Czytaj także -

Aktualne wydanie

2022 06 okladka1

Świat Szkła 6/2022

User Menu

 ET-Swiat-Szkla-PL-160x600-004

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

 

 wlasna-instrukcja ift--baner do newslet-2019e

 

 

Wyznaczanie profili naprężeń w szkle hartowanym chemicznie za pomocą fotoelastyczności
Data dodania: 29.06.22

Hartowanie chemiczne to jeden ze sposobów na znaczne zwiększenie wytrzymałości mechanicznej i odporności na temperaturę szkła konstrukcyjnego. Chociaż hartowanie termiczne jest nadal powszechnie stosowaną procedurą w przemyśle budowlanym, zalety hartowania chemicznego są już również doceniane. Podczas gdy naprężenia wstępne szkieł hartowanych termicznie mogą osiągać wartości do 100 MPa, w przypadku szkieł hartowanych chemicznie możliwe są wartości 200 MPa lub wyższe.

 

2022 06 44 1

Rys. 1. Porównanie profili naprężeń wstępnych na grubości szkła hartowanego termicznie i chemicznie

 

Ta technika wzmocnienia szkła jest bardzo obiecująca i stwarza nowe możliwości strukturalne. Jednak wymaga szczegółowej oceny, ponieważ zdefiniowany profil naprężeń można uzyskać za pomocą obecnych metod technologii produkcji, ale nie udało się jeszcze zapewnić niezawodnej odtwarzalności.

 

Dlatego w ramach projektu badawczego „Metody hartowania szkła z określonymi i mierzalnymi profilami naprężeń wstępnych” opracowano metodę pomiarową umożliwiającą wiarygodne określenie profili naprężeń wstępnych oraz głębokości strefy ściskania.

 


Wstęp
Szkło, jako filigranowy i przezroczysty materiał budowlany, stanowi istotną część dzisiejszej architektury i budownictwa. Ze względu na te właściwości szkło na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci znalazło szerokie zastosowanie w konstrukcjach elewacji i dachów.

 

Najczęściej stosowane rodzaje szkła to szkło float i szkło hartowane termicznie. Szkło hartowane termicznie przekonuje do siebie wyższą odpornością na zginanie, ale nie ma cechy obrabialności po hartowaniu (nie można go ciąć, szlifować lub wiercić otworów – po wprowadzeniu naprężeń wstępnych) i wykazuje tendencję do występowania wad optycznych z powodu niedociągnięć mogących powstać podczas procesu hartowania.

 

To obniżenie jakości optycznej wynika z niezachowania płaskości tafli szklanej i wzrostu anizotropii rozkładu naprężeń termicznych spowodowanych wadliwym procesem hartowania. W normach [1] i [2] nieregularności te, jeśli nie są zbyt duże, nie są traktowane jako wady, lecz jako dopuszczalne fizyczne efekty działania procesu termicznego hartowania szkła. W tym przypadku zakres anizotropii zależy od niejednorodności rozkładu naprężenia wstępnego.

 

Możliwy proces oceny tej anizotropii jest przedstawiony i zbadany w [3]. Biorąc to wszystko pod uwagę, metody produkcji szkła hartowanego termicznie mogą osiągać granice swoich możliwości przy realizacji elementów szklanych o skomplikowanej geometrii i złożonej konstrukcji, takich jak np. szyby gięte sferycznie. Dlatego też kryteria dotyczące wysokiej wytrzymałości i zadowalających efektów wizualnych często nie są spełnione.

 

Dzięki opracowaniu nowych metod produkcji w zakresie chemicznego hartowania szkła wprowadzono procedury, które spełniają właśnie te złożone potrzeby. Jest to jednak kompensowane przez wyższe koszty produkcji i różnice w wartościach wytrzymałości, które są obecnie zbyt wysokie, aby można je było stosować w budownictwie.

 

Dlatego obecnie technologia CTG (chemicznego hartowania szkła – chemical toughening of glass) jest wykorzystywana wyłącznie w specjalnych zastosowaniach. Na przykład teraz bardzo często hartowane chemicznie są cienkie szkła do produkcji wyświetlaczy (do laptopów, tabletów , telefonów komórkowych, itp.), soczewek optycznych, lamp elektrycznych lub urządzeń precyzyjnych.

 

Aby rozszerzyć zakres stosowania tej techniki o sektor budowlany i sektor bezpieczeństwa, niezbędna jest dokładna ocena wytrzymałości i rozkładu naprężeń wstępnych w strukturze tych szkieł. Znane techniki pomiaru naprężeń termicznych są niewystarczające w przypadku stosowania ich do analizy szkła hartowanego chemicznie.

