На каком этапе производства происходит упрочнение стекол: Прочность стекла. Ионообменное упрочнение. ГЛАВА 2. МЕТОДЫ УПРОЧНЕНИЯ СТЕКЛА

На каком этапе производства происходит упрочнение стекол: Прочность стекла. Ионообменное упрочнение. ГЛАВА 2. МЕТОДЫ УПРОЧНЕНИЯ СТЕКЛА

Содержание

Повышение прочности стекла

Повышение прочности стекла

Для производства упрочненного стекла наибольшее распространение получила воздушная закалка. Закаленное стекло (ЗC) отличается от исходного (сырого) стекла повышенной в 4-5 раз прочностью (120-300 МПа) и характером разрушения, дающего мелкие (до 2 см) округлые осколки. Количество осколков на единицу поверхности («плотность осколков») тем больше, чем выше степень закалки. Это объясняется тем, что в процессе разрушения стекла освобождается большая часть запасенной энергии упругости, которая превращается в поверхностную энергию вновь образованных поверхностей.

Закалка состоит в нагревании стекла в электрической печи до 530-750°С в зависимости от температуры его размягчения, выдержке при этой температуре и резком охлаждении струями воздуха, нагнетаемого через обдувочные решетки различных конструкций, обеспечивающих двухстороннее равномерное охлаждение листа. Нагрев и охлаждение листа осуществляется в вертикальном или горизонтальном положении в агрегатах (печь + решетка) непрерывного или периодического действия.

В результате такой обработки в изделиях появляются равномерно распределённые напряжения: во внутренних слоях – напряжения растяжения, в наружных слоях – напряжения сжатия, увеличивающие механическую прочность и термическую стойкость изделий.

Для повышения прочности листовых стекол до 300-400 МПа, а также упрочнения тонких и термостойких стекол применяется жидкостная закалка (ЖЗ).

В качестве охлаждающей среды используются органические и кремнийорганические жидкости, металлические порошки, взвешенные в струе воздуха (псевдо-жидкостная среда). ЖЗ производится различными способами, в т.ч. погружением, распылением. С целью предотвращения опасных временных напряжений, возникающих при контакте сильно разогретых листов с жидкостью, вводят предварительное воздушное охлаждение стекла (двухстадийная закалка).

Несмотря на высокую прочность получаемых стекол, ЖЗ пока не нашла широкого применения и используется в России, главным образом, для упрочнения небольших листовых деталей и фасонных изделий светотехнического назначения, а за рубежом также и для производства высокопрочного многослойного авиаостекления (процесс «тен-твенти»).

Ионообменное упрочнение (т.н. химическая закалка, ионный обмен, низкотемпературный и.о., ионная набивка) происходит при контакте листового стекла, содержащего Nа, с расплавом КNO3. В стеклах специальных составов, содержащих Li+, он может быть замещен на ионы Na+ из расплава NaNO3. При таком замещении сжимающие напряжения, в отличие от закалочных, сосредоточены в тонком поверхностном слое (до 120 мкм) и превышают закалочные в 3-4 раза, достигая 500-600 МПа, при существенно сниженных, растягивающих напряжениях внутри листа. Величина сжимающих напряжений и глубина сжатого слоя зависят от температуры и продолжительности обработки. Стекло с тонким сжатым слоем (20-50 мкм) получают за 5-10 часов. Большая глубина достигается при продолжительности обработки более 100 часов.

Упрочнение стекла путем удаления поверхностных дефектов травлением в плавиковой кислоте — химическая полировка приводит к наибольшему возрастанию средней прочности при ЦСИ (до 2500 МПа). Несмотря на отсутствие остаточных напряжений, такое стекло при сильном изгибе или ударе, благодаря высокой энергии деформации, разрушается с образованием очень мелких осколков или стеклянного порошка. Из-за большой чувствительности даже к незначительным повреждениям травленые стекла требуют защиты непосредственно после упрочнения с помощью полимеризующихся покрытий, наносимых окунанием, поливом или распылением

Влияние состояния стекла на его прочность









Состояние стекла

Прочность при изгибе, Мпа
  Сырое 30 — 80
  Упрочненное стекло:
     воздушной закалкой 120 — 180
     жидкостной закалкой 200 — 400
     ионным обменом 300 — 500
     травлением 1000 — 1700
     комбинированными способами 1500 — 20000

 

 

 

АО «НИТС им. В.Ф.Солинова» обладает всеми способами упрочнения стекла, некоторые из которых являются «ноу — хау».


Упрочнённое стекло — Статьи — Стеклообрабатывающее оборудование

Стекло по своей структуре очень хрупкое и очень легко, неконтролируемо разрушается на множество острых осколков, которые являются травмоопасными, поэтому обычное стекло мы редко применяем в нашем жилище и все чаще создаем технологии, которые направленны на упрочнение стекла. Упрочненное стекло все больше входит в нашу жизнь и начинает окружать нас в большом количестве. Мы применяем его в автомобилестроении, в изготовлении посуды, во внутреннем обустройстве нашего дома, при строительстве зданий и при производстве самолетов, кораблей и прочей техники, которая украшает наш уют и защищает спокойствие.

Стекло по своей структуре очень хрупкое и очень легко, неконтролируемо разрушается на множество острых осколков, которые являются травмоопасными, поэтому обычное стекло мы редко применяем в нашем жилище и все чаще создаем технологии, которые направленны на упрочнение стекла. Упрочненное стекло все больше входит в нашу жизнь и начинает окружать нас в большом количестве. Мы применяем его в автомобилестроении, в изготовлении посуды, во внутреннем обустройстве нашего дома, при строительстве зданий и при производстве самолетов, кораблей и прочей техники, которая украшает наш уют и защищает спокойствие.

ВИДЫ УПРОЧНЕННОГО СТЕКЛА

  1. Термически упрочненное стекло.  Стекло нагревают до температуры отпуска внутренних напряжений 630-650°С, а затем резко охлаждают. В результате, образуются поверхностные напряжения сжатия, которые повышают механическую и термическую стойкость. Закаленное стекло в несколько раз прочнее обычного и при разрушении происходит дефрагментация на небольшие куски с округленными, безопасными краями (примерно 50 -130 шт/25 см2). После термического упрочнения стекла, его нельзя резать или подвергать другим видам обработки, поэтому оно должно сразу изготавливаться в размер. Данное стекло является безопасным.
  2. Химически упрочненное стекло.  Данное стекло имеет повышенную прочность. При механическом воздействии стекло разбивается на длинные, острые осколки, по этой причине такое стекло не считается безопасным. Химически упрочненное стекло изготавливают путем погружения в ванну с нитратом калия при температуре 450°С. В процессе ионообмена, ионы натрия находящиеся в стекле, заменяются ионами калия из раствора в ванне, чем создают поверхностное напряжение. При химическом упрочнении стекла не используется метод перепада температур, благодаря чему стекло не деформируется, и в нем не появляются оптические искажения.

ТЕРМИЧЕСКИ УПРОЧНЕННОЕ СТЕКЛО

Закалка стекла является наиболее распространенным методом упрочнения стекла и состоит в создании постоянных внутренних напряжений путем охлаждения материала от температур, превышающих температуру стеклования, при которых стекло обладает пластичными свойствами. При быстром охлаждении размягченного стекла сначала затвердевают наружные слои, в то время как во внутренних слоях сохраняется высокая температура. Поверхностные холодные слои препятствуют свободному сокращению внутренних участков и при дальнейшем охлаждении наружные слои сжимаются, а внутренние растягиваются. “Замораживание” вязкотекучих деформаций сопровождается возникновением структурного градиента; менее плотная структура фиксируется в наружных слоях. Этот метод известен также как термическое или физическое упрочнение. С увеличением интенсивности охлаждения, образующиеся в нем сжимающие напряжения возрастают. Эффективность применения закалки зависит от химического состава стекла, толщины и геометрии изделия и температурно-временных условий охлаждения стеклянных изделий.  Увеличение прочности стекла зависит от интенсивности его охлаждения, при этом, чем тоньше стекло, тем больше должна быть интенсивность его охлаждения, что создает низкую эффективность для тонких номиналов. После закалки стекла, его прочность на удар возрастает в 10 раз, а прочность на изгиб, более чем в 5 раз, чем у обычного стекла, до термоупрочнения. Так же не забудем, что термостойкость стекла повышается в 4-5 раз.

Главное достоинство термоупрочненного стекла это то, что оно является безопасным при разрушении, так как при его дефрагментации образуются мелкие безопасные осколки. Главным недостатком является то, что при термическом воздействии на стекло, во время закалки, оно теряет плоскостность. Другим значительным недостатком, это образование во внутренних слоях стекла растягивающих напряжений, которые могут приводить к саморазрушению стекла, а это недопустимо для некоторых его мест применения, так как при разрушении термоупрочненного стекла, мелкие его фрагменты создают “0” видимость.

ХИМИЧЕСКИ УПРОЧНЕННОЕ СТЕКЛО

Более распространенное название этого метода  — ионообменный метод упрочнения стекла. В его принципе лежит процесс ионного обмена, который заключается в вытеснении ионов щелочных металлов из поверхностного слоя нагретого пластичного стекла ионами других щелочных металлов. Для этого стекло погружают в расплав соли диффундирующего щелочного металла при температуре ниже высшей температуры отжига с тем, чтобы возникающие напряжения не релаксировали, но сохранялись в стекле. Ионный обмен может быть низкотемпературным, высокотемпературным и комбинированным (двойным).

При низкотемпературном ионном обмене (температура расплава 420 °С) щелочные ионы в поверхностном слое стекла замещаются щелочными ионами с большим ионным радиусом. Так, ионы Na+ с радиусом 0,098 нм замещают обычно ионами К+ с радиусом 0,133 нм. При этом полости кремнекислородного каркаса в структуре стекла уменьшаются и структурная сетка поверхностного слоя стекла уплотняется на глубину сжатого слоя 150- 200 мкм. Напряжения сжатия при этом составляют 40-60 МПа. Это приводит к возрастанию механической прочности стекла в 6 — 8 раз, а термостойкости в 1,5—2 раза.

При высокотемпературном ионном обмене (температура расплава 620 °С) щелочные ионы в поверхностном слое стекла в противоположность низкотемпературному процессу замещаются щелочными ионами с меньшим ионным радиусом. Так, ионы Na+ и К+ стекла замещаются ионами лития из расплава Li2S04 с ионным радиусом 0,068 нм, которые способны проникать в стекло на глубину до 250 мкм. Силикаты лития имеют меньший коэффициент термического расширения, чем силикаты натрия и калия; поэтому при охлаждении стекла диффузионный поверхностный слой сокращается в меньшей степени, чем внутренние слои: следовательно, в нем появляются напряжения сжатия, которые приводят к увеличению механической прочности и термической стойкости стекла. В связи с тем, что толщина сжатого слоя при высокотемпературном ионном обмене больше, чем при низкотемпературном, упрочнение в этом случае может быть 10—12-кратным. Дополнительного упрочнения можно достичь при обработке стекла, упрочненного ионами лития, в расплаве соли калия. Разница между ионными радиусами Li+ и К+ больше, чем в случае Na+ и К+, что и дает значительный упрочняющий эффект.

Комбинированный метод упрочнения стекла довольно широко известен производителям. Существует несколько его видов, основным методом и получившим практическую реализацию можно отнести термофизический способ — травление+закалка. Дополнительное травление закаленного стекла приводит, к резкому повышению его прочности. Второй метод, это ионный обмен+ травление и последний, закалка + ионный обмен. При этих комбинациях упрочнения стекла можно компенсировать (частично) недостатки, присущие каждому способу: один из методов предполагает получение высокопрочного материала, другой — стекла с глубоким сжатым слоем.

В нашей стране нашло промышленное применение упрочнение стекла за счет ионного обмена в низкотемпературном варианте.

Химически упрочненное стекло, которое обладает повышенной прочностью, но разрушается длинными заостренными осколками, похожими на поплавок, как у сырого стекла. По этой причине,  химически упрочненное стекло не считается безопасным и должны быть обязательно заламинированным, но это и является достоинством, так как это стекло при разрушении не создает «0» видимость, соответственно его можно применять в производстве стекол, которые необходимы в военной, морской, автомобильной и авиационной промышленности. Также, в отличие от закаленного стекла, химически упрочненное стекло может быть разрезано после упрочнения, но теряет дополнительную прочность в области примерно 20 мм от линии реза. Когда поверхность химически упрочненного стекла поцарапана, эта область теряет дополнительную прочность.

Химически упрочненные стекла имеют более высокий коэффициент прозрачности для УФ и ИК лучей в видимом диапазоне. Это позволяет применять его в системах вооружения и конструктора используют стекла, упрочненные химическим путем в  приборах наведения, на основе радиочастотного, инфракрасного или лазерного целеуказания. Сторонники этого стекла подчеркивают, что химически упрочненное стекло может применяться не только для использования в военных целях, но оно может быть использовано в многочисленных гражданских применениях, требующих прочность и оптическую прозрачность. Это стекло также полезно для видовых экранов, защитных чехлов и передней поверхностью оптики в агрессивных средах, где рабочие элементы должны быть защищены от высокой температуры, высокого  давления или глубокого вакуума. Также данные стекла используются в рабочем окне сканеров, которые  находятся в продуктовых магазинах или в терминалах покупки билетов на самолет или поезд.

Химически упрочненное стекло в сравнении с термическим имеет следующие преимущества:

  • Улучшенная ударопрочность;
  • Улучшенная гибкость, прочность;
  • Улучшенная стойкость к царапинам;
  • Улучшенная устойчивость к изменениям температуры.

На фото приведены виды дефрагментации стекла при ударе (слева направо: сырое стекло, ламинированное стекло, химически упрочненное стекло, закаленное стекло).

Звоните и заказывайте оборудование для фотопечати на стекле, оборудование для термообработки стекла.

Для получения дополнительной информации, свяжитесь с нашими менеджерами.

Химическое упрочнение стекла | Private Glass

Одной из технологий закаливания стекла является его химическое упрочнение, которое заключается в погружении изделия в соляную ванну. При этом происходит процесс ионного обмена, когда ионы натрия, содержащиеся в стекле, замещаются ионами калия, что приводит к поверхностному напряжению.

Существует ряд преимуществ химически упрочненного стекла перед его термически обработанными аналогами. Так, при химическом упрочнении не возникает перепад температур, поэтому материал не подвергается деформации, а на его поверхности не возникают оптические искажения. Кроме этого, при разрушении химически упрочненное стекло покрывается удлиненными лучистыми трещинами, которые за счет ламинирования не разлетаются на осколки и сохраняют прозрачность. Термически обработанное стекло в этом отношении хотя и фрагментируется на безопасные скругленные элементы, но становится абсолютно непрозрачным, что лишает его множества возможностей.

Характеристики Сырое стекло Термически закаленное стекло Химически упрочненное стекло
Натяжение на поверхности стекла от 40 до 70 Мпа до 150 до 220 МПа до 700 МПа
Стойкость к вибрациям низкая стандартная высокая
Стойкость к термошоку нет стандартная высокая
Безопасность в эксплуатации низкая повышенная максимально высокая
Оптические и плоскостные свойства высокие низкие высокие
Эксплуатационные свойства при повреждении низкие нет высокие
Возможность сверления отверстий после обработки есть нет есть
Стойкость к механическому повреждению поверхности стандартная низкая высокая
Минимальная толщина, мм любая 4 мм любая
Минимальные габариты, мм нет 200х300 нет
Ограничения по соотношению сторон нет есть, влияет на плоскостность нет
Ограничения по диаметру сверления/вырезу относительно края стекла нет есть нет

Еще один плюс химически упрочненного стекла заключается в том, что его можно резать (потеря прочности отмечается только в радиусе 20 мм от линии реза), тогда как термически обработанные аналоги должны изготавливаться только сразу в размер.

