DE1928587B2 - Mechanisch verfestigter schichtkoerper aus einer mehrzahl miteinander verschmolzener glas- und/oder glaskeramikschichten sowie ein verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft mechanisch verfestigte Schichtkörper aus einer Mehrzahl miteinander ver- "SS schmolzener Glas- und/oder Glaskeramikschichten sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Warmverformung fehlerfrei, mechanisch verfestigter Schichtkörper.

Obwohl Glas als ein brüchiges Material angesehen wird, ist es von Natur aus ein sehr starkes Material mit Dehnungsfestigkeiten von mehr als 7030 kg/cm², wenn die Oberfläche frei von Fehlern ist. Es ist bereits bekannt, Glas zu verstärken, z. B. durch Ionenaustausch, Druckglasuren oder Überfangen. Auch' keramische Körper können verstärkt werden. Z. B. ist ein Verfahren zum Verstärken eines keramischen Isolators in der US-PS 21 57 100 beschrieben. Schließlich ist auch die Verstärkung von glaskeramischen Körpern bereits bekannt. Druckglasuren und ihre Anwendung bei glaskeramischen Körpern sind beispielsweise in der LJS-PS 33 84 508 beschrieben.

Die US-PS 19 60 121 offenbart ein Verfahren /um Formen eines verstärkten Mischglases, wobei der Brechungsindex an jeder Stelle des Glases derselbe ist. Aus dieser Patentschrift geht hervor, daß ein Verfahren zum Verstärken von Glasprodukten durch Verwendung von zwei oder mehr Schichten von Gläsern mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten weitgehend bekannt ist. Weiterhin wird angegeben, daß die Beziehung zwischen der Dicke der verschiedenen Schichten und den Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Glasschichten bekannt ist und daß die Schicht mit der geringsten Ausdehnung immer die dünnste der Schichten ist. Weiterhin sollen die Schichten vereinigt werden, während sie noch weich sind. Aus der GB-PS 4 05 918 ist es bekannt, zwei oder mehr Schichten flüssigen Glases mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zu vereinen. Aus der Patentschrift geht jedoch hervor, daß beim Schneiden und Formen dieser Körper Schwierigkeiten auftauchen. Es wird dort daher vorgeschlagen, zwei oder mehr Scheiben mit den erforderlichen Ausdehnungskoeffizienten in kaltem Zustand zu schneiden und dann auf eine Temperatur zu erhitzen, bei welcher ihre Viskositäten zwischen 10⁸ und 10" Poise liegen. Anschließend können die getrennten Scheiben zusammengepreßt oder gerollt werden und es kann so eine geschichtete Scheibe geformt werden. In der Patentschrift wird behauptet, daß durch dieses Verfahren geschichtete Scheiben hergestellt werden können, bei welchen keine Probleme der Überwachung von Größe und Gestalt auftreten.

Aus den obengenannten Literaturstellen geht hervor, daß das allgemeine Konzept bei der Herstellung eines geschichteten, zusammengesetzten Körpers, wobei die Schichten verschiedene Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, bekannt ist. Die Veröffentlichungen beziehen sicli jedoch hauptsächlich auf Schichtkörper mit drei Schichten. Obwohl am Rande erwähnt wird, daß mehr als drei Schichten benutzt werden können, sind die Patentschriften hauptsächlich auf Schichtkörper mit drei Schichten abgestellt. Dreischicht-Körper sind deutlich stärker und bruchfester als angelassenes, getempertes oder chemisch verstärktes Glas. Bei einem Schichtkörper aus drei Schichten oder einem Artikel aus getemperten oder chemisch verstärktem Glas führt der Bruch einer äußeren druckgespannten Schicht normalerweise zum Bruch des ganzen Körpers. Weiterhin kann das Brechen dieser verstärkten Artikel, je nach innerer Energie, welche von der maximalen inneren Dehnungsspannung abhängt, sehr heftig sein.

