Jakie konkretne materiały lub kompozycje chemiczne są stosowane w szkła przeciw deformacyjnym w celu zwiększenia jego odporności na naprężenie termiczne i mechaniczne?

Kompozycja szkła podstawowego

Podstawowy skład szklany ma kluczowe znaczenie dla określania właściwości termicznych i mechanicznych Szkło przeciw deformacyjne . Wspólne rodzaje szkła podstawowego obejmują:

A. Szklanka borokrzemianu

• Kluczowe elementy : Dwutlenek silikonu (SiO₂), trójtlenek boru (B₂O₃).
• Właściwości :
  • Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE), co czyni go wysoce odpornym na szok termiczny.
  • Doskonała stabilność wymiarowa przy zmianach temperatury.
  • Powszechnie stosowane w laboratoryjnych szklanych naczyniach i zastosowaniach przemysłowych.
• Zastosowania : Środowiska o wysokiej temperaturze, takie jak okna pieca, reflektory samochodowe i komponenty lotnicze.

B. Szkło aluminiowe

• Kluczowe elementy : Dwutlenek krzemu (SiO₂), tlenek glinu (al₂o₃).
• Właściwości :
  • Wyższa wytrzymałość mechaniczna i odporność na zarysowania w porównaniu ze standardowym szkłem sodowym.
  • Poprawa stabilności termicznej z powodu włączenia tlenku glinu.
  • Często chemicznie wzmacniane poprzez procesy wymiany jonów.
• Zastosowania : Smartfony (np. Szkło Corning Gorilla), oszklenia architektoniczne i ekrany ochronne.

C. Szkło w połowie sody (zmodyfikowane)

• Kluczowe elementy : Dwutlenek krzemu (SiO₂), tlenek sodu (Na₂o), tlenek wapnia (CAO).
• Modyfikacje :
  • Dodatki, takie jak tlenek magnezu (MGO) lub tlenek cynku (ZnO), mogą poprawić wydajność termiczną i mechaniczną.
  • Procesy temperamentowe lub laminowania dodatkowo zwiększają jego odporność na odkształcenie.
• Zastosowania : Szybki szybkie, okna i oszklenia ogólne.

Dodatki w celu zwiększenia stabilności termicznej

Dodatki są włączone do matrycy szklanej w celu zmniejszenia rozszerzenia cieplnej i poprawy odporności na wysokie temperatury:

A. Tlenek boru (B₂O₃)

• Rola : Zmniejsza CTE poprzez zakłócenie struktury sieci krzemionkowej.
• Efekt : Zwiększa odporność na wstrząsy termiczne, dzięki czemu szkło idealnie nadaje się do zastosowań obejmujących szybkie zmiany temperatury.

B. Tlenek glinu (Al₂o₃)

• Rola : Wzmacnia sieć szklaną i poprawia trwałość mechaniczną.
• Efekt : Zwiększa odporność na drapanie, zginanie i naprężenie termiczne.

C. Tlenek magnezu (MGO) i tlenek cynku (ZnO)

• Rola : Działaj jako stabilizatory w celu poprawy właściwości termicznych i mechanicznych.
• Efekt : Zmniejsz kruchość i zwiększ wytrzymałość, szczególnie w okularach glinokrzemianowych.

D. Tlenek litu (Li₂o)

• Rola : Stosowane w chemicznie wzmocnionych szklankach w celu ułatwienia wymiany jonowej.
• Efekt : Poprawia kompresję powierzchni i wytrzymałość mechaniczną.

Zabiegi powierzchniowe i powłoki

Zabiegi powierzchniowe i powłoki są stosowane w celu dalszego zwiększenia właściwości przeciw deformacji szkła:

A. Wzmocnienie chemiczne (wymiana jonów)

• Proces : Jony sodu (Na⁺) na szklanej powierzchni są zastępowane większymi jonami potasowymi (K⁺) w wysokich temperaturach.
• Efekt : Tworzy warstwę naprężenia ściskającego na powierzchni, znacznie poprawiając wytrzymałość mechaniczną i odporność na deformację.

B. temperowanie termiczne

• Proces : Szkło jest podgrzewane do wysokiej temperatury, a następnie szybko chłodzone.
• Efekt : Indukuje naprężenia ściskające na powierzchni i naprężenia rozciągające w rdzeniu, zwiększając wytrzymałość i odporność na wstrząsy termiczne.

C. Powłoki antyrefleksyjne i niskie emisyjne

• Przybory : Cienkie warstwy tlenków metali (np. Tlenek cyny, dwutlenek tytanu).
• Efekt : Zmniejsz odbicie światła i emisyjność, poprawa jasności optycznej i izolacji termicznej.

Struktury kompozytowe i laminowane

W niektórych przypadkach szkło przeciw deformacyjne jest łączone z innymi materiałami w celu zwiększenia jego wydajności:

A. szkło laminowane

• Struktura : Dwie lub więcej warstw szkła związanych z międzywarstwą (np. Policylowy butyral, PVB).
• Efekt : Poprawia odporność na uderzenie i zapobiega rozbiciu, czyniąc go bezpieczniejszym i bardziej trwałym.

B. Materiały hybrydowe

• Struktura : Szkło w połączeniu z polimerami lub metaliami.
• Efekt : Zapewnia dodatkową elastyczność i siłę, przydatne w składanych wyświetlaczach lub elastycznej elektronice.

Zaawansowane techniki produkcyjne

Zaawansowane techniki stosuje się do udoskonalenia właściwości materiału szkła przeciw deformacyjnego:

A. Nanostrukturowanie

• Proces : Włącza nanocząstki do matrycy szklanej.
• Efekt : Zwiększa wytrzymałość mechaniczną, stabilność termiczną i właściwości optyczne.

B. kontrolowane chłodzenie

• Proces : Powolne chłodzenie (wyżarzanie) w celu złagodzenia naprężeń wewnętrznych.
• Efekt : Zmniejsza ryzyko deformacji lub pękania podczas użytkowania.

Przykłady wyspecjalizowanych okularów przeciw deformacji

A. Pyrex (szkło borokrzemowe)

• Kompozycja : ~ 80% SIO₂, ~ 13% B₂O₃.
• Zastosowania : Sprzęt laboratoryjny, wypieki i komponenty przemysłowe.

B. Szkło Corning Gorilla (szkło aluminiowe)

• Kompozycja : Sio₂, Al₂o₃, Na₂o, MGO.
• Zastosowania : Ekrany smartfonów, tablety i inne urządzenia elektroniczne.

C. Schott Robax (przezroczyste szkło ceramiczne)

• Kompozycja : Połączenie materiałów szkła i ceramicznych.
• Zastosowania : Piece opalane drewnem, kominki i okna oglądania wysokiej temperatury.