Важно отметить, что термостойкость стекла после химического упрочнения увеличивается в три раза, а ударопрочность и механическая прочность – до шести раз.

Преимущество такого упрочнения позволяет уменьшить общую массу конструкции, увеличить ее прочность относительно традиционного термозакаливания. Если добавить к вышеназванным преимуществам повышенную устойчивость к вибрациям, то такой материал можно без преувеличения назвать универсальным и функциональным в самых разных сферах применения.

Так, химически упрочненное стекло широко используется в космической, авиационной, военной и автомобильной промышленности, а также на социально значимых объектах, в фасадном и интерьерном остеклении, где в первую очередь важна безопасность и антивандальные свойства.

Компания «Приват Гласс» занимается производством химически упрочненного стекла под заказ в соответствии с техническими пожеланиями клиента. Свяжитесь с нашим представителем для получения более подробной информации о сроках, ценах и возможностях производства.

Закалить стекло в домашних условиях

Как закалить стекло в домашних условиях?

Закаливание стекла практически ничем не отличается от упрочнения металла – равномерный нагрев до высокой температуры и быстрое охлаждение.

Технология закалки

Для получения закаленного стекла его необходимо подвергнуть нагреву до температуры в пределах 650-680 °C и быстро, но равномерно охладить с обеих сторон. Поэтапная технология закалки стекла:

  • Резка материала для придания необходимой конфигурации.
  • Проверка поверхности на наличие дефектов – трещины, сколы и пустоты могут привести к разрушению стекла в процессе операции.
  • Обработка краев абразивным материалом.
  • Мойка стекла.
  • Разогрев в отжиговой печи.
  • Охлаждение – материал обдувается мощными вентиляторами с разных сторон.

Как видно из технологии, произвести закаливание стекла в домашних условиях практически невозможно, поскольку требуется наличие специального оборудования в виде отжиговой печи и мощных вентиляторов для обеспечения полного охлаждения материала буквально за несколько секунд. Самостоятельно можно попробовать только упрочнить его.

Упрочнение стекла в домашних условиях

Немного повысить прочность материала можно 2-мя способами:

  • посредством специальной пленки;
  • методом отпуска.

Пленку для закалки экранного стекла можно приобрести практически в любом магазине с аксессуарами. Такая пленка прекрасно защищает экран от различных потертостей и царапин, но обладает пониженной устойчивостью к ударным нагрузкам. Поэтому малейшее механическое повреждение может повлечь за собой его разрушение.

Отпуск – отличный способ упрочнения стеклянных изделий (банки, стаканы, салатницы и другая посуда) в домашних условиях. Метод заключается в нагреве до кипения воды и медленном охлаждении материала. Последовательность:

  • подготавливается металлическая емкость, соответствующая размерам отпускаемого изделия;
  • на дно насыпается песок;
  • стеклянное изделие устанавливается на песок;
  • наливается вода;
  • емкость ставится на небольшой огонь и медленно доводится до кипения;
  • время кипения – не менее 20 мин. ;
  • дать немного остыть и засыпать горсть соли, после чего все снова должно прокипеть в течение получаса;
  • медленное остывание, желательно при комнатной температуре без сквозняков и резких перепадов температуры.

Чем меньше скорость нагрева и последующего охлаждения, тем эффективнее результат – увеличенная термостойкость посуды.

Стекло закаленное в промышленности и для телефонов

Стекло закаленное – обычный прозрачный материал листового типа. Создается оно за счет нагревания до температуры 650-680 °С. После достижения этой отметки происходит резкое и равномерное охлаждение воздухом. За счет использования такой технологии появляются остаточные напряжения сжатия, что позволяет добиться максимальной прочности, надежности и устойчивости к температурам. Более того, если такое стекло закаленное разобьется, оно нанесет меньше вреда окружающим, чем обычное. Это объясняется тем, что при разрушении материал дробится на тупые мелкие осколки, не способные нанести действительно серьезные травмы.

Именно о защищенном стекле, его использовании в промышленности поговорим в статье. Также рассмотрим, как создают такой материал и каково его взаимодействие с современными гаджетами.

Особенности

За счет таких свойств закаленного стекла, как безопасность и прочность, его часто используют в строительстве, железнодорожном, автомобильном, мебельном промысле, психиатрии. Более того, его применяют для создания посуды, витрин, заграждений на площадках для хоккея.

Еще одно полезное свойство имеет стекло закаленное – термостойкость. Что оно позволяет делать? При остеклении домов и помещений нет никаких рисков подвергнуть вещество термошоку. То есть такой материал с легкостью выдерживает даже сильнейшие перепады температур.

Что может сделать описываемое стекло уязвимым? Лишь удар в торец. Такое механическое воздействие с легкостью способно разрушить напряжение стекла и полностью его разбить. Этот эффект задействуется в современных стилях оформления. Иногда устанавливают дверь со вставками из стекла с имеющимися на нем декоративными трещинами. Эти мелкие изъяны, объединяясь, создают рисунок в форме паутины.

Стекло закаленное нельзя сверлить, резать и подвергать другой обработке.

Использование в автомобильной промышленности

Закаленное стекло широко применяется при выпуске транспортных средств. Его задействуют для создания боковых (иногда задних) стекол. Для лобового использовать данный материал запрещено. Это связано с нарушением техники безопасности.

Лобовые окна создают из триплекса незакаленного материала. Такое же многослойное стекло имеет один интересный нюанс. После растрескивания по всей длине окно быстро теряет свою прозрачность. Однако это не мешает использовать закаленное стекло в автомобильной архитектуре.

Как закаляют стекло?

Выше уже был описан кратко процесс закаливания стекла, однако рассмотрим его несколько подробнее. Ниже оговорены все этапы, которые нужно соблюдать:

  • Необходимо разрезать материал, чтобы придать ему желаемую форму.
  • Мастера должны проверить стекло на наличие имеющихся дефектов. Если будут найдены трещины или же отколы, пустоты, то продолжать обработку такого материала, а также дальше его использовать запрещено.
  • Края нужно покрыть абразивным веществом.
  • Стекло следует помыть.
  • Материал далее необходимо разогреть в печи до указанной выше температуры.
  • Последний этап заключается в обдувании изделия вентиляторами со всех сторон.

Как закалить стекло в домашних условиях?

Самостоятельно данный материал можно закалить двумя доступными способами. Речь идет об использовании специальной пленки и отпуска. Рассмотрим оба варианта более подробно.

Пленку можно приобрести по невысокой цене в любом магазине, который специализируется на продаже подобных товаров. С ее помощью создаются защитные закаленные стекла для телефонов и остальных гаджетов. Такой материал может обезопасить прибор от царапин и других деформаций. Однако не все удары он способен выдержать. Поэтому за счет даже малейшего повреждения прозрачное изделие может разбиться.

Отпуском называют способ, который укрепляет любые стеклянные продукты. Это может быть как банка, стакан, салатница, так и совершенно другая посуда. Сделать подобную процедуру легко в домашних условиях, поэтому она так распространена. Что необходимо совершить? На дно металлической кастрюли (в которую предварительно налили воду) насыпать песок, на него установить стекло. Поставив емкость на небольшой огонь, необходимо дождаться кипения. Так «проварить» около 20 минут. По окончании этого времени дать материалу полностью остыть.

Плюсы и минусы

Закаленное стекло, отзывы о котором положительные, имеет свои недостатки и достоинства. Они связаны со следующими свойствами материала:

  • За таким стеклом легко ухаживать.
  • Оно прочное.
  • Легко выдерживает перепады температур.
  • Гибкое, если осуществлять равномерную нагрузку.
  • Довольно безопасное. Травмы от закаленного стекла исключены.

Что потребители отмечают из недостатков? Из-за особой технологии создания края стекло легко может повредиться. Ближе к краям способны появляться трещины небольших размеров. Однако на целостность материала это не влияет.

Что лучше – закаленное стекло или пленка?

Закаленное стекло на телефон пользуется спросом. Однако некоторые покупатели не могут выбрать между ним и пленкой. Наиболее оптимальным профессионалы считают именно стекло. Почему? Этот материал позволит избавиться от проблемы постоянных отпечатков пальцев на дисплее. Он гладкий и не скользит. Если телефон упадет, то стекло разобьется на тысячу осколков, однако экран останется целым. Оно также берет удар на себя при возникновении царапин. Именно поэтому закаленное стекло на телефон станет идеальным вариантом.

15 симптомов рака, которые женщины чаще всего игнорируют Многие признаки рака похожи на симптомы других заболеваний или состояний, поэтому их часто игнорируют. Обращайте внимание на свое тело. Если вы замети.

Непростительные ошибки в фильмах, которых вы, вероятно, никогда не замечали Наверное, найдется очень мало людей, которые бы не любили смотреть фильмы. Однако даже в лучшем кино встречаются ошибки, которые могут заметить зрител.

Эти 10 мелочей мужчина всегда замечает в женщине Думаете, ваш мужчина ничего не смыслит в женской психологии? Это не так. От взгляда любящего вас партнера не укроется ни единая мелочь. И вот 10 вещей.

13 признаков, что у вас самый лучший муж Мужья – это воистину великие люди. Как жаль, что хорошие супруги не растут на деревьях. Если ваша вторая половинка делает эти 13 вещей, то вы можете с.

О чем сожалеют люди на смертном одре: откровения медицинских сестер Человеческая жизнь коротка. Но зчастую люди задумываются о том, что можно было сделать и исполнить, когда уже слишком поздно.

Наши предки спали не так, как мы. Что мы делаем неправильно? В это трудно поверить, но ученые и многие историки склоняются к мнению, что современный человек спит совсем не так, как его древние предки. Изначально.

Технология закалки стекла и способы применения материала

Стекло является одним из наиболее востребованных материалов в современном мире. Из него изготавливают много предметов для бытовой жизни и промышленного производства. Выполняемые функции диктуют свойства элемента и его технические характеристики.

Закаленное стекло является востребованным в автомобильной промышленности, так как из него делают окна. Его основная особенность состоит в безопасности, потому что при разбивании материал не разлетается на осколки, а просто рассыпается на кубики с неострыми гранями. Дело в том, что при авариях люди часто страдали от порезов, поэтому и было изобретено такое стекло, которое позволило бы решить этот вопрос.

Закалка стекла в домашних условиях

Многие люди задаются вопросом, как закалить стекло в домашних условиях? Сделать это невозможно, так как технология требует наличия специального оборудования. На некоторых сайтах можно найти информацию, что хорошо помогает плавиковая кислота, но работать с ней крайне нежелательно.

Во-первых, это довольно опасное и токсичное вещество, при обращении с которым необходим специальный защитный костюм. А, во-вторых, стекло хотя и станет прочнее, но потеряет свою прозрачность, так что будет непригодным для дальнейшего использования. Поэтому можно лишь приобрести уже готовый материал и использовать для своих потребностей.

Единственный вариант для самостоятельного использования – пленка для закаливания экранного стекла. Этот элемент можно легко установить в домашних условиях. Пленка продается в магазине аксессуаров для мобильных устройств и стоит совсем недорого. Она позволит уберечь экран от царапин и потертостей, но сильный механический удар не выдержит.

Области применения

Но используется стеклокерамика или закаленное стекло не только в автомобилестроении. Сфера его применения невероятно широка и распространяется настолько, насколько хватит фантазии у пользователя. В принципе этот материал можно устанавливать в любое место, даже вместо обычных оконных стекол. Но стоить это будет намного дороже, поэтому люди и не часто идут на такой шаг.

Фермеры практикуют теплицы из закаленного стекла, чтобы работники случайно не пострадали во время обработки растений или сборки урожая. Для личных потребностей ставить такое сооружение тоже будет дороговато, тем более, что теплицы часто служат лишь один сезон, а потом их разбирают за ненадобностью. Только фермеры возводят монолитные сооружения, которые будут служить много лет, потому что они регулярно занимаются выращиванием определенной культуры.

Технология изготовления защитного стекла не является тайной. Тем более, что на этапе получения не применяются никакие уникальные методы. Материал получается естественным образом, точно так же, как и стандартная разновидность. А закалку он получает уже в результате дополнительных манипуляций с температурой.

Защитное закаленное стекло можно без проблем найти в продаже. Материал не является дефицитным, так что любой пользователь сможет легко найти себе любое количество, необходимое ему для работы. Также есть вариант с оформлением индивидуального заказа на производство нестандартных форм. Дело в том, что после закалки элемент тяжелее поддается обработке, так что проще будет сразу вырезать нужные фигуры, а потом уже закалять их. Резка стекла такого типа возможна благодаря современным технологиям, но это довольно сложная процедура, так что и стоить она будет соответственно.

В офисах часто можно встретить перегородки из закаленного стекла. Они устанавливаются для того, чтобы сотрудники имели личное пространство и могли сосредоточиться на работе, не отвлекая других коллег. А выбирают именно защитное стекло, потому что его можно случайно разбить, и нужно, чтобы работник не получил травму от осколков. В некоторых фирмах стекло закрашивают непрозрачной краской, чтобы человек не отвлекался на посторонние движения и сконцентрировался на своих обязанностях.

Технология изготовления

Итак, закаленное стекло производится следующим образом:

  • 1. Вначале выплавляется стандартный вид материала по известной технологии.
  • 2. Затем его разрезают на нужные части. Толщина и размеры закаленного стекла зависят от его марки и предназначения. Под заказ пользователь может получить любые параметры, которые будут ему необходимы для последующей работы.
  • 3. Далее полученные элементы подвергают тепловому воздействию в специальных печах. Температура обработки колеблется в пределах 650-680 градусов по Цельсию.
  • 4. После выхода из печи материал мгновенно охлаждают воздухом со всех сторон. В результате таких манипуляций на поверхности образуется защитный слой, который повышает ударную и термическую стойкость, а также дает возможность не разбиваться стеклу в беспорядочном стиле, а рассыпаться на кубики с неострыми гранями, чтобы минимизировать риск нанесения резаных травм человеку.

Виды материала

Выделяют три основных вида материалов, которые используются на практике:

  • – закаленное стекло триплекс, которое представляет собой многослойный материал, а защитную функцию играет эластичный клей, который не позволяет осколкам рассыпаться. При разбивании стекла оно просто трескается по всему периметру, но осколков не будет;
  • – закаленное стекло-протектор, которое представляет собой пленку для экрана;
  • – и обработанное термическим методом стандартное стекло.

Цена закаленного стекла зависит от марки и габаритов изделия, которые могут различаться в широком диапазоне.

