Тема Технология закалки стекла Специализация Стекло и керамические

Тема «Технология закалки стекла» Специализация «Стекло и керамические материалы»

План лекции 1. 2. 3. Применение закаленных стекол Особенности закаленного стекла Принцип закалки стекла. Теоретические основы Этапы закалки 4. • • • 5. Оборудование для закалки стекла • • 6. 7. Обработка кромок Нагрев Охлаждение Для обработки кромок Печи для закалки Моделирование процесса закалки Литература Л 1– 2

• Изделия из закаленного стекла • Обтекатели, иллюминаторы • Пулестойкие стекла Л 1– 3

• Изделия из закаленного стекла • Строительные отделочные и конструкционные материалы Л 1– 4

Особенности закаленного стекла • Безопасность • Сохранность (противовзломность) • Функциональность В то время, когда 100% обычного стекла разрушается при перепаде температур со значением в 70°С, закаленное стекло прекрасно выдерживает перепад в 160°С между кромкой и серединой стекла. Прочность повышается в 5 -7 раз Закаленное стекло не может быть подвергнуто последующей механической обработке - оно разрушается. Л 1– 5

Принцип закалки стекла. Теоретические основы Схемы процессов быстрого охлаждения (а) и быстрого нагревания (б) стекла (стрелки показывают направление действия возникающих напряжений) Л 1– 6

2. Принцип закалки стекла. Теоретические основы Л 1– 7

3. Этапы закалки Этап 1: Притупление (шлифование) кромок Шлифованная кромка (притупление) - данный вид обработки кромки стекла является минимальным требованием к стеклу, которое будет подвергнуто закалке. В стеклах, внутренние напряжения, в сочетании с "термическим ударом" в момент поступления стекла в печь разогрева, могут привести к самопроизвольному разрушению стекла, что является неприемлемым условием для всего производственного процесса. Вот почему для стекол (особенно большой толщины > 10 мм) требуется более качественная обработка поверхности кромки. Л 1– 8

Этапы закалки Этап 2: Нагрев • В одной загрузке должно быть стекло одного типа. • Со стола загрузки стекла подаются в печь, где они начинают разогреваться перемещаясь на керамических валах. • Температура разогрева 630 -650 о. С • Способ нагрева: конвективный или лучистый Л 1– 9

Этапы закалки Этап 3: Охлаждение • Закалка стекла происходит в т. н. чиллере, где обе поверхности стекла, разогретые до нужной температуры, быстро обдуваются мощным потоком воздуха. Благодаря тому, что поверхность стекла охлаждается и затвердевает моментально, а внутренний слой остается какое-то время еще мягким создается определенная картина распределения напряжений: на поверхности сжимающие напряжения, а внутри - растягивающие напряжения. Л 1– 10

Оборудование для закалки Оборудование для обработки кромок Односторонние (1) Двусторонние (2) 1 Ленточные (3) Шлифовальные круги (1, 2) 2 3 Л 1– 11

Оборудование для закалки Закалочные печи Периодического действия • Компактность • Низкая стоимость Непрерывного действия • Высокая производительность Л 1– 12

Дефекты закалки Наиболее характерные виды изгибания стекла: • Изгибание стекла; • Образование седловины; • Выгибание стекла. Перегрев стекла : • Образование т. н. роликовой волны. • Выгорание покрытия, которое часто присутствует на современных стеклах. • Концевое изгибание. Л 1– 13

Измерение остаточных напряжений При неравномерном охлаждении или нагревании в стекле возникают внутренние напряжения, вызывающие двойное лучепреломление. Луч, входящий в образец стекла, разлагается на два луча — обыкновенный и необыкновенный. Плоскости поляризации этих лучей взаимно перпендикулярны, а скорости распространения в стеклообразной среде различны. Двойное лучепреломление измеряется разностью хода обыкновенного и необыкновенного лучей, нм, на 1 см пути луча в стекле. Для контроля двойного лучепреломления в образцах любой формы наиболее удобны полярископыполяриметры ПКС 250, ПКС-125. Л 2– 14 Схема эффекта двойного лучепреломления

Дефекты закалки Наиболее характерные виды изгибания стекла: Л 1– 15

Двойное лучепреломление Л 2– 16

Испытание закаленного стекла Предел прочности закаленного стекла при изгибе может достигать 250 МПа, что более чем в 5 раз превышает предел прочности обычного листового стекла. Прочность на удар у закаленного стекла в несколько раз выше чем у обычного. Закаленное стекло толщиной 4 мм выдерживает испытание "мягким телом" (мешок со свинцовой дробью массой 45 кг) с высоты падения 1200 мм, а листовое стекло не выдерживает удар даже с высоты 300 мм. Увеличение механической прочности обуславливает повышение термостойкости. У обычного стекла термостойкость около 400 о. С, закаленного — до 1800 о. С. Это позволяет стеклу противостоять разрушению при перегреве или при перепадах температур. Л 1– 17

Механические свойства. Хрупкость Л 2– 18 Хрупкость — характерное свойство твердых стекол. Твердое стекло разрушается сразу же после достижения им предела упругой деформации. Хрупкость стекла характеризуется его сопротивлением мгновенной нагрузке — удару. Хрупкость стекла, или его сопротивление удару D, характеризуется отношением прочности стекла при сжатии Rc к работе Р, Дж/м 3, разрушения единицы объема образца V, м 3: D = RC/P=RCV/R; P=R/V, где R — работа всех ударов шара или маятника, равная Gh (G — сила воздействия стального шара нли маятника на образец, Н; h — высота нх падения, м). Оксиды, повышающие стойкость к удару – B 2 O 3, Si. O 2, Al 2 O 3, Zr. O 2, Mg. O. Закалка стекла повышает стойкость к удару в 5 -6 раз. Для ее измерения хрупкости используется стальной шар, падающий с определенной высоты

Расчет режимов закалки 1. Нагрев q Конвективный нагрев • Коэффициент теплоотдачи • Температура воздуха q Радиационный нагрев • Спектр источника излучения • Излучательная способность • Плотность потока излучения 2. Охлаждение q Конвективное охлаждение • Коэффициент теплоотдачи • Температура воздуха Л 1– 19