Hé lộ cơ chế và ưu nhược điểm của quá trình tôi luyện vật lý

Ủ hóa học là một quá trình được sử dụng để tăng độ bền và độ ổn định nhiệt của thủy tinh. Nó liên quan đến việc làm nóng kính đến gần nhiệt độ làm mềm của nó và sau đó làm lạnh nhanh chóng bằng cách sử dụng môi trường khí hoặc chất lỏng. Có hai phương pháp ủ hóa học phổ biến: ủ môi trường khí và ủ môi trường lỏng.

Khí trung bình ủ:

Ủ trung bình khí, còn được gọi là ủ làm mát bằng không khí, bao gồm các phương pháp như ủ đệm không khí ngang, ủ con lăn ngang và ủ dọc. Trong quá trình này, kính được làm nóng đến nhiệt độ gần với điểm làm mềm của nó (khoảng 650-700 độ ) và sau đó chịu một luồng không khí nhanh từ cả hai phía để làm nguội nhanh chóng. Phương pháp này làm tăng độ bền cơ học và độ ổn định nhiệt của kính. Yêu cầu thiết yếu cho quá trình làm mát là làm mát nhanh và đồng đều để đạt được ứng suất phân bố đều trong kính. Để đạt được khả năng làm mát đồng đều, thiết bị làm mát cần tản nhiệt hiệu quả, tạo điều kiện loại bỏ các mảnh thủy tinh không thường xuyên và giảm thiểu tiếng ồn.

Ưu điểm và nhược điểm:

Quá trình ủ trung bình khí có một số lợi thế. Nó tiết kiệm chi phí và cho phép khối lượng sản xuất cao. Kính cường lực được sản xuất bằng phương pháp này thể hiện độ bền cơ học cao, khả năng chống sốc nhiệt (nhiệt độ làm việc an toàn tối đa có thể đạt tới 287,78 độ) và khả năng chống chênh lệch nhiệt cao (có thể chịu được tới 204,44 độ). Ngoài ra, kính cường lực trung bình khí khi vỡ sẽ vỡ thành nhiều mảnh nhỏ, giảm nguy cơ chấn thương. Tuy nhiên, phương pháp này có những yêu cầu nhất định về độ dày và hình dạng kính (thông thường độ dày tối thiểu khoảng 3 mm đối với thiết bị sản xuất trong nước). Nó cũng có tốc độ làm mát chậm hơn, tiêu thụ năng lượng cao hơn và không phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi chất lượng quang học có độ chính xác cao, đặc biệt là đối với kính mỏng.

Các ứng dụng:

Làm mát bằng không khí được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, hàng hải và xây dựng.

Ủ trung bình chất lỏng:

Quá trình ủ môi trường chất lỏng, còn được gọi là làm mát bằng chất lỏng, bao gồm việc làm nóng kính đến điểm làm mềm và sau đó ngâm nhanh vào môi trường làm mát. Môi trường làm mát có thể là hỗn hợp nước mặn, chẳng hạn như kali nitrat, natri nitrat hoặc sự kết hợp của chúng. Dầu khoáng cũng có thể được sử dụng làm môi trường làm mát và các chất phụ gia như toluene hoặc carbon tetrachloride có thể được thêm vào dầu khoáng. Các loại dầu làm nguội chuyên dụng hoặc dầu silicon cũng có thể được sử dụng. Trong quá trình ủ môi trường lỏng, ứng suất không đồng đều và dẫn đến các vết nứt có thể xảy ra do các cạnh kính đi vào bể làm mát trước. Để giải quyết vấn đề này, có thể sử dụng quy trình làm mát trước bằng cách sử dụng làm mát không khí hoặc phun chất lỏng trước khi ngâm kính vào môi trường lỏng. Một phương pháp khác là đặt kính vào bể chứa nước và dung dịch hữu cơ, trong đó dung dịch hữu cơ nổi trên mặt nước. Khi thủy tinh đã được làm nóng được đặt vào bể, dung dịch hữu cơ sẽ làm nguội thủy tinh trước bằng cách hấp thụ một phần nhiệt trước khi nó nguội nhanh trong nước.

Ưu điểm và nhược điểm:

Quá trình ủ môi trường lỏng mang lại một số lợi thế. Do nhiệt dung riêng cao và nhiệt hóa hơi cao của nước, lượng cần thiết để làm mát giảm đáng kể, dẫn đến giảm chi phí và tiêu thụ năng lượng. Phương pháp này mang lại khả năng làm mát nhanh, hiệu suất an toàn cao và biến dạng tối thiểu. Tuy nhiên, do thủy tinh được đưa vào môi trường lỏng sau khi nung nóng nên các tấm kính lớn có thể gia nhiệt không đều, điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất.

Các ứng dụng:

Quá trình ủ trung bình chất lỏng chủ yếu thích hợp để ủ kính mỏng có diện tích bề mặt nhỏ, chẳng hạn như kính mắt, kính cho màn hình LCD và kính được sử dụng trong các dụng cụ và thiết bị quang học.

Tóm lại, các phương pháp ủ hóa học, dù sử dụng môi trường khí hay chất lỏng, đều đóng một vai trò quan trọng trong việc tăng cường độ bền và độ ổn định nhiệt của thủy tinh. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng, khiến chúng phù hợp với những ứng dụng cụ thể. Quá trình ủ trung bình khí, còn được gọi là ủ làm mát không khí, tiết kiệm chi phí và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như ô tô, hàng hải và xây dựng. Nó cung cấp độ bền cơ học cao và khả năng chống sốc nhiệt, đồng thời tạo ra các mảnh thủy tinh nhỏ và an toàn hơn khi vỡ. Tuy nhiên, nó có những hạn chế về độ dày và hình dạng kính, tốc độ làm mát chậm hơn, tiêu thụ năng lượng cao hơn và không lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu chất lượng quang học cao.

Mặt khác, ủ môi trường chất lỏng hoặc làm mát bằng chất lỏng mang lại những ưu điểm như giảm mức tiêu thụ năng lượng, làm mát nhanh, hiệu suất an toàn cao và biến dạng tối thiểu. Nó đặc biệt thích hợp để ủ kính mỏng có diện tích bề mặt nhỏ, chẳng hạn như kính mắt, kính màn hình LCD và kính dùng trong dụng cụ quang học. Bằng cách lựa chọn cẩn thận môi trường làm mát và sử dụng các kỹ thuật làm mát trước, có thể giảm thiểu sự gia nhiệt không đồng đều và các vết nứt tiềm ẩn. Tuy nhiên, quy trình này có thể yêu cầu chuyên môn cụ thể và kiểm soát quy trình để thiết lập một hệ thống ủ hiệu quả.

Nhìn chung, các phương pháp ủ hóa học giúp tăng cường độ bền và độ ổn định nhiệt cho thủy tinh, khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau. Việc lựa chọn giữa ủ môi trường khí và ủ môi trường lỏng phụ thuộc vào các yếu tố như đặc tính mong muốn của kính cường lực, kích thước và hình dạng của kính cũng như các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Những phương pháp này tiếp tục phát triển và cải tiến, góp phần phát triển các sản phẩm kính bền hơn và an toàn hơn trong nhiều lĩnh vực.