Ссылка на promplace.ru обязательна

Именно поэтому закаленное стекло нельзя порезать или просверлить. Закаленное стекло — это неоднородный предмет. В этом смысле оно подобно надутому праздничному шарику, который все равно лопнет, как бы аккуратно человек ни пытался отрезать от него кусочек.
Закалка стекла позволяет сделать стекло значительно прочнее и устойчивее к температурным колебаниям благодаря напряжениям сжатия, которые появляются в поверхностной части стекла при термической обработке. Закалка стекла делает его в несколько раз прочнее по сравнению со стеклом после обжига.
Кроме повышенной прочности, закаленное стекло не несет опасности при разрушении и не наносит людям ощутимых повреждений. В соответствии с международными стандартами, закаленное и ламинированное стекло признано безопасным для человека.
В последнее время стекло все более активно используется при строительстве современных зданий и сооружений, постепенно вытесняя привычные материалы. Фасады зданий, крыши, окна, двери, стены, полы, лестницы, светопрозрачные перекрытия – вариантов применения стекла в строительстве множество. Стекло уже начали использовать и для более основательных элементов зданий и сооружений, таких как несущие конструкции, столбы, балки, мосты. Безопасное стекло – незаменимый материал для автомобильной индустрии. Его применяют в качестве стекол для любого вида автотранспорта, будь то легковой автомобиль или тяжелая гусеничная установка.
Технология производства закаленного стекла предусматривает быстрое его охлаждение от температуры выше температуры стеклоплавления. Чтобы повысить интенсивность такого охлаждения, применяют закалочные среды со значительными охлаждающими способностями, а также смену характера теплообмена. Чаще всего в качестве закалочной среды выступает воздух, при этом используется воздухоструйная обдувочная решетка, позволяющая менять охлаждение от естественной конвекции к принудительной.
Закалка стекла еще более эффективна, когда в качестве закалочной среды применяются жидкости, позволяющие достичь ускоренной теплоотдачи. Такими жидкостями могут выступать различные минеральные масла, кремнийорганические жидкости, в том числе полиэтилсилоксаны ПЭС-3, ПЭС-4, ПЭС-5, расплавленные соли и металлы. Применение жидкостей дает возможность увеличить коэффициент теплоотдачи, благодаря чему возможна закалка стекла небольшой толщины и с низким ТКЛР, а также достижение более высокой степени закалки, превышающей 4 пор/см.
В случаях, когда закалка стекла проводится с использованием в качестве закалочной среды жидкости, коэффициент теплоотдачи меняется в течение процесса охлаждения в зависимости от температурных условий. Минусом применения жидкостей является недостаточно регулируемый процесс охлаждения, когда при попадании в них горячего стекла происходит кипение, сопровождаемое резким изменением коэффициента теплоотдачи.
Использование расплавов металлов для охлаждения стекла имеет определенные особенности. Для них характерен более высокий коэффициент теплоотдачи, чем для большинства органических жидкостей, особенно это касается высоких температур, превышающих 600 градусов. При этом возможна закалка стекла с низким ТКЛР и высокими температурами стеклования. Минус расплавов металлов в качестве закалочной среды заключается в их значительной плотности, при которой усложняется процесс погружения стекла.
В современном производстве используются автоматизированные системы, позволяющие изготавливать стекло любых сложных форм и размеров.
В качестве основного оборудования мы используем линию горизонтальной закалки плоского стекла Horizontal Tempering Furnace (HTF), позволяющую проводить закалку стекла, толщина которого составляет 4-12 мм. Закалка стекла осуществляется в соответствии с международным стандартом на строительное закаленное стекло типа ANSI Z97.1-1984. На нашем оборудовании проводится закалка стекла любого типа, среди которых и стекла с низкоэмиссионными покрытиями (on-line, off-line).
В качестве достоинств линии горизонтальной закалки HTF можно выделить следующие ее особенности:
— нагревательные элементы закрытого типа, при применении которых нагрев поверхности кожухов не превышает 750-780 градусов (при использовании нагревательных элементов открытого типа эта температура составляет 1000-1050 градусов). Это позволяет избежать термического шока стекла, ухудшающего его качество и сокращающего срок службы оборудования из-за сильного перегрева. Кроме того, подобная система не требует использования усложненных технических решений.
— запатентованный ленточный привод керамических валов, обеспечивающий большую надежность и долговечность керамических валов в случае разрушения стекла. Механизм использования ленточного привода керамических валов основан на применении передаточного звена в виде стальной ленты, что уменьшает вероятность повреждения дорогостоящих валов при их расклинивании под воздействием крупных осколков стекла.
— запатентованная система принудительной конвекции, осуществляющая дополнительный нагрев поверхностей стекла при взаимодействии с перегретым воздухом. При этом стекло более равномерно прогревается по всей толщине, что позволяет повысить его качество и улучшить производительность. С помощью данной системы возможна закалка стекла с покрытиями, а также закалка сложных форматов флоат стекла.
— высокий уровень ремонтопригодности. Линия горизонтальной закалки HTF, по сравнению с другим подобным оборудованием, достаточно удобна в ремонте благодаря доступности основных элементов печи. Благодаря этой ее особенности временные затраты на ремонтные и пуско-наладочные работы заметно уменьшаются.
Базовая комплектация линии горизонтальной закалки HTF обладает высоким уровнем производительности и обеспечивает изготовление высококачественного стекла. Чтобы увеличить количество ее технологических возможностей, применяют различные дополнительные опции, среди которых линии горизонтальной закалки плоского стекла HTF ProE, BHF, CHF, Pro-Convection.
HTF ProE представляет собой линию полунепрерывного типа, для которой характерны более низкие затраты электроэнергии (на 10-15% ниже по сравнению с HTF), уменьшение перегрева кромки стекла, сокращение брака и отходов, использование новейшей системы принудительной конвекции. Все это позволяет выпускать продукцию более высокого качества, включая стекла с низкоэмиссионным покрытием low-e.
Еще одним преимуществом HTF ProE является ее высокая ремонтопригодность, которая обеспечивается за счет расположения всех основных компонентов в доступной зоне снаружи печи.
HTF ProE совместима с новейшей перспективной технологией HTF Combi Convection и позволяет при необходимости дополнить технологическую линию камерой радиационного или конвекционного нагрева или камерой нагрева Combi Convection.
HTF Combi Convection представляет собой двухкамерную линию закалки плоского стекла, мощности которой позволяют обеспечить массовый выпуск продукции. Использование такой линии наиболее актуально, когда требуется закалка стекла с низкой эмиссионной способностью и выпуск сложной продукции.
Pro Convection – это линия горизонтальной закалки плоского стекла осцилляционного типа. Закалка стекла здесь осуществляется с использованием новейшей системы принудительной высокоскоростной конвекции, благодаря работе которой производительность закалки увеличивается до полутора раз. Pro Convection оснащена запатентованной системой конвекции HSC, дающей возможность фокусировки теплового потока и регулирования температуры. Еще одним преимуществом системы конвекции является то, что все ее элементы, способные создавать воздушный напор, находятся вне камеры разогрева. Для фильтрации воздуха, который попадает в камеру разогрева, при закалке стекла предусмотрена специальная система очистки, позволяющая создать идеальные условия в зоне разогрева. Кроме того, камера оснащена системой тепловой рекуперации HeatEx, обеспечивающей возврат части тепла в печь, за счет чего сокращается потребление электроэнергии.
Перспективы развития рынка закалки стекла нацелены на разработку и изготовление новейших современных типов стекла, обладающего новыми полезными свойствами и позволяющего снизить энергопотребление в процессе производства.

Что такое Стекло? Виды стекла, технология производства.

Стекло.

Что такое Стекло, виды, технология производства, свойства, назначение.

 

 Стекло – это материал, по некоторым свойствам не имеющий аналогов. До сих пор для его производства используются натуральные ингредиенты, повторная переработка испорченного изделия может происходить неоднократно без потери качества и почти без отходов.

 

Определение стекла.

Стекло может находиться в нескольких агрегатных состояниях на разных этапах производства. И все же, стекло – что такое и из чего его делают? Согласно научному определению, стеклом является всякое аморфное тело, полученное методом расплава, которое при увеличении вязкости приобретает свойства твердого тела. При этом процесс перехода из одного состояния в другое является обратимым.

 

История стекла.

 В повседневной жизни мы ежедневно используем стекло. Что такое и из чего его делают – это редко задаваемые в современности вопросы, настолько нам привычен материал. Ученые считают, что стекло впервые было получено случайно, проследить зарождение технологии невозможно. Первые изделия датируются примерно 2540 годом до нашей эры. В древней рецептуре присутствовали три компонента – сода, песок и глинозем. В дальнейшем научились улучшать свойства материала, добавляя к основным ингредиентам мел, доломит и другие составляющие. Весь состав, из которого варится стекло, называется шихта. Цветное стекло начали получать, используя природные пигменты – окиси хрома, оксид никеля, кобальтовые добавки. Первое формованное изделие было получено в 1-м веке нашей эры римскими мастерами. Они же изобрели листовое стекло. Технология производства стекла в листах состояла в выдувании огромного, в человеческий рост цилиндрического пузыря из горячей массы. Пока она не остыла, ее разрезали вдоль длинной части и раскладывали на поддонах для выравнивания. Такая техника была распространена повсеместно до начала 20-го века. В России стекольное производство было открыто в 17-м веке и располагалось в селе Духанине, мастерами в то время были только иностранцы

 

Состав стекла.

Для множества целей используется стекло. Что такое стекло, мы уяснили, а что представляют собой его основные ингредиенты? Состав исходных ингредиентов за весь период практики изготовления материала практически не изменился. Три основных компонента составляют основу (шихту) – это кремнезем или кварцевый песок, сода (оксид натрия) и оксид кальция, известный под названием известь. Составляющие соединяются в определенных пропорциях и плавятся в печи при температуре от 300 до 2500 °С. В состав шихты, в зависимости от желаемых свойств, добавляются поташ, борный ангидрид, битое стекло предыдущих варок или сырье вторичной переработки.

 

 

Технология производства стекла.

Для усиления или ослабления свойств соединений в процесс плавки добавляют усилители, глушители, красители, обесцвечиватели и т. д. После варки массу быстро охлаждают, что позволяет избежать образования кристаллов. Из всех составляющих самый большой процент в рецептуре занимает песок — от 60 до 80%. Песок выступает остовом, вокруг которого формируется стекловидный материал. Технология производства стекла остается неизменной в течение столетий. Известь является еще одним компонентом, без которого не производится стекло. Что такое оксид кальция в составе ингредиентов? Эта составляющая придает материалу химическую устойчивость и усиливает блеск. Стекло можно выплавить лишь из песка и соды, но без извести оно растворится в воде. Третьим игроком в составе шихты является оксид металла — натрия или калия (до 17%). В смесь вводится в виде кальцинированной соды или поташа. Эти составляющие уменьшают температуру плавления, позволяя отдельным песчинкам полностью расплавиться и соединиться в монолит.

 

Виды стекла.

В зависимости от используемых компонентов в составе шихты, разделяют виды стекла:

  • Кварцевое. Изготавливается из одного компонента – кремнезема. Обладает высокими качествами: устойчиво к высокой температуре (до 1000 °С) и термоудару, пропускает видимый и ультрафиолетовый спектр излучения. Производство связано с высокими энергетическими затратами, поскольку кремнезем (силикатное стекло) — тугоплавкое сырье и плохо поддается формовке. Основные сферы применения – химическая и лабораторная посуда, части оптических систем, ртутные лампы и пр.
  • Натриево-силикатное. Изготавливается из двух компонентов, состав стекла – силикатный песок и сода (1:3). По своим свойствам имеет широкое применение в промышленности в качестве компонента какого-либо процесса, но не применяется в других сферах, изделия из него не изготавливаются. Основной недостаток – растворяется в воде.
  • Известковое. Самый распространенный вид материала, из которого производится большинство изделий – листовое стекло, стеклотара, зеркальное полотно, посуда и многое другое.
  • Свинцовое. В классический состав стекла (шихты) пропорционально добавляется оксид свинца. Свинцовое стекло отличается повышенными диэлектрическими свойствами, что позволяет использовать его в качестве лучшего изолирующего состава в телевизионных трубках, осциллографах, конденсаторах и пр. Наличие свинца в стеклянной массе придает материалу дополнительный блеск, сверкание, что часто используется при изготовлении художественных изделий, посуды и т. д. Хрусталь – один из видов свинцового стекла.
  • Боросиликатное. Добавка оксида бора в состав материала увеличивает его устойчивость к термическому удару до 5 раз, существенно улучшаются химические свойства. Боросиликатное стекло используется для изготовления труб и лабораторно-химической посуды, изделий для бытовых нужд. Масштабным примером использования служит зеркало, созданное на основе боросиликатного стекла для крупнейшего в мире телескопа.
  • Прочие виды стекла – алюмосиликатные, боратные, цветные и др.

 

 

 

 

Виды оконных стекол

Оконное стекло самый востребованный вид материала. Оно пропускает солнечный свет, осуществляет теплоизоляцию зимой и летом, препятствует проникновению шума, эстетически оформляет оконный проем и выполняет еще множество функций. На сегодняшний день существует широкий выбор видов стекла, каждый из которых отвечает определенным требованиям:

  • Энергосберегающее. Вид стекла, тонированного в массе или покрытого специальной пленкой, которая обеспечивает проникновение в помещение коротковолнового солнечного излучения, а длинноволновое излучение отопительных приборов из помещения не выпускается. Второе название – селективное стекло. На сегодняшний день разработано несколько типов покрытий. Наиболее перспективными являются – К-стекло (нанесение окислов металлов на поверхность) и i-стекло (вакуумное многослойное напыление серебра — диэлектрика).
  • Солнцезащитное. Снижает пропускание солнечного света в помещение. Разделяют на два вида – отражающее и поглощающее. Эффект достигается либо тонировкой стекла в массе при варке, либо нанесением специальной пленки на поверхность. Декоративное. Оконное стекло с дополнительными эстетическими характеристиками – узорчатое, цветное и т. д

 

Безопасные стекла

 Одним из отрицательных качеств стекла является его хрупкость, существуют технологии упрочнения материала. Самые распространенные виды:

  • Армированное. Листовое стекло, при формовке которого в массу внедряется металлическая сетка. Сфера применения – производственные помещения, уличные осветительные приборы, облицовка лифтовых шахт и т. п.
  • Ламинированное или триплекс. Два или больше стекол скрепляются между собой специальной пленкой или жидкостью. Этот вид материала существенно снижает уровень шума в помещениях. Также при использовании дополнительных цветофильтров при ламинации способно выполнять солнцезащитные функции. Триплекс обладает повышенной механической устойчивостью, при разбивании полотна осколки остаются прикрепленными к пленке, что делает его максимально безопасным для применения при фасадном, балконном, оконном, дверном остеклении.
  • Огнестойкое. Чаще всего производится по технологии ламинации специальными пленками, которые при температуре свыше 120 °С меняют свои физические свойства и, расширяясь, становятся матовыми, придавая стеклу жесткость.
  • Защитное. Представляет собой многослойный материал, состоящий из нескольких видов стекла, скрепленного полимерной пленкой. Например, силикатное стекло скрепляется с поликарбонатом и органическим стеклом. Такой светопрозрачный блок устойчив к механическим, химическим, ударным повреждениям. К защитным видам стекла относятся пулестойкое, ударостойкое, устойчивое к пробиванию и другие типы. Технические требования к материалу и классификация защитных стекол регулируются ГОСТом Р 51136.
  • Закаленное. Обладает высокими прочностными характеристиками. Эффект обеспечивает технология производства стекла — в специальной тоннельной печи листы краткосрочно подвергаются воздействию высокой температуры и быстро охлаждаются. При разбивании закаленное стекло рассыпается на мелкие осколки, не несущие угрозы жизни и здоровью. Недостатком является невозможность механической обработки закаленного полотна, при малейшем воздействии оно разрушается. Большинство изделий из закаленного стекла сначала формуются, режутся или обрабатываются иным способом и только после этого проходят закалку.

