Способ упрочнения изделий

!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (и) 458 l2 0

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимый от патента (22) Заявлено 26.04.68 (21) 1238074/29-33 (32) Приоритет 27.04.67 (31) 53536 (33) Люксембург

Опубликовано 25.01.75. Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 17.04.75 (51) М. Кл. С 03с 21/00 государственный конитет

Соавта Министров СССР оо делам изооретений

Н OTKDbITMII (53) УДК 666.1053.65 (088.8) (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Эмиль Плюма и Франсуа Туссэнт (Бельгия) Иностранная фирма

«Главербель А.О.> (Бельгия) (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к способу упрочнения изделий из стекла, стеклокристаллического материала, керамики.

Известен способ упрочнения изделий путем ионного обмена.

Предлагаемый способ позволяет увеличить поверхностную твердость и уменьшить деформацию изделия путем того, что перед ионным обменом на поверхность изделия наносят покрытие, содержащее, по крайней мере, одно из следующих соединений:

АI,O„SIC, SiO„ZrB„TiN, ТаС, ZrC

TiC, АIВ, В4С, TiO ZrO„ZrSiO„AI Вl

Si,O„(Al,SiO,) (FOH), Ta,O„Y,О„СеО,.

Пример 1. В вакуум-металлизационную камеру с остаточным давлением 10 мм рт. ст. вводят и металлизируют лист стекла толщиной 25 мм, содержащий (в вес. /о):

Двуокись кремния 72,4

Окись натрия 13,7

Окись кальция 12,0

Окись алюминия 1,9.

В камере на поверхность листа с обеих сторон наносят слой окиси алюминия толщиной о

350 А путем катодного напыления с помощью электрода, покрытого окисью алюминия. Величина рабочего напряжения составляет

3,2 кв, плотность тока — 20 ма/смл.

Слой осажденного на лист стекла покрытия из окиси алюминия имеет кристаллическую структуру.

Затем обработанный в камере лист стекла погружают в баню, содержащую азотнокислый калий и выдерживают при 490 С в течение

10 40 часов. При этом ионы калия диффундируют через слой окиси алюминия и замещают содержащиеся в материале стеклянного листа ионы натрия.

Введение в баню одновременно с нитратом

15 15 вес.% хлористого кальция препятствует проявлению тенденции блокировки ионами натрия процесса диффузии ионов калия в лист стекла.

Обработанный в бане лист стекла охлажда20 ют на воздухе до комнатной температуры.

Предел прочности обработанного стекла составляет 130 кг/мм, а твердость по Мосу (поверхностная твердость) возрастает с 5,5 до 9.

25 Пример 2. На поверхность листа стекла с составом, приведенным в примере 1, путем испарения в вакууме наносят металлический слой алюминия. Испарение алюминия произ458120

3 водят путем нагревания вольфрамовой нити электрическим током.

Покрытый слоем алюминия лист стекла выдерживают в течение 1 часа при 450 С для превращения слоя алюминия в слой окиси алюминия, который характеризуется наличием аморфной структуры.

Затем стекло погружают B баню с нитратом калия, описанную в примере 1, и выдерживают в течение 45 час. Для ускорения процесса кристаллизации слоя окиси алюминия баня содержит соль хрома, которая обеспечивает концентрацию ионов хрома в количестве 5 "/о от числа ионов калия.

Ионы калия диффундируют через слой окиси алюминия в направлении стекла и замещают в нем ионы натрия, которые в свою очередь диффундируют в направлении бани.

В результате аморфный слой окиси алюминия приобретает кристаллическую структуру. Поверхностная твердость стекла по Мосу возрастает с 5,5 до 9.

Для ускорения процесса кристаллизации вместо хрома можно использовать титан, марганец, кобальт, медь, никель и цинк.

П р и м ер 3. На поверхность стеклянного сосуда наносят слой борида циркония, после чего производят химическую закалку стекла в бане, содержащей азотнокислый калий. Состав обрабатываемого стекла в основном идентичен составу стекла, приведенному в примере 1.

11утем вакуумного испарения на внутреннюю и внешнюю поверхности стеклянного сосуда одновременно наносят цирконий и бор.