In der ganzen diesbezüglichen Literatur existiert keine brauchbare Angabe von Parametern, die für die Herstellung geschichteter Körper notwendig sind. Obwohl behauptet wird, daß eine Differenz bei den Ausdehnungskoeffizienten vorhanden sein soll, werden z. B. keine Angaben über die Art dieser Differenzen gemacht. In ähnlicher Weise >vird behauptet, daß Differenzen in den Schichtdicken vorhanden sein sollen, aber es werden keine Angaben gemacht, welche Dicken erlaubt sind. Weiterhin existieren keine Lehren über die Beziehungen zwischen den Differenzen der Wärmeausdehnungskoeffizienten und der Dicke der Schichten. Es wird behauptet, daß die Gläser weich sein sollen, doch existieren keine Angaben über Viskositäten oder Temperaturen, bei welchen die Schichtkörper geformt

rden sollen. Weiterhin gibt es keine Angaben übet die Reziehung /wischen den Viskositäten der verschiede-Schichtcn. Es existiert kein Verfahren zur Herstellung eines heißgeschichteten verstärkten Glaskörpers und kein Verfahren zur Herstellung eines 5 derartigen Schichtkörpers in einem kontinuierlichen, uatt einem absatzweisen Prozeß.

Die Literatur gibt weiterhin keine Hinweise über Snannungsvertcilungen und -stärken, welche /u einem eeieneten Schichtkörper führen. Verteilung und Stärke io H r Spa-mungen bestimmen aber die Festigkeit des £ firners'und die Heftigkeit des Brechens. Die einzig verfügbare Lehre gibt die US-PS 21 77 336, welche Betemperte Glaskörper betrifft. Die Bedingungen in einem getemperten Körper sind jedoch sehr verschie- .5 den von jenen, die in geschichteten Körpern existieren.

In der Liieratur finden sich also wenige oder gar keine Hinweise auf spezifische Parameter, bezüglich Schichtkörpern mit drei Schichten. Des weiteren findet sich keine technische Lehre betreffend verbesserter Gläser, 20 bei welchen der Bruch der äußeren druckgespannten Schicht nicht zu einem Bruch des ganzen Körpers führt. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen mechanisch verfestigten Schichtkörper aus einer Mehrzahl miteinander verschmolzener Glas- und/oder Glaskeramik- 25 schichten zu schaffen, bei welchem ein Bruch der äußeren druckgespannten Oberflächenschicht nicht zu einem Bruch des ganzen Körpers führt und wenn ein Bruch des ganzen Körpers auftritt, die Heftigkeit des Brechens unter Kontrolle ist. 3°

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelost, daß der Schichtkörper außer einer äußeren DruckspanniMKschicht mindestens eine weitere Druckspannungs-Siicht im Innern aufweist und daß benachbarte Schichten jeweils unter entgegengesetzten Spannungen (Dehnungsspannungsschichten) stehen, wöbe, das Verhältnis eier Gesamtdicke der Dehnungsspannungsschichten zur Gesamtdicke der Druckspannungsschichten zwischen 5 : 1 und 50 : 1 liegt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zentralschicht eine Dehnungsspannungsschicht und das Verhältnis der Dicke der Zentralschicht zur Dicke jeder inneren Druckspannungsschicht liegt zwischen 10:1 ""vorzugsweise kann die Dicke der inneren Druckspannungsschicht wenigsten 0,0013 cm und die Dicke der Aüßenschicht wenigstens 0,005 cm betragen.

Vorzugsweise soll der Wärmeausdehnungskoeffizient einer Druckspannungsschicht bei der Erstarrungstemperatur wenigstens 15 ■ 10-TC weniger als der Wärmeausdehnungskoeffizient de: angrenzenden Schichten betragen, während der Wärmeausdehnungskoeffizient einer Glaskeramik-Druckspannungsschicht bei der Erstarrungstemperatur zwischen ca. 5 . io-7°C und 15 ■ 10-/⁰C weniger als der Warmeausdehnungskoeffizient der anderen Glaskeramik-Dehnungsspannungsschichten betragen soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Warmverformung fehlerfreier, mechanisch yerfestigter Schichtkörper ist dadurch gekennze.chnet, d«ß für jede Schicht ein Glasrohstoffgemenge geschmolzen wird die Schichten gleichzeitig zusammengefügt wer-Γη und bei einer Temperatur, bei welcher die Viskos.ta Se? Zentralschicht t -6mal höher als die Viskosität der MW-r sichten ist, der Schichtkörper geformt wird.

