nepopraskaly. Převážně zpevňované tenkostěnné výrobky se vloží do předehřívací pece, která má teplotu blízkou teplotě lázně + 20 °C, a nechají se v ní obvykle 20 minut. Zpevňováni iontovou výměnou se provádí nejčastěji za teplot pod dol*4“ ni chladicí teplotou zpracovávaného skla výměnou iontů Sodíku Na v povrchu skla za větší ionty draslíku K+ z lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ tak, aby v povrchové vrstvičce skla vzniklo zpevňující tlakové napětí. Velikost výsledného zpevnění je dána výší tlakového napětí, vytvořeného v povrchové vrstvičce. .The essence of the heat treatment of glass products to be strengthened by ion exchange is to heat them to a temperature such that they do not crack upon contact with the molten bath in which the ion exchange itself takes place. The predominantly strengthened thin-walled products are placed in a preheating furnace having a temperature close to a bath temperature of + 20 ° C and usually left in it for 20 minutes. The ion exchange strengthening is most often carried out at temperatures below the lower cooling temperature of the treated glass by exchanging sodium ions Na in the glass surface with larger potassium ions K + from the bath of molten potassium nitrate KNO 4 so as to create a strengthening pressure stress in the glass surface layer. The size of the resulting reinforcement is determined by the amount of compressive stress created in the surface layer. .

U běžných sodnovápenatokřemičitých skel se zpevněná vrstvička potřebné tloušťky vytváří ve zpevňující lázni relativně pomalu. Používané metody zpevňování provádějící iontovou výměnu za teplot, kdy prakticky nedochází k relaxaci vytvářeného tlakového napětí, tj· o 100 °C i více nižších*než je dilatometrický transformační bod zpracovávaného skla, jsou neúnosně dlouhé, řádově desítky hodin.In conventional soda-lime-silica glasses, the reinforced layer of the required thickness is formed relatively slowly in the reinforcing bath. The methods used to strengthen the ion exchange at temperatures that practically do not relax the generated pressure stress, i.e., 100 ° C or lower * than the dilatometric transformation point of the processed glass, are unbearably long, tens of hours.

Další skupina metod zpevňování proto provádí zpevňování běžných sodnovápenatokřemičitých skel při zvýšené teplotě blízké dolní chladicí teplotě, resp. až dilatometrické transformační ieploiě zpracovávaného skla. Tím se dosáhne vytvoření dostatečně tlustší vrstvičky za kratší dobu, nevýhodou však je, že v průběhu iontové výměny dochází k relaxaci vznikajícího napětí.Another group of consolidation methods therefore perform consolidation of conventional soda-lime silicate glasses at an elevated temperature close to the lower cooling temperature, respectively. to dilatometric transformations of the treated glass. This results in the formation of a sufficiently thicker layer in a shorter time, but the disadvantage is that during the ion exchange, the resulting stress is relaxed.

Aby ne tomuto nepříznivému jevu zabránilo, používají se pro některé účely ke zpevňování speciální skla s obsahem 5 až 25 % hmot. oxidu hlinitého AlgO^resp. oxidu zirkoničitého Zr02, které mají vyšší viskozitu než běžná sodnoyápenatokřemičitó skla. Nevýhodou těchto skel je, že jsou obtížněji tavitelná a dražší než běžná sodnovápenatokřemičitá skla.In order not to prevent this adverse effect, special glasses with a content of 5 to 25% by weight are used for strengthening purposes. alumina and AlgO4, respectively. zirconia Zr0 2 having a higher viscosity than conventional sodnoyápenatokřemičitó glass. The disadvantage of these glasses is that they are more difficult to melt and more expensive than conventional soda-lime silicate glasses.

Uvedené nevýhody lze odstranit, použije-li se způsob tepelného ZDracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou podle«jnílnujekol podstata, spočívá v tom,, že se výrobky udržuji n’a teplotě v transformačním intervalu skla, z něhož jsou zhotoveny, a to na teplotě odpovídající dilatometrické transformační teplotě uvedeného skla °C po dobu nejméně 40 minut. V praxi doba tepelného zpracování nepřekročí obvykle 24 hodin. Tímto způsobem se dosáhne snížení fiktivní teploty, což má za účinek zpomalení, popřípadě úplné odstranění relaxace napětí vznikajícího v průběhu iontové výměny.These disadvantages can be eliminated when the method of heat treatment of the glass articles to be strengthened by ion exchange according to the invention is based on the fact that the articles are kept at a temperature in the transforming interval of the glass from which they are made. a temperature corresponding to a dilatometric transformation temperature of said glass of at least 40 minutes. In practice, the heat treatment time does not normally exceed 24 hours. In this way, a reduction of the fictional temperature is achieved, which has the effect of slowing down or completely eliminating the relaxation of the stresses generated during the ion exchange.

