Раскрытие принципов и плюсов и минусов химического закаливания

Раскрытие принципов и плюсов и минусов химического закаливания

Химическая закалка, также известная как ионообменное упрочнение, представляет собой метод закалки стекла путем изменения состава его поверхности химическими средствами. Он увеличивает механическую прочность и термическую стабильность стекла за счет создания сжимающих напряжений на поверхности. Этот метод достигается за счет процесса ионного обмена. Химический отпуск можно разделить на две категории в зависимости от температуры ионного обмена: низкотемпературный ионный обмен (ниже температуры стеклования) и высокотемпературный ионный обмен (выше температуры стеклования).

Принцип химического отпуска заключается в механизме диффузии ионов. При погружении стекла в высокотемпературную ванну с расплавленной солью ионы щелочных металлов внутри стекла диффундируют и обмениваются с ионами щелочных металлов в расплавленной соли, что приводит к явлению, называемому «скучиванием». Этот эффект скученности создает сжимающее напряжение на поверхности стекла, тем самым повышая его прочность.

Согласно теории сетчатой ​​структуры стекла, стеклообразные материалы состоят из аморфной трехмерной сетки, состоящей из кислородных многогранников, центральные позиции которых занимают алюминий (Al) или фосфор (P). Эти ионы вместе с ионами щелочных металлов (например, натрия и калия) образуют сетку стекла. При химической закалке ионы щелочных металлов склонны к диффузии и сегрегации из стекла, вызывая изменение состава поверхности и образование поверхностного слоя с сжимающим напряжением. Однако слой сжимающего напряжения, создаваемый ионным обменом, относительно тонкий и чувствителен к поверхностным дефектам. Даже незначительные царапины могут существенно снизить прочность стекла.

Преимущества и недостатки:

Химически закаленное стекло обладает прочностью, сравнимой с физически закаленным стеклом, а также превосходной термической стабильностью. Его можно обрабатывать при более низких температурах, он сохраняет свою форму во время производства и не ограничен толщиной или геометрической формой. Оборудование, необходимое для химического отпуска, простое, а производственный процесс относительно прост. Однако по сравнению с физически закаленным стеклом химическое закаливание имеет некоторые недостатки. Производственный цикл более длительный (время обмена может достигать нескольких десятков часов), что приводит к снижению эффективности и увеличению производственных затрат (из-за невозможности переработки расплавленной соли и требования высокой чистоты). Химически закаленное стекло фрагментируется аналогично обычному стеклу, что снижает его показатели безопасности. Кроме того, его свойства менее стабильны с точки зрения химической стабильности, а его физические свойства, такие как механическая прочность и ударопрочность, могут со временем быстро ухудшаться.

Приложения:

Химически закаленное стекло находит широкое применение в производстве листового стекла различной толщины, тонкостенного стекла и фасонных стеклянных изделий, а также огнестойкого стекла.

Таким образом, химическая закалка — это метод упрочнения стекла, который изменяет состав поверхности стекла посредством ионного обмена, создавая слой сжимающего напряжения. Он предлагает такие преимущества, как повышенная прочность, термическая стабильность и универсальность по форме и толщине. Однако он также имеет ограничения с точки зрения времени производства, стоимости, безопасности и стабильности. Понимание принципов и применения химической закалки помогает определить ее пригодность для конкретных требований к стеклу.