Патент на изобретение №2304117

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОМЕТАЛЛОКОМПОЗИТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности. Техническая задача – снижение энергетических затрат и стоимости процесса изготовления стеклокомпозита. Способ осуществляют следующим образом. Между листами металла укладывают листы стекла. Металлические листы разогревают до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных листов, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла. Пакет листов прижимают до полного прилегания его слоев по поверхностям соприкосновения. Заключительная операция сводится к выдержке пакета в обжатом положении до соединения листов между собой и его остывании. Вследствие устранения поверхностных микротрещин прочность стекла повышается в десятки раз, придавая стеклометаллокомпозиту высокую прочность при относительно малом весе. 1 ил.

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для использования в несущих конструкциях в строительстве, судостроении, авиастроении и других отраслях промышленности.

Стеклометаллокомпозит – это композиционный материал, в котором стеклянный слой заключен между металлическими обшивками при условиях, обеспечивающих надежное соединение стекла с металлом и устранение поверхностных микротрещин в стеклянном слое. Многослойный стеклокомпозит состоит из нескольких стеклянных слоев с металлическими прослойками и наружными обшивками, надежно соединенными со стеклянными слоями при условии отсутствия поверхностных микротрещин.

Известен способ изготовления стеклометаллокомпозита, при котором пространство между металлическими обшивками заполняют расплавом стекла. При остывании расплав переходит в пластическое состояние, при котором он припаивается к металлическим обшивкам. Дальнейшее остывание полученной композиции материалов сопровождается переходом стекломассы в стеклообразное состояние. Вследствие более высокого коэффициента температурного расширения металла в процессе стеклования стекломассы создаются механические препятствия к растрескиванию поверхности стеклянного слоя (см. патент РФ №2067060, БИ №27, 1996 г.).

Недостатками этого способа являются необходимость использования жаростойких металлов и большие затраты энергии на расплав стекломассы.

Известен также способ изготовления стеклометаллокомпозита из листов стекла, размещенных между металлическими листами, с использованием для соединения стекла с металлом высокой температуры и давления, при условии, что коэффициент температурного расширения у стекла ниже, чем у металла (см. патент РФ №2196747, БИ №2, 2003 г.). Недостаток этого способа заключается в необходимости большой затраты энергии для размягчения стеклянных листов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является снижение энергетических затрат и стоимости процесса изготовления стеклометаллокомпозита.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в надежном соединении стеклянных и металлических листов между собой без применения клеевых составов и исключении образования поверхностных микротрещин в стекломатериале, что придает стеклянным слоям и стеклометаллокомпозиту в целом исключительно высокую прочность и ударостойкость.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления стеклометаллокомпозита из листов стекла, размещенных между металлическими листами, с использованием для соединения стекла с металлом высокой температуры и давления, при условии, что коэффициент температурного расширения у стекла ниже, чем у металла, отличается тем, что нагревают металлические листы до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных слоев, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию “новизна”.

При этом совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения позволяет устранить поверхностные микротрещины в стекле и обеспечить надежное соединение стеклянных и металлических листов между собой, а также снизить энергозатраты на изготовление стеклометаллокомпозита.

Изобретение поясняется чертежом, на котором в разрезе представлено схематическое изображение описываемого способа изготовления стеклометаллокомпозита.

На стол стенда 1 укладывают предварительно подготовленные листы из металла 3, 4, 5 и стекла 6 и 7. При этом используют листы стекла, у которого коэффициент температурного расширения на 1-3% ниже, чем у металлических листов. На уложенный пакет листов опускают верхнюю крышку стенда 2. Металлические листы разогревают, например, электроконтактным методом до температуры, превышающей температуру размягчения стекла, и выдерживают до размягчения поверхностей стеклянных листов, содержащих микротрещины. Подают давление к верхней крышке стенда 2, которая прижимает пакет листов к столу стенда 1 усилием до 1 атм (100 кПа), обеспечивая плотное прилегание поверхностей уложенных листов друг к другу. При размягченных поверхностях стеклянных слоев пакет листов выдерживают в течение 20-30 минут, обеспечивая тем самым полное устранение поверхностных микротрещин в стекле и надежное соединение стекла к металлу. Отключают систему обогрева металлических листов и переходят к процессу охлаждения стеклометаллокомпозита. Начиная со времени начала стеклования поверхностей стеклянных слоев, металлические слои 3, 4 и 5 сокращаются в большей мере, чем стеклянные 6 и 7, вследствие различия их коэффициентов температурного расширения. Но поскольку слои стеклометаллокомпозита соединены друг с другом, то стекло оказывает сопротивление сокращению размеров металлических слоев, вызывая в них ратягивающие напряжения и стягивание своих поверхностей. В результате остывания металлические слои 3, 4 и 5 оказываются растянутыми, а стеклянные слои 6 и 7 сжаты. Стягивание поверхностей стеклянных листов 6 и 7 при остывании не позволяет образовываться поверхностным микротрещинам, уплотняя их. Небольшое превышение коэффициентов температурного расширения у металлических листов по сравнению со стеклянными исключает появление больших начальных напряжений в стеклометаллокомпозите. Для уменьшения начальных напряжений в стеклометаллокомпозите может быть произведен отжиг изделия. После остывания стенд раскрывают и из него извлекают панель стеклометаллокомпозита.

Многократное повышение прочности и ударостойкости стекла в составе композита позволяет основную долю нагрузки, которая приходится на конструкцию из стеклометаллокомпозита, распределить на стеклянные слои и тем самым уменьшить массу металла в конструкции, изготовленной из стеклометаллокомпозита. Это позволяет получить существенный экономический эффект, так как сырье, используемое для изготовления стекла, дешевое, его запасы практически не ограничены, а энергозатраты на изготовление стеклометаллокомпозита значительно ниже энергозатрат, которые требуются для изготовления листов из конструкционных металлов. Исключение из процесса изготовления стеклометаллокомпозита операции по размягчению стеклянных слоев в целом сокращает энергозатраты на изготовление композита, поскольку оказывается достаточным размягчение одних лишь поверхностей стеклянных слоев. Это создает дополнительный экономический эффект.

Формула изобретения

Способ изготовления стеклометаллокомпозита из листов стекла, размещенных между металлическими листами, с использованием для соединения стекла с металлом высокой температуры и давления при условии, что коэффициент температурного расширения у стекла ниже, чем у металла, отличающийся тем, что нагревают металлические листы до температуры, обеспечивающей размягчение прилегающих поверхностей стеклянных листов, оставляя в твердом состоянии внутренний объем стекла.

РИСУНКИ