Испарение циркония производят путем нагревания вольфрамовой нити. Напаривание слоя бора осуществляют с помощью угольного стержня, нагреваемого электрическим током.

Процесс испарения продолжают до образования на стекле слоя, состоящего из циркония и бора, толщиной 1000 А. Затем сосуд погружают в баню с нитратом калия и выдерживают при 470 С в течение 25 час.

Ионы калия замещают ионы натрия в стекле. В процессе ионообмена происходит образование борида циркония, для ускорения процесса кристаллизации которого в баню добавляют 3 ионов титана и 0,5 /о ионов лития в пересчете на вес ионов калия.

Предел прочности обработанного стеклянного сосуда составляет 102 кг/мм . Сосуд обладает высокой стойкостью к истиранию. Поверхностная твердость сосуда по Мосу возрастает с 5,5 до 7,5.

В целях ускорения процесса кристаллизации в место ионов титана можно использовать ионы железа, кальция, магния и редкоземельных элементов, вводимые в аналогичных концентрациях.

На поверхность стекла для повышения его твердости вместо борида циркония можно на10

4 носить описанным способом покрытия, состоящие из карбида кремния, азотистого титана, карбида циркония, карбида титана, борида алюминия, корунда и/или ортосиликата циркония.

Пр им ер 4. Изделие из стеклоподобного материала погружают в смесь, состоящую из раствора 200 см изопропила титана в 200 см воды, 1 этилового спирта и 80 r FeClz 6Н О.

После извлечения изделия из раствора, на

его поверхности остается тонкая пленка, которую сушат сначала при 150 С в течение

10 мин, а затем при 450 С в течение 10 мин.

Высушенное покрытие является композицией окисей титана и железа в аморфном состояни и.

Затем изделие подвергают химической закалке в бане, содержащей азотнокислый калий и 6 вес. /о ионов цинка (для ускорения кристаллизации окислов покрытия).

После кристаллизации покрытия поверхностная твердость изделия по Мосу возрастает от 7 до 7,5.

Для ускорения кристаллизации окислов покрытия вместо цинка можно использовать водяной пар, галогены, кадмий, висмут, никель и алюминий в концентрациях, не превышающих 10 вес. /о.

Кроме того, процесс кристаллизации можно ускорить в присутствии ионов лития непосредственно в бане, например, в количестве

0,5 вес. /о в пересчете на весовое содержание входящих в состав бани других ионов щелочных металлов.

Аналогичным влажным способом можно нано сить покрытие из двуокиси кремния либо из смеси двуокиси титана и двуокиси кремния.

Пример 5. Слой титанового покрытия толо щиной 250 А путем испарения в вакууме наносят на обе стороны листового стекла, состав которого приведен в примере 1.

Затем стекло погружают в баню, содержащую нитрат калия и какой-либо агент для ускорения кристаллизации, с температурой

450 С.

В бане протекают три процесса: превращение титана в окись титана, кристаллизация покрытия и химическая закалка листового стекла, заключающаяся в ионном обмене между стеклом и баней.

Поверхностная твердость стекла по Мосу возрастает с 5,5 до 8,6.

Олисываемый способ химической обработки предпочтителен при закалке обычных стекол.

Однако способ может быть с успехом применен и при обработке изделий из специальных стекол или керамики и в особенности из стеклокерамичеоких материалов.

Предмет изобретени я

Способ упрочнения изделий из стекла, стеклокристалличеокого материала, керамики пу458120

Составитель А. Нечаев

Техред T. Миронова

Редактор E. Гончар

Корректор H. Аук

Заказ 694j18 Изд. № 313 Тираж 559 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 тем ионного обмена, отличающийся тем, что, с целью увеличения поверхностной твердости и уменьшения деформации, перед ионным обменом на поверхность изделия наносят покрытие, содержащее, по крайней мере, одно из следующих соединений:

AI,O„SiC, SiO„ZrB„TiN, ТаС, ZrC, TiC, AIB, В,С, TiO, ZrO„ZrSiO„AI,Be, Si,O„(AI,SiO,) (FOH), Та,O„Y,O„ÑåO,.