164692. lajstromszámú szabadalom • Eljárás üvegtárgyak zavarosodásmentes felületi keményítésére
3 164692 4 rétegben létesül feszültség, és az így kezelt üvegtárgyak nem képesek erősebb mechanikai igénybevételnek ellenállni. Ujabban olyan eljárásokat dolgoztak ki, 5 amelyek szerint elektromos térben megy végbe az ioncsere, így az alkálifémionok nagyobb sebességgel vándorolnak, és ezért szélesebb rétegben keletkezik nyomó feszültség. (3 218 220 sz. USA szabadalmi leírás, 1249 465 és 1913 136 sz. 10 NSzK közzétételi iratok.) Ezeknél az eljárásoknál az ionforrás többnyir.; valamely alkálifémsó olvadéka. A technikai üvegféleségekben eredetileg általában nátriumionok vannak jelen, ezért a kezelést többnyire káliumnitrát olvadékával végzik. 15 A keményítendő üvegek két sóolvadék között vannak elhelyezve, mindegyikbe egy vagy több elektród merül be. A közönséges ioncserénél a kémiai potenciálok gradiensei következtében az üveg és a sóolvadék között az ioncsere az 20 üvegtárgy egész felületén, annak minden részén végbemegy, ezzel szemben a fentebbi eljárásnál az egyenáramú elektromos tér hatására az ionok csak egy irányban diffundálnak. Ugy oldják meg az üvegtárgy mindkét oldalának keményítését, hogy 25 pólust váltanak, így az egy irányban folyó áram segítségével az üvegtárgy másik oldala is kezelhető. Ismeretes egy másik eljárás is, amelynél szintén elektromos térben megy végbe az ioncsere, de az ionforrás valamely ionizált gáz. 30 A fenti eljárások szerint elektromos térben való keményítésnek az a hátránya, hogy az ilyen kezelések után az ionforrás katódterében az üvegtárgyak nagy részének felülete zavarossá válik, 35 és e zavarosodás a tárgyak használati értékét erősen csökkenti. Megkísérelték a felületet a zavarosság megszüntetése céljából hidrogénfluoriddal vagy hidrogénfluorid és valamely ásványi sav elegyével kémiai úton polírozni, ez 40 azonban csak a felületi réteg nagy mértékben való vékonyítása árán sikerült, tehát csökkent a feszültséges réteg vastagsága. Jelen találmány feladata tehát olyan eljárás 45 kidolgozása üvegtárgyak zavarodásmentes felületi keményítésére, — a felszíni tartományban levő alkálifémionok az üveg állapotváltozási hőmérsékletén vagy annál alacsonyabb hőmérsékleten, elektromos térben, valamely ionforrás nagyobb 50 alkálifémionjaival való helyettesítése útján — amellyel legalább akkora keménység érhető el, mint az eddigi eljárásokkal, amelyeknél azonban a felület nem volt zavarosodásmentes. 55 A találmány tárgya tehát eljárás üvegtárgyak zavarosodásmentes felületi keményítésére a felszíni tartományban levő alkálifémionok nagyobb alkálifémionokkal való helyettesítése útján, melynél az ionforrás előnyösen valamely alkálifémsó olvadéka, 60 az ioncsere pedig elektromos térben, az üveg állapotváltozási hőmérsékletén vagy annál alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe; legalább az ionforrás katódterében legalább egy maró hatású és (vagy) valamely alkálifémoxidot kémiailag 65 megkötni képes vegyület van jelen, az előbbi lehet: káliumbórfluorid, nátriumbórfluorid, káliumfluorid, nátriumfluorid, nátriumalumíniumfluorid, vagy káliumszilíciumfluorid, az utóbbi pedig lehet káliumdihidrogénfoszfát, nátriumdihidrogénfoszfát valamely alkáliföldfémdihidrogénfoszfát, káliummetafoszfát, nátriummetafoszfát, valamely alkáliföldfém-metafoszfát vagy káliumhidrogénszulfát. Az ionforrás katódterében a fentiek közül jelenlevő egy vagy több vegyület részaránya 0,25 és 7,5 súly% között van. Ionforrásként káliumnitrát olvadékát használjuk. Ha az ionforráshoz valamely a fluoridok csoportjába tartozó maró hatású vegyületet elegyítünk, az az üvegtárgyak felületén az elektromos térben végbemenő ioncsere folyamán enyhe, de kifejezett maró hatást fejt ki, és ezáltal „in statu nascendi" feloldja az ionforrás katódterében képződő alkálifémoxidokat, amelyek az üvegtárgyak felületén keletkező zavarosodás okozói. A fenti vegyületek részarányának feltétlenül a találmány szerinti koncentrációtartományon belül kell lennie, mert ellenkező esetben nagy mennyiségű üveget oldhatnának fel, az pedig az eljárás folyamán képződő feszültséges réteg csökkenésével járna. Annak az elektromos térben végbemenő ioncserefolyamatnak, amelyen a találmány szerinti eljárás alapul, még nagyobb részt ismeretlen a reakciómechanizmusa. Feltehető, hogy amikor kálium- vagy nátriumbórfluoridot oldunk megolvasztott káliumnitrátban, valamely fluorszilikát képződik. Ez a reakció feltehetően több lépésben megy végbe, és az egyes lépések összegezése után elképzelésünk szerint az alábbi egyenlettel ábrázolható : 4Si02 +6BF-4+2NO" 3 ^4SiFl -+N 2 0 4 +» / 2 0 2 +3B 2 0 3 Ha az ionforráshoz valamely a foszfátok csoportjába tartozó, az alkálifémoxidokat kémiailag megkötni képes vegyületet vagy káliumhidrogénszulfátot elegyítünk, e vegyületek az ionforrás katódterében képződő alkálifémoxidokat „in statu nascendi" kémiailag megkötik. Ha például a megolvasztott káliumnitráthoz káliummetafoszfátot elegyítünk, feltevésünk szerint az alábbi egyenlet szerinti reakció megy végbe: KPO3 +K2 0 • K3 P0 4 Káliumhidrogénszulfát csak korlátozottan alkalmazható, vannak olyan üvegfajták, amelyeknél káliumhidrogénszulfát alkalmazásával nem kapunk kifogástalanul zavarosodásmentes felületet. Különösen előnyösnek találtuk azt - az elektromos térben végbemenő ioncsere teljesen megváltozott reakciómechanizmusának köszönhető — változást, mely szerint a találmány szerinti adalékanyagok nem vesznek részt az ioncserében. Ezért teljesen közömbös, hogy milyen kationokat tartalmaznak az adalékanyagként alkalmazott vegyületek. A találmány szerinti eljárással legalább akkora, sőt olykor lényegesen nagyobb kemény-1
