المعالجة الحرارية: حيث يخضع الزجاج الملدن لمعاملة حرارية خاصة يتم تسخينه إلى حوالي 680 درجة مئوية ثم يتم تبريده بعد ذلك.
التقوية الكيميائية: الزجاج مغطى بمحلول كيميائي ينتج مقاومة ميكانيكية أعلى. الزجاج المقوى كيميائيا له خصائص مماثلة للزجاج المعالج حراريا.
تقوية الزجاج
يؤثر معدل التبريد بشكل مباشر على قوة الزجاج. تؤدي العملية المنتظمة لتبريد - أو تلدين - الزجاج المصقول إلى معدل بطيء. يمكن إنتاج زجاج أقوى عن طريق تغيير معدل التبريد. نوعان من الزجاج الأقوى هما:
- زجاج مقوى بالحرارة
- زجاج مقسى
يتم تبريد الزجاج المقوى بالحرارة بمعدل أسرع من الزجاج الملدن العادي. الزجاج المقسى ، بدوره ، يتم تبريده بمعدل أسرع من الزجاج المقوى بالحرارة. هناك طريقة أخرى لتقوية الزجاج وهي استخدام أكثر من لتر واحد من الزجاج في التطبيق. يتكون الزجاج الرقائقي من اثنين أو أكثر من اللترات من الزجاج ، متصلة بطبقة من البلاستيك.
في العديد من المباني الحديثة ، يجب أن يكون الزجاج قويا قدر الإمكان. ثلاثة أسباب أساسية لتقوية الزجاج هي:
- زيادة حمل الرياح
- زيادة مقاومة الصدمات
- مكافحة الإجهاد الحراري
يجب على المهندسين المعماريين والمصممين مراعاة قوة الرياح على المبنى أو التركيب عند اختيار الزجاج. تتسبب الرياح في انحراف الزجاج. لا يجهد هذا الانحراف الزجاج نفسه فحسب ، بل يجهد نظام التزجيج بأكمله: الإطار والحشيات والمواد المانعة للتسرب.
ترتبط مقاومة الصدمات ارتباطا وثيقا بحمل الرياح لأن الرياح تحمل أشياء مثل حجارة البرد والغبار والأحجار الصغيرة وغيرها من الحطام. أثناء الأعاصير والأعاصير ، تحمل الرياح العديد من الأشياء الكبيرة.
مع ارتفاع درجات حرارة الزجاج ، فإنه يتوسع. يصبح الجزء الأوسط من المصباح أكثر سخونة ويتوسع بمعدل أكبر من الحواف. عادة ما تكون الضغوط على الحواف أكبر في وسط كل حافة وتنخفض نحو الزوايا. الخلل يجهد الحواف. وهذا ما يسمى الإجهاد الحراري. وبالتالي ، فإن قوة حافة الخفيف تحدد بشكل كبير قدرتها على مقاومة الانكسار. توفر الحواف النظيفة أكبر قوة حافة. هذا أمر بالغ الأهمية بشكل خاص مع الزجاج الممتص للحرارة. يقلل نظام التزجيج المصمم جيدا أيضا من الضغط على الزجاج.
يتم تصنيع الزجاج المقوى بالحرارة عن طريق تسخين الزجاج الملدن بشكل موحد ، ثم تبريده بمعدل أبطأ من الزجاج المقسى. الخصائص تشمل:
- حوالي ضعف قوة الزجاج الملدن العادي من نفس الحجم والسماكة.
- أكثر مقاومة لتحميل الرياح والصدمات من الزجاج الملدن العادي على الرغم من أنه أقل مقاومة من الزجاج المقسى.
- الكسور إلى قطع كبيرة خشنة ، على غرار الزجاج الملدن.
يستخدم الزجاج المقوى بالحرارة بشكل عام في المباني الشاهقة لمساعدة الزجاج على مقاومة الإجهاد الحراري. كما أنها تستخدم في صناعة الزجاج السباندريل. زجاج Spandrel هو زجاج غامض يستخدم في المناطق غير الرؤية. نظرا لأن الزجاج المقوى بالحرارة ينكسر إلى قطع خشنة كبيرة ، فإنه لا يتأهل كمادة زجاجية آمنة. تتطلب جميع قوانين البناء تزجيجا آمنا لأبواب الدش والأبواب التجارية وواجهات المتاجر لأغراض السلامة.
