Procedimiento para la fabricación de un cristal endurecido térmicamente.

Procedimiento para la fabricación de un cristal endurecido térmicamente,

para lo cual, en una primera etapa delprocedimiento, se calienta el cristal en forma de paño con un espesor inferior a 2,8 mm, yen una segunda etapa delprocedimiento, se lo expone a un shock de enfriamiento, en donde, antes o después de la primera etapa delprocedimiento, se toman medidas que elevan la resistencia del cristal, y en la segunda etapa del procedimiento selleva a cabo el shock de enfriamiento con medios que, en la aplicación, tienen un coeficiente de transmisión mayorde 400 W/m2K, en donde, antes o durante la primera etapa del procedimiento, se somete el cristal a unprocedimiento de separación con láser y/o a un pulimento a la llama y/o a un tratamiento con AICb, y caracterizadoporque

(a) en la segunda etapa del procedimiento, se lleva a cabo el shock de enfriamiento utilizando fases líquidasmediante enfriamiento por rociado, y/o

(b) en la segunda etapa del procedimiento, se somete el cristal a un enfriamiento controlado bajo guiado decontacto en un enfriador de placas, y se lo extrae frío del enfriador de placas.

Procedimiento para la fabricación de un cristal endurecido térmicamente La invención se refiere a un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Desde el punto de vista económico, los cristales que han recibido un tratamiento de estrechamiento o ennoblecimiento en su superficie desempeñan un papel de importancia creciente, en donde los cristales térmicamente endurecidos componen una parte esencial de este grupo. Este tipo de endurecimiento de la superficie encuentra una aplicación en especial en aquellos casos Em los que se requieren propiedades mecánicas, en especial resistencias mecánicas, por ejemplo, en el sector automotor, en la arquitectura y en la alimentación con energía solar. Los denominados cristales de seguridad de un solo paño o de una sola capa (ESP, Einscheibensicherheitsglaser) han sido definidos en una norma especial en cuanto a sus propiedades, métodos de ensayo, etc. Esta norma se reproduce en DIN EN 12150-1: Cristal de seguridad de un solo paño a base de sodio y cal, térmicamente pretensado, noviembre de 2000. Cabe observar que esta norma existe solamente para cristales con un espesor mínimo de 3 mm. Un análisis del mercado muestra que, de hecho, en el mercado, sólo pueden obtenerse cristales con un espesor superior o igual a 2, 81 mm. Los cristales delgados endurecidos térmicamente con espesores manifiestamente inferiores a 2, 8 mm, con propiedades mecánicas iguales o incluso manifiestamente mejorados en calidad de cristales ESG, tendrían como consecuencia una optimización estratégica en campos de aplicación sumamente diversos, en cuanto a las reducciones de peso, reducciones de costes, mejores propiedades de transmisión, e inclusive hasta ventajas logísticas; como componentes de productos tales como cristal de seguridad laminado o de varias capas (VSG, Verbundsicherheitsglas) , cristal blindado o cristales de aislamiento de vacío, cabe imaginar otra vez una gran cantidad de nuevos campos de aplicación, mercados y reducciones de costes.

Por ello, se presenta la cuestión de por qué no existen estos cristales delgados térmicamente endurecidos con marcadas propiedades de compresión elevadas. Al reslPecto, cabe tener en cuenta el proceso de fabricación. En primera instancia, se calientan los cristales ESG, en el caso de una composición normal de cristal de silicato a base de sodio y cal como, por ejemplo, cristal flotado a una temperatura de aproximadamente 680 oC. A continuación, tiene lugar un shock de enfriamiento, seguido por duchi8S de aire, que inicialmente enfrían la superficie, en donde junto con un gradiente de temperaturas inicial en la superficie, se originan tensiones de tracción que, en el enfriamiento hasta temperatura ambiente del cuerpo de cristal en su conjunto, se convierten en tensiones de compresión en la superficie. Los procesos correspondientes han sido detalladamente descritos y cuantificados en:

