Способы химического упрочнения стекла

Для из­бав­ле­ния от рис­ков (при раз­би­ва­нии стек­ло рас­па­да­ет­ся на ты­ся­чи мел­ких и ост­рых час­тиц, о ко­то­рые че­ло­век мо­жет лег­ко по­ра­нить­ся), все стек­лян­ные кон­струк­ции и из­де­лия долж­ны про­хо­дить про­це­ду­ры, по­вы­ша­ю­щие уро­вень их проч­нос­ти.

Од­ним из ме­то­дов упроч­не­ния стек­ла яв­ля­ет­ся за­ка­ли­ва­ние. Суть это­го наибо­лее рас­прост­ра­нен­но­го спо­со­ба со­сто­ит в со­зда­нии по­сто­ян­ных внут­рен­них на­пря­же­ний пу­тем охлаж­де­ния ма­те­ри­а­ла от тем­пе­ра­тур, пре­вы­ша­ю­щих тем­пе­ра­ту­ру стек­ло­ва­ния, при ко­то­рых стек­ло об­ла­да­ет плас­тич­ны­ми свойст­ва­ми. При охлаж­де­нии стек­ла, по­верх­ност­ные и внут­рен­ние слои ма­те­ри­а­ла осты­ва­ют с раз­лич­ной ско­ростью. По­верх­ност­ные слои стек­ла осты­ва­ют быст­рее, «за­мо­ра­жи­ва­ют­ся» и пе­ре­хо­дят в упру­гое со­сто­я­ние. За­тем сле­ду­ет охлаж­де­ние внут­рен­них сло­ев, что в ко­неч­ном ито­ге спо­собст­ву­ет пе­ре­хо­ду все­го ма­те­ри­а­ла в упру­гое, проч­ное со­сто­я­ние. По­ми­мо это­го пос­ле дан­ной про­це­ду­ры за­кал­ки у стек­лян­но­го ма­те­ри­а­ла по­яв­ля­ет­ся устой­чи­вость к ца­ра­пи­нам, а так­же сни­жа­ет­ся уро­вень по­тен­ци­аль­но­го трав­ма­тиз­ма (при раз­би­ва­нии стек­ла оскол­ки бу­дут не­круп­ны­ми, с ту­пы­ми кра­я­ми).

Хи­ми­чес­ким ва­ри­ан­том упроч­не­ния стек­ла мож­но на­звать ион­ный об­мен. В ос­но­ве этой тех­но­ло­гии ле­жит про­цесс об­ме­на ще­лоч­ных ионов меж­ду стек­лян­ны­ми по­верх­нос­тя­ми и со­ля­ным рас­пла­вом. Ре­зуль­та­том ста­но­вит­ся ог­ром­ное на­пря­же­ние сжа­тия, со­зда­ва­е­мое на по­верх­нос­ти из­де­лия из-за боль­ше­го раз­ме­ра час­тиц ка­лия. При вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ном ион­ном об­ме­не проч­ность стек­ла уве­ли¬чи­ва­ет­ся в 2-2,5 ра­за, тер­мос­той­кость — в 1,8—2 ра­за, по­вы­ша­ет­ся хи¬ми­чес­кая устой­чи­вость по­верх­нос­ти (к кис­ло­там) и ее элек­тро­соп­ро­тив­ле­ние. Но не сто­ит за­бы­вать о низ­ко­тем­пе­ра­тур­ном ион­ном об­ме­не. При от­но­си­тель­но не­вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ре об­ра­зу­ет­ся срав­ни­тель­но не­боль­шой по тол­щи­не сжа­тый слой (по­ряд­ка 20—40 мкм), од­на­ко в нем раз­ви­ва­ют­ся ин­тен­сив­ные на­пря­же­ния сжа­тия, в ре­зуль­та­те че­го эф­фект упроч­не­ния стек­ла до­сти­га­ет­ся на­мно­го боль­ший (в 3—7 ра­за и бо­лее), чем при вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ном про­цес­се. Ис­хо­дя из это­го мы мо­жем сде­лать вы­вод о том, что с рос­том тем­пе­ра­ту­ры ско­рость диф­фу­зии ионов и глу­би­на их про¬ни­ка­ния в стек­ло, ра­зу­ме­ет­ся, уве­ли­чи­ва­ют­ся, од­на­ко при этом уси­ли­ва­ет­ся ре­лак¬са­ция на­пря­же­ний, то есть их зна­че­ние и упроч­ня­ю­щее дейст­вие сни­жа¬ют­ся. Ион­ный об­мен в на­сто­я­щее вре­мя все ши­ре ис­поль­зу­ет­ся для ре­гу¬ли­ро­ва­ния в тре­бу­е­мом на­прав­ле­нии проч­нос­ти.

Пос­ле хи­ми­чес­кой об­ра­бот­ки стек­ло об­ре­та­ет не толь­ко вы­со­кий уро­вень проч­нос­ти, но и ряд дру­гих пре­иму­ществ, та­ких как:
1. Воз­мож­ность об­ра­бот­ки тон­ких из­де­лий, не под­ле­жа­щих тер­ми­чес­кой об­ра­бот­ке;
2. От­сут­ст­вие де­фор­ма­ции и ви­ди­мых из­ме­не­ний пос­ле об­ра­бот­ки;
3. Воз­мож­ность рез­ки стек­ла без рис­ка по­ни­же­ния проч­нос­ти стек­лян­но­го из­де­лия;
4. Об­лег­че­ние про­цес­са мно­гос­лой­но­го ла­ми­ни­ро­ва­ния, так как ма­те­ри­ал име­ет иде­аль­ную плос­кость.

По­доб­ная хи­ми­чес­кая за­кал­ка стек­лян­ных кон­струк­ций зна­чи­тель­но рас­ши­ря­ет спек­тр их воз­мож­нос­тей ис­поль­зо­ва­ния: на­чи­ная с при­ме­не­ния в уста­нов­ке ан­ти­ван­даль­ных за­щит, за­кан­чи­вая кон­ст­ру­и­ро­ва­ни­ем кос­ми­чес­ких спут­ни­ков.