Odhalenie mechanizmu a výhod a nevýhod fyzického temperovania

Chemické temperovanie je proces používaný na zvýšenie pevnosti a tepelnej stability skla. Zahŕňa zahriatie skla na teplotu blízku jeho teplote mäknutia a následné rýchle ochladenie pomocou plynu alebo kvapalného média. Existujú dva bežné spôsoby chemického temperovania: temperovanie v plynnom médiu a temperovanie v kvapalnom médiu.

Stredné temperovanie plynu:

Temperovanie plynným médiom, tiež známe ako temperovanie vzduchom, zahŕňa metódy, ako je horizontálne temperovanie vzduchovým vankúšom, horizontálne valcové temperovanie a vertikálne temperovanie. Pri tomto procese sa sklo zahreje na teplotu blízku jeho bodu mäknutia (okolo 650-700 stupňov ) a potom sa podrobí rýchlemu prúdeniu vzduchu z oboch strán, aby sa rýchlo ochladilo. Táto metóda zvyšuje mechanickú pevnosť a tepelnú stabilitu skla. Základnou požiadavkou pre proces chladenia je rýchle a rovnomerné chladenie, aby sa dosiahlo rovnomerne rozložené napätie v skle. Na dosiahnutie rovnomerného chladenia musí chladiace zariadenie účinne odvádzať teplo, uľahčovať odstraňovanie príležitostných úlomkov skla a minimalizovať hluk.

Výhody a nevýhody:

Plynové stredné temperovanie má niekoľko výhod. Je nákladovo efektívny a umožňuje vysoké objemy výroby. Tvrdené sklo vyrobené touto metódou vykazuje vysokú mechanickú pevnosť, odolnosť voči tepelným šokom (maximálna bezpečná pracovná teplota môže dosiahnuť 287,78 stupňov) a vysokú odolnosť voči teplotným gradientom (odolá až 204,44 stupňov). Navyše, plynom stredne tvrdené sklo sa pri rozbití rozbije na malé kúsky, čím sa zníži riziko zranenia. Táto metóda má však určité požiadavky na hrúbku a tvar skla (zvyčajne minimálnu hrúbku okolo 3 mm pre domáce zariadenia). Má tiež nižšie rýchlosti chladenia, vyššiu spotrebu energie a nie je vhodný pre aplikácie vyžadujúce vysoko presnú optickú kvalitu, najmä pre tenké sklo.

Aplikácie:

Chladenie vzduchom je široko používané v automobilovom, námornom a stavebnom priemysle.

Tekuté stredné temperovanie:

Kalenie v kvapalnom médiu, tiež známe ako chladenie kvapalinou, zahŕňa zahriatie skla na jeho bod mäknutia a následné rýchle ponorenie do chladiaceho média. Chladiacim médiom môže byť zmes slanej vody, ako je dusičnan draselný, dusičnan sodný alebo ich kombinácia. Ako chladiace médium možno použiť aj minerálny olej a do minerálneho oleja možno pridať aditíva ako toluén alebo tetrachlórmetán. Môžu sa použiť aj špeciálne kaliace oleje alebo silikónové oleje. Pri temperovaní kvapalného média môže dôjsť k nerovnomernému napätiu a výsledným trhlinám v dôsledku vstupu okrajov skla do chladiacej nádrže ako prvého. Na vyriešenie tohto problému možno pred ponorením skla do kvapalného média použiť proces predchladenia využívajúci chladenie vzduchom alebo rozprašovanie kvapaliny. Ďalší spôsob zahŕňa umiestnenie skla do nádrže obsahujúcej vodu a organický roztok, kde organický roztok pláva na povrchu vody. Keď sa zahriate sklo umiestni do nádrže, organický roztok predchladí sklo absorbovaním časti tepla predtým, ako sa rýchlo ochladí vo vode.

Výhody a nevýhody:

Kvapalné stredné temperovanie ponúka niekoľko výhod. Vďaka vysokému špecifickému teplu a vysokému výparnému teplu vody sa množstvo potrebné na chladenie výrazne zníži, čo vedie k zníženiu spotreby energie a nákladov. Táto metóda poskytuje rýchle chladenie, vysoký bezpečnostný výkon a minimálnu deformáciu. Keďže sa však sklo po zahriatí vloží do tekutého média, môže dôjsť k nerovnomernému ohrevu veľkých tabúľ skla, čo môže ovplyvniť kvalitu a výťažnosť.

Aplikácie:

Tekuté stredné temperovanie je vhodné predovšetkým na temperovanie tenkých skiel s malým povrchom, ako sú okuliare, sklá na LCD obrazovky a sklá používané v optických prístrojoch a zariadeniach.

Záverom možno konštatovať, že metódy chemického temperovania, či už pomocou plynných alebo kvapalných médií, zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri zvyšovaní pevnosti a tepelnej stability skla. Každá metóda má svoje výhody a obmedzenia, vďaka čomu je vhodná pre špecifické aplikácie. Temperovanie plynným médiom, tiež známe ako temperovanie vzduchom, je nákladovo efektívne a široko používané v odvetviach, ako je automobilový priemysel, námorníctvo a stavebníctvo. Poskytuje vysokú mechanickú pevnosť a odolnosť voči tepelným šokom a zároveň vytvára malé a bezpečnejšie úlomky skla pri rozbití. Má však obmedzenia z hľadiska hrúbky a tvaru skla, pomalšieho chladenia, vyššej spotreby energie a nie je ideálny pre aplikácie vyžadujúce vysokú optickú kvalitu.

Na druhej strane temperovanie kvapalného média alebo chladenie kvapalinou ponúka výhody, ako je znížená spotreba energie, rýchle chladenie, vysoký bezpečnostný výkon a minimálna deformácia. Je obzvlášť vhodný na temperovanie tenkých skiel s malým povrchom, ako sú okuliare, LCD obrazovky a sklá používané v optických prístrojoch. Starostlivým výberom chladiaceho média a použitím techník predchladenia možno minimalizovať nerovnomerné zahrievanie a potenciálne trhliny. Proces však môže vyžadovať špecifické odborné znalosti a riadenie procesu na vytvorenie účinného temperovacieho systému.

Celkovo, metódy chemického temperovania poskytujú sklu zvýšenú pevnosť a tepelnú stabilitu, vďaka čomu je vhodné pre rôzne priemyselné aplikácie. Voľba medzi temperovaním plynným médiom a temperovaním kvapalným médiom závisí od faktorov, ako sú požadované vlastnosti tvrdeného skla, veľkosť a tvar skla a špecifické požiadavky aplikácie. Tieto metódy sa naďalej vyvíjajú a zdokonaľujú, čo prispieva k vývoju pevnejších a bezpečnejších sklenených výrobkov v mnohých oblastiach.