Принципи, переваги та недоліки хімічного гарту

Хімічне загартування, також відоме як іонообмінне зміцнення, — це метод загартування скла шляхом зміни складу його поверхні хімічними засобами. Підвищує механічну міцність і термічну стійкість скла за рахунок створення стискаючої напруги на поверхні. Ця техніка досягається за допомогою процесу іонного обміну. Хімічне відпуск можна розділити на дві категорії залежно від температури іонного обміну: низькотемпературний іонний обмін (нижче температури склування) та високотемпературний іонний обмін (вище температури склування).

Принцип хімічного відпуску полягає в механізмі дифузії іонів. Під час занурення скла у ванну з високотемпературною розплавленою сіллю іони лужних металів у склі дифундують і обмінюються з іонами лужних металів у розплавленій солі, що призводить до явища, яке називається «скупчення». Цей ефект скупчення створює напругу стиску на скляній поверхні, тим самим підвищуючи її міцність.

Відповідно до теорії мережевої структури скла, склоподібні матеріали складаються з аморфної тривимірної мережі, що складається з кисневих багатогранників, де алюміній (Al) або фосфор (P) займають центральні позиції. Ці іони разом з іонами лужних металів (наприклад, натрію та калію) утворюють сітку скла. Під час хімічного гартування іони лужних металів схильні дифундувати та відокремлюватися від скла, спричиняючи зміну складу поверхні та утворення поверхневого шару з напругою стиску. Проте шар напруги стиснення, створений іонним обміном, відносно тонкий і чутливий до поверхневих дефектів. Навіть незначні подряпини можуть значно знизити міцність скла.

Переваги та недоліки:

Хімічно загартоване скло демонструє міцність, порівнянну з фізично загартованим склом, а також чудову термічну стабільність. Його можна обробляти при більш низьких температурах, він зберігає свою форму під час виробництва і не має обмежень за товщиною чи геометричною формою. Обладнання, необхідне для хімічного гарту, просте, а процес виробництва відносно нескладний. Однак, порівняно з фізично загартованим склом, хімічне загартування має деякі недоліки. Виробничий цикл довший (час обміну може тривати до кількох десятків годин), що призводить до нижчої ефективності та вищих витрат на виробництво (через неможливість переробки розплавленої солі та вимоги високої чистоти). Хімічно загартоване скло розбивається так само, як і звичайне скло, що знижує його безпечність. Крім того, його властивості менш стабільні з точки зору хімічної стабільності, а його фізичні властивості, такі як механічна міцність і стійкість до ударів, можуть швидко погіршуватися з часом.

Застосування:

Хімічно загартоване скло знаходить широке застосування в різних товщинах плоского скла, тонкостінного скла та фасонного скла, а також у вогнетривкому склі.

Підсумовуючи, хімічне гартування – це техніка зміцнення скла, яка змінює склад поверхні скла шляхом іонного обміну, створюючи шар напруги стиснення. Він пропонує такі переваги, як покращена міцність, термічна стабільність, універсальність форми та товщини. Однак він також має обмеження щодо часу виробництва, вартості, безпеки та стабільності. Розуміння принципів і застосування хімічного гартування допомагає визначити його придатність для конкретних вимог до скла.