Fiktivní (strukturní) teplota je teplota, které odpovídá okamžitý strukturní stav skla a na níž, kromě skutečné teploty, závisí jeho vlastnosti, např, hustota, viskozita, index lomu, doba relaxace napětí aj.The fictitious (structural) temperature is the temperature that corresponds to the instantaneous structural state of the glass and on which, in addition to the actual temperature, its properties depend, for example, density, viscosity, refractive index, stress relaxation time, etc.

Použitím způsobu podle vynálezu se dosáhne zvýšení výsledného tlakového napětí, a tím vyšší pevnosti skleněných výrobků zpevněných iontovou výměnou, aniž by bylo třeba výrobky zpracovávat ve zpevňující lázni desítky hodin nebo je vytvarovat ze speciální drahé a obtížně tavitelné skloviny o vysoké viskozitě. Současně dochází k zvýšení měrného dráhového rozdílu polarizovaného světla v povrchové vrstvičce a k zvýšení rozdílu indexu lomu mezi povrchem a vnitřkem skleněného výrobku.By using the process according to the invention, the resulting compressive stress is increased and thus the strength of the ion-exchange strengthened glass articles is increased without the need to process the articles in the strengthening bath for tens of hours or to form them from special expensive and difficult to melt glass of high viscosity. At the same time, the specific path difference of polarized light in the surface layer is increased and the difference in refractive index between the surface and the interior of the glass product is increased.

Podstata vynálezu jfc blíže objasněna následujícími příklady provedení.The following examples illustrate the invention.

Příklad 1Example 1

Destičky z plochého sodnovápenatokřemičitého tabulového sklaPlates of flat soda-lime-silica sheet glass

- 3 ό dílatometrické transformační teplotě 525 °C, plochy 100x100 má a tlouštky 2,8 mm se vyhřívají 24 hodin v peci o,teplotě 500 °C, načež se přenesou do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 470 °C, obsahující nejvýše 0,001 % oxidu vápenatého CaO, a ponechají se v ní 3 hodiny.- 3 dí diellatometric transformation temperature of 525 ° C, 100x100 has a surface area of 2.8 mm, and heated in an oven at 500 ° C for 24 hours, then transferred to a 470 ° C molten potassium nitrate bath containing 470 ° C containing not more than 0.001% CaO, and left for 3 hours.

Na povrchu’ destiček se vytvoří vrstvička tlouštky 24 až 26 nm yA thickness of 24 to 26 nm is formed on the surface of the plates

se zpevňujícím tlakovým napětím 450 MPa, přičemž průměrné pevnost destiček v ohybu činí 520 MPa. Měrný dráhový rozdíl polarizovaného světla na povrchu je 11 250 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla Án= 620.10”^.with a compressive stress of 450 MPa, the average flexural strength of the plates being 520 MPa. The specific pathway difference of polarized light on the surface is 11,250 nm / cm, the maximum refractive index difference between the surface and the inside of the glass is nn = 620.10 ”.

Stejné destičky zpracované před přenesením do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ obvyklým způsobem, tj. předehřátím v peci o teplotě 460 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut, a pak dále již zpracované stejně jako ve výše uvedeném příkladu, mají na povrchu vrstvičku tlouštky 24 až 26 jim se zpevňujícím tlakovým napětím pouze 300 MPa. Měrný dráhový rozdíl polarizovaného světla na povrchu je 7 500 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla/kn= 390.10”\The same plates treated before being transferred to the molten potassium nitrate bath KNO in the usual manner, i.e. preheated in an oven at 460 to 480 ° C for 20 to 30 minutes and then further processed as in the above example, have a layer on the surface thicknesses 24 to 26 µm with a compressive stress of only 300 MPa. The specific pathway difference of polarized light on the surface is 7,500 nm / cm, the maximum refractive index difference between the surface and the inside of the glass / kn = 390.10 ”\

Příklad 2Example 2

Destičky z plochého sodnovápenatokřemičitého tabulového skla o dílatometrické transformační teplotě 525 °C, plochy 100 x 100 mm a tlouštky 1,3 mm se vloží do pece o teplotě 520 °C, ponechají se v ní po dobu 30 minut, pak se teplote pece se vzorky sníží na 470 °C rychlostí 2 až 3 °C/min, načež se vzorky přenesou do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 470 °C obsahující nejvýše 0,001 % oxidu vápenatého CaO a ponechají se v ní 3 hodiny.Plates of flat soda-lime-silica sheet glass having a dielectric transformation temperature of 525 ° C, 100 x 100 mm area and 1.3 mm thickness are placed in an oven at 520 ° C for 30 minutes, then the sample oven temperature The samples are transferred to a 470 ° C molten potassium nitrate bath containing not more than 0.001% CaO and kept in the bath for 3 hours at a rate of 2-3 ° C / min.