 

Aby zapewnić odpowiednią jakość podczas produkcji szkła hartowanego chemicznie, zbadano profile naprężeń wstępnych w takich szkłach i opracowano procedurę pomiaru istniejących powierzchniowych naprężeń ściskających.

 

 

2022 06 44 2

Rys. 2. Zasada pomiaru i urządzenie pomiarowe SCALP-05 [7]

 


Szkło hartowane chemicznie (CTG chemically toughened Glass)
Naprężenia można wywołać w przekroju poprzecznym szkła za pomocą obróbki termicznej (podgrzanie i gwałtowne schłodzenie szkła) lub poprzez zmianę składu chemicznego jego powierzchni. Dokładniej, proces chemicznego wzmacniania polega na procesie wymiany jonowej w strukturze atomowej szkła [4], [5], [6].

 

Pomiędzy procedurami termicznego i chemicznego hartowania występują duże różnice dotyczące wysokości bezwzględnej wywołanych naprężeń, głębokości strefy ściskania oraz przebiegu profilu naprężeń (rys.1).

 

Badane szkła były wyłącznie szkłami sodowowapniowymi (zwane również szkłami sodowo-wapniowo-krzemianowymi), w których wymiana jonów sodu i potasu prowadzi do powstania pożądanych naprężeń. Aby wywołać tę wymianę, szkła zanurza się w kąpieli stopionej soli potasowej (np. saletry) o temperaturze 550°C.

 

Ze względu na różne promienie jonowe, jony K+ (r=0,144 nm) zajmują o 30% więcej miejsca niż jony Na+ (r=0,096 nm), warstwa powierzchniowa szkła ulega „zagęszczeniu” i powstaje strefa ściskania (kompresji). Maksymalna głębokość strefy ściskania (z naprężeniami ściskającymi) jest proporcjonalna do maksymalnej szybkości wymiany jonów na powierzchni szkła. Ze względu na równowagę naprężeń w całym przekroju szkła – wewnątrz szkła występują też naprężenia rozciągające (strefa rozciągania).

 

Wymiana jonowa może osiągnąć głębokość do 300 μm. Osiągnięta głębokość i wartość napięcia wstępnego w chemicznym hartowaniu szkła (CTG) są bardzo zależne od czasu trwania procedury wzmacniania/ sprężania. Wzrastają one wraz z wydłużeniem czasu trwania procedury, ze względu na dłuższy czas dyfuzji.

 

Wywołane naprężenia wstępne wielokrotnie zwiększają wytrzymałość mechaniczną szkieł, ponieważ defekty na ich powierzchni, takie jak mikro- i makropęknięcia oraz karby/nacięcia, które mogłyby spowodować pęknięcia, są tłumione. Propagacja pęknięć może więc nastąpić dopiero po „przezwyciężeniu” efektu naprężenia wstępnego.

 

Dlatego też głębokość strefy ściskania oraz głębokość penetracji jonów są kluczowe dla oceny krytycznej głębokości pęknięcia. Ogólnie rzecz biorąc, obróbka trwająca 24 godziny odpowiada w przybliżeniu głębokości strefy ściskania wynoszącej 200 μm. Przy zastosowaniu hartowania (wzmacniania) termicznego normą jest głębokość 0,2*d, gdzie d jest grubością wzmocnionej/sprężonej tafli szkła [8].

 

Konsekwencją mniejszej głębokości strefy ściskania w szkle hartowanym chemicznie jest większa, niż w przypadku szkła wzmacnianego termicznie, wrażliwość na uszkodzenia powierzchniowe, które powodują zmniejszenie wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu.

 

W niniejszym artykule zbadano profil naprężeń wstępnych w taflach szklanych hartowanych chemicznie i przedstawiono dwie różne metody pomiarowe służące do rejestracji powierzchniowych naprężeń ściskających.

 

 2022 06 44 3


Rys. 3. Rozkład opóźnienia optycznego i naprężenia dla szkła hartowanego termicznie (po lewej) i hartowanego chemicznie (po prawej) [7].

 

 

Metody pomiarów fotoelastycznych
Ze względu na znacznie mniejszą głębokość strefy ściskania w szkle hartowanym chemicznie, metody pomiarowe służące do określania naprężeń termicznych nie mogą być przeniesione na takie szkło lub mogą być przeniesione tylko w ograniczonym zakresie. Informacje uzyskane za pomocą tych metod nie są wystarczające do prawidłowego wyznaczenia naprężeń w strefie ściskania szkła hartowanego chemicznie.

