Načela te prednosti i nedostaci kemijskog kaljenja

Kemijsko kaljenje, također poznato kao ojačavanje ionskom izmjenom, metoda je kaljenja stakla mijenjanjem njegovog površinskog sastava kemijskim sredstvima. Povećava mehaničku čvrstoću i toplinsku stabilnost stakla uvođenjem tlačnog naprezanja na površini. Ova tehnika se postiže kroz proces ionske izmjene. Kemijsko kaljenje može se klasificirati u dvije kategorije na temelju temperature ionske izmjene: ionska izmjena na niskoj temperaturi (ispod temperature staklenog prijelaza) i ionska izmjena na visokoj temperaturi (iznad temperature staklenog prijelaza).

Princip iza kemijskog kaljenja leži u mehanizmu difuzije iona. Uranjanjem stakla u kupelj rastaljene soli na visokoj temperaturi, ioni alkalnih metala unutar stakla difundiraju i izmjenjuju se s ionima alkalnih metala u rastaljenoj soli, što rezultira fenomenom koji se naziva "nagomilavanje". Ovaj učinak zbijanja stvara tlačni stres na staklenoj površini, čime se povećava njezina čvrstoća.

Prema teoriji mrežne strukture stakla, staklasti materijali sastoje se od amorfne trodimenzionalne mreže sastavljene od poliedra kisika, a središnje mjesto zauzimaju aluminij (Al) ili fosfor (P). Ovi ioni, zajedno s ionima alkalijskih metala (npr. natrij i kalij), tvore staklenu mrežu. U kemijskom kaljenju ioni alkalnih metala skloni su difuziji i izdvajanju iz stakla, uzrokujući promjenu sastava površine i stvaranje površinskog sloja s tlačnim naprezanjem. Međutim, sloj tlačnog naprezanja generiran ionskom izmjenom je relativno tanak i osjetljiv na površinske defekte. Čak i manje ogrebotine mogu značajno smanjiti čvrstoću stakla.

Prednosti i nedostatci:

Kemijski kaljeno staklo pokazuje čvrstoću usporedivu s fizički kaljenim staklom, uz izvrsnu toplinsku stabilnost. Može se obrađivati ​​na nižim temperaturama, zadržava svoj oblik tijekom proizvodnje i nije ograničena debljinom ili geometrijskim oblikom. Oprema potrebna za kemijsko kaljenje je jednostavna, a proizvodni proces je relativno jednostavan. Međutim, u usporedbi s fizički kaljenim staklom, kemijsko kaljenje ima neke nedostatke. Proizvodni ciklus je dulji (vrijeme izmjene može trajati i do nekoliko desetaka sati), što rezultira manjom učinkovitošću i višim troškovima proizvodnje (zbog nemogućnosti recikliranja rastaljene soli i zahtjeva za visokom čistoćom). Kemijski kaljeno staklo lomi se slično običnom staklu, što smanjuje njegovu sigurnosnu učinkovitost. Osim toga, njegova svojstva su manje stabilna u smislu kemijske stabilnosti, a fizička svojstva kao što su mehanička čvrstoća i otpornost na udarce mogu se brzo pogoršati tijekom vremena.

Prijave:

Kemijski kaljeno staklo nalazi široku primjenu u različitim debljinama ravnog stakla, stakla tankih stijenki i proizvoda od oblikovanog stakla, kao i u staklu otpornom na vatru.

Ukratko, kemijsko kaljenje je tehnika ojačavanja stakla koja modificira površinski sastav stakla putem ionske izmjene, stvarajući sloj tlačnog naprezanja. Nudi prednosti kao što su poboljšana čvrstoća, toplinska stabilnost i svestranost u obliku i debljini. Međutim, također ima ograničenja u smislu vremena proizvodnje, troškova, sigurnosti i stabilnosti. Razumijevanje principa i primjene kemijskog kaljenja pomaže u određivanju njegove prikladnosti za specifične zahtjeve stakla.