D eluicfas; Glaskeramik oder Glas und Glaskeramik hergestellt, unter der Oberfläche verstärkten Schichtkörper sind relativ billig, kommerziell leicht herzustellen und brechen nicht als ganzes, wenn eine äußere druckgespannte Schicht gebrochen ist. Die erfindungsgemäßen Schichtkörper können in vielen Formen wie etwa als Scheibe, Stab oder Kugel etc. ausgebildet sein. Im Fall einer Scheibe oder daraus hergestellten Formen, kann der Schichtkörper wenigstens fünf Schichten aufweisen. Diese Schichten entsprechen den oben beschriebenen Schichten. Ein Riß auf Grund eines Bruchs einer der äußeren Schichten breitet sich durch diese äußere Schicht und die angrenzende dehnungsgespannte Schicht fort. Der Riß wird sich jedoch nichl durch die nächstinnere druckgespannte Schicht ausbreiten, so daß die Integrität des Körpers bewahrt bleibt, auch wenn dessen Oberfläche gebrechen ist. Man kann daher sagen, daß der Körper eine unter seiner Oberfläche liegende Verstärkung

aufweist.

Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäße Schichtkörper bei erhöhten Temperaluren geformt werden muß, um eine innige Bindung oder Verschmelzung der verschiedenen Schichten zu erreichen. Die Formung bei erhöhten Temperaturen ist insofern vorteilhaft, als die Glasflächen, wenn sie zusammengeschmolzen werden, unversehrt oder fehlerfrei sind. Diese Gläser wurden noch nicht gebraucht und sind verflüssigt, so daß etwaige Oberflächenfehler verschwinden. Die Oberflächen sind also nicht durch mechanische Eingriffe beeinträchtigt. Bei der Schichtungslemperatur müssen die Viskositäten der verschiedenen Schichten eine gewisse Beziehung zueinander aufweisen. Der Zentralteil, welcher gewöhnlich der d'ckste Teil des Körpers und dehnungsgespannt ist, sollte zwischen 1- und 6mal so viskos wie die äußeren Schichten sein, jede Zwischenschicht sollte eine Viskosiiät haben, die zwischen demjenigen der Zentralschicht und der Außenschicht liegt. Um die beabsichtigte Verstärkung und die geeignete Spannungsverteilung im Schichtkörper zu erhalten, muß der Wärmeausdehnungskoeffizient der druckgespannten Schichten wenigstens 5 ■ 10"⁷/^cC weniger als derjenige der angrenzenden dehnungsgespannten Schichten bei der Erstarrungstemperatur der weicheren der druckgespannten und angrenzenden Schichten betragen. Diese Differenz bewirkt eine annähernde Verdoppelung der Verschleißfestigkeit des Körpers. Weiterhin soll das Verhältnis der Dicke der Zentralschicht zur Dicke jeder unter der Oberfläche verstärkten Schicht zwischen 10:1 und 400 :1 liegen. Das Verhältnis der Gesamtdicke aller dehnungsgespannten Schichten zur Gesamtdicke aller druckgespannten Schichten soll zwischen 5 :1 und 50 :1 liegen. Die genannten Dicken sind am Querschnitt des Körpers gemessen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert.

Fig.! zeigt einen Querschnitt eines Schichtkörpers mit fünf Schichten und eine Darstellung der Spannungsverteilung in den einzelnen Schichten.

Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch einen Schichtkörper mit sieben Schichten und eine Darstellung der Spannungsverteilung in den einzelnen Schichten.

Es wurde gefunden, daß viele der nützlichen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schichtkörper auf die einzigartige Spannungsverteilung, welche nur einem geschichteten Körper möglich ist, zurückzuführen sind, im aligemeinen sind die Verteilungen al:

^{11 j:}- -'-•■"l'CTPsnannte!