W. Kiefer: Thermisches Vorspannen von Glasern niedri~ler Warmeausdehnung (Pretensado térmico de cristales de baja dilatación térmica) Glastechnische Berichte 57 (19134) Nr. 9, págs. 221-228. En el caso de cristales delgados que son endurecidos térmicamente, para lograr iguales tensiones de compresión, son necesarios ' gradientes de temperatura más grandes, que solamente son posibles mediante un enfriamiento más intensivo. Sin embargo, si bien en principio esto es posible, por ejemplo, mediante enfriamiento con líquido, esto lleva a que las tensiones de tracción temporales generadas en la superficie destruyan el cristal. Si bien se emplean enfriamientos mediante líquido, por ejemplo, en el caso de cristales de silicato d43 boro, esto es posible solamente por el hecho de que ellos tienen coeficientes de dilatación manifiestamente inferiores, y representan tan sólo aproximadamente el 40% de un cristal flotado usual en el comercio. Sin embargo, con elllo a temperatura ambiente, las tensiones de tracción que se presentan y las tensiones de compresión permanentes marcadas bajo igual enfriamiento también tienen un correspondiente valor reducido. Si ahora se desea enfriar más aún un cristal de silicato sodocálcico, la distribución de la resistencia de una carga de cristal seguida por una creciente velocidad de enfriamiento destruiría una cantidad creciente de cristales durante el proceso del enfriamiento. En principio, pueden concebirse cristales ESG de 2 mm, pero solamente una fracción de una carga de cristal superaría intacta esta etapa de tratamiento, lo que explica la ausencia en la industria de tales cristales a pesar del considerable interés comercial.

La invención tiene el objetivo técnico de desarrollar un procedimiento para la fabricación de cristales térmicamente endurecidos con espesores inferiores a 2, 8 mm. Este objetivo se logra mediante un procedimiento que tiene las características de la reivindicación 1.

El documento 01 revela un procedimiento para la fabricación de un cristal térmicamente endurecido con un espesor de 2, 2 mm, en el que, en una primera parte del procedimiento, el cristal se calienta solamente en una parte central a excepción de una parte periférica, y en una segunda etapa del procedimiento, se lo somete a un shock de enfriamiento. Un tratamiento térmico restringido a la parte periférica se lleva a cabo mediante corte por láser. Se lleva a cabo un shock de enfriamiento a la parte periférica con C02 o mediante vapor de nitrógeno líquido.

Ahora bien, la idea fundamental del nuevo procedimiento se basa en que los cristales por endurecer térmicamente son expuestos antes o durante el proceso de calentamiento a procedimientos que elevan la resistencia de los cristales.

Dentro de los alcances de los perfeccionamientos de la invención, a tal efecto son útiles los procedimientos de separación o corte mediante láser que se encuentran en el mercado, que elevan la resistencia a la flexión en más del 100%, y que reducen las causas de rotura que se originan desde los bordes. Complementaria o alternativamente, puede llevarse a cabo un pulimento a la llama con AICb como se describe en el documento WO 2004/096724 A1, el contenido de cuya divulgación se incorpora en la presente solicitud a título de referencia . Los incrementos de resistencia así logrados permiten ahora obtener elevadas solicitaciones de tensiones de tracción durante la fase de enfriamiento, con ello un gradiente dE! temperaturas más elevado, y con ello, en última instancia, elevadas tensiones de compresión a igualdad de espE~sores o iguales tensiones de compresión con espesores menores, o bien, una combinación de estas dos propiedades mejoradas. Esto puede lograrse mediante un shock de enfriamiento con medios que, en su aplicación, tienen coeficientes de transmisión superiores a 400 W/m2K. Diversos métodos de enfriamiento se describen en W. Kiefer: Thermisches Vorspannen von Glasern niedriger Warmeausdehnung; Glastechnische Berichte 57 (1984) Nr. 9, págs. 221-228, que pueden emplearse aisladamente o en combinación, en donde el contenido de la revelac:ión de W. Kiefer: Thermisches Vorspannen von Glasern niedriger Warmeausdehnung; Glastechnische Berichte 5'7 (1984) Nr. 9, págs. 221-228 se incorpora en la presente a título de referencia en el contenido de revelación de la solicitud.

Este método, basado en medidas preconectadas del Iproceso, para incrementar la resistencia, es posible para cristales de cualquier composición, siendo posible incrementar en cada caso los coeficientes de enfriamiento a partir de los coeficientes de dilatación originales, en la amplitud correspondiente, por el hecho de que el incremento a corto plazo de la resistencia a la tracción es efectivo durante el proceso de enfriamiento.

