СТЕКЛО, УПРОЧНЯЕМОЕ ИОННЫМ ОБМЕНОМ
GLASS HARDENED BY ION EXCHANGE

Изобретение относится к составам стекол, упрочняемых ионным обменом, предназначенных для изготовления изделий, обладающих высокими прочностными и оптическими характеристиками. Такие изделия применяются в качестве остекления авиационного, автомобильного, железнодорожного, водного и других видов транспорта.
2
2
3
2
3
2
5
2
2
Известно стекло, содержащее в мол. %: SiO - 40-70; AlO - 11-25; BO - 0-5; РО- 4-15; NaO - 13-25; KO - 0-1. (US 9567254 В2, кл. С03С 21/00, опубл. 14.02.2017). Показано, что такое стекло может быть упрочнено ионным обменом для получения изделия, имеющего глубину сжатого слоя 130-175 мкм. К недостаткам вышеприведенного состава можно отнести небольшую глубину образующегося сжатого слоя, не обеспечивающую получение высокопрочных изделий.
2
2
3
2
2
2
3
2
2
2
Известно листовое стекло, содержащее в мас. %: SiO - 65,0-76,0; AlO - 1,5-5,0; MgO - 4,0-8,0; СаО - до 4,5; NaO - 10,0-18,0; KO - 1,0-7,5; BO - до 4,0, причем сумма этих компонентов составляет, по меньшей мере, 96% по массе от состава стекла и удовлетворяет соотношениям (в мас. %): CaO/(CaO+MgO) - 0-0,45 и KO/(NaO+KO) - 0,05-0,35. (RU 2116983 С1, кл. С03С 21/00, опубл. 10.08.1998 г. ). Стекло упрочняют поверхностным ионным обменом при температуре 350-475°С в течение по меньшей мере 72 часов. В изобретении показано, что данное стекло может быть упрочнено поверхностным ионным обменом на глубину 210 мкм за 72 часа при температуре 460°С. Недостатком данного состава стекла является невозможность получения за 72 часа упрочненного сжатого слоя глубиной 215 мкм и более.
2
2
3
2
3
2
2
2
3
2
2
2
2
3
2
2
5
2
2
2
2
2
2
3
2
5
2
5
2
5
2
3
3
Наиболее близким к заявленному изобретению является стекло, упрочняемое ионным обменом, содержащее в мас. %: SiO - 10-90, AlO - 0-40, BO - 0-80, NaO - 1-30, KO - 0-30, СоО - 0-20, NiO - 0-20, NiO - 0-20, MnO - 0-20, СаО - 0-40, BaO - 0-60, ZnO - 0-40, ZrO - 0-10, MnO - 0-10, CeO - 0-3, SnO - 0-2, SbO - 0-2, TiO - 0-40, PO - 0-70, MgO - 0-40, SrO - 0-60, LiO - 0-30, LiO+NaO+KO - 1-30, SiO+BO+PO - 11-90, NdO - 0-20, VO - 0-50, BiO - 0-50, SO - 0-50, SnO - 0-70. (US 2017015584 Al, кл. C03C 21/00; C03C 4/18, опубл. 19.01.2017 г. - прототип).
Стекло может быть упрочнено ионным обменом в течение 10 часов при температуре 465°С на глубину 21,2 мкм, однако в данном источнике информации отсутствуют сведения о возможности получения за 72 часа упрочненного сжатого слоя глубиной 215 мкм и более.
Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала составов стекла, упрочняемого ионным обменом, в частности, на глубину более 215 мкм за 72 часа, применяемых при изготовлении изделий остекления транспортных средств, в частности авиационного остекления.
Техническим результатом является получение стекла, которое в результате упрочнения ионным обменом имеет  глубину сжатого слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения.
2
2
3
2
2
2
3
2
5
2
3
2
6
2
3
Технический результат достигается тем, что стекло, упрочняемое ионным обменом, включающее SiO, AlO, KO, MgO, NaO, СаО, BO, PO, ZnO, SbO, дополнительно содержит NaSiF и FeO при следующем содержании компонентов, мас. %:
2
SiO- 55,0-62,0;
2
3
AlO - 11,0-16,0;
2
KO - 1,5-3,5;
MgO - 1,4-4,5;
2
NaO - 14,0-16,0;
СаО - 0,01-1,0;
2
3
BO - 0,001-3,0;
2
5
PO- 0,001-2,0;
ZnO - 3,0-8,3;
2
3
SbO- 0,l-2,5;
2
6
NaSiF- 0,l-2,0;
2
3
FeO- 0,001-0,2.
Для получения высоких прочностных и оптических характеристик изделий стекло предпочтительно получать флоат-методом с дальнейшим упрочнением в расплаве калиевой селитры в течение 70-72 часов.
Ниже в табл. 1 и 2 приведены примеры реализации составов стекла, а также показатели упрочнения стекла ионным обменом.
2
3
SbO, вводимый в количестве 0,1-2,5 мас. %, позволяет интенсифицировать процесс осветления расплава, что также увеличивает гомогенность расплава и облегчает диффузию катионов калия в сетке стекла, что приводит к увеличению глубины ионообменного слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения.
2
6
NaSiF, вводимый в количестве 0,1-2,0 мас. %, позволяет снизить степень связанности сетки стекла, что облегчает диффузию катионов калия из расплава калиевой селитры и приводит к увеличению глубины ионообменного слоя при меньшей продолжительности процесса упрочнения.
2
3
2
3
Содержание FeO в количестве 0,001-0,2 мас. %, совместно с SbO в количестве 0,1-2,5 мас. % обеспечивает получение стекла с высоким светопропусканием в видимой части спектра, что делает его предпочтительным для использования при изготовлении изделий остекления транспортных средств, в частности авиационного остекления.
Стекло не уступает листовому стеклу, а также стеклу, состав которого приведен в прототипе, по таким характеристикам как: водостойкость - не менее 3 гидролитического класса (ГОСТ 10134.1-82), термостойкость - не менее 100°С (ГОСТ 25535-2013), микротвердость - не менее 5500 МПа (ГОСТ 9450-76). Поэтому данное стекло может быть применено для изготовления изделий конструкционной оптики, в том числе - авиационного остекления.