Na povrchu destiček se vytvoří vrstvička tlouštky 29 /um se zpevňujícím tlakovým napětím 370 MPa, průměrná pevnost destiček v ohybu je 660 MPa. Měrný di'áhový rozdíl polarizovaného svět» la na povrchu je 9 250 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla Δη = 520.10 \A 29 µm thick layer is formed on the surface of the plates with a compressive stress of 370 MPa, the average flexural strength of the plates being 660 MPa. The specific distance difference of the polarized light on the surface is 9 250 nm / cm, the maximum difference of refractive indices between the surface and the inside of the glass Δη = 520.10 \

Stejné destičky, zpracované před přenesením do lázně rozta260146The same plates, processed before transferring to a bath of 260146

- 4 yeného dusičnanu draselného KNO^ obvyklým způsobem, tj. předehřátím v peci o teplotě 460 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut, a pak dále již zpracované stejné jako ve výše uvedeném příkladu, mají na povrchu vrstvičku tloušlky 29 /wn se zpevňujícím tlakovým napětím 300 MPa, průměrná pevnost destiček v ohybu je 520 MPa. Měrný dráhový rozdíl polarizovaného světla na povrchu je 7 500 nm/cm, maximální rozdíl indexů lomu mezi povrchem a vnitřkem skla Zt n = 460.10”^,The 4-potassium nitrate KNO 2 in conventional manner, i.e. preheating in an oven at 460 to 480 ° C for 20 to 30 minutes and then further processed as in the above example, has a 29 / wn thick film on the surface. with a compressive stress of 300 MPa, the average bending strength of the plates is 520 MPa. The specific path difference of polarized light on the surface is 7 500 nm / cm, the maximum difference in refractive indices between the surface and the interior of the glass Zt n = 460.10 ”^,

Příklad 3Example 3

Destičky z plochého sodnovápenatokřemičitého skla tloušlkyPlates of flat soda-lime-silica glass thickness

1,2 mm o dilatometrické transformační teplotě 520 °C se vyhřívají v peci o teplotě 472 °C po dobu 2 500 hodin; případně se potdm mohou ochladit na 20 °C rychlostí 5 až. 10 °C/rain > před umístěním do lázně předehřát v peci o teplotě 450 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut. Potom se vzorky vloží do lázně z roztaveného dusičnanu draselného KNO^ o teplotě 480 ÓC, obsahující nejvýše 0,001 % oxidu vápenatého CaO, na dobu 3 h. Velikost výsledného zpevňujícího trvalého napětí je 680 MPa.1.2 mm with a dilatometric transformation temperature of 520 ° C are heated in an oven at 472 ° C for 2 500 hours; alternatively, they can then be cooled to 20 ° C at a rate of 5 to 10 ° C. 10 ° C / rain> preheat in an oven at 450 to 480 ° C for 20 to 30 minutes before placing in the bath. The samples are then placed in a bath of molten potassium nitrate KNO @ a temperature of 480 ° C, containing less than 0.001% CaO, for 3 h. The size of the resulting reinforcing continuous voltage is 680 MPa.

Stejné destičky, zpracované před přenesením do lázně roztaveného dusičnanu draselného KNO^ obvyklým způsobem, tj. předehrátím v peci o teplotě 460 až 480 °C po dobu 20 až 30 minut, a-pak zpracované stejně jako ve výše uvedeném příkladu, vykazují zpevňující tlakové napětí 360 MPa.The same plates, treated prior to transfer to the molten potassium nitrate bath KNO, in the usual manner, i.e. preheating in an oven at 460-480 ° C for 20-30 minutes, and then treated as in the above example, exhibit a strengthening compressive stress 360 MPa.

Způsob zpevňování skleněných výrobků podle vynálezu je určen především pro tenkostěnné anebo složitěji tvarované výrobky z běžného sodnovápenatokřemičitého skla, na něž jsou kladeny mimořádné požadavky na pevnost) příp. odolnost proti náhlým změnám teploty. Dále vzhledem k jeho vlivu na index lomu povrchové vrstvy je možné jeho využití např. při výrobě optoelektronických prvků.The method of strengthening the glass products according to the invention is intended primarily for thin-walled or more complex shaped articles made of conventional soda-lime silicate glass, on which extraordinary strength requirements are imposed. resistance to sudden changes in temperature. Further, due to its influence on the refractive index of the surface layer, it can be used, for example, in the production of optoelectronic elements.

