Одно из первых упоминаний о методе получения прочного стекла был патент 1874 года во Франции неким Франсуа де ла Басти.
 |
|
Александр Палагин |
Суть метода заключалась в следующем, это разогрев стеклянных изделий до красного каления и погружение в ванну с расплавленной смесью жира и растительного масла.
Температура состава достигала от 150 до 300 градусов, а скорость охлаждения зависела от формы и размера изделий. Для закалки использовалась стеклянная посуда, стекла для приборов и фонарей. Но этот метод был не применим для плоского стекла.
В 1877 году в Германии эту задачу решил Фредерик Сименс, свой процесс он назвал «сжатие стекла». Разогретое до красна стекло опускалось в разогретый до 200 градусов парафин с последующим сжатием между двумя металлическими пластинами.
Это позволяло произвести быстрое охлаждение с сохранением плоскостности. Полученное стекло приобретало свойство большой прочности но имело массу дефектов.
В 1905 году бельгиец Эмиль Фуко изобретает метод изготовление стекла методом машинного вертикального вытягивания, получая первое листовое стекло. На основе этой технологии стали возникать производства, специализирующиеся на изготовлении каленного автомобильного стекла.
В 50-х годах ХХ века Алистер Пилкингтон предложил технологию изготовления флоат-стекла, суть процесса заключалась в том что расплавленная масса стекла температурой 1000 градусов равномерно растекалась по поверхности расплавленного олова с последующим контролируемым охлаждением, тем самым приобретая идеально гладкую поверхность. В настоящее время этот метод с успехом используется всеми производителями листового стекла.
В тех же 50-х годах в автомобильноми авиационном стекле окончательно сформировался процесс закалки, состоящий в разогреве стекла до температуры размягчения, а затем резкого охлаждения струями холодного воздуха.
В результате этой процедуры во внутренних слоях стекла возникали остаточные напряжения сжатия. Благодаря этому остаточному напряжению стекло приобретало высокую сопротивляемость механическим повреждениям, а при разрушении разбивалось на множество маленьких фрагментов.
В настоящее время в проведении закалки стекла используется автоматизированное оборудование, работающее по этому же принципу, обладающее всеми необходимыми настройками и опциями для производства продукции высокого качества каленого, упрочненого и молированного стекла.
Виды термообработки и свойства
Закаленное стекло в 7 раз прочнее обычного стекла выдерживает значительные статические нагрузки с большими прогибами без разрушения (изгиб на прочность минимум 120 МПа, стойкое к динамическим ударным нагрузкам, стойкое к высоким температурным перепадам от -150 до +300 С, при разрушении мелкие осколки без острых углов размером меньше или равно толщине стекла. Но на ряду с этим есть и недостатки, это уязвимость к ударам в торец, где за счет остаточных напряжений стекло легко разрушается.
По этим же причинам закаленное стекло не подлежит резке, сверлению и другой механической обработке. Все операции механической обработки производятся до закалки стекла иобязательной нормой технологического процесса подготовки стекла термообработке является шлифовка или притупление кромки торцов стекла во избежание разрушений от микросколов образующихся при порезке.
Упрочненное стекло – это стекло прошедшее термообработку, но имеющее отличие в техпроцессе от процесса закалки стекла. При изготовлении охлаждение стекла происходит медленнее от того и характер внутренних напряжений не столь большое как у закаленного стекла.
Именно этими свойствами отличается от закаленного стекла(изгиб на прочность минимум 100 МПа) и характер разрушения упрочненного стекла аналогичен сырому стеклу.
Эти свойства позволяют применять упрочненное стекло в ответственных решениях когда необходимы – повышенные прочностные характеристики стекла, в отличии от сырого, и в то же время не разрушаться на мелкую фракцию как коленное стекло (пример: ответственные конструктивные элементы – стекло, за которое осуществляется вклейка в створку, ламинированное стекло ступеней и ограждений и т.д.)
В маркировке закаленного стекла обычно применяют маркировку: ESG – каленное стекло, TVG – упрочненное стекло. (В СССР часто в архитектуре и строительстве использовали термин «сталинит» для обозначения ряда видов прочного закаленного стекла).
Закалённые автомобильные стекла маркируются английским словом «Tempered», или буквой «T».
Стандарты
ГОСТ 30698-2014 СТЕКЛО ЗАКАЛЕННОЕ
СТЕКЛО ЗАКАЛЕННОЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ Технические условия ДСТУ Б В.2.7-110-2001 (ГОСТ 30698-2000)
EN 12150-1:2000, NEQ, EN 12150-2:2004, NEQ
Применение
В архитектуре:
• стеклопакеты для дверей и окон;
• листы для остекления фасадов;
• витрины, перегородки;
• лестничные ступеньки, перила;
• светопрозрачная кровля;
• спайдерное остекление;
• цельностеклянные конструкции;
• стеклянные входные группы;
• зимние сады;
• наружные конструкции (козырьки, крыши, остановочные павильоны и т. д.)
В интерьере:
• интерьерные двери;
• душевые двери, перегородки и шторы;
• кухонные фартуки, скинали;
• пол, облицовочные панели, полки;
• столы, стойки, столешницы.
Для бытовой техники:
• дверцы, стенки и полки для холодильников и прилавков;
• дверцы микроволновых печей и духовок.
Для транспорта:
• боковые и задние стекла автомобилей;
• окна кораблей и судов;
• стекла железнодорожных вагонов и метро;
• стекла автобусов, троллейбусов и трамваев;
• стекла кабин рабочих машин.
В дополнение к сказанному о закаленном стекле стоит рассказать еще обособенности, с которой приходится сталкиваться переработчикам и заказчикам, иногда ошибочно воспринимаемую как дефект.
Анизотропия – это визуальное явление, связанное со свойством двойного лучепреломления каленного стекла.
Это явление проявляется в ясную солнечную погоду при использовании поляризационных очков. Выглядит в виде пятен и характерных только для закаленного стекла, что в принципе позволяет подтвердить проведенную термообработку.
Для получения механической прочности существует еще один способ – метод химического упрочнения стекла.
Химически закалённое стекло (также «ионообменноупрочнёное стекло», «термохимически модифицированное стекло») — разновидность стекла, прочность которого повышена за счёт химической обработки.
Прочность стекла повышается за счёт обработки поверхности. Стекло погружается в ванну, содержащую калиевую соль (обычно нитрат калия) при 300 °C. Это позволяет ионам калия из расплава заменить на поверхности стекла ионы натрия.
Так как ионы калия крупнее ионов натрия, то, заменяя последний в кристаллической решётке, они вызывают её деформацию и появляются силы сжатия в приповерхностном слое. Усилия сжатия в поверхности химически обработанного стекла могут составлять до 690 МПа.
При разрушении такое стекло по прежнему даёт длинные острые осколки, как обычное стекло. Тем не менее, химически закалённое стекло обычно в шесть - восемь раз прочнее обычного стекла.
При химической закалке не используют экстремальных перепадов температуры, что не приводит к деформации и короблению, появлению оптических дефектов, и позволяет обрабатывать даже тонкостенные детали.
Также, в отличие от обычного закалённого стекла, химически закалённое стекло может быть разрезано и обработано после закалки без появления трещин и разрушения. Как способ закалки стекла метод химического упрочнения имеет ряд недостатков – процесс сложный и длительный, характер разрушения не соответствует безопасному, не стойкое к повреждениям.
Этот метод каленного стекла используется в авиационной и космической отрасли, для лобовых стекол яхт и катеров, мобильных телефонов и планшетов и т.д.
Автор А. Палагин