Schichten zeigen immer

Druck, während die dehnungsgespannten Schichten immer ungefähr die maximale Dehnung zeigen. Es zeigt sich daher, daß innerhalb jeder Schicht kein oder nur ein geringer Spannungsgradient auftritt. Auf diese Weise können sehr hohe Druckspannungen in den Körper eingeführt werden, während des Ausmaß der inneren Dehnungsspannungen relativ nieder ist. Z. B. kann das Verhältnis von maximalen Druck zum maximaler Dehnung in den meisten Fällen zwischen 5 :1 und 50 :1 liegen, wenn notwendig, sogar außerhalb dieses Bereichs. Diese Verhältnisse hängen ab von den physikalischen Eigenschaften des Glases und der relativen Dicken der Schichten.

Bei den erfindungsgemäßen Schichtkörpern breitet sich nach Brechen einer äußeren druckgespannten Schicht ein Riss durch diese Schicht und, je nach Höhe der Belastung, durch die angrenzende dehnungsgespannte Schicht aus. Da jedoch die nächste Schicht druckgespannt ist und nicht zerbrochen wurde, breitet sich der Riß durch diese Schicht nicht aus. Dadurch wird die Integrität des Körpers erhalten. Der Riß kann aufhören, sich auszubreiten oder seine Richtung ändern. Wenn der Riß seine Richtung ändert, kann er entlang der Fläche zwischen der zerbrochenen Schicht und der inneren druckgespannten Schicht verlaufen oder zur Oberfläche zurückkehren. In einem Fünfschichlenkörper 10 (F i g. 1) kann sich ein Riß durch die Schichten 11 und 12 ausbreiten, wird aber durch Schicht 13 gestoppt. Der Hauptteil des Körpers, nämlich die Schichten 13,14 und 15 bleiben also intakt. Wenn jedoch die Schicht 15 zerbrochen werden würde, würde der Hauptteil zerbrechen, aber die Schichten 11, 12 und 13 wurden intakt bleiben. Ein derartiger Fünfschichtenkörper würde also dort besonders nützlich sein, wo eine Beschädigung nur von einer Seite aus zu erwarten ist. Wenn jedoch eine Oberflächenbeschädigung von jeder Seite auftreten kann, kann ein Siebenschichtenkörper 20 (F i g. 2) verwendet werden. Hier kann ein Brechen der äußeren Schichten 21 oder 27 durch die Schichten 23 bzw. 25 gestoppt werden. Der Hauptteil des Körpers, die Schichten 23, 24 und 25 bleiben dann also intakt. Es kann eine beliebige Anzahl innerer druckgespannter Schichten verwendet werden, doch setzen Fabrikationskosten und Herstellungsprobleme eine Grenze. Wie F i g. 1 und 2 zeigen, wird normalerweise eine dicke dehnungsgespannte Zentralschicht (14 bzw. 24) zu schützen sein. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß das Verhältnis zwischen Dicke der Zentralschicht und jeder inneren druckgespannten Schicht zwischen 10 : 1 und 400 :1 sein sollte. Weiterhin sollte jede innere druckgespannte Schicht wenigstens eine Dicke von 0,0013 cm aufweisen. Bei anderen Ausführungsformen kann die innere Schicht auch eine Dicke von 0,00025 cm oder weniger aufweisen. Jede äußere druckgespannte Schicht sollte jedoch wenigstens eine Dicke von 0,005 cm aufweisen, so daß Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beschädigung gewährleistet ist.

Im erfindungsgemäßen beschichteten System ist die Heftigkeit des Brechens kontrollierbar. Die Heftigkeit des Brechens besteht in Beziehung zur gesamten Dchnungsspannungs-Encrgie im Körper, die ihrerseits zu einem gewissen Grad von der maximalen Dehniings· spannung abhängt. Der erfindungsgemäße Schichtkörper kann eine relativ niedere maximale Dchnungsspannung und eine dementsprechend relativ niedere Heftigkeit des Brechens aufweisen. Wenn zweckmäßig, können jedoch hohe innere Dchnungsspannungen crzcußl werden, so daß ein Brechen in feine Würfel erzielt wird. Ein Faktor beim Bestimmen der Spannung in einem Schichtkörper ist der Grad der Verformung. Die Verformung wird der niedrigsten Erstarrungstemperatur jeder Scheibe und der an sie angrenzenden Scheiben initiiert. Die Erstarrungstemperatur eines Glases und glaskeramischer Materialien ist definiert als diejenige Temperatur, welche 5⁰C über dem Spannungspunkt liegt. Die Spannung im Körper kann dann u. a. aus der Verformung berechnet werden. Um eine