Claims (1)

ř & B L M Ě T VYNÁLEZUOF THE INVENTION Způsob tepelného zpracování skleněných výrobků určených ke zpevnění iontovou výměnou, vyznačující sa tím, že se výrobky udržují na teplotě v transformačním intervalu skla, z něhož jsou zhotoveny, a to na teplotě odpovídající dilatometrické transformační teplotě uvedeného skla °c po dobu nejméně 40 minut.Method of heat treatment of glass articles for strengthening by ion exchange, characterized by the fact that the products are maintained at a temperature in the transition interval of the glass of which they are made, and at a temperature corresponding dilatometric transformation temperature of said glass ° C for at least 40 minutes.
CS470787A 1987-06-24 1987-06-24 A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement CS260146B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS470787A CS260146B1 (en) 1987-06-24 1987-06-24 A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement
SU877774657A SU1677028A1 (en) 1987-06-24 1987-12-18 Method of heat treatment of glass products

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS470787A CS260146B1 (en) 1987-06-24 1987-06-24 A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS260146B1 true CS260146B1 (en) 1988-12-15

Family

ID=5390450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS470787A CS260146B1 (en) 1987-06-24 1987-06-24 A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement

Country Status (2)

Country Link
CS (1) CS260146B1 (en)
SU (1) SU1677028A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9359251B2 (en) 2012-02-29 2016-06-07 Corning Incorporated Ion exchanged glasses via non-error function compressive stress profiles
US11079309B2 (en) 2013-07-26 2021-08-03 Corning Incorporated Strengthened glass articles having improved survivability
US10118858B2 (en) 2014-02-24 2018-11-06 Corning Incorporated Strengthened glass with deep depth of compression
TWI705889B (en) 2014-06-19 2020-10-01 美商康寧公司 Glasses having non-frangible stress profiles
KR102584493B1 (en) 2014-10-08 2023-10-04 코닝 인코포레이티드 Glasses and glass ceramics including a metal oxide concentration gradient
US10150698B2 (en) 2014-10-31 2018-12-11 Corning Incorporated Strengthened glass with ultra deep depth of compression
CN115572078A (en) 2014-11-04 2023-01-06 康宁股份有限公司 Deep non-brittle stress curve and method of making same
US10579106B2 (en) 2015-07-21 2020-03-03 Corning Incorporated Glass articles exhibiting improved fracture performance
US11613103B2 (en) 2015-07-21 2023-03-28 Corning Incorporated Glass articles exhibiting improved fracture performance
DE202016008722U1 (en) 2015-12-11 2019-03-21 Corning Incorporated Fusion-formable glass-based articles with a metal oxide concentration gradient
KR20240019381A (en) * 2016-04-08 2024-02-14 코닝 인코포레이티드 Glass-based articles including a stress profile comprising two regions, and methods of making
CN109071316B (en) 2016-04-08 2020-03-27 康宁股份有限公司 Glass-based articles comprising a concentration gradient of metal oxide

Also Published As

Publication number Publication date
SU1677028A1 (en) 1991-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6027018B2 (en) Heat treatment for glass strengthening
CS260146B1 (en) A method for heat treating glass articles for ion exchange reinforcement
CN109415242B (en) Chemically temperable glass sheet
US9796621B2 (en) Strengthened glass and methods for making using heat treatment
US4483700A (en) Chemical strengthening method
CN102906042B (en) Chemically tempered glass
KR102562301B1 (en) Fast ion exchangeable boron-free glass with low softening point
CN1162363C (en) Process for preparing chemically strengthened glass
US4042405A (en) High strength ophthalmic lens
CN101337770B (en) High strength aluminosilicate glass and chemically toughening process thereof
US3628934A (en) Temperature control of chemical tempering of solid glass or vitrocrystalline bodies
TW202005925A (en) Glass-ceramic articles with increased resistance to fracture and methods for making the same
EP3164365B1 (en) Glass composition for chemically strengthened alkali-aluminosilicate glass and method for the manufacture thereof
KR20160085839A (en) Ion Exchangeable High Damage Resistance Glasses
JPS61286245A (en) High strenth glass product and manufacture
US20160145152A1 (en) Strengthened glass, glass-ceramic and ceramic articles and methods of making the same through pressurized ion exchange
US3485702A (en) Mechanical strengthening of glass by ion exchange
Guo et al. Effect of ZnAl2O4 crystallization on ion-exchange properties in aluminosilicate glass
CN110577355A (en) Method for strengthening nanocrystalline glass ceramic
KR20240101665A (en) Glass-ceramic articles with improved mechanical properties and low haze
KR20180102194A (en) Thermally enhanced photochromic glass and related systems and methods
Macrelli et al. Thermal treatment of ion‐exchanged glass
US9630873B2 (en) Float glass composition adapted for chemical strengthening
CN118401367A (en) Glass-based products with reduced risk of delayed failure and high stored strain energy
US20210039990A1 (en) Plate-shaped, chemically prestressed or chemically prestressable glass articles, and methods of producing