Füüsilise karastamise mehhanismi ning plussid ja miinused

Keemiline karastamine on protsess, mida kasutatakse klaasi tugevuse ja termilise stabiilsuse suurendamiseks. See hõlmab klaasi kuumutamist pehmenemistemperatuuri lähedale ja seejärel kiiret jahutamist, kasutades kas gaasi või vedelat keskkonda. Keemilisel karastamisel on kaks levinumat meetodit: gaasilise keskmise karastamine ja vedela keskmise karastamine.

Gaasiga keskmine karastamine:

Gaasi keskmine karastamine, tuntud ka kui õhkjahutusega karastamine, hõlmab selliseid meetodeid nagu horisontaalne õhkpadja karastamine, horisontaalne rullkarastamine ja vertikaalne karastamine. Selle protsessi käigus kuumutatakse klaasi pehmenemistemperatuuri lähedase temperatuurini (umbes 650-700 kraadi) ja seejärel suunatakse see kiiresti mõlemalt küljelt õhuvoolule, et klaas kiiresti jahutada. See meetod suurendab klaasi mehaanilist tugevust ja termilist stabiilsust. Jahutusprotsessi põhinõue on kiire ja ühtlane jahutamine, et saavutada klaasis ühtlaselt jaotunud pinge. Ühtlase jahutuse saavutamiseks peab jahutusseade soojust tõhusalt hajutama, hõlbustama juhuslike klaasikildude eemaldamist ja minimeerima müra.

Eelised ja miinused:

Gaasi keskmisel karastusel on mitmeid eeliseid. See on kulutõhus ja võimaldab suuri tootmismahtusid. Selle meetodi abil toodetud karastatud klaasil on kõrge mehaaniline tugevus, vastupidavus termilistele löökidele (maksimaalne ohutu töötemperatuur võib ulatuda 287,78 kraadini) ja kõrge vastupidavus termilistele gradientidele (talub kuni 204,44 kraadi). Lisaks puruneb gaasiline keskmise karastatud klaas purunemisel väikesteks tükkideks, mis vähendab vigastuste ohtu. Sellel meetodil on aga teatud nõuded klaasi paksusele ja kujule (tavaliselt kodumaiste seadmete puhul on minimaalne paksus umbes 3 mm). Sellel on ka aeglasem jahutuskiirus, suurem energiatarve ning see ei sobi rakendustesse, mis nõuavad väga täpset optilist kvaliteeti, eriti õhukese klaasi puhul.

Rakendused:

Õhkjahutuskarastamist kasutatakse laialdaselt auto-, mere- ja ehitustööstuses.

Vedel keskmine karastamine:

Vedela keskmise karastamine, tuntud ka kui vedelikjahutus, hõlmab klaasi kuumutamist pehmenemispunktini ja seejärel kiiret sukeldamist jahutuskeskkonda. Jahutuskeskkond võib olla soolase vee segu, näiteks kaaliumnitraat, naatriumnitraat või nende kombinatsioon. Mineraalõli võib kasutada ka jahutusainena ning mineraalõlile võib lisada lisaaineid nagu tolueen või süsiniktetrakloriid. Kasutada võib ka spetsiaalseid karastusõlisid või silikoonõlisid. Vedela keskmise karastamise korral võivad tekkida pingete ebatasasused ja sellest tulenevad praod, kuna klaasi servad sisenevad esimesena jahutuspaaki. Selle probleemi lahendamiseks võib enne klaasi vedelasse keskkonda sukeldamist kasutada eeljahutusprotsessi õhkjahutuse või vedelikupihustamise abil. Teine meetod hõlmab klaasi asetamist vett ja orgaanilist lahust sisaldavasse paaki, kus orgaaniline lahus ujub vee peal. Kui kuumutatud klaas asetatakse paaki, jahutab orgaaniline lahus klaasi, neelates osa soojusest, enne kui see vees kiiresti jahtub.

Eelised ja miinused:

Vedel keskmine karastamine pakub mitmeid eeliseid. Tänu vee kõrgele erisoojusele ja kõrgele aurustumissoojusele väheneb oluliselt jahutamiseks vajalik kogus, mis toob kaasa energiakulu ja kulude vähenemise. See meetod tagab kiire jahutuse, kõrge turvalisuse ja minimaalse deformatsiooni. Kuna aga klaas sisestatakse pärast kuumutamist vedelasse keskkonda, võib suurte klaasilehtede kuumenemine toimuda ebaühtlaselt, mis võib mõjutada kvaliteeti ja saagikust.

Rakendused:

Vedel keskmine karastamine sobib eelkõige väikese pinnaga õhukeste klaaside, näiteks prillide, LCD-ekraanide klaaside ning optilistes instrumentides ja seadmetes kasutatavate klaaside karastamiseks.

Kokkuvõtteks võib öelda, et keemilised karastamise meetodid, kas gaasi või vedelat keskkonda kasutavad, mängivad klaasi tugevuse ja termilise stabiilsuse suurendamisel otsustavat rolli. Igal meetodil on oma eelised ja piirangud, mistõttu need sobivad konkreetsete rakenduste jaoks. Gaasi keskmine karastamine, tuntud ka kui õhkjahutusega karastamine, on kulutõhus ja seda kasutatakse laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu autotööstus, merendus ja ehitus. See tagab kõrge mehaanilise tugevuse ja vastupidavuse termilisele šokkidele, tekitades samal ajal ka purunemisel väikseid ja ohutumaid klaasikilde. Sellel on aga piirangud klaasi paksuse ja kuju, aeglasema jahutuskiiruse ja suurema energiatarbimise osas ning see ei ole ideaalne rakenduste jaoks, mis nõuavad kõrget optilist kvaliteeti.

Teisest küljest pakub vedela keskmise karastamine või vedelikjahutus eeliseid, nagu väiksem energiatarbimine, kiire jahutus, kõrge ohutusvõime ja minimaalne deformatsioon. See sobib eriti hästi väikese pinnaga õhukeste klaaside, näiteks prillide, LCD-ekraani klaaside ja optilistes instrumentides kasutatavate klaaside karastamiseks. Jahutusaine hoolikalt valides ja eeljahutustehnikaid kasutades saab ebaühtlast kuumenemist ja võimalikke pragusid minimeerida. Tõhusa karastussüsteemi loomiseks võib protsess aga nõuda eriteadmisi ja protsessi juhtimist.

Üldiselt tagavad keemilise karastamise meetodid klaasile suurema tugevuse ja termilise stabiilsuse, muutes selle sobivaks mitmesugusteks tööstuslikeks rakendusteks. Valik gaasilise keskmise karastuse ja vedela keskmise karastuse vahel sõltub sellistest teguritest nagu karastatud klaasi soovitud omadused, klaasi suurus ja kuju ning rakenduse spetsiifilised nõuded. Need meetodid arenevad ja täiustuvad jätkuvalt, aidates kaasa tugevamate ja ohutumate klaastoodete väljatöötamisele paljudes valdkondades.