,ο tatsächliche Messung der Verformung zu umgehen, kann in guter Näherung die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schichten, gemessen von 25 bis 300⁰C, multipliziert mit der Temperaturdifferenz von der niedrigsten Erstarrungstemperatur zur Arbeitstemperatur, verwendet werden. Ein anderer Weg besteht darin, daß wenigstens eine geringe Differenz der Ausdehnungskoeffizienten bei der Erstarrungstemperatur bestehen muß. In einem Schichtkörper aus Glas oder Glaskeramik muß der Wärmeausdehnungskoeffizient einer druckgespannten Schicht wenigstens 15 ■ 10-⁷/°C weniger als derjenige der angrenzenden dehnungsgespannten Schichten betragen. In allen glaskeramischen Schichtkörpern, bei welchen durch die Natur des Materials die niedrigste Erstarrungstemperatür einige 100⁰C höher als beim Glas liegt, kann jedoch die druckgespannte Schicht eine Ausdehnung von ca. 5 · 10~⁷/^oC weniger als die angrenzenden Schichten haben. Die Wahl der tatsächlich verwendeten Spannungen hängt von der jeweiligen Verwendung des Schichtkörpers ab; die oben aufgeführten minimalen Differenzen müssen jedoch eingehalten werden.

Erfindungsgemäß können Körper hergestellt werden, die eine Druckdehnung — gemessen als Bruchmodul — von wenigstens 1055 kg/cm² aufweisen. Diese Festigkeit ist das Minimum, welches für einen Körper notwendig ist, um schweren mechanischen Schlagen zu widerstehen.

Ein weiterer wichtiger Faktor zur Bestimmung der Spannung in einem Schichtkörper ist das Verhältnis der Gesamldicken der dehnungsgespannten Schichten zur Gesamtdicke der druckgespannten Schichten. Um die gewünschten Spannungen aufrechtzuerhalten, sollte dieses Verhältnis zwischen 5 ·. 1 und 50 :1 liegen.

Der erfindungsgemäße Schichtkörper kann für viele verschiedenen Produkte verwendet werden. So können z. B. leichtes Tafelgeschirr oder Automobil-Windschutzscheiben hergestellt werden. Bei Windschutzscheiben besteht ein Hauproblem darin, daß durch Steine oder andere Gegenstände, welche von der Straße durch andere Fahrzeuge hochgeschlcudcrt werden, die Windschutzscheiben zerbrechen. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Schichtkörper kann der Stein nui die äußere druckgespannte Schicht zerbrechen, wobc der entstehende Riß sich dann durch die angrenzende

S5 dchnungsgespannte Schicht fortsetzen kann, siel dagegen nicht durch die unter der Oberfläche liegendi druckgespannte Schicht fortsetzt, so daß die lntcgritä der Windschutzscheibe erhalten bleibt. Ähnliches gil für Tafelgeschirr etc.

<o Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung besteh darin, daß, wenn eine der dehnungsgespannten Schieb ten auf Grund eines verzögerten Bruchs ausfallen sollli der Körper trotzdem noch intakt bleibt. Ein weitere Vorteil des crfindiingsgcmäßen Schichtsystems beste! <>s darin, daß hochfeste, sehr leichte Körper hergestcl werden können, da das Fcsiigkeilsnivcau auch fr dünnem Querschnitt sehr hoch liegt. Die crfindungsgi miilh-. unter der Oberfläche liegende Verstärkung i

also sehr wertvoll bei der Herstellung von Körpern, bei welchen ein Ausbreitung von Rissen, die durch äußere Ursachen entstehen, vermieden wird. Dies steht im Gegensatz zu bisherigen Drehschichtenkörpern oder bisherigen anderen Verstärkungssystemen welche auf Grund eines Bruchs der druckgespannten Oberfläche oder des dehnungsgespannten Zentralteils vollkommen ausfallen.