 

Dlatego konieczne jest zastosowanie zmodyfikowanych metod charakteryzowania profilu wstępnych naprężeń wywołanych metodą chemiczną, które pozwolą uzyskać szczegółowe informacje (większą gęstość informacji) o zakresie naprężeń ściskających w szkle. Jako odpowiednie metody optyczne wybrano pomiar światła rozproszonego i refraktometrię (metoda badania własności fizykochemicznych substancji (np. ich składu lub czystości) na podstawie pomiarów ich współczynników załamania światła).

 


1) Pomiar światła rozproszonego (SCAL P-05)
Pomiar światła rozproszonego jest odpowiednią metodą do nieniszczącego i lokalnego pomiaru profili naprężeń wstępnych w ośrodkach przezroczystych [7]. Wykorzystuje się tu fizyczny efekt rozszczepienia światła w tafli szkła, na który nie ma wpływu składowa naprężenia kontinuum leżąca w kierunku padania światła.

 

W ten sposób można zmierzyć stan naprężeń w kontinuum wzdłuż wchodzącego promienia światła. Podczas transmisji/ przepuszczania przez ośrodek przezroczysty takie promienie są rozpraszane lub emitowane na cząsteczkach szkła poprzecznie do kierunku padania światła. Droga promienia staje się widoczna na zewnątrz. Jest to tzw. efekt Tyndalla. W ciele dwójłomnym obserwacja efektu Tyndalla może być wykorzystana do wyciągania wniosków o stanie naprężeń panujących w ciele.

 

Za pomocą polaryskopu SCALP-05 (polaryskop światła rozproszonego) można precyzyjnie rejestrować światło rozproszone. SCALP-05 emituje zatem spolaryzowaną wiązkę laserową o mocy 5 mW i długości fali 635 nm. Wiązka ta wchodzi do szklanej próbki pod kątem α przez pryzmat (rys. 2). Pomiędzy pryzmat a próbkę wprowadza się ciecz immersyjną (współczynnik załamania światła n = 1,519). Ta ciecz pozwala uniknąć załamania wiązki laserowej.

 

Intensywność światła rozproszonego jest rejestrowana wzdłuż wiązki laserowej, a różnica dróg optycznych jest wyznaczana do maksymalnej głębokości pomiaru w szkle. Obserwowane światło rozproszone zmienia się w zależności od kierunku polaryzacji, lokalnej różnicy dróg i kierunku obserwacji. W punkcie wejścia wiązki laserowej o płaskiej powierzchni styku różnica dróg wynosi zero; zwiększając się wraz z głębokością pomiaru, różnica dróg zmienia się jako funkcja lokalnie występujących naprężeń. SCALP-05 ma tę zaletę, że w porównaniu ze swoim poprzednikiem ma większy kąt wejścia.

 

Poprzednie wiązki laserowe wchodzą w szybę pod kątem α=45°, podczas gdy SCALP-05 wykorzystuje kąt α=80°. Modyfikacja ta jest odpowiedzią na szczególne okoliczności, jakimi są wyjątkowo cienkie strefy ściskania w szkle hartowanym chemicznie. W wyniku spłaszczenia kąta padania wiązka laserowa pokonuje teraz dłuższą drogę w odpowiedniej strefie kompresji. Pozwala to uzyskać czterokrotnie większą gęstość informacji w strefie kompresji. Z drugiej strony, mierzalna głębokość w szybie zmniejsza się do maksymalnie 2,45 mm.

 

Ze względu na niewielką wysokość strefy ściskania, możliwe jest scharakteryzowanie strefy naprężeń rozciągających we wnętrzu szkła, pomimo małej maksymalnej głębokości pomiaru. Na rysunku 3 pokazano przykładowy rozkład opóźnienia optycznego δ(η) na grubości tafli szkła, krzywą dopasowania oraz obliczony rozkład naprężeń dla szkła hartowanego termicznie i chemicznie.

 

 2022 06 44 4

Rys. 4. Schemat propagacji światła w ośrodku warstwowym (szkło hartowane chemicznie CTG)

 

 

2) Pomiar naprężeń przez odbicie światła na powierzchniach międzyfazowych (na granicy faz) – refraktometria
Refraktometria jest optyczną metodą pomiarową służącą do wyznaczania współczynników załamania światła. Opiera się ona na załamaniu światła na granicy dwóch materiałów o różnej gęstości optycznej [9], [10], [11].

