Раскрытие механизма, плюсов и минусов физического закаливания

Химическая закалка – это процесс, используемый для повышения прочности и термостойкости стекла. Он включает в себя нагрев стекла почти до температуры размягчения, а затем быстрое его охлаждение с использованием газовых или жидких сред. Существует два распространенных метода химической закалки: закалка в газовой среде и закалка в жидкой среде.

Газовая среда закалки:

Закалка в газовой среде, также известная как закалка с воздушным охлаждением, включает в себя такие методы, как закалка на горизонтальной воздушной подушке, закалка с горизонтальными валками и вертикальная закалка. В этом процессе стекло нагревается до температуры, близкой к температуре его размягчения (около 650-700 градусов), а затем подвергается быстрому потоку воздуха с обеих сторон для быстрого охлаждения. Этот метод повышает механическую прочность и термостойкость стекла. Важным требованием процесса охлаждения является быстрое и равномерное охлаждение для равномерного распределения напряжения внутри стекла. Для достижения равномерного охлаждения охлаждающее устройство должно эффективно рассеивать тепло, облегчать удаление случайных осколков стекла и минимизировать шум.

Преимущества и недостатки:

Закалка газовой средой имеет ряд преимуществ. Это экономически выгодно и позволяет обеспечить большие объемы производства. Закаленное стекло, полученное этим методом, обладает высокой механической прочностью, устойчивостью к термическим ударам (максимально безопасная рабочая температура может достигать 287,78 градусов) и высокой устойчивостью к температурным градиентам (выдерживает до 204,44 градусов). Кроме того, закаленное газом стекло при разбивании разбивается на мелкие кусочки, что снижает риск травм. Однако этот метод имеет определенные требования к толщине и форме стекла (обычно минимальная толщина около 3 мм для оборудования отечественного производства). Он также имеет более медленную скорость охлаждения, более высокое энергопотребление и не подходит для применений, требующих высокоточного оптического качества, особенно для тонкого стекла.

Приложения:

Закалка с воздушным охлаждением широко используется в автомобильной, морской и строительной промышленности.

Жидкая среда закалки:

Закалка в жидкой среде, также известная как жидкостное охлаждение, включает в себя нагрев стекла до точки размягчения и последующее быстрое погружение его в охлаждающую среду. Охлаждающая среда может представлять собой смесь соленой воды, например нитрата калия, нитрата натрия или их комбинацию. Минеральное масло также можно использовать в качестве охлаждающей среды, а к минеральному маслу можно добавлять такие присадки, как толуол или четыреххлористый углерод. Также можно использовать специальные закалочные масла или силиконовые масла. При закалке в жидкой среде неравномерность напряжений и возникающие в результате трещины могут возникнуть из-за того, что края стекла первыми попадают в охлаждающий резервуар. Чтобы решить эту проблему, перед погружением стекла в жидкую среду можно использовать процесс предварительного охлаждения с использованием воздушного охлаждения или распыления жидкости. Другой метод заключается в помещении стекла в резервуар с водой и органическим раствором, где органический раствор плавает поверх воды. Когда нагретое стекло помещается в резервуар, органический раствор предварительно охлаждает стекло, поглощая часть тепла, прежде чем оно быстро остынет в воде.

Преимущества и недостатки:

Закалка жидкой средой дает несколько преимуществ. Благодаря высокой удельной теплоемкости и высокой теплоте испарения воды объем, необходимый для охлаждения, значительно снижается, что приводит к снижению энергопотребления и затрат. Этот метод обеспечивает быстрое охлаждение, высокие показатели безопасности и минимальную деформацию. Однако, поскольку после нагрева стекло попадает в жидкую среду, нагрев больших листов стекла может быть неравномерным, что может повлиять на качество и выход продукта.

Приложения:

Закалка жидкой средой в первую очередь подходит для закалки тонких стекол с небольшой площадью поверхности, таких как очки, стекла для ЖК-экранов, а также стекла, используемые в оптических приборах и устройствах.

В заключение можно сказать, что химические методы закалки, как с использованием газовых, так и жидких сред, играют решающую роль в повышении прочности и термостойкости стекла. Каждый метод имеет свои преимущества и ограничения, что делает их пригодными для конкретных приложений. Закалка газовой средой, также известная как закалка с воздушным охлаждением, является экономически эффективной и широко используется в таких отраслях, как автомобильная, морская и строительная. Он обеспечивает высокую механическую прочность и устойчивость к термическим ударам, а также образует при разбивании более мелкие и безопасные осколки стекла. Однако он имеет ограничения с точки зрения толщины и формы стекла, более медленной скорости охлаждения, более высокого энергопотребления и не идеален для применений, требующих высокого оптического качества.

С другой стороны, закалка в жидкой среде или жидкостное охлаждение дает такие преимущества, как снижение энергопотребления, быстрое охлаждение, высокие показатели безопасности и минимальная деформация. Он особенно подходит для закалки тонких стекол с небольшой площадью поверхности, таких как очки, стекла ЖК-экранов и стекла, используемые в оптических приборах. Тщательно выбирая охлаждающую среду и используя методы предварительного охлаждения, можно свести к минимуму неравномерный нагрев и возможные трещины. Однако этот процесс может потребовать специального опыта и контроля процесса для создания эффективной системы темперирования.

В целом, химические методы закалки обеспечивают повышенную прочность и термическую стабильность стекла, что делает его пригодным для различных промышленных применений. Выбор между закалкой в ​​газовой среде и закалкой в ​​жидкой среде зависит от таких факторов, как желаемые свойства закаленного стекла, размер и форма стекла, а также конкретные требования применения. Эти методы продолжают развиваться и совершенствоваться, способствуя разработке более прочных и безопасных изделий из стекла во многих областях.