Die vorzugsweisen erfindungsgemäßen Schichtkörper werden durch Zusammenfügen einzelner Glasscheiben der gewünschten Dicke und Zusammensetzung hergestellt und anschließend in die gewünschte Form gebracht oder zu der gewünschten Form geschnitten. Die inneren Schichten können während des Schneidens entlang der Schnittkante freigelegt werden; Diese Freilegung ist nicht günstig, da ein stärkerer Körper hergestellt werden kann, wenn die inneren Schichten vollkommen von den äußeren Schichten eingeschlossen sind. Durch geeignet geformte Schneidevorrichtungen kann die Freilegung der inneren Schichten auf einem Minimum gehalten werden; weiterhin können durch sekundäre Arbeitsoperationen die inneren Schichten vollkommen eingeschlossen werden.

Um einen Schichtkörper formen zu können, ist es notwendig, daß im Moment der Schichtung die Viskositäten der einzelnen Schichten eine gewisse Beziehung zueinander einnehmen. Bei der Schichtungstemperatur iollte das dickere dehnungsgespannte Zentralteil eine 1- bis 6mal höhere Viskosität als die äußeren druckgespannten Schichten haben. Vorzugsweise sollte das Viskositätsverhältnis zwischen 2 :1 und 4 -. 1 liegen. Die Viskosität der Schichten zwischen der Zentralschicht und den äußeren druckgespannten Schichten sollte gleich der Viskosität der Zentralschicht oder der äußeren Schichten sein oder zwischen diesen liegen. Während des Schichtungsvorgangs werden die Zentralschicht und die darüberliegenden Schichten normalerweise ungefähr bei derselben Temperatur gehalten, während gleichzeitig die erforderlichen Viskositäts-Beziehungen aufrechterhalten werden. Die Wahl der absoluten Viskositäten hängt von der jeweiligen besonderen Schichtungstechnik ab. Wenn z. B. ein Aufzieh- oder Abziehverfahren angewendet wird oder andere Formen als Scheiben hergestellt werden, müssen andere absolute Viskositäten gewählt werden; die Beziehung zwischen den Viskositäten der verschiedenen Schichten soll jedoch dasselbe bleiben.

Die Liquidus-Temperatur der verschiedenen Schichten sollte niedriger sein als die Schichtungstempcratur, umVcrsteinung während der Schichtung zu vermeiden.

Es kann zweckmäßig sein, den durch das oben beschriebene Verfahren hergestellten Schichtkörper einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Um diese Wärmebehandlung des Körpers ohne Former und trotzdem unter Beibehaltung seiner Gestalt durchführen zu können, sollte die Viskosität der äußeren Schichten bei der Wärmcbehandlungstempcratur größer sein als clic der inneren Schichten. Die höhere Viskosität der äußeren Schichten hält die flüssigeren inneren Schichten zusammen. Uni diese höhere do Viskosität zu erreichen, ist es notwendig, daß bei einer Temperatur über der maximalen Wärmebehandlungstemperatur eine Umkehr der Viskositäts-Beziehung für die verschiedenen Schichten eintritt. Weiterhin kann eine Deformation der äußeren Schicht auf Grund der <<s Berührung des Körpers mit dem Band, welches ihn durch den Wärmcbchandlungsofen führt, eintreten. Wenn die äußere Schicht einen Anlaßpunkt von mehr als 600⁰C besitzt, kann diese Deformation auf einem Minimum gehalten werden.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung benutzten Gläser können durchsichtig, mit Trübungsmitteln versehbar oder thermisch kristallisierbar sein.

