Способи формування скла

Основними способами формування скла є витягування, прокатка, пресування, видування, пресовидування, відцентрове формування та флоат-метод, заснований на вільному растекании скломаси на підкладці. Особливості деяких з них більш детально розглянемо при описі технології отримання конкретних видів виробів зі скла, використовуваних в твердотільної електроніки.

Витягування скломаси здійснюється під дією односторонньо спрямованих розтягуючих зусиль, безперервно створюються витяжним механізмом. В результаті поступового відтягування вихідної безперервно поповнюється і живильної процес порції скломаси формується виріб заданої конфігурації (волокно, труба, лист).

Прокатка скломаси здійснюється під дією одне або двосторонніх сжімающе-розтягують (розкочують) зусиль, створюваних обертовими валками.

Пресування скломаси проводиться за один прийом в металевій формі під дією односторонньо спрямованих стискають зусиль, створюваних пуансоном.

Видування скломаси здійснюється під впливом равнодействующих розтягуючих зусиль, створюваних у внутрішній порожнині формованого об'єкта стисненим газом (зазвичай. »Повітрям).

Відцентрове формування скломаси здійснюють під дією відцентрових сил під обертається формі (або на диску); використовують для формування виробів, що виробляються з стекол, які важко піддаються формуванню (тугоплавких, «коротких», що кристалізуються).

Флоат-спосіб формування листів скла здійснюється в закритій ванні на поверхні розплавленого металу (як правило, олова). Стекломасса зливається по лотку з печі в початок ванни і рухається шляхом вільного розтікання по розплаву металу. Плаваюча стрічка скла, поступово охолоджуючись і затвердевая, безперервно відтягується з ванни обертовими роликами конвеєра, розташованого в кінці ванни. Процес формування відбувається під дією масової сили і протидії сил в'язкого опору і поверхневого натягу. В результаті контакту нижньої поверхні стрічки з ідеально гладкою поверхнею розплавленого металу і вогневої полірування її верхній поверхні (під дією поверхневого натягу) досягається виключно високу якість поверхні листового флоат-скла.

Відпал ізакалка скла. При охолодженні відформованої вироби зі скла між зовнішніми і внутрішніми шарами стінки встановлюється перепад температур, який створює в склі механічні напруги. Ці напруги можуть бути постійними або тимчасовими. Постійні або залишкові напруги в склі виникають в тому випадку, коли охолодження вироби починається з в'язкопластичного стану від температур вище Тg. Якщо ж охолоджувати (або нагрівати) скло з крихкого стану, т. Е. Від температур, що лежать нижче Тg, то в склі з'являються тимчасові ТЕРМОПРУЖНОСТІ напруги, які після вирівнювання температур зникають. Значення термопружних напруг тим більше, чим вище перепад температур між зовнішніми і внутрішніми шарами вироби. У свою чергу, перепад температур залежить від теплопровідності матеріалу, товщини стінки і швидкості охолодження.

Постійні або залишкові напруги в скловиробів, швидко охолодженому з в'язкопластичного стану, мають складну структуру. У найпростішому випадку, наприклад, в листі скла на поверхні виникає напруга стиснення, а всередині - розтягування. Це відбувається тому, що зовнішні шари листа внаслідок кращої теплопередачі охолоджуються швидше внутрішніх і раніше тверднуть, досягнувши температури Тg. Слідом за ними при подальшому охолодженні тверднуть і внутрішні шари, також прагнучи стиснутися, чому перешкоджають зовнішні. Після закінчення охолодження, коли по всій товщині виробу встановлюється однакова температура, внутрішній шар, прагнучи взяти розміри, відповідні цій температурі, стискає зовнішні шари, набуваючи напруження розтягу. При формуванні вироби більш складної конфігурації його стінки охолоджуються нерівномірно, тому і залишкові напруги в ньому розподіляються несиметрично, що знижує механічну міцність і термостійкість цих виробів. Щоб попередити появу або усунути наявні залишкові напруги, виробляють відпалу скловиробів.

Процес відпалу включає наступні стадії: 1) нагрівання (або охолодження) вироби до температури відпалу; 2) витяг при температурі відпалу до практично повного видалення напруг; 3) відповідальне охолодження - повільне охолодження до нижчої температури відпалу, що охороняє скло від виникнення залишкових напружень, що перевищують допустимі; 4) швидке охолодження вироби до кімнатної температури, але так, щоб не перевищити термічну стійкість виробів і не викликати їх руйнування.

Діапазон температур відпалу (зона відпалу) обмежений верхнім і нижнім можливими її значеннями. Верхньої температурою відпалу називається температура, при якій протягом 3 хв знімається 95% залишкових напружень. Теоретично вона відповідає температурі склування, практично ж, щоб уникнути деформації виробів внаслідок можливого коливання температур в печі її підтримують на 10-15 ° С нижче, що відповідає в'язкості 10 12 Па * с. Нижня температура отжіга- температура, відповідна в'язкості 10 13. 5 Па * с, при якій за 1 хв знімається 5% напружень; Тg в залежності від складу скла на 50--150 ° С нижче Тg Таким чином, інтервал відпалу становить 50-150 ° С.

Загартуванням скла називають операцію штучного створення в склі залишкових рівномірно розподілених напружень. Температурний перепад при цьому, як зазначалося, зростає зі збільшенням товщини стінки виробу і інтенсивності охолодження. Механічна міцність і термостійкість загартованих скловиробів в 3-5 разів вище, ніж у оттожженних, тому гарт є ефективним способом підвищення міцності виробів. Підвищення міцності загартованих виробів відбувається в результаті зміцнення зовнішніх шарів внаслідок їх стиснення. Тому зовнішнім руйнівним силам, наприклад, при ударному вигині необхідно подолати ще й штучно створені напруження стиску.

Схожі статті