 

Автостекло

Стекла для автомобилей обладают повышенными прочностными характеристиками, отвечающими требованиям безопасности. На сегодняшний день при производстве используются две технологии – ламинация (триплекс) и закаливание (сталинит): Закаленное получают термической обработкой обычного силикатного стекла, разогревая его в печи до температуры +600 °С с последующим быстрым охлаждением. Оно приобретает механическую и термическую прочность, но при сильных ударах разрушается, распадаясь на мелкие безопасные осколки, у которых отсутствуют режущие и колющие кромки. Российская маркировка – буква «З», европейская – «Т» или Tempered. Ламинированное – это два тонких листовых стекла, скрепленных полимерной пленкой под действием температуры и вакуума. Свойства стекла таковы, что оно остается целостным при сильных воздействиях, не распадается на осколки, если лопнуло. Части остаются скрепленными пленкой. У триплекса есть дополнительные возможности – тонировка цветофильтрами в процессе ламинации, дополнительная шумоизоляция салона, низкая теплопроводность и пр.

 

Современные разработки стекла.

Двадцатый век можно назвать временем широкого применения стекла. После разработки технологии механических способов получения материала его стали применять в самых разных областях — в качестве тончайшего волокна в сферах телекоммуникаций, с не меньшим успехом используется большими многотонными блоками в строительных технологиях. заказчика Свойства стекла многообразны, их до сих пор продолжают изучать в научных институтах, а умельцы находят новые способы применения и изобретают новые виды. В 1940 году стеклоделы представили миру пеностекло. Его качествами является: Легкость — не тонет в воде, имеет ячеистую структуру, удельный вес немного превышает вес пробки. Влагоустойчивость, долговечность. Экологичность (в классический рецепт шихты добавлен кокс). Пожаробезопасен (не горит) и заглушает огонь. Материал можно распиливать на куски без ущерба для качества. Сферой применения стали изоляционные материалы для опасных производств, холодильных камер и пр. Для солнечных батарей используют стекло с проводящим покрытием из тонкого слоя оксида металлов. Панели с покрытием работают при температурах около 350 °С. Кроме того, такое стекло монтируют в кабины самолетов, чтобы избежать наледи и сохранить тепло внутри кабины. Важным достижением современности стала возможность производства стеклокерамики. Материал изготавливается по технологии обычного стекла, но на последнем этапе охлаждения процесс замедляется, и происходит кристаллизация в массе материала. Катализаторами служат специальные добавки, которые никак не влияют на внешнее состояние стекла, но образуют мелкие кристаллы. Материал без деформации выдерживает высокие температуры и более устойчив ко всем видам повреждений. Используется в ракетостроении, бытовой технике, лабораториях, частях двигателя и во многих других областях.

 

Технология производства стекла. Производство стекла

Состав стекла

Компоненты входящие в состав стекла можно разделить на следующие типы:

  • Основа
  • Обязательные оксиды щелочных металлов
  • Компоненты, придающие особые свойства
  • Вспомогательные вещества

Также в некоторых случаях, добавляют стеклобой.

Основу любого стекла представляет собой кварцевый песок или диоксид кремния. При чем в смесь для будущего стекла попадает только отборный песок, очищенный от примесей железа и от малейших загрязнений, допускается около 2% примесей. От этого зависит прозрачность самого стекла.

Обязательные оксиды щелочных металлов различны в зависимости от типа стекла. Например:

  • для оконного стекла используют оксиды натрия, кальция или алюминия
  • для хрустального — оксиды калия и свинца
  • для лабораторного — оксиды натрия, калия, бора
  • для оптического — оксиды бария, алюминия, бора

Компоненты для придания особых свойств подбираются, исходя из желаемого эффекта, например добавляют оксиды титана или бария для придания термоустойчивости, и так далее.

Вспомогательные вещества в большинстве своем представляют из себя осветители, обесцвечиватели и красители.

Производственное сырьё

В производстве стекла, в качестве основного материала, могут использоваться следующие химические вещества: оксиды, фториды или сульфиды. Классическая, наиболее распространённая технология предусматривает применение в качестве основного ингредиента кварцевого песка (до 70% от общей массы), содержащего в себе большое количество оксида кремния SiO2. Как дополнительные компоненты используются доломиты и известняки, а также сульфат натрия.

В качестве катализатора и ускорителя процесса стеклообразования в состав шихты добавляются стеклообразующие окислы. Кроме того, для придания производимому стеклу неких требуемых свойств, в его состав вводятся дополнительные компоненты — колеровочные материалы, изготовленные на основе марганца, кобальта, хрома; осветлители из селитры или окиси мышьяка.

В зависимости от основного стеколообразующего сырья и дополнительных компонентов имеются следующие виды стёкол:

  • Силикатные. Производство их основывается на силикатном оксиде SiO2. Основная разновидность, используемая сегодня повсеместно в быту и в промышленности. Это оконные и автомобильные стёкла, зеркала, экраны телевизоров и компьютерных мониторов.
  • Натриево-кальциевые. Также этот тип стёкол именуется «содовым» или «кронгласом», и отличается лёгкостью плавления и мягкостью, что делает его простым в обработке. Часто применяется для изготовления мелких деталей сложной конструкции, либо в декоративном искусстве.
  • Калиево-кальциевое, или поташное. Характеризуется тугоплавкостью и твёрдостью. Производство поташного стекла требовало большого количества древесины — основного сырья для поташа. Чтобы получить один килограмм поташа требовалось пережечь тонну деревьев, поэтому данный сорт стёкол также именовался «лесным стеклом». Вплоть до 18 века в России поташное стекло являлось основной разновидностью, которое выпускала отечественная стекольная промышленность.
  • Свинцовое. В быту эта разновидность стекла более известна под наименованием «хрусталь». Производство хрусталя отличается от традиционной технологии введением в состав, в качестве дополнительного компонента, оксида свинца. В итоге получается тяжёлые стеклянные изделия, обладающие ярким блеском и способностью к дисперсии — разложению светового луча на отдельные составляющие. В итоге, при прохождении сквозь хрусталь, свет начинает играть всеми оттенками радуги.
  • Борсиликатное. Отличается высокой механической устойчивостью к различным агрессивным воздействиям: тугоплавкость, невосприимчивость к кислотным и щелочным средам, резким скачкам температуры. Достигается это путём введения в процессе изготовления в состав стекольной массы оксида бора. Себестоимость борсиликатного стекла получается выше, нежели простого силикатного, но его высокие механические свойства с лихвой компенсируют этот недостаток. Применяется для изготовления медицинской и лабораторной посуды.

Процедура варки стекла

Производство стекольной массы представляет собой комплексный процесс, состоящий из нескольких этапов. Первая стадия включает приготовление смеси с внесением в неё необходимых компонентов в заданной пропорции. Далее производится нагрев стеклоплавильной печи до температуры около 400 ºC. На этом этапе из ингредиентов испаряется содержащаяся в них влага, происходит температурное разложение различных солей. Далее температура постепенно повышается до +800…900 ºC. На этой стадии завершается процесс химического взаимодействия между всеми исходными компонентами.

Второй этап стекло образования начинается при повышении температуры плавильной печи до 1100 ºC. Все остававшиеся до этого в несвязанном состоянии компоненты полностью растворяются в стекольном расплаве. В итоге получается прозрачная стеклянная масса, однако не являющаяся по своему составу однородным веществом. Также её объём пропитан большим количеством пузырьков газа. Далее производственный процесс сводится к дальнейшему разогреву расплава до t = 1500 ºC. При данной температуре газовые пузырьки поднимаются к поверхности расплава и лопаются, либо растворяются в жидком стекле.

На этом этапе производится окончательное осветление стекла. Состав расплавленной жидкости становится однородным благодаря интенсивному перемешиванию поднимающимися к поверхности пузырьками газа. Так завершается изготовление стекольного расплава — самая долгая и трудоёмкая стадия во всём процессе.

Основные способы и технологии производства стекла

Рассмотрим основные способы и технологии производства стекла — их три:

  • вытягивание листа;
  • прокат;
  • флоат-способ.

Способ вытягивания листа, или Метод Эмиля Фурко

Одной из первых технологий производства стекла из песка, а точнее, из готовой стекломассы, стал метод вытягивания, предложенный Эмилем Фурко.

Рис. 1. Метод Фурко

Стекло производится с помощью машинной вытяжки материалов. Сначала сырье плавится в печи, полученная жидкая масса вытягивается посредством прокатных валов. Далее она охлаждается и режется на куски. В заключение листы шлифуются, полируются, проходят иную обработку. Толщина полотен зависит от скорости движения ленты.

Производство стекла методом проката

Рис. 2. Метод проката. Расшифровка нумерации: 1 — ванная печь, 2 — прокатная машина, 3 — печь отжига, 4 — система рециркуляции газов, 5 —механизм продольной резки, 6 — механизм поперечной резки, 7 — откатчик, 8 — стол упаковки, 9 — тара для стекла, 10 — укладчик стекла

Способ проката — один из самых простых, но при этом производительных методов изготовления стекла. Формовка листа осуществляется между двумя валками прокатного оборудования. Пласт формируется, охлаждается и отправляется на отжиг. Оптические показатели полученного листа невелики, поэтому материал дополнительно шлифуется и полируется. Прокат отлично подходит для изготовления армированного и узорчатого стекла.

Флоат-метод

Рис. 3. Флоат-метод

«Флоат» в переводе с английского — «плавать». Метод заключается в следующем: вязкая стеклянная масса в горизонтальном положении подается в ванну с расплавленным оловом. Она плывет по поверхности, формуясь и вбирая частицы металла. Затем масса охлаждается и отжигается. Дополнительной обработки не требуется. Листовое стекло получается прозрачным, гладким, стабильной толщины, без оптических дефектов.

Необходимое оборудование для производства стекла

Изготовление стекла основано на использовании специального оборудования. Необязательно, чтобы оно было зарубежное. Отечественные агрегаты ничуть не уступают иностранным аналогам. Производственные линии имеют идентичные системы, состоящие из таких видов устройств:

Оборудование для производства стекла

  • оборудование для подготовки сырья;
  • установки для смешивания шихты;
  • стекловарительное оборудование;
  • при расширенном производстве может применяться линия пескоструйной обработки и приборы для упаковки изделий.

На первом технологическом этапе подготовки сырья, наравне с простыми установками, используются высокотехнологичные агрегаты.

Транспортировку ингредиентов осуществляют конвейеры.

Очистку от вредных примесей производят сложные станки, среди которых есть магнитные сепараторы. Они извлекают из песка металлы, способные испортить свойства готовой продукции.

Чтобы измельчить вещество, применяют мощные дробилки.

Второй этап производства связан с подготовкой шихты. Выбор компонентов зависит от свойств готового продукта. В этом случае используют специальное оборудование.

Высокоточные весы помогают правильно рассчитать дозировку. С их помощью отмеряют нужное количество кварцевого песка, соды, извести. При необходимости добавляют второстепенные материалы, определяющие прочность, цвет, светопропускную способность стеклянного изделия.

Подготовленные компоненты поступают в шихтосмеситель, который равномерно распределяет материалы по массе.

Третий, основной этап, предполагает плавление стекла в специальных печах с индивидуальными тепловыми и технологическими режимами. Стекольное печное оборудование имеет две классификации.

Классификация оборудования по технологическому параметру

Электрическая горшковая печь

Горшковые печи – используют на мини-предприятиях. Они предназначены для малого количества продукции. В их полости устанавливается от одного до шестнадцати горшков. Устройства позволяют выполнять высококачественные изделия, которые отличаются высоким светопропусканием и однородным химическим составом. Они предназначены для оптического, светотехнического и медицинского стекла.

В стекольной промышленности распространены ванные печи непрерывного и периодического действия в виде больших прямоугольных емкостей. Они бывают разной конструкции и размера. Оборудование содержит расплавленное олово, необходимое для охлаждения стекломассы.

Крупногабаритные ванные печи оснащены системой автоматического контроля над горелками, необходимыми для распределения температуры, давления и газа по всей поверхности устройства. Производство стекла происходит в определенной последовательности по всем частям бассейна, оснащенного оборудованием.

Классификация оборудования по принципу нагревания

Пламенные печи рассчитаны на сжигание топлива. У них низкий коэффициент полезного действия, так как тепловая энергия распределяется на нагревание шихты и котлов.

Электрическое оборудование позволяет производить любой вид стекла. Для их питания необходим ток. В качестве нагревателя используется стекломасса – именно она при высоких температурах выступает в роли электролита. При эксплуатации электрических печей отсутствуют теплопотери с отходящими газами.

Комбинированные газоэлектрические установки объединяют два типа тепловой энергии. Сжигание газа нагревает и плавит шихту, стекломасса обретает высокую температуру путем прямого сопротивления.

На четвертом, заключительном, этапе изготовления изделий из стекла происходит формирование конечного продукта. Для этого подходят разные станки:

  • охлаждающее оборудование;
  • формировочные установки;
  • выравниватели стекла.

Выравниватель стекла

Современные технологии производства стекла

Существуют и более современные технологии производства стекла. Среди первых их стала использовать компания AGC Glass. Производство AGC-стекла начинается с флоат-стадии. Затем полученные пласты проходят последовательную дополнительную обработку.

  1. Для улучшения теплоизоляционных свойств и защиты от солнца на стеклянные листы наносят тончайшие слои оксида металла. Это осуществляется либо на линии еще на горячее стекло, тогда покрытие носит название пиролитического, либо электромагнитным способом, дающим магнетронное покрытие.
  2. Для изготовления многослойного стекла листы склеиваются с помощью поливинилбутиральной пленки. Так получается пуле- и огнестойкий материал.
  3. Для упрочнения используется закалка (нагревание до 700 °C с последующим резким охлаждением) и химическое воздействие (в основе ионный обмен между расплавленной солью и стеклом).

Технология производства стекла в древние времена

Получить прозрачные листы большого размера сумели еще в XIV веке, первая технология производства стекла в древние времена называлась лунной. Процесс шел по следующему алгоритму:

  • стеклодувной трубкой набиралась масса 8–9 кг;
  • выдувался большой стеклянный шар;
  • к нему крепилась понтия (древний стелодувный инструмент) и одновременно выламывалась трубка;
  • шар с понтией вращали, и он принимал форму диска;
  • полученная заготовка резалась.

Затем в производстве стеклоизделий появился метод цилиндров. Он отличался от лунного тем, что шар выдувался в цилиндр.

Изготовление специальных видов стекольной продукции

Производство стекла не исчерпывается прямоугольными листами. Современная стекольная промышленность поставляет на рынок большой ассортимент стеклянных изделий, используемых в самых разных отраслях народного хозяйства и в повседневном быту.