Beispiel 1

Es werden drei getrennte Glasschichten der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 57,7% S1O2, 14,94% AI₂O₃,9,90% CaO, 6,87% MgO, 398% B₂O₃, 5,98% BaO und 0,5% AS2O3. Zwei der Schichten sind 0,005 cm dick und die andere 0,0025 cm dick. Zwei weitere einzelne Glasschichten der folgenden Zusammensetzung werden hergestellt: 56,84% SiO₂, 19,80% Al₂O₃, 12,80% Na₂O, 3,18% CaO, 4,30% K₂O, 2,11% MgO, und 0,99% As₂O₃. Eine dieser Schichten ist 0,19 cm dick, die andere 0,0178 cm dick. Die Schichten werden bei ca. 1300⁰C zu einem Fünfschichtenkörper geschichtet. Der Schichtkörper hat die folgende Struktur: die erste Schicht ist 0,005 cm dick, die zweite ist 0,0178 cm dick, die dritte ist 0,0025 cm dick, die vierte ist 0,19 cm dick und die fünfte ist 0,05 cm dick. Die Gesamtdicke des Schichtkörpers beträgt also ca. 0,22 cm. Bei der Schichtungstemperatur beträgt die Viskosität der druckgespannten ersten, dritten und fünften Schicht ca. 1000 Poise, während die Viskosität der dehnunsgespannten zweitem und vierten Schicht ca. 4800 Poise beträgt. Die Liquiduu-Temperatur beider Gläser liegt unterhalb 1300"C, wobei die Liquidus-Temperatur der druckgespannten Schichten 1144°C und diejenige der dehnungsgespannten Schichten 1047⁰C ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der druckgespannten Schichten ist 46 · 10-⁷/°C, während derjenige der dehnungsgespannten Schichten 94 · 10-⁷/°C beträgt. Dieser Körper kann dort verwendet werden, wo Aufprall oder Beschädigung normalerweise nur von einer Seite auf den Körper wirken.

Beispiel 2

Drei einzelne Glasscheiben der folgenden Zusammensetzung werden hergestellt: 56,70% SiO₂, 14,85% Al₂O₃, 11,92% CaO, 8,57% MgO und 7,90% B₂O₃. Zwei der Scheiben sind 0,005 cm dick, die andere Scheibe ist 0,0025 cm dick. Drei getrennte Scheiben eines getrübten Glases der folgenden Zusammensetzung werden hergestellt: 59,80% SiO₂, 18,35% AI₂O₃, 10,80% Na₂O, 1,05% CaO, 0,40% MgO, 7,40% ZnO, 3,80% F und 0,35% B₂O₃. Eine dieser Scheiben ist 0,19 cm dick, die andere ist 0,0178 cm dick. Alle Scheiben werden bei ca. 128O⁰C zu einem Fünfschichtenkörper geformt. Der Schichtkörper hat also die folgende Struktur: die erste Scheibe ist 0,005 cm dick, die zweite Scheibe ist 0,178 cm dick, die dritte Scheibe ist 0,0025 cm dick, die vierte Scheibe isl 0,19 cm dick und die fünfte Scheibe ist 0,005 cm dick. Die Gesamtdicke des Schichtkörpers beträgt also ca 0,22 cm. Bei der Schichtungstemperatur beträgt die Viskosität der druckgespannten ersten, dritten unc fünften Schicht ca. 470 Poisc, während die Viskosität dci dehnungsgespannten zweiten und vierten Schicht ca 2200 Poisc beträgt. Die Liquidus-Tcmperaturen beide Gläser liegen unterhalb 128O⁰C, wobei die Liquidus Temperatur der druckgespannten Schichten ca. 1126°( und die der dehnungsgespannten Schichten ca. 1166°( beträgt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der druck gespannten Schichten ist 47 · 10 ⁷/°C, während derje nipe der dehnungsgcspannlcn Schichten 70 · 10-⁷/°( ist. Der Schichtkörper kann dann ohne Former eine Wärmebehandlung unterzogen werden, um so cinei dichten, getrübten Körper zu formen.