Ahora bien, además de una reducción considerable de los costes, la posibilidad de emplear fases líquidas para el endurecimiento térmico de cristales de silicato sodocálcic:o implica también otras ventajas. Frecuentemente se desea ennoblecer o estrechar las superficies, es decir, desde el punto de vista de las propiedades ópticas y de la resistencia a los ataques de los agentes químicos. Esto puede lograrse de manera conocida y duradera mediante un enriquecimiento de Si02 en la superficie, reduciendo junto con un menor índice de refracción las pérdidas por reflexión, elevando la transmisión y, al mismo tiempo, incrementando la resistencia a los agentes químicos. En principio, esto puede logarse mediante dos medidas:

1) Un empobrecimiento en otros elementos, por ejemplo una desalcalinización. Ejemplo: mediante un enfriamiento con una solución de sulfato de sodio al 3% (en peso) , es posible duplicar la resistencia hidrolítica y, al mismo tiempo, se mejora la transmisión en un 5% a expensas de la reflexión .

2) Un aporte de una solución de Si02 con la sdlución acuosa durante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un cristal endurecido térmicamente, para lo cual, en una primera etapa del procedimiento, se calienta el cristal en forma de paño con un espesor inferior a 2, 8 mm, y en una segunda etapa del procedimiento, se lo expone a un shock de enfriamiento, en donde, antes o después de la primera etapa del procedimiento, se toman medidas que elevan la resistencia del cristal, y en la segunda etapa del procedimiento se lleva a cabo el shock de enfriamiento con medios que, Em la aplicación, tienen un coeficiente de transmisión mayor de 400 W/m2K, en donde, antes o durante la priml~ra etapa del procedimiento, se somete el cristal a un procedimiento de separación con láser y/o a un pulimento a la llama y/o a un tratamiento con AICb, y caracterizado porque

(a) en la segunda etapa del procedimiento, se lleva a cabo el shock de enfriamiento utilizando fases liquidas mediante enfriamiento por rociado, y/o

(b) en la segunda etapa del procedimiento, se somete el cristal a un enfriamiento controlado bajo guiado de contacto en un enfriador de placas, y se lo extrae frio del enfriador de placas.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el cristal se proporciona como cristal flotado.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindic81ciones 1 ó 2, caracterizado porque el cristal se trata en su totalidad.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque se eleva integralmente la resistencia del cristal.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el shock de enfriamiento para el cristal se lleva a cabo de manera plana sobre una superfilcie del cristal.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cristal está formado a base de silicato sodocálcico.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el paño tiene un espesor inferior o igual a 2 mm.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindic.aciones 1 a 7, caracterizado porque, en la segunda etapa del procedimiento, se lleva a cabo el shock de enfriamiento mediante una solución de sulfato de amonio.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindic.aciones 1 a 7, caracterizado' porque, en la segunda etapa del procedimiento, se lleva a cabo el shock de enfriamiento con ácido sulfuroso.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindic.aciones 1 a 7, caracterizado porque, en la segunda etapa del procedimiento, se lleva a cabo el shock de enfriamiento con una suspensión acuosa de Si02.

. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el enfriador de placas tiene placas de enfriamiento de grafito o metal, en especial, un metal se, leccionado el grupo que comprende cobre, aluminio, acero,

o sus aleaciones.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 u 11, caracterizado porque el cristal se introduce frío en un refrigerador de placas con posibilidad de calentamiento, se lo calienta a una temperatura superior a la temperatura de transformación del cristal, en donde las superficies de material que se hallan en contacto con el cristal pueden tener una temperatura máxima a la cual el cristal tendría una viscosidad superior a 108, 5 Paso 1 3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 11 ó 12, caracterizado porque, durante el proceso de enfriamiento, se miden las diferencias de temperatura entre la superficie del cristal y la parte central del cristal y esa magnitud se usa para controlar el proceso de enfriamiento dependiente del espesor del cristal y del tipo de cristal.

14. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque se comprueba una temperatura superficial del cristal mediante un termoelemento en una superficie del enfriador de placas o mediante un pirómetro, en especial en el intervalo de 5 IJm, y/o mediante Uln pirómetro enfocado de alta resolución, que se mueve lateralmente ida y vuelta sobre el espesor del cristal, dElterminándose un perfil de temperaturas sobre una sección transversal del cristal.

15. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 u 11 a 14, caracterizado porque se emplean agentes lubricantes en el enfriador de placas.

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque como, agente lubricante, se emplean jabones de aluminio y materiales desalcalinizanltes tales como sulfato de amonio o cloruro de aluminio.

17. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 u 11 a 16, caracterizado porque se combinan dos enfriadores de placas mediante enfriamiento y calentamiento alternados con inclusión de un portador de calor y un depósito de almacenamiento como una instalación tándem.