Spannungen und lonentransport im Floatglas

Abstract

Float glass shows an impoverishment of the surface layers in alkali, alkaline earth and hydroxyl ions which is hardly at ah compensated by tin on the atmosphere side and only partly compensated (up to about 35% SnO or 17% Sn2+ ions) on the tin bath side. This causes compressive surface stresses, greater on the atmosphere than the tin bath side, which are compensated by two interior tensile zones. As usually supplied these stresses are masked by thermal stresses and the latter can be removed by annealing which, however, also partly relaxes the stresses due to ionic transport. As the thickness of float glass increases, the residence time of the glass in the float bath increases. This increases the losses of alkali, alkahne earth and hydroxyl ions to the tin bath and the reducing atmosphere which cause higher surface stresses. In contrast ordinary plate glass initially shows external compressive and internal tensile stresses; after removal of thermal stresses this distribution is however reversed and these stresses probably arise during grinding and polishing. The reaction mechanisms involved in ionic transport in both surface layers of float glass are interpreted and a balance of the components involved in the ionic transport is given. Dans le processus du verre flotté, il se produit un appauvrissement des couches superficielles en oxydes alcalins, alcalino-terreux et en groupes hydroxyles, c'est-à-dire en «eau» l'appauvrissement est à peine compensé côté atmosphère et il ne l'est que partiellement, côté bain d'étain, d'environ 35% par SnO et environ 17% par des ions Sn2+. Ceci engendre des compressions dans les couches superficielles, celles du côté atmosphère étant supérieures à celles du côté bain d'étain. Les compressions sont compensées intérieurement par deux zones de traction. A ces tensions se superposent dans le produit fini, des tensions thermiques qui peuvent être éliminées par recuit tandis que cehes résultant de la migration d'ions le sont par une relaxation de diffusion. Plus épaisse est la glace flottée plus faible est la vitesse d'étirage lors de la fabrication, plus long est le temps de séjour sur le bain d'étain et dans l'atmosphère réductrice plus grandes sont les pertes en alcahs, alcahno-terreux et en hydroxyles et plus fortes sont les compressions résiduaires dans les couches superficielles. A titre comparatif une glace fabriquée suivant le procédé «classique» présente aussi une compression à l'extérieur et une traction à l'intérieur, mais après élimination des tensions thermiques par recuit, on observe des tractions dans les couches superficielles qui résultent, vraisemblablement, du doucissage et du pohssage et à l'intérieur des tensions de compression. Les mécanismes de réaction qui sont à la base de la migration d'ions aux surfaces limites du verre flotté — atmosphère réductrice/verre ou bain d'étain/verre—sont expliquées et on fournit un bilan des éléments qui prennent part à la migration d'ions. Während des Floatglasprozesses findet eine Alkali-, Erdalkalioxid- und Hydroxyl- bzw. „Wasser"verarmung der Oberflächenschichten statt, die auf der Atmosphärenseite kaum und auf der Zinnbadseite nur teilweise — zu etwa 35% — durch SnO bzw. zu etwa 17% durch Sn2+ -Ionen kompensiert wird. Dies führt zu Druckspannungen in den Oberflächenschichten, wobei die atmosphärenseitigen Spannungen größer als die zinnbadseitigen Spannungen sind. Die Druckspannungen werden durch zwei Zugspannungszonen im Innern kompensiert. Im Anlieferungszustand sind diesen Spannungen thermische Spannungen überlagert, die durch Tempern beseitigt werden können, wobei z. T. auch die durch lonentransport bedingten Spannungen abgebaut werden (Diffusionsrelaxation). Je größer die Schichtdicke der Floatglasscheiben, um so geringer war die Ziehgeschwindigkeit beim Herstellungsprozeß, um so länger die Verweilzeit auf dem Zinnbad und in der reduzierenden Atmosphäre, um so größer der Alkali-, Erdalkalioxid- und Hydroxylverlust und um so größer die verbleibenden Druckspannungen in den Oberflächenschichten. Vergleichsweise zeigte ein nach dem „klassischen" Verfahren hergestelltes Spiegelglas zunächst ebenfalls außen Druck- und innen Zugspannung; nach Abbau der thermischen Spannungen durch Tempern aber Zugspannungen in den Oberflächenschichten, die vermutlich vom Schleif- und Poliervorgang herrühren, und im Innern Druckspannung. Die dem lonentransport zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen an den Floatglasgrenzflächen — reduzierende Atmosphäre/Glas bzw. Zinnbad/Glas — werden erläutert und eine Bilanz der am lonentransport beteiligten Komponenten gegeben.