 

Gdy wiązka światła przechodzi z ośrodka optycznie rozrzedzonego (szklana próbka) do ośrodka optycznie gęstszego (pryzmat pomiarowy), kąt padania i apertura wiązki różnią się. Porównując współczynniki załamania światła między próbką a pryzmatem pomiarowym (o znanym, wysokim współczynniku załamania światła), można wyznaczyć właściwości refrakcyjne n optycznie cieńszej próbki.

 

Zastosowany refraktometr Abbego pozwala jednak na analizę jedynie małych próbek materiału (ok. 2 x 2 cm). Dlatego też można było badać tylko niewielkie fragmenty tafli szkła.

 

Wyznaczanie naprężeń w szkle hartowanym chemicznie na podstawie odbicia światła na powierzchniach międzyfazowych (na granicy faz) wykracza poza proste refraktometryczne wyznaczanie współczynników załamania światła. Szkło hartowane chemicznie wykazuje gradient współczynnika załamania światła w warstwach przypowierzchniowych, zmienionych w wyniku wymiany jonowej.

 

Naprężenie ściskające i współczynnik załamania światła maleją w kierunku normalnej/prostopadłej powierzchni od zewnątrz do wewnątrz, w kierunku współczynnika załamania szkła bazowego.

 

Szkło hartowane chemicznie można zatem traktować jako ośrodek warstwowy. Każdy poziom strefy naprężeń ściskających może być scharakteryzowany jako warstwa pośrednia o innym współczynniku załamania światła.

 

Zmienione chemicznie warstwy pomiędzy szkłem podstawowym a pryzmatem, o współczynniku załamania pomiędzy tymi dwoma nośnikami/mediami, zmieniają w ten sposób drogę światła przez ciało. Światło wchodzące w tę sekwencję warstw jest teraz odbijane lub załamywane przez optycznie różne warstwy.

 

Rysunek 4 przedstawia drogę optyczną światła nad powierzchniami granicznymi: pryzmat – strefa ściskania – szkło bazowe. Tutaj nG jest współczynnikiem załamania szkła bazowego, nS(x) jest współczynnikiem załamania chemicznie modyfikowanych warstw powierzchniowych, a nP jest współczynnikiem załamania pryzmatu pomiarowego. W zależności od kąta padania, długość drogi światła w tych chemicznie modyfikowanych warstwach pośrednich jest różna.

 

Sąsiednie promienie wpadające do pryzmatu wykazują różnicę drogi optycznej δ. Jeśli różnica dróg odpowiada całkowitej wielokrotności długości fali λ padającego światła, to promienie świetlne interferują dodatnio przy wychodzeniu z pryzmatu. W okularze refraktometru pojawiają się linie interferencyjne.

 

Ponieważ ciała ze szkła hartowanego wykazują fizyczny efekt dwójłomności, zastosowanie niespolaryzowanego światła powoduje superpozycję/nakładanie się różnych wzorów interferencyjnych. W wyniku naświetlania światłem spolaryzowanym (w kierunku naprężeń głównych) wzory interferencyjne mogą być wyświetlane oddzielnie.

 

Występujące obecnie interferencje tego samego rzędu różnią się położeniem i współczynnikami załamania, ponieważ promienie świetlne pokonują w ciele szklanym różne drogi w zależności od kierunku ich polaryzacji (rys. 5). Występujące przesunięcia interferencji lub różnice współczynników załamania pozwalają wyciągnąć wnioski na temat naprężeń powierzchniowych (naprężeń występujących w warstwie powierzchniowej tafli szkła).

 

 

2022 06 44 5a

 

 

2022 06 44 5b

Rys. 5. Refraktometr Abbego (po lewej) i porównanie interferencji widocznych w okularze z prostopadle spolaryzowanym świetle (pośrodku i po prawej stronie)

 


Analiza eksperymentalna
Zbadano profile naprężeń w szybach hartowanych chemicznie o różnych wymiarach. Wszystkie szyby są szybami hartowanymi chemicznie, wytwarzanymi w prostym procesie wymiany jonowej. Badano profile naprężeń szyb o wymiarach b/h = 200/200 mm i grubości od 6 do 12 mm. Do wyznaczenia stałej fotoelastycznej szkła hartowanego chemicznie wykorzystano szybę o wymiarach b/h = 1100/360 mm i grubości szkła 6 mm.

 

1) W yznaczanie stałej fotoelastycznej dla szkła hartowanego chemicznie
W ciałach dwójłomnych stała fotoelastyczna może być wykorzystana do ustalenia zależności pomiędzy opóźnieniem optycznym światła a panującym naprężeniem. Jest ona wykorzystywana proporcjonalnie jako dzielnik w obliczeniach naprężeń metodą SCALP