  • Автомобильные стёкла. Главное требование к внешнему остеклению автомобиля — прочность стекла и отсутствие опасности разлёта осколков при ДТП. Поэтому, производство авто стёкол осуществляется в два этапа: отливка двух одинаковых стеклянных заготовок, и склеивание их между собой при помощи особой плёнки. В результате получается многослойная конструкция, скреплённая между собой клейкой лентой. При аварии осколки разбитых автомобильных окон остаются висеть на внутренней плёнке, и опасность пораниться разбитым стеклом сводится к минимуму.
  • Стеклотара. Производство стеклотары — банок, бутылок и прочих ёмкостей, — позволяет обеспечить необходимой посудой целый ряд отраслей хозяйства, прежде всего, пищевую и фармацевтическую. Процедура изготовления сводится к следующим этапам: получение стеклянного расплава; отливка ёмкостей определённой формы и объёма; закалка полученной продукции.
  • Армированное стекло. Производство армированного стекла включает в себя одновременную формовку листа с внедрением в него усиливающей металлической или полимерной сетки. Это придаёт листу большую механическую прочность и сопротивляемость ударным нагрузкам, напряжениям на изгиб и излом.
  • Стеклянное оптиковолокно. В последнее время всё большие темпы набирает производство оптического стеклянного волокна. Оно применяется в различных сферах электротехники и волоконной оптике для передачи видео изображения. Оптиковолокно состоит из ряда прозрачных стеклянных нитей, формируемых в пучки кабеля. Сварка передающих нитей стекла производится с помощью особого оборудования.
  • Цветное стекло. Производство колерованных стёкол известна уже не одну сотню лет. Необходимый окрас стекольному расплаву придают при помощи различных добавок. Чаще всего в их качестве выступают марганец, кобальт и другие металлы, способные вступать в химическую реакцию с основными стекольными ингредиентами.

Как видим, современная стекольная отрасль — высокотехнологичное производство, выпускающее десятки разновидностей продукции. Благодаря научно-техническому прогрессу, на мировой рынок регулярно поступают новейшие сорта и виды стёкол, обладающие улучшенными физическими и химическими характеристиками, и предназначенные для использования в самых разных отраслях.

Производство промышленных стеклянных изделий

Готовая стекломасса из печи попадается в линию стекла, из которой она вытекает в форме колбасы и нарезается резаком на цилиндрические капли, одна такая капля это будущая бутылка или банка. Капля направляется в так называемый черпак, который направляет их в формовочную машину. Она работает следующим методом: держатели берут каплю за край и держат в висячем положении, вся нижняя часть капли закрывается с двух сторон нужной формой, будь то банка или бутылка, на форме также могут быть определенные узоры. После того как форма закрылась держатель отодвигается и в каплю вставляется устройство для выдувки. Оно, как воздушный шарик, раздувает каплю изнутри сжатым воздухом и масса приобретает нужную форму. Излишки расплавленного стекла уходят в первоначальную форму.

Кстати для придания стеклу какого либо цвета или оттенка в шихту добавляют определенные вещества, например для придания зеленого цвета добавляют оксид железа или хрома, для голубого оксид меди и так далее.

Теперь почти готовые изделия двигаются по обогреваемому конвейеру, для того чтобы не произошел резкий перепад температур и изделие не треснуло. С этого конвейера погрузочная машина передвигает изделия в лер, по которому они медленно перемещаются и постепенно остывают. Здесь же их обрабатывают специальным раствором, который позволяет им скользить и двигаться гладко. А движутся они дальше на проверочную и упаковочную линию. После прохождения всех этапов мы получаем готовое изделие.

Как делают художественные стеклянные изделия

Художественные стеклянные изделия делают все из той же стеклянной массы. На производстве таких изделий стоит все та же печь, но только температура для изготовления немного ниже промышленных, около 1200 градусов. Непосредственно само изделие делают стеклодувы. Стеклодувы как ювелиры для стекла, они могут работать как в одиночку, так и парами или даже больше.

При помощи длинной трубки мастера по стеклу достают необходимое количество раскаленного стекла прямо из печи и сразу же начинают придавать ему форму различными методами, при этом периодически выдувая через трубку. В процессе можно будет добавить еще материала, например для каких либо дополнительных деталей. Совсем маленькие детали делаются отдельно, тоже различными методиками.

После формирования деталей и общей формы изделия, его на сутки помещают в другую печь для обжига. Как правило, температура в разогретом состоянии около 400 градусов, на ночь такую печь выключают и изделия в ней постепенно остывают до 70 градусов, там самым закаляясь и затвердевая.

Технология обработки определенного вида стекла

В многочисленных сферах используются разные виды стекла, которые обладают индивидуальными характеристиками и при производстве требуют особых процессов обработки.

Солнцезащитное

Солнцезащитное стекло

Этот вид способен поглощать или пропускать ультрафиолет. Стекло подходит для изготовления экранов, козырьков, стеклопакетов и очков. Производство стекла такого типа осуществляется двумя методами.

Технология Фурио основана на прокатывании стеклянной массы сквозь валы, после чего листы помещают в охладительную камеру.

Метод Флоат – более современный и эффективный, так как исключает появления дефектов. Расплавленная масса ленточной формы поступает в резервуар с оловом. Благодаря ему, стекло охлаждается и обретает ровную поверхность. Затем материал попадает в печь, на него наносится слой диоксида металла нужного оттенка. Стекло повторно охлаждается и проверяется на наличие изъянов.

Зеркальное

Стекло основано на листовом материале. Для его изготовления используются сода, известняк, песок и минералы без железной руды. Ингредиенты смешивают, помещают в ванные печи непрерывного действия. Полученную массу прокатывают через металлические валы, обжигают, подвергают полировке, металлизируют. Это длительный процесс.

Зеркальное стекло

Бронированное

Схема бронированного стекла

Стекло отличается повышенной стойкостью к пробиванию. Это многослойный материал, состоящий из обычного и закаленного полотна. Для производства бронированного стекла используют стекла толщиной до 10 мм, которые склеивают защитной поливинилбутиральной пленкой в поперечном растяжении.

Такое изделие обладает множеством достоинств:

  • поглощает ультрафиолет;
  • исключает прослушивание;
  • обеспечивает безосколочность при разбивании.

Оптическое

Это стекло используется в разных областях науки и техники. Из него делают контактные линзы, призмы, кюветы. Ассортимент изделий довольно широкий. Это однородный высокопрозрачный материал определенного химического состава. Для его варки используют чистые ингредиенты, без загрязняющих примесей. Задача технологов – стекломассу расплавить в горшковых пламенных печах и достичь высокой степени однородности. Для этого используют методы механического перемешивания.

Моллированное

Или гнутое стекло, используется в архитектуре, которая давно перестала быть прямолинейной. При производстве изделий стекломасса нагревается до определенных температур, размягчается до эластичного состояния, и из нее легко слепить нужный предмет. Это происходит под влиянием силы тяжести, которая заставляет материал приобретать выпуклую или вогнутую форму.

Моллированное стекло

Автомобильное

Схема автомобильного стекла

Этот вид стекла также изготавливается двумя способами.

Метод «Триплекс» позволяет делать трехслойные изделия – между двумя стекольными слоями прокладывается полимерная скрепляющая пленка. Это предотвращает появление ранений при деформации автостекла. Стекло обладает ударопрочными и звукоизоляционными свойствами, что повышает безопасность водителя и пассажиров.

«Ситалинит», или закаленное стекло подвергается дополнительной термической обработке, основанной на постепенном нагреве и быстром охлаждении в воздушном потоке. Технология предполагает строгое соблюдение температурного режима. Изделия обретают особую механическую прочность.

Особые виды стекла

Существуют различные виды стекла, используемые для разных целей. Развитие стекольной промышленности и производство многофункциональных стекол позволяют решать архитектурные задачи в строительных конструкциях Эрагласс, а также использовать возможности для специальных технических и научных применений.

Плоское стекло

Плоское или листовое стекло наиболее распространенно в окнах, дверях, автомобильных стеклах, зеркалах и солнечных панелях. Его изготавливают путем распределения жидкого стекла до желаемой толщины и охлаждения в конечный продукт. Затем его можно согнуть.

Стеклопакет объединяет несколько стеклянных панелей в единую оконную систему. Большинство имеют двойное или тройное остекление. Стеклянные листы в стеклопакетах разделены прокладкой и неподвижным слоем воздуха или вакуума.

Кварцевое

Это однокомпонентный материал, который является одним из самых ценных материалов для науки и промышленности. Сырье – природный кристалл, добываемый из земли в виде горного хрусталя или пегматитового кварца. Его измельчают до мелкозернистого гранулята и расплавляют. Используется для изготовления деталей точной механики (кварцевые часы), колб ультрафиолетовых ламп, контейнеров химических реагентов, оборудования лабораторий.

Стеклокерамика

Стеклокерамика была разработана на заводе Corning и имеет общие свойства стекла и поликристаллических материалов. Изначально использовалась в зеркалах и креплениях астрономических телескопов. Стала известной благодаря стеклокерамическим варочным панелям, а также посуде и высокопроизводительным отражателям для цифровых проекторов.

Стеклокерамика имеет аморфную фазу и одну или несколько кристаллических фаз. Она производится путем «контролируемой кристаллизации» (в отличие от самопроизвольной), которая обычно не требуется в производстве стекла.

Хрусталь

Свинцовое хрустальное стекло – это особый вид стекла, который используется для изготовления различных декоративных элементов. При резке материала оптическое явление полного внутреннего отражения происходит очень резко, и, таким образом, создается приятный ослепительный блеск.

Богемское

Часто называется богемским хрусталем. Это стекло, производимое в регионах Чехии и Силезии. Оно имеет многовековую историю признания во всем мире за его высокое качество, мастерство, красоту и инновационный дизайн. Особенности: ручная резка, гравировка, выдувное и окрашенное декоративное стекло.

Стекло является одним из тех волшебных материалов, которые мы считаем само собой разумеющимися, но оно неуклонно служит цели, для которой предназначено, при условии, что вы используете его с осторожностью!

Стекловолокно

Расплавленное стекло пропускается через сверхтонкие отверстия, создавая стеклянные нити. Затем их можно сплести в крупные образцы материала или оставить в пухлом веществе, используемом для тепло- или звукоизоляции. Изделия из стекловолокна включают монтажные платы, плавательные бассейны, двери, доски для серфинга, спортивное оборудование, корпуса лодок и внешние автомобильные детали.

Жидкое стекло

Покрытие на основе кремния или жидкое стекло, пожалуй, самый важный нанотехнологический продукт. Оно заполняет поры и недостатки, и может защитить любую поверхность от любого повреждения, такого как вода, ультрафиолетовое излучение, грязь, жара и бактериальные инфекции. Воздухопроницаемое покрытие имеет толщину в 500 раз тоньше человеческого волоса.

Светочувствительные стекла

Фоточувствительное стекло, также известное как фотоструктурированное или светочувствительное, представляет собой кристально чистое стекло, принадлежащее к семейству литий-силикатных. Предоставляет возможность получить изображение путем образования микроскопических металлических частиц в стекле после воздействия электромагнитного излучения. Является очень перспективным материалом для производства компонентов сложных микросистем.

Бронированное

Пуленепробиваемое стекло имеет множество применений в различных отраслях промышленности, включая строительство. Оно делается из многослойного стекла, изготовленного по особой технологии. Бронированное стекло используется в зданиях, требующих безопасности, таких как ювелирные магазины, банки и посольства.

Стеновые стеклоблоки

Стеклоблоки изготавливаются из двух разных половинок, они спрессовываются и отжигаются вместе в процессе плавления стекла. Они используются в архитектурных целях при строительстве стен, световых люков и т. д. Они обеспечивают эстетичный внешний вид при прохождении света.

Как получается цветное стекло?

Стекло производят не только бесцветное. Чтобы получить цветное изделие, в печь для плавления, помимо основных компонентов, добавляют химические соединения:

  1. Оксиды железа дают стеклу насыщенный красный оттенок.
  2. Оксиды никеля – коричневый, фиолетовый (в зависимости от количества).
  3. Чтобы получить ярко-желтый оттенок, добавьте к песку, соде и извести оксиды урана.
  4. Хром делает стекло зеленым.

Какими характеристиками и свойствами обладает стекло?

Пропорции компонентов для изготовления стеклянных товаров подбирают в зависимости от их назначения. Выделяют: бытовое стекло – то, из чего после делают посуду, очки, украшения; строительное – витрины, окна, витражи;

Техническое стекло – наиболее плотное. Используется в тяжелой промышленности. Основное свойство стекла – «умение» пропускать через себя солнечный свет. Но не полностью. Так, стандартное оконное стекло пропускает лишь 85 % солнечного света. Стекло имеет малую теплопроводность, проще говоря – оно не слишком нагревается от других продуктов. Это свойство широко используется для использования стекла в каминах (бытовой техники – плитах и духовках).

Интересный факт: Все слышали о бронированном (пуленепробиваемом) стекле. Процесс его производства выглядит так: несколько стеклянных пластов соединяют между собой, фиксируют полимерными пленками и отправляют в печь. Первое пуленепробиваемое стекло установили на окна Белого дома в 1941 году.

Стекло – удивительный материал. Процесс его создания сложный и травмоопасный, но интересный и очень нужный.

Источники

  • https://KakDelayut.ru/materialy/tvyordye/steklo/
  • https://prompriem.ru/stati/proizvodstvo-stekla.html
  • https://priorglass.ru/stat-i/tehnologiya-proizvodstva-stekla/
  • https://promzn.ru/proizvodstvo-stekla/tehnologiya.html
  • https://eraglass.com/iz-chego-delayut-steklo/
  • https://kipmu.ru/kak-delayut-steklo/

Способ получения силикатного стекла с упрочняющим покрытием на основе аморфного диоксида кремния

Изобретение относится к упрочняющим и защитным покрытиям для силикатного стекла и может быть использовано в стекольной промышленности. Техническим результатом изобретения является разработка способа получения стекла с упрочняющим покрытием на основе аморфного диоксида кремния. Способ включает синтез золя SiO2, нанесение частиц SiO2 на силикатное стекло, термообработку стекла с покрытием. Покрытие на основе аморфного SiO2 наносят методом окунания силикатного стекла в золь SiO2, синтезированный путем гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) с использованием уксусной кислоты (СН3СООН) в качестве катализатора реакций синтеза в среде этилового спирта (С2Н5ОН) при молярном соотношении компонентов ТЭОС/H2O/C2H5OH/СН3СООН=0.05-0.25/0.95-2/2-16/0.05-0.25. Вытягивание стекла из золя диоксида кремния осуществляют с контролируемой скоростью от 50 до 250 мм/мин, с последующей изотермической выдержкой стекла при температуре от 500±10 до 600±10°С в течение 15±5 мин. 2 пр.

 

1. Область техники

Изобретение относится к упрочняющим и защитным покрытиям для силикатного стекла и может быть использовано в стекольной промышленности.

2. Уровень техники

За счет неоднородной структуры, а также наличия различного рода дефектов как в объеме, так и на поверхности стекла реальная прочность данного материала намного меньше теоретической.

Дефекты являются концентраторами напряжений и, следовательно, преимущественными местами разрыва связей. В большинстве случаев наиболее опасными дефектами силикатных стекол являются микроскопические и субмикроскопические трещины и царапины, расположенные на поверхности. Этот факт подтверждается результатами многочисленных исследований (Бартенев Г.М. Строение и механические свойства неорганических стекол. — Москва.: Издательство литературы по строительству. — 1966. — С.153-189).

Для повышения прочности стекла используют различные способы его обработки, способствующие снижению дефектности поверхности стекла, такие как закалка, травление, ионный обмен, а также обработка поверхности стекла различными пленкообразующими реагентами (Бутаев A.M. Прочность стекла. Ионообменное упрочнение. — Махачкала: ДГУ. — 1997. — С.17-29).