Beispiel 3

ILO

Vier einzelne Glasschichten der folgeden Zusammensetzung werden hergestellt: 62,2% SiO₂, 14,8% Al₂Oj und 23,0% CaO. Zwei der Scheiben sind 0,005 cm dick, die andere Scheibe ist 0,0025 cm dick. Weiterhin werden drei einzelne Scheiben aus einem thermisch kristallisierbaren Glas der folgenden Zusammensetzung hergestellt: 52,15% SiO₂, 0,35% As₂O₃, 26,15% AI₂O₃, 10,30% Na₂O. 6,60% CaO, 3,00% TiO₂, 0,95% MgO und 0,50% Li₂O. Eine dieser Scheiben ist 0,20 cm dick, die anderen zwei Scheiben sind jeweils 0,178 cm dick. Alle diese Scheiben werden bei ca. 1300⁰C zu einem Siebenschichtenkörper geformt. Der Schichtkörper hat die folgende Struktur: die erste Scheibe ist 0,005 cm dick, die zweite Scheibe ist 0,178 cm dick, die dritte Scheibe ist 0,0025 cm dick, die vierte Scheibe ist 0,20 cm dick, die fünfte Scheibe ist 0,0025 cm dick, die sechste Scheibe ist 0,178 cm dick und die siebte Scheibe ist 0,005 cm dick.

Die Gesatntdicke des Schichtkörpers beträgt mithin 0,254 cm. Bei der Schichtungstemperatur beträgt die Viskosität der druckgespannten ersten, dritten, fünften und siebten Schicht ca. 1400 Poise, während die Viskosität der dehnungsgespannten zweiten, vierten und sechsten Schicht ca. 2800 Poise beträgt. Die Liquidus-Temperatur beider Gläser liegt unter 1300°C, wobei die Liquidus-Temperatur der druckgespannten Schichten 1139°C und die der dehnungsgespannten

■° Schichten 1224°C ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der druckgespannten Schichten ist 54 - 10-V⁰C, Expansion der thermisch kristallisierbaren, dehnungsgespannten Schichten 70 · 10-V⁰C Schichtkörper wird dann ohne Former einer Wärmebehandlung unterzo-

'5 gen, um das thermisch-kristallisierbare Glas in eine Glaskeramik umzuwandeln. Die erhaltene Glaskeramik kann als Titanoxid-ICristallkeim-Nephelin-Typ-Glaskeramik, mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 97 · 10-V°C charakterisiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

19 26 Patentansprüche:

1. Mechanisch verfestigter Schichtkörper aus einer Mehrzahl miteinander verschmolzener Glas- und/oder Glaskeramikschiehten, dadurch ge- ι kennzeichnet, daß er außer einer äußeren Druckspannungsschicht mindestens eine weitere Druckspannungsschicht im Innern aufweist und daß benachbarte Schichten jeweils unter entgegengesetzten Spannungen (Dehnungsspannungsschichten) stehen, wobei das Verhältnis der Gesamtdicke der Dehnungsspannungsschichten zur Gesamtdicke der Druckspannungsschichten zwischen 5 : 1 und 50 : I liegt.

2. Schichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralschicht eine Dehnungsspannungsschielit ist und das Verhältnis der Dicke der Zentralschicht zur Dicke jeder inneren Druckspannungsschicht zwischen 10 : i und 400 : I liegt.

3. Schichtkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der inneren Druckspannungsschicht wenigstens 0,0013 cm beträgt.

4. Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Außenschicht wenigstens 0,005 cm beträgt.

5. Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient einer Druckspannungsschicht bei der Erstarrungstemperatur wenigstens 15 ■ 10"⁷/°C weniger als der Wärmeausdehnungskoeffizient der angrenzenden Schichten beträgt.

6. Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient einer Glaskeramik-Druckspan· nungsschicht bei der Erstarrungstemperatur 5 ■ IO-⁷/^uC bis 15 ■ 10 '/"C weniger als der Wärmeausdehnungskoeffizient der angrenzenden Glaskeramik- Dehnungsspannungsschicht beträgt.

7. Verfahren zur kontinuierlichen Warmverformung fehlerfreier, mechanisch verfestigter Schichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Schicht ein Glasrohr· stoffgemenge geschmolzen wird, die Schichten gleichzeitig zusammengefügt werden und bei einer Temperatur, bei welcher die Viskosität der Zentralschicht 1- bis 6mal höher als die Viskosität der äußeren Schichten ist, der Schichtkörper geformt wird.

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