يكتسب الزجاج قوة كبيرة من التقسية. لايت من الزجاج المقسى أقوى بحوالي أربع مرات من لايت من الزجاج الملدن من نفس الحجم والسماكة. الخصائص تشمل:
- السمة الوحيدة للزجاج الملدن المتأثر بالتلطيف هي قوة الانحناء أو الشد:
- التقسية تزيد من قوة شد الزجاج.
- هذا يجعل الزجاج المقسى أكثر قدرة على مقاومة القوى الناجمة عن الحرارة والرياح والتأثيرات.
- التقسية لا تتغير:
- اللون أو التركيب الكيميائي أو خصائص انتقال الضوء للزجاج الملدن.
- قوة ضغطها (قدرة الزجاج على مقاومة قوى التكسير)
- المعدل الذي يوصل به الزجاج الحرارة وينقلها.
- معدل تمدد الزجاج عند تسخينه.
- صلابة الزجاج.
الأسباب الرئيسية لاستخدام الزجاج المقسى هي:
- الزجاج المقسى ، عند كسره ، مصمم للتحطم إلى جزيئات على شكل مكعب. لذلك فهي مؤهلة كمادة زجاجية آمنة.
- يوفر الزجاج المقسى قوة أكبر ضد الانحراف ، وبالتالي مقاومة أفضل لقوة الرياح ، من الزجاج المقوى بالحرارة. يكون أكثر فعالية إذا تم وضعه داخل نظام زجاج شامل جيد التصميم.
- يزيد التقسية من قدرة الزجاج على النجاة من تأثير الأشياء التي قد تصطدم بالمبنى. عندما ينكسر الزجاج المقسى ، فإنه يتحطم إلى مكعبات صغيرة ، مما يقلل من احتمالية حدوث إصابة خطيرة عند الاصطدام.
- التقسية يزيد من قوة حافة لايت. وبالتالي يتم تحديد الزجاج المقسى عندما يتوقع المصممون ضغوطا حرارية عالية.
يتكون الزجاج المقسى عن طريق تسخين الزجاج الملدن بشكل موحد. يمكن أن يكون سمك الزجاج من 1/8 "إلى 3/4". ثم يتم تبريد الزجاج الملدن بسرعة عن طريق نفخ الهواء بشكل موحد على كلا السطحين في نفس الوقت. يعرف هذا باسم تبريد الهواء. يزيد التبريد السريع من قوى الضغط على السطح وقوى التوتر داخل الزجاج. يتم استخدام عمليتين لتهدئة الزجاج:
- هدأ عمودي
- هدأ أفقي
في ملقط التقسية العمودي تستخدم لتعليق الزجاج من الحافة العلوية. يتحرك عموديا عبر الفرن بهذه الطريقة. في التقسية الأفقية ، يتحرك الزجاج عبر الفرن على بكرات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو السيراميك. من بين العمليتين ، التقسية الأفقية هي الأكثر شيوعا. يتم تحديد الزجاج المقسى من خلال ملصق دائم ، يسمى الخطأ ، والذي يتم وضعه في زاوية كل لايت مقسى. لا يمكن قطع الزجاج المقسى أو حفره أو حوافه. يجب إجراء هذه العمليات على الزجاج قبل التقسية.
يتم تصنيع الزجاج الرقائقي ، الذي يطلق عليه أحيانا "lami" ، عن طريق وضع طبقة من البولي فينيل بوتيرال (PVB) بين اثنين أو أكثر من اللايتات الزجاجية. يمكن أن يكون PVB شفافا أو ملونا ويختلف سمكه عادة من .015 "إلى .090" ، ولكن يمكن أن يكون سميكا مثل .120 " للتطبيقات الخاصة. ثم يتم دمج الوحدة بأكملها تحت الحرارة والضغط في فرن خاص يسمى الأوتوكلاف. يمكن إجراء عملية الترقق على زجاج شفاف أو ملون أو عاكس أو مقوى بالحرارة أو مقسى. الخصائص تشمل:
- عندما ينكسر الزجاج الرقائقي ، تلتصق جزيئات الزجاج ب PVB ولا تطير أو تسقط. مجموعات معينة من سماكة الزجاج و PVB مؤهلة كمواد زجاجية آمنة بموجب معايير الصحة والسلامة التي وضعها المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (ANSI). على سبيل المثال ، الزجاج الرقائقي بطبقة .030 PVB محصورة بين قطعتين من الزجاج الملدن بطول ملليمترين يلبي الحد الأدنى من متطلبات التزجيج الآمن.
التطبيقات - بالإضافة إلى زجاج الأمان ، يحتوي الزجاج الرقائقي على العديد من التطبيقات المتخصصة ، بما في ذلك تقليل الصوت والأمان.
تقدم REFLEX Analytical عملية تقوية كيميائية للركائز الزجاجية في قدرتها على التصنيع البصري. تتم المعالجة من خلال التبادل الأيوني الكيميائي على سطح الركيزة. يقدم تبادل Na + -K + ضغوطا ضاغطة على السطح وتعمل هذه الضغوط كآلية تقوية فعالة ، وبالتالي زيادة القوة وتقليل التعرض لبدء التلف. يتيح ذلك استخدام الزجاج لمستويات أعلى من إجهاد الشد ، مع نقاط قوة مماثلة لسبائك الألومنيوم.
والجدير بالذكر في هذا الوقت ، أن قوة الانحناء للزجاج المعالج كيميائيا يمكن أن تصل إلى 100000 رطل لكل بوصة مربعة (100 Ksi) وهو ما يعادل تقريبا الخصائص البصرية والميكانيكية للمادة البصرية الياقوت عالية التحمل والأكثر تكلفة والتي تأتي في المرتبة الثانية بعد الماس من حيث الصلابة وهي منيعة للماء ، ومعظم الأحماض ، القلويات والمواد الكيميائية القاسية. تم تطوير عملية في انتظار براءة الاختراع لزيادة قوة الانحناء إلى 150,000 رطل لكل بوصة مربعة (150 Ksi) والتي ستتجاوز بكثير تصنيف Sapphire البالغ 108,000 رطل لكل بوصة مربعة (108 Ksi). يوضح الزجاج المقوى كيميائيا خصائص ميكانيكية وكيميائية وبصرية متميزة تمثل تقدما كبيرا في تكنولوجيا علوم الزجاج.
يتميز الزجاج المعالج كيميائيا بنطاق شفاف من الأشعة فوق البنفسجية إلى المرئي والأشعة تحت الحمراء. وهذا يسمح لمصممي أنظمة الأسلحة بتشغيل أجهزة التوجيه سواء كانت CCD أو ترددات الراديو أو الأشعة تحت الحمراء أو الليزر. يؤكد مؤيدو المادة أن الزجاج المعالج كيميائيا ليس فقط للاستخدام في التطبيقات العسكرية. يمكن استخدامه في العديد من التطبيقات التي تتطلب المتانة والوضوح البصري. المادة مفيدة أيضا لمنافذ العرض والأغطية الواقية وبصريات السطح الأمامي في البيئات المعادية التي قد تشمل عناصرها درجات الحرارة العالية والضغط العالي وظروف الفراغ. تشمل التطبيقات الأقل تطلبا نوافذ الماسح الضوئي لنقاط البيع المستخدمة في متاجر البقالة والماسحات الضوئية للبيع بالتجزئة.
يتم تشجيع المكونات المخصصة وإتاحتها عند الطلب ؛ الرسومات الميكانيكية مع المواصفات والتفاوتات هي شرط أساسي.
التصنيع
الزجاج المقوى مصنوع من الزجاج الملدن عبر عملية التقسية الحرارية. يتم وضع الزجاج على طاولة دوارة ، ويأخذه عبر فرن يسخنه فوق نقطة التلدين التي تبلغ حوالي 720 درجة مئوية. ثم يتم تبريد الزجاج بسرعة باستخدام تيارات الهواء القسري بينما يظل الجزء الداخلي حرا في التدفق لفترة قصيرة. تتضمن العملية الكيميائية البديلة إجبار طبقة سطحية من الزجاج بسمك 0.1 مم على الأقل على الضغط عن طريق التبادل الأيوني لأيونات الصوديوم في سطح الزجاج مع أيونات البوتاسيوم الأكبر بنسبة 30٪ ، عن طريق غمر الزجاج في حمام من نترات البوتاسيوم المنصهرة. ينتج عن التقوية الكيميائية زيادة المتانة مقارنة بالتقوية الحرارية ، ويمكن تطبيقها على الأجسام الزجاجية ذات الشكل المعقد. [1] [شاشة تعمل باللمس:تحرير] مزايا