Известен способ упрочнения тарного стекла в процессе его производства, в соответствии с которым непосредственно после формования на горячем участке технологической линии на поверхность стекла наносят первое прозрачное покрытие на основе оксидов металлов, повышающее механическую прочность стеклотары. На выходе из лера на холодном участке наносят второе прозрачное полимерное покрытие, обеспечивающее защиту тарного стекла от царапин и потертостей. В частности, в качестве такого защитного покрытия используют композицию на основе полиэтиленгликоля (Динефф Д. Покрытия для стеклотары // Стеклянная тара. — 2008. — №2. — С.12-13).

Основным недостатком указанного способа является его двухстадийность, причем обработка стеклотары ведется на двух участках технологической линии (горячем и холодном), что требует использования различного технологического оборудования. Кроме того, используемые исходные реагенты (например, хлорид олова) для нанесения металлоксидного покрытия являются экологически небезопасными.

Известен метод упрочнения стекла и увеличения его абразивоустойчивости (US №3743491, МПК C03C 21/60), в соответствии с которым на стекло наносится покрытие на основе оксидов олова, циркония или титана путем пиролиза металлосодержащего прекурсора при температуре около 425°С, после чего производится химическое упрочнение стекла посредством ионного обмена. На заключительном этапе стекло покрывают пленкой олефинового полимера. Таким образом, за счет ионного обмена увеличивается прочность стекла, а металлоксидное и органическое покрытия защищают поверхность стекла от возможных повреждений. Однако недостатками данного изобретения являются сложность технологии упрочнения стекла, а также нанесения защитных покрытий, которые, кроме того, снижают оптическое пропускание стекла.

Известен способ получения тонких просветляющих покрытий на стекле на основе мезопористого диоксида кремния золь-гель методом в присутствии органических кислот, функциональных производных органических кислот, сложных эфиров органических кислот (RU №2368575, МПК: С03С 17/30). Тонкие однослойные просветляющие покрытия толщиной 50-200 нм и с показателем преломления 1,27-1,40 получают методом золь-гель процесса тетраалкоксида кремния в присутствии органической добавки в концентрации 0,1-5,0 вес.% к весу золя. В качестве органической добавки используются одноосновные, двухосновные и многоосновные органические кислоты, функциональные производные органических кислот, содержащие группы — ОН, -NH2, >NH, >CO, сложные эфиры органических кислот. Авторы данного способа используют органические кислоты в качестве добавки, позволяющей повысить пористость покрытия, тем самым понизив его показатель преломления. В качестве катализатора реакций синтеза применяются неорганические кислоты.

Недостатком данного способа является низкая твердость получаемых покрытий и, следовательно, их абразивоустойчивость. Таким образом, данный способ позволяет получить просветляющие покрытия, которые не влияют на прочность подложки-стекла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является композиция для обработки поверхности стекла для улучшения его механической прочности и соответствующие способы обработки изделий из стекла (RU №2398748, МПК С03С 17/30).

Согласно данному патенту водная композиция содержит два соединения на основе кремния (А и В), имеющих различные функциональные группы, способных взаимодействовать между собой в тонком слое, нанесенном на стекло путем предварительного гидролиза или спонтанного предгидролиза производных силана, трансформировать его путем поликонденсации и/или полимеризации в прочный слой.

Композицию согласно изобретению можно получить путем смешивания компонентов А и В с добавлением воды к смеси в момент использования.

После нанесения пленочного покрытия для формирования твердого слоя осуществляют операции сушки, УФ-обработки, тепловой полимеризации или поликонденсации.

Основными недостатками данного изобретения является то, что заявляемая композиция многокомпонентна (содержит более одного дорогостоящего кремнийорганического соединения), а для придания покрытию необходимой твердости требуется осуществить несколько энергозатратных технологических операций.

3. Раскрытие изобретения

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения силикатного стекла с упрочняющим покрытием на основе аморфного диоксида кремния.

Сущность изобретения заключается в способе получения силикатного стекла с упрочняющим покрытием на основе аморфного диоксида кремния (SiO2), включающем синтез золя SiO2, нанесение частиц SiO2 на силикатное стекло, термообработку силикатного стекла с покрытием; согласно решению для упрочнения силикатного стекла покрытие на основе аморфного SiO2 наносят методом окунания силикатного стекла в золь SiO2, синтезированный путем гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) с использованием уксусной кислоты (CH3COOH) в качестве катализатора реакций синтеза в среде этилового спирта (C2H5OH) при молярном соотношении компонентов ТЭОС/H2O/C2H5OH/CH3COOH=0.05-0.25/0.95-2/2-16/0.05-0.25, и вытягивания силикатного стекла из золя диоксида кремния с контролируемой скоростью от 50 до 250 мм/мин, с последующей изотермической выдержкой силикатного стекла с нанесенным покрытием при температуре от 500±10 до 600±10°С в течение 15±5 мин.

Выбор уксусной кислоты в качестве катализатора обусловлен рядом причин. Во-первых, согласно работе (Karmakar В. Dense silica microspheres from organic and inorganic acid hydrolysis of TEOS / B. Karmakar, D. Ganguli // Journal of Non-Crystalline Solids. — 2000. — V.272. — №2-3. — P.119-126.) каталитическая активность данной кислоты, которая условно выражается временем гелеобразования, превосходит соответствующий параметр соляной, серной, а также других карбоновых кислот. Предполагается, что малое время гелеобразования, присущее золям SiO2, синтезированным в присутствии уксусной кислоты, вызвано формированием силанольных групп не только за счет гидролиза ТЭОС, но и посредством химической реакции уксусной кислоты и ТЭОС (Colloidal Silica: Fundamentals and Applications / ed. by H.E. Bergna, W.E. Roberts. — Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006. — 895 p.). Во-вторых, при температурной обработке (Т>400°С) стекол с покрытиями, полученными из золей SiO2, молекулы CH3COOH, разлагаясь, образуют СО2 и Н2О, в отличие от минеральных кислот, которые разлагаются при более высоких температурах с образованием токсичных газов.

Повышение прочности силикатного стекла может быть вызвано двумя факторами. Во-первых, покрытие на основе аморфного диоксида кремния, обладая высокой твердостью, выполняет защитную функцию, предотвращая повреждения поверхности силикатного стекла. Во-вторых, во время термообработки силикатного стекла с покрытием происходит «залечивание» субмикротрещин, за счет протекания реакций конденсации (1; 2) между частицами покрытия и самим стеклом:

где R — алкильная группа ТЭОС.

Так как известно, что структура поверхности силикатного стекла и рассматриваемых частиц диоксида кремния похожа — в обоих случаях имеется наличие силанольных групп различного типа; а протекание данных реакций (1, 2) термодинамически выгодно. Более того, силанольное число у этих материалов согласно данным работ (Zhuravlev L.T. The surface chemistry of amorphous silica. Zhuravlev model // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. — 2000. — V.173. — №1-3. — P.1-38.; Le Bourhis E. Glass Mechanics and Technology. — Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. — 366 p.) практически одинаковое (4.6 -ОН групп на нм2 поверхности SiO2).

Золь диоксида кремния синтезируют путем гидролиза ТЭОС с использованием уксусной кислоты в качестве катализатора в среде этилового спирта. Оптимальное молярное соотношение компонентов ТЭОС/H2O/C2H5OH/СН3СООН=0.05-0.25/0.95-2/2-16/0.05-0.25. Синтез коллоидного раствора осуществляют в течение нескольких часов. Для роста частиц диоксида кремния золь выдерживают в закрытом контейнере от 24±1 до 168±1 часов. При соблюдении условий синтеза формируются фрактальные частицы диоксида кремния размером менее 10 нм, за счет чего возможно их проникновение в субмикронные трещины (помимо микронных) на поверхности стекла и снижение радиуса закругления их вершин. Это ведет к повышению прочности силикатного стекла.

Нанесение покрытия осуществляют окуная силикатное стекло в золь диоксида кремния и вытягивая из него с контролируемой скоростью от 50 до 250 мм/мин. Скорость вытягивания также позволяет варьировать толщину наносимого покрытия.

Изотермическую выдержку силикатного стекла с нанесенным покрытием на основе аморфного диоксида кремния производят при температуре от 500±10 до 600±10°С в течение 15±5 мин в муфельной печи. Также термообработка возможна в печи отжига либо в печи закалки стекла.

Преимущество заявляемого способа перед прототипом заключается в более простом исходном составе для получения золя SiO2 и более простой технологии получения стекол с упрочняющими покрытиями.

4. Пример осуществления способа

Пример 1

Золь диоксида кремния синтезировали путем гидролиза ТЭОС с использованием уксусной кислоты в качестве катализатора в среде этилового спирта. Молярное соотношение компонентов ТЭОС/Н2О/C2H5OH/СН3СООН=0.25/0.95/8/0.1. Раствор перемешивали в течение 4 часов. Для роста частиц диоксида кремния золь выдерживали в закрытом контейнере 168±1 часов.

Нанесение покрытия осуществляли окуная силикатное стекло в золь диоксида кремния и вытягивая из него с контролируемой скоростью 150 мм/мин.

Изотермическую выдержку силикатного стекла с нанесенным покрытием на основе аморфного диоксида кремния производили при температуре 500±5°С в течение 15±5 мин в муфельной печи.

Средняя толщина покрытий находилась в диапазоне от 80 до 100 нм. Определение прочности на ЦСИ образцов силикатных стекол с нанесенным покрытием на основе аморфного диоксида кремния и без него производили согласно методике НМ 5.5-2004. Для испытаний было получено 40 образцов: 20 силикатных стекол с нанесенным покрытием и 20 силикатных стекол без покрытия. Все образцы прошли изотермическую выдержку при температуре 500±5°С в течение 15±5 мин в муфельной печи. Определение прочности производили для верхней поверхности силикатного стекла.

Средняя прочность силикатного стекла с нанесенным покрытием составила 112.84 МПа, что на 23.32 МПа (26%) выше прочности силикатного стекла без покрытия (89.51 МПа).

Пример 2

Золь диоксида кремния синтезировали путем гидролиза ТЭОС с использованием уксусной кислоты в качестве катализатора в среде этилового спирта. Молярное соотношение компонентов ТЭОС/Н2О/С2Н5ОН/СН3СООН=0.25/0.95/8/0.1. Раствор перемешивали в течение 4 часов. Для роста частиц диоксида кремния золь выдерживали в закрытом контейнере 168±1 часов.

Нанесение покрытия осуществляли окуная силикатное стекло в золь диоксида кремния и вытягивая из него с контролируемой скоростью 150 мм/мин.

Изотермическую выдержку силикатного стекла с нанесенным покрытием на основе аморфного диоксида кремния производили при температуре 500±5°С в течение 15±5 мин в муфельной печи.

Средняя толщина покрытий находилась в диапазоне от 80 до 100 нм. Определение прочности на ЦСИ образцов силикатных стекол с нанесенным покрытием на основе аморфного диоксида кремния и без него производили согласно методике НМ 5.5-2004. Для испытаний было получено 40 образцов: 20 силикатных стекол с нанесенным покрытием и 20 силикатных стекол без покрытия. Все образцы прошли изотермическую выдержку при температуре 500±5°С в течение 15±5 мин в муфельной печи. Определение прочности производили для нижней поверхности силикатного стекла. Средняя прочность силикатного стекла с нанесенным покрытием составила 51.81 МПа, что на 10.70 МПа (26%) выше прочности силикатного стекла без покрытия (41.11 МПа).

Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить прочность силикатного стекла.

Приведенные в примерах 1 и 2 варианты осуществления изобретения не ограничивают объем притязаний, определенных формулой и описанием изобретения.

Способ получения силикатного стекла с упрочняющим покрытием на основе аморфного диоксида кремния, включающий синтез золя диоксида кремния (SiO2), нанесение частиц SiO2 на силикатное стекло, термообработку силикатного стекла с покрытием, отличающийся тем, что для упрочнения силикатного стекла покрытие на основе аморфного SiO2 наносят методом окунания силикатного стекла в золь SiO2, синтезированный путем гидролиза тетраэтоксисилана (ТЭОС) с использованием уксусной кислоты в качестве катализатора реакций синтеза в среде этилового спирта при молярном соотношении компонентов ТЭОС/H2O/C2H5OH/СН3СООН=0.05-0.25/0.95-2/2-16/0.05-0.25, и вытягивания силикатного стекла из золя SiO2 с контролируемой скоростью от 50 до 250 мм/мин, с последующей изотермической выдержкой при температуре от 500±10 до 600±10°С в течение 15±5 мин.

Отжиг против закалки — упрочнение стекла

Отжиг — во время первоначального производства
Когда стекло подвергается процессу отжига, оно медленно охлаждает горячее стекло, чтобы снять внутреннее напряжение после того, как оно было сформировано. Стекло отжига делает его более прочным. Стекло, которое не подвергалось процессу отжига, подвержено растрескиванию или растрескиванию при относительно небольших изменениях температуры или механических ударах. Фактически он может сохранять многие термические напряжения, вызванные закалкой (т.е.е. термообработка) и значительно снизит общую прочность стекла.

В процессе производства стекло нагревается до тех пор, пока температура не достигнет точки отжига, которая является точкой снятия напряжения, достигаемой стеклом во время фазы охлаждения. На этом этапе стекло слишком твердое, чтобы его можно было деформировать или согнуть, но оно остается достаточно мягким, чтобы ослабить любое накопленное напряжение. Замачивание или удерживание стекла при этой температуре помогает выровнять температуру по всему стеклу.Время, необходимое для этого замачивания или выдержки, может варьироваться в зависимости от массы и типа стекла. По достижении этой точки и истечении времени выдержки отожженное стекло медленно охлаждается до точки деформации. После этого стекло можно осторожно охладить до комнатной температуры.

Закаленное стекло — укрепление готового куска стекла
Когда стекло закалено, оно проходит термически контролируемый процесс закалки, чтобы повысить его прочность по сравнению с обычным или обычным стеклом.В процессе закалки внешние поверхности стекла подвергаются сжатию, а внутренние поверхности стекла — растяжению. Это напряжение приводит к тому, что стекло при разбивании рассыпается на мелкие гранулы, а не на зазубренные осколки, предотвращая возможные травмы. Отожженное стекло, которое не подвергалось термической закалке, в случае разбивания не разобьется на «безопасные» куски или кубики, а фактически разобьется на зазубренные осколки.

Закаленное стекло считается безопасным стеклом и используется для изготовления лобовых стекол автомобилей, душевых дверей, стеклянных столов и дверей и т. Д.

Abrisa Technologies — признанный мировой поставщик высококачественных готовых стеклянных компонентов, оптических тонкопленочных покрытий и нестандартных решений из стекла для самых разных отраслей промышленности. На нашем заводе по производству промышленного стекла Abrisa в США в Санта-Пауле, Калифорния, и в нашем подразделении ZC&R Coatings for Optics в Торрансе, Калифорния, мы обслуживаем различные отрасли, такие как микроэлектроника и дисплеи, полупроводники, военные, автомобильные, аэрокосмические, медицинские, биомедицинские и научные исследования и разработки.Мы предлагаем специальные изделия из плоского стекла и покрытий для таких областей применения, как: плоские дисплеи, распознавание касаний и жестов; видимые для ИК-изображений и наблюдения; развлечения, внутреннее и внешнее освещение; современное оборудование; и фотоника.

Что означает закалка стекла

Закаленное стекло, или закаленное стекло, было подвергнуто термообработке, чтобы сделать его более прочным и безопасным, чтобы предотвратить травмы в случае его разрушения. Фактически, закаленное стекло в четыре-пять раз прочнее, чем отожженное или необработанное стекло.В случае разрушения закаленное стекло раскалывается на небольшие относительно безвредные кусочки, а не на зазубренные осколки.

Большая часть стекла, которое вы видите в коммерческих и жилых помещениях, закалена. Общие области применения включают боковые и задние окна в транспортных средствах, входные двери, душевые и ванны, площадки для ракетбола, садовую мебель, микроволновые печи, каминные двери и решетки, а также световые люки. Закаленное стекло также используется для внутренних перил, витрин, офисных стен и везде, где требуется прочное, долговечное стекло.

Шаги к закалке стекла:

Закалка стекла происходит после завершения процесса изготовления. Этот процесс включает нагрев материала, а затем его быстрое охлаждение. Ниже приведены пять шагов, которые производители стекла должны предпринять, чтобы правильно закалить стекло.

  1. Сначала вырежьте стекло желаемой формы. Перед тем, как начнется процесс закалки, стекло необходимо разрезать, придать ему форму и обработать кромку. Если производитель попытается протравить или окантовать кусок стекла после термообработки, готовый продукт, вероятно, будет более слабым и хрупким, чем предполагалось, что увеличивает вероятность поломки и выхода продукта из строя.
  2. Осмотрите стекло на предмет дефектов. Трещины или пузыри могут стать причиной разрушения стекла на любом этапе процесса закалки; при обнаружении каких-либо изъянов стекло нельзя закалить.
  3. Вымойте стекло. На этом этапе удаляются все крошечные зерна стекла, осевшие во время шлифования, а также всякая грязь, которая может помешать процессу закалки.
  4. Нагрейте стекло в закалочной печи порциями или непрерывно. Для правильной закалки стекла температура в духовке должна быть выше 600 градусов Цельсия (1112 градусов по Фаренгейту).Промышленный стандарт — 620 градусов по Цельсию (1148 градусов по Фаренгейту).
  5. Охладите стекло, чтобы оно остыло. Нагретое стекло подвергается секундам струи холодного воздуха под высоким давлением под разными углами. Этот процесс известен как закалка. Быстрое охлаждение заставляет внешние поверхности стекла остывать и сжиматься быстрее, чем внутренние. Когда внутренний слой стекла охлаждается, он пытается отодвинуться от внешних поверхностей, что вызывает напряжение. Это давление делает закаленное стекло таким прочным.

Другой способ закалки стекла — это химическая закалка. Вместо того, чтобы использовать закалочную печь, на стекло наносится химическое соединение после производства, вызывающее обмен ионов на поверхности, поэтому материал сжимается или сплющивается, создавая внутреннее напряжение. Но этот метод не получил широкого распространения, потому что он значительно дороже.

После завершения процесса закалки обученный инспектор по стеклу проверяет лист закаленного стекла, чтобы убедиться в его качестве, прежде чем он будет доставлен заказчику.


Более 90 процентов стекла, поставляемого Dillmeier Glass, составляет безопасное закаленное стекло. Как компания по закалке, имеющая сертификат SGCC, мы усовершенствовали процесс закалки стекла в соответствии со строгими национальными требованиями безопасности и стандартами качества, при этом обеспечивая превосходное время оборачиваемости для каждого клиента.

Как делают закаленное стекло?

Большая часть стекла, которое вы видите в коммерческих и жилых помещениях (например, окна, двери, душевые кабины, микроволновые печи и т. Д.)) закалялся. Это потому, что закаленное стекло очень прочное. Закаленное стекло, которое примерно в 4 раза прочнее «обычного» стекла, никогда не треснет. В случае удара, достаточно сильного, чтобы разбить его, закаленное стекло разлетится на мелкие гранулы, а не на острые осколки. Эта мера предосторожности — еще одна причина, по которой закаленное стекло так широко используется.

Так что же делает закаленное стекло таким прочным, чем закаленное? Ответ кроется в производственном процессе.Вот как обычно делают закаленное стекло:

Подготовка

Сначала стекло разрезается до нужного размера. Для обеспечения целостности стекла резка должна производиться до начала процесса закалки. Чтобы уменьшить вероятность поломки в процессе закалки, стекло проверяется на наличие дефектов. Острые края удаляются абразивом, например, наждачной бумагой. Затем стекло моется.

Термическая обработка

После того, как стекло подготовлено, оно проходит через печь для закалки, в которой стекло нагревается до температуры более 1112 градусов по Фаренгейту.(Это горячо, как лава!)

Закалка

Затем стекло охлаждается за считанные секунды с помощью процедуры охлаждения под высоким давлением, называемой «закалкой». Поскольку стекло обдувается воздухом под высоким давлением, внешняя поверхность остывает намного быстрее, чем центральная часть. Когда центр остывает, он пытается отодвинуться от внешней поверхности. Это сохраняет центр в напряжении, в то время как внешняя поверхность подвергается сжатию. Так закаленное стекло приобретает свою прочность — стекло при растяжении примерно в 5 раз более хрупкое, чем стекло при сжатии.

У вас есть вопросы по стеклу или вы готовы начать свой следующий проект? Свяжитесь с нами через форму ниже.


4 января 2019 г.,

techniglassКак делают закаленное стекло?

Справочник по 4 основным типам стекла

Флоат-процесс был изобретен сэром Аластером Пилкингтоном в 1952 году, что позволяет изготавливать более крупные и однородные стеклянные панели, чем когда-либо прежде.64 года спустя в мире насчитывается 260 заводов по производству флоат-стекла, которые производят стеклянные панели шириной до 3 метров и толщиной от 0,4 до 25 мм. Эти заводы длиной до 1 км производят около 800 000 тонн стекла в неделю!

Предел прочности стекла зависит от скорости его охлаждения. Существует четыре основных типа или прочности стекла:

1) Отожженное стекло

Отожженное стекло — это основной продукт, получаемый на стадии отжига в процессе флоат-процесса.Расплавленному стеклу дают возможность медленно контролируемым образом остыть, пока оно не достигнет комнатной температуры, снимая любые внутренние напряжения в стекле. Без этого контролируемого медленного охлаждения стекло потрескалось бы при относительно небольшом изменении температуры или небольшом механическом ударе. Отожженное стекло используется в качестве основного продукта для формирования более совершенных видов стекла.

2) Термоупрочненное стекло

Термоупрочненное стекло — это полузакаленное или полузакаленное стекло. Процесс термического упрочнения включает нагревание отожженного стекла до температуры примерно от 650 до 700 градусов по Цельсию с последующим его быстрым охлаждением, хотя и не таким быстрым, как закаленное стекло.Процесс термического упрочнения увеличивает механическую и термическую прочность отожженного стекла, делая его вдвое более жестким, чем отожженное стекло.

Когда оно разбивается, осколки похожи по размеру на отожженное стекло, но с большей вероятностью остаются вместе.

Это стекло не часто используется в балюстрадах или аналогичных конструкционных решениях из-за его ограниченной прочности по сравнению с закаленным или закаленным стеклом, хотя иногда указывается, когда есть опасения, что закаленное стекло расколется на тысячи мелких частей.

3) Закаленное или закаленное стекло

Это наиболее распространенный тип стекла, используемого в балюстрадах или аналогичных конструкционных конструкциях. Отожженное стекло нагревается примерно до 700 градусов Цельсия за счет теплопроводности, конвекции и излучения. Процесс охлаждения ускоряется за счет одновременного равномерного обдува обеих поверхностей воздухом. Различная скорость охлаждения между поверхностью и внутренней частью стекла приводит к различным физическим свойствам, в результате чего сжимающие напряжения на поверхности уравновешиваются растягивающими напряжениями в теле стекла.

Этот процесс делает стекло в четыре-пять раз прочнее и безопаснее, чем отожженное или необработанное стекло.

Противодействующие напряжения или поверхностное сжатие придают закаленному стеклу повышенную механическую стойкость к разрушению, а когда оно действительно разбивается, образует небольшие, правильные, обычно квадратные фрагменты, а не длинные опасные осколки, которые с гораздо большей вероятностью могут привести к травмам. .

4) Многослойное стекло

Можно ламинировать любой из перечисленных выше типов стекла.Наиболее часто используемый готовый продукт — это два листа закаленного стекла, ламинированные вместе с прослойкой из полиинилбутираля (ПВБ) толщиной 1,52 мм.

Многослойное стекло имеет множество преимуществ. Безопасность и надежность являются наиболее известными из них, поэтому многослойное стекло не разбивается при ударе, а удерживается вместе промежуточным слоем. Это снижает угрозу безопасности, связанную с осколками осколков стекла, а также в некоторой степени риски безопасности, связанные с легким проникновением.

Если стеклянная панель разобьется или расколется, маловероятно, что обе ламинированные панели разобьются одновременно, что означает, что оставшаяся панель и промежуточный слой будут поддерживать разбитое стекло и удерживать его на месте в качестве защиты края до тех пор, пока оно не будет заменено или надежно закреплен.

Другой все более распространенный промежуточный слой — это промежуточный слой SGP. Продукт имеет в 5 раз большую прочность на разрыв и в 100 раз большую жесткость, чем стандартный ПВБ. В маловероятном случае разрушения обоих окон закаленного стекла SGP в большинстве случаев будет удерживать стекло на месте. SGP предлагает улучшенные ударные характеристики и лучшую защиту от суровых погодных условий.

Доступно множество других прослоек, в которых применяется ряд других технологий.Структурные прослойки могут использоваться для повышения прочности стекла там, где требуются высокие нагрузки. Цветные прослойки можно использовать для уединения или в чисто декоративных целях. Другие свойства, такие как звукопоглощение и огнестойкость, также могут быть включены в промежуточный слой.


BA Systems закупает и устанавливает более 350 тонн закаленного стекла в год. Дополнительные сведения о стекле можно легко получить в компании BA Systems, в том числе о толщине стекла и деталях крепления при включении в системы балюстрады.BA Systems производит системы балюстрад B20, B30 и B40 с использованием различных типов стекла. Вы можете узнать больше о наших системах на этой странице здесь.

Вернуться в блог

Как делают стекло: из чего делают стекло

Искусство изготовления стекла — древнее. Это был процесс, который совершенствовался тысячи лет. По мере того, как технологии становятся все более продвинутыми, производители стекла начали производить флоат-стекло, которое является гораздо более прочным, долговечным и совместимым с процедурами обработки стекла, такими как ламинирование, закалка, кислотное травление, пескоструйная обработка и т. Д.

В Asahi India Glass Ltd. используются технологии производства стекла высочайшего качества для производства идеальных листов флоат-стекла. Используемая технология представляет собой процесс PPG, который был открыт сэром Алистером Пилкингтоном в 1952 году и до сих пор остается наиболее надежным процессом производства флоат-стекла. Естественно, это включает в себя множество этапов, и на каждом отдельном этапе большое внимание уделяется точности и тщательности производства стекла.
От выбора правильного типа и соотношения ингредиентов для стекла до их научного усвоения для производства стекла в том виде, в каком мы его знаем, здесь мы отвечаем на вопрос, как стекло производится с помощью пошагового процесса:
1.Плавка и рафинирование
Для производства прозрачного стекла требуется правильный набор сырья. Он состоит из кварцевого песка (SiO2), оксида натрия (Na2O) из кальцинированной соды, оксида кальция (CaO) из известняка / доломита, доломита (MgO) и полевого шпата (Al2O3). Эти ингредиенты смешиваются в правильной пропорции, и вся партия направляется в печь, нагретую до 1500 градусов Цельсия.
Чтобы придать стеклу цвет, в шихту также примешивают определенные оксиды металлов.
2.Поплавковая ванна
Расплавленный материал из печи попадает в поплавковую ванну, которая представляет собой зеркальную поверхность из расплавленного олова. Этот материал попадает в ванну при температуре 1500 градусов Цельсия и покидает ванну при температуре около 650 градусов Цельсия. Форма его на выходе похожа на сплошную ленту.
3. Покрытие для отражающего стекла
После этого, если производятся отражающие стеклянные поверхности, которые помогают сохранять прохладу в помещении, выполняются процедуры нанесения покрытия, при которых на поверхность охлажденной ленты наносится твердое или мягкое покрытие. при высоких температурах.
4. Отжиг
Затем, чтобы снять внутренние напряжения, накопленные в стекле, выполняется процесс, называемый отжигом. Этот процесс позволяет стеклянной ленте проходить через слой, который устраняет любые напряжения на поверхности стекла и постепенно охлаждает ее, чтобы придать ей окончательно затвердевшую форму. Это упрощает резку стекла и придание ему соответствующей формы.
5. Проверка
Благодаря точным и передовым технологиям проверки можно провести более 100 миллионов проверок на протяжении всего процесса производства стекла для выявления пузырьков воздуха, напряжений или песчинок, которые отказываются плавиться.Это очень важно для проверки качества окончательной формы стекла.
6. Резка по заказу
Наконец, алмазные стали используются для обрезки и резки стеклянных лент на квадратные формы.

Закалка стекла: проблемы и проблемы

Типичные проблемы, возникающие в процессе нагрева

Нагрев — наиболее типичный этап закалки стекла; От этого этапа зависит многое, чтобы получить продукт высокого стандарта. На качество закаленного стекла очень сильно влияет процесс нагрева, используемый в печи.Неравномерный нагрев вызывает деформацию стекла в процессе закалки. Чаще всего проблема возникает из-за быстрого нагрева нижней поверхности стекла из-за отвода тепла от керамических роликов. Возникающее в результате расширение нижней поверхности изгибает края стекла вверх, и стекло перемещается на роликах, как лодка, что приводит к повреждению, называемому «дымка центральной линии». Другие результаты неравномерного нагрева включают перегрев кромок, которые вызывают деформацию, известную как бистабильное седло, и могут привести к поломке кромок во время процесса нагрева.

Стекло с покрытием — вызов для переработчиков

Продолжающееся движение к повышению энергоэффективности в зданиях дает мощный толчок к применению стекла с покрытием. Напыленные (автономные) низкоэмиссионные или солнцезащитные покрытия становятся стандартом в странах, где климат солнечный круглый год или холодный зимой и теплый летом. Для производителей стекла с традиционной технологией это означало необходимость применения несколько более медленных процессов закалки из-за более длительного времени нагрева.В то же время переработчики вынуждены увеличивать свои производственные мощности без ущерба для достижения непревзойденного качества для всех типов стекла.

Гораздо более серьезные проблемы возникают при обработке стекол с покрытием Low-E и световозвращающих стекол. В дополнение к проблеме теплопроводности от роликов покрытие на верхней поверхности стекла отражает излучение от верхних нагревательных элементов, тогда как нижние нагревательные элементы нагревают стекло дважды, потому что излучение снизу проникает в стекло и отражается обратно от покрытой верхней поверхности.

Неравномерное распределение тепла может, в свою очередь, возникать, когда в печь последовательно загружаются переменные нагрузки. Попадая в печь, холодное стекло поглощает тепло от роликовой станины. Из-за тепловой инерции предыдущее стекло покидает область, где оно колебалось в холодном состоянии, и, следовательно, следующая партия попадает на роликовую платформу, у которой может быть избыточное тепло по краям и холодная область в середине. Частично это можно компенсировать, отрегулировав тепло в поперечном сечении так, чтобы нагревалось только нагруженное пространство.