يستخدم مصطلح الزجاج المقوى بشكل عام لوصف الزجاج المقسى بالكامل ولكنه يستخدم أحيانا لوصف الزجاج المقوى بالحرارة حيث يخضع كلا النوعين لعملية "تشديد" حراري. هناك نوعان رئيسيان من الزجاج المعالج حراريا ، معزز بالحرارة وخفف بالكامل. الزجاج المقوى بالحرارة هو ضعف قوة الزجاج الملدن بينما الزجاج المقسى بالكامل عادة ما يكون أربعة إلى ستة أضعاف قوة الزجاج الملدن ويقاوم التسخين في أفران الميكروويف. الفرق هو الضغط المتبقي في الحافة والسطح الزجاجي. الزجاج المقسى بالكامل في الولايات المتحدة بشكل عام أعلى من 65 ميجا باسكال بينما الزجاج المقوى بالحرارة يتراوح بين 40 و 55 ميجا باسكال. من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن قوة الزجاج لا تغير الانحراف ، فإن كونه أقوى يعني أنه يمكن أن ينحرف أكثر قبل أن ينكسر. [شاشة تعمل باللمس:بحاجة لمصدر] ينحرف الزجاج الملدن أقل من الزجاج المقسى تحت نفس الحمل ، مع تساوي كل شيء آخر. [شاشة تعمل باللمس:تحرير] مساوئ
يجب قطع الزجاج المقوى حسب الحجم أو الضغط عليه لتشكيله قبل التشديد ولا يمكن إعادة العمل عليه بمجرد تشديده. يتم تلميع الحواف أو حفر ثقوب في الزجاج قبل بدء عملية التشديد. بسبب الضغوط المتوازنة في الزجاج ، سيؤدي تلف الزجاج في النهاية إلى تحطم الزجاج إلى قطع بحجم الصورة المصغرة. يكون الزجاج أكثر عرضة للكسر بسبب تلف حافة الزجاج حيث يكون إجهاد الشد أكبر ، ولكن يمكن أن يحدث التحطم أيضا في حالة حدوث تأثير قوي في منتصف لوح الزجاج أو إذا كان التأثير مركزا (على سبيل المثال ، ضرب الزجاج بنقطة). يمكن أن يشكل استخدام الزجاج المقوى خطرا أمنيا في بعض المواقف بسبب ميل الزجاج إلى التحطم تماما عند الاصطدام الشديد بدلا من ترك شظايا في إطار النافذة [2].
ما هو التقسية الكيميائية؟
التقسية الكيميائية هي معالجة سطحية تتم في ظل انتقال الجسم الزجاجي ، عندما يتم غمس النظارات في الحمام مع ملح البوتاسيوم المذاب عند درجة حرارة أعلى من 380 [شاشة تعمل باللمس: درجة] مئوية. يحدث تبادل بين أيونات البوتاسيوم في الملح وأيونات الصوديوم على سطح الزجاج. يؤدي إدخال أيونات البوتاسيوم الأكبر من أيونات الصوديوم إلى الإجهاد المتبقي ، والذي يتميز بتوتر مضغوط على السطح يتم تعويضه بتوتر الإجهاد داخل الزجاج.
يجب مراعاة التقسية الكيميائية في الحالات التالية:
عندما يكون سمك الزجاج أقل من 2.5 مم (من الصعب جدا تلطيف الزجاج حراريا من هذه النحافة) ؛
حيث لا يمكن تخفيف الزجاج ذي الانحناء المعقد أو خصائص الأبعاد بالمعدات الحرارية ؛
عندما تكون هناك حاجة إلى مقاومة ميكانيكية تفوق تلك التي يمكن الحصول عليها مع التقسية الحرارية (على سبيل المثال ، في التطبيقات الصناعية أو المعمارية الخاصة) ؛
عندما تكون مقاومة الصدمات أعلى من تلك التي يمكن الحصول عليها مع التقسية الحرارية التقليدية مطلوبة ؛
حيث توجد متطلبات بصرية عالية ولا يمكن تحمل تشوه السطح الزجاجي (على سبيل المثال ، للتطبيقات الصناعية والحركية).
خصائص
يمكن تشكيل الزجاج المقسى كيميائيا بتركيبة كيميائية خاصة ، مثل زجاج الصوديوم والكالسيوم. يمكن أن تبدأ من سمك 0.5 مم ويمكن أن يصل قياسها إلى 3200 × 2200 مم.
يمكن الحصول على قيم مختلفة اعتمادا على طول الدورة ودرجة الحرارة ، ويمكن اختيارها وفقا لمتطلبات المشروع الخاصة والظروف التي سيتم بموجبها استخدام المادة الزجاجية. يمكن قطع الزجاج المقسى الكيميائي وطحنه وحفره وتشكيله وتزيينه.