Неравномерный нагрев также может привести к появлению холодных полос по направлению к стеклу. Здесь неравномерная температура, вызванная элементами сопротивления, приводит к появлению радужной оболочки, которая наиболее отчетливо видна при поляризационном тесте, но также может быть видна невооруженным глазом.

Само стекло также может вызывать проблемы с нагревом. Лучистое тепло по-другому поглощается печатными поверхностями стекла, чем обычное стекло. То же самое и с фасонными стеклянными светильниками.

Эти проблемы могут отрицательно повлиять на форму или плоскостность конечного продукта, его оптические качества или поверхность стекла.Равномерность нагрева достигается за счет компенсации перепада температур профильным нагревом; Отсюда ключевое значение возможности профилированного отопления.

Конвекция для стекла с покрытием и скорость

«Тепло передается стеклу тремя различными способами: излучением, теплопроводностью и конвекцией. Независимо от типа печи, эти три способа теплопередачи присутствуют всегда. Их можно далее проанализировать в следующих частях:

1.Радиация

Прямое излучение

Непрямое излучение

2. Проводимость керамических роликов.

3. Конвекция — ее можно разделить на три категории.

Естественная конвекция.

Вспомогательная конвекция сжатым воздухом.

Принудительная конвекция.

Степень, в которой каждый из них способствует процессу нагрева, зависит от типа печи, типа стекла и фазы процесса нагрева.В традиционных печах основным источником теплопередачи является проводимость от валков (на начальных этапах нагрева), а затем излучение. В печах с полной конвекцией тепло передается преимущественно за счет конвекции. Конвекция должна играть важную роль для эффективного нагрева стекол с покрытием.

Чтобы преодолеть эти проблемы, производители оборудования постоянно ищут новые решения, основанные на использовании конвекции. Конвекция является обязательным условием для любой производственной линии, где производится стекло с покрытием.Конвекционный нагрев не только помогает улучшить качество конечного продукта, но и имеет еще одно важное преимущество перед излучающими системами, а именно скорость нагрева.

Системы закалки на основе лучистых печей нагревают флоат-стекло со скоростью около 40 сек / мм толщины. Благодаря конвекционному нагреву время нагрева может быть сокращено до 25-30 сек / мм толщины, увеличивая производительность и производительность до 40-50%! Поскольку Low-E и другие типы стекла с покрытием требуют гораздо большего времени нагрева в излучающей печи, производительность увеличивается еще больше.»( цитируется из статьи Конвекция дает преимущество , Юха Карисола )

Недостатки принудительной конвекции

Есть три недостатка закалки с принудительной конвекцией. Во-первых, трудно контролировать конвекционные токи внутри печи и требует правильного проектирования оборудования и навыков оператора. Во-вторых, нагрев с принудительной конвекцией потребляет примерно на 10% больше электроэнергии из-за косвенного нагрева воздушными форсунками.Кроме того, машины с принудительной конвекцией обходятся дороже как в покупке, так и в обслуживании.

Качество кромок и закаленное стекло

Качество кромок играет важную роль при изготовлении, доставке и установке изделий из листового стекла в автомобильной и архитектурной сферах. Процесс отпуска вызывает переходные растягивающие напряжения на начальном этапе отпуска как на поверхности, так и на краях флоат-стекла. В зависимости от температуры и вязкости стекла эти напряжения могут сниматься или не сниматься вязкой релаксацией до того, как начнут накапливаться постоянные полезные напряжения.Ввиду хорошего качества флоат-стекла временные растягивающие напряжения могут восприниматься поверхностями, но не обязательно краями. Действительно, качество кромок, которое зависит от типа обработки кромок, хуже, чем у жестяных и воздушных поверхностей. Следовательно, на этих краях может начаться преждевременное разрушение, если сочетание временного напряжения и серьезности дефекта является невыносимым. Такое преждевременное разрушение происходит, когда температура стекла недостаточно высока, а скорость закалки слишком высока.Разрушение стекла во время закалки снижает производительность и в то же время снижает качество стекла.

Китайское обрабатывающее оборудование — Бун и Бэйн

Нет никаких сомнений в том, что Китай сегодня является самой динамично развивающейся экономикой мира, и китайская стекольная промышленность дает бессонные ночи производителям и переработчикам стекла во всем мире, но, увы, эта динамичная экономика и ее производители оборудования потерпели значительные неудачи, когда дело доходит до закалки стекла. машин, вы можете по пальцам пересчитать несколько производителей качественных машин (держу пари, вы не истощите даже одну руку), но по иронии судьбы китайские темперирующие машины растут как грибы во всех уголках мира, будь то самый сложный рынок Северной Америки или Западной Европы или развивающиеся страны, такие как Индия, Вьетнам или африканские страны.Эти дешевые машины находят рынок в самых неожиданных местах, я говорил об этом нескольким переработчикам стекла в моей стране, и неизменно отвечал на более низкую начальную стоимость, однако ни один из переработчиков не упомянул, что существует проблема с качеством (хотя завод менеджеры могут рассказать другую историю).

Не нужно заглядывать далеко, рост производителей темперирующих машин в Китае за очень короткий промежуток времени говорит сам за себя. Оглядываясь назад, пять лет назад в Китае было пять производителей темперирующих машин, сегодня вы можете насчитать три десятка, и большинство из них практически не имеют НИОКР и продаются по цене почти одной трети европейских производителей.Хотя более низкая начальная стоимость помогла многим переработчикам, и новые переработчики купили эти машины и увеличили объем обрабатываемого стекла, но в большинстве случаев за счет качества. В моей стране 75% темперирующих машин китайского происхождения.

Сима Галаут

Как сделать закаленное стекло?

Как закаленное стекло?

Стеклянный закаленный метон имеет два пути. Физический отпуск и химический отпуск.

I. Физическая закалка

Физическая закалка заключается в том, чтобы нагреть стекло до температуры, близкой к температуре размягчения, а затем одновременно продуть обе стороны воздуха для быстрого охлаждения для повышения механической прочности стекла и термической стабильности. способ производства. Закалка нагретого стекла — важный этап в производстве закаленного стекла путем физической закалки. Основное требование для закалки стекла — быстрое и равномерное охлаждение, чтобы получить равномерное распределение напряжения.Для получения равномерного охлаждающего стекла необходимо охлаждение. Устройство эффективно рассеивает горячий воздух, чтобы облегчить удаление случайного разбитого стекла.

Уменьшить его шум.

Температура физического закаливания флоат-стекла

Флоат-стекло Нормальная температура закаленного стекла составляет от 650 до 720 ° C. тепло держит время как разное. Например. Время нагрева закаленного флоат-стекла толщиной 3 мм составляет около 30 с, толщиной 4 мм — 40 с, толщиной 5 мм, время выдержки тепла 50 с и так далее.

Метон стекла, закаленный физическим способом

1. Метод закалки в газовой среде

Метод стали в газовой среде, то есть метод стали с воздушным охлаждением.

Включая уровень стали на воздушной подушке, горизонтальные роликовые стали, вертикальные стали и другие методы. Так называемый метод обработки стали с воздушным охлаждением заключается в нагревании стекла до температуры, близкой к температуре размягчения стекла (650 ~ 700 ° C), а затем одновременном продувании воздуха с обеих сторон для быстрого охлаждения для повышения механической прочности. и термическая стабильность методов производства стекла.Закалка нагретого стекла — важный этап в производстве закаленного стекла методом физического закалки. Основное требование для закалки стекла — быстрое и равномерное охлаждение, чтобы получить равномерное распределение напряжения. Для получения равномерного охлаждения стекла необходимо охлаждение. Устройство эффективно отводит горячий воздух, облегчая удаление случайно разбитого стекла и сводя к минимуму его шум.

Преимущества и недостатки:

Сталь с воздушным охлаждением имеет преимущества низкой стоимости, большой производительности, высокой механической прочности, термостойкости (максимальная безопасная рабочая температура до 287.78.c) и высокий градиент температуры в соответствии с 204.44.c), а закаленное стекло с воздушным охлаждением, помимо повышения механической прочности, образования мелких осколков при раздавливании, может уменьшить вред для человеческого тела.

Однако к толщине и форме стекла предъявляются определенные требования (минимальная толщина закаленного стекла, изготавливаемого в бытовом оборудовании, обычно превышает 3 мм), скорость охлаждения низкая, потребление энергии высокое, а потребление энергии большое. Для тонкого стекла процесс закалки все еще существует. Проблемы с деформацией стекла не могут быть применены в области высоких требований к оптическому качеству.

Область применения:

В настоящее время широко применяется технология воздушной закалки. Стекло, закаленное воздухом, в основном используется в автомобилях, кораблях и зданиях.

2. Закалка в жидкой среде

Метод закалки в жидкой среде, то есть метод с жидкостным охлаждением.

Метод жидкостного охлаждения заключается в нагревании стекла до точки, близкой к температуре размягчения, с выпуском, заполненным резервуаром для закалки с жидкостью для закалки. В этом случае в качестве охлаждающей среды можно использовать рассол, например смешанный рассол, такой как нитрат калия, нитрит калия, нитрат натрия и нитрит натрия.Кроме того, вы также можете использовать минеральное масло в качестве охлаждающей среды, конечно, в минеральное масло также можно добавлять толуол или четыреххлористый углерод и другие добавки. Также можно использовать специальное масло для закалки и силиконовое масло. В жидкой стали, потому что край стекла в первую очередь в резервуар для закалки, поэтому будет неравномерное напряжение, вызванное разрывом. Чтобы решить эту проблему, его можно сначала предварительно охладить с помощью воздушного или жидкостного охлаждения, а затем поместить в охлаждаемую органическую жидкость. Вы также можете добавить в резервуар для закалки воду и органический раствор, органический раствор, плавающий на воде, когда нагретое стекло в резервуаре, органический раствор, чтобы воспроизвести эффект предварительного охлаждения, поглотить часть тепла, а затем быстро охладиться в воду В дополнение к использованию иммерсионной охлаждающей жидкости также может использоваться метод жидкого распыления, но обычно используется метод погружения.Британская триплексная компания, самая ранняя в 1980-х годах на методе жидкой среды из стали толщиной 0,75 ~ 1,5 мм стекла, конец физического закалки не может закалить историю тонкого стекла. Сложность метода жидкой стали состоит в том, чтобы создать разумную систему жидкостного охлаждения, жидкое охлаждение стали следует обратить на две проблемы: во-первых, образующийся слой с высоким сжимающим напряжением, второй — во избежание разрыва стекла.

Преимущества и недостатки:

Метод закалки в жидкой среде, из-за большей удельной теплоемкости воды, теплота газификации высокая, поэтому значительно уменьшите количество, тем самым уменьшив потребление энергии, снизив затраты и скорость охлаждения, высокие показатели безопасности , деформация мала.

Поскольку стекло охлаждается и погружается в жидкую среду после нагрева, его легко неравномерно нагревать, что влияет на качество и выход продукции стеклянных панелей с большей площадью.

Область применения:

В основном подходит для закалки различных видов тонкого стекла, например стекла. ЖК-стекло, стекло и другие оптические инструменты.

3. Метод закалки частиц

После того, как стекло нагревается до температуры, близкой к температуре размягчения, твердые частицы в псевдоожиженном слое обычно получают путем закалки частиц оксида алюминия с размером частиц менее 200 мкм для улучшения стекла.Теоретически твердое тело в качестве охлаждающей среды может быть изготовлено из более тонкого, легкого и высокопрочного закаленного стекла, поэтому с середины 70-х годов прошлого века до начала 80-х годов Великобритания, Япония, Бельгия, Германия один за другим применяли это технологии в производстве.

Преимущества и недостатки:

Метод закалки частиц может быть ультратонким стеклом. Высокая прочность, хорошее качество. В настоящее время занимается производством высококачественного стекла по передовой технологии. Закалка частиц новой технологии по сравнению с традиционным процессом закалки ветром.Охлаждающая среда охлаждающая способность для стального ультратонкого стекла, энергосберегающий эффект (экономия около 40%).

Однако процесс отпуска частиц охлаждающей жидкости дороже.

Область применения:

Высокопрочное, высокоточное тонкое стекло и ультратонкое стекло.

4. Метод закалки в тумане

Использование распыленной воды в качестве охлаждающей среды, использование распылительного вытяжного оборудования, стекло может быть закалено в процессе охлаждения более равномерно, меньшее потребление энергии, лучшая производительность после закалки.Распылительное выхлопное оборудование рядом друг с другом и расположено на дне решетчатой ​​конструкции ствола, каждая конструкция ствола у пола, перегородок, форсунок и ряда выхлопных личинок l состава. Как и в случае с газовым методом, в качестве охлаждающей среды используется не воздух, а распыленная вода. Стекло закалено, так как в качестве охлаждающей среды используется распыленная вода. Удельная теплоемкость воды больше, а теплота парообразования всех жидкостей также самая высокая. В процессе закалки стекла водяной туман непрерывно распыляется на поверхность нагретого стекла.Распыленная вода в форме частиц быстро поглощает тепло, превращаясь в воду с температурой 100 ° C, а затем газифицируется. Вода имеет большую удельную теплоемкость и высокую теплоту испарения. Большое количество тепла на поверхности стекла мгновенно отводится (поглощение), закалка и отпуск стекла на поверхности стекла, вызванный постоянным сжимающим напряжением, тем самым повышая прочность стекла на растяжение, закалку стекла. Водяной туман (распыленная вода) может быть распылен методом впрыска сжатого воздуха, методом впрыска пара или методом гидравлического распыления на нагретую поверхность стекла, поскольку распыленная вода вступает в контакт с красным стеклом и быстро поглощает тепло и расширение газа. бесплатно распространять.Это повлияет на равномерное охлаждение стекла, легко заставить стекло лопнуть. к этому концу. Необходимо разработать уникальное распылительное вытяжное оборудование, благодаря которому газификация и расширение водяного пара можно откачивать. Не растекаясь по стеклянной поверхности.

Преимущества и недостатки туманообразования:

охлаждающая среда проста в получении, низкая стоимость, не загрязняет окружающую среду, но также закаленная газовая, жидкая и стальная сталь не может быть закалена тонким стеклом. Однако контролировать равномерность охлаждения труднее.

Область применения:

Из-за того, что система охлаждения труднее контролировать, текущее приложение меньше.

II. Химическая закалка.

Химический метод закалки, который заключается в химических методах изменения компонентов поверхности стекла, увеличения напряжения ламинирования поверхности с целью повышения механической прочности и термической стабильности стекла. Поскольку это происходит посредством ионного обмена для улучшения качества стекла, это также известно как усиление ионного обмена.В зависимости от типа ионного обмена и температуры ионного обмена можно разделить на метод ионного обмена ниже температуры точки перехода, называемый низкотемпературным методом, и метод ионного обмена выше температуры точки перехода

Метод ионного обмена, называемый методом высокотемпературного обмена.

Преимущества и недостатки:

Прочность химически упрочненного стекла близка к прочности физически усиленного стекла, термостойкость хорошая, светопропускание хорошее, поверхностная прочность высокая, температура обработки низкая , изделие не деформируется, и изделие не ограничивается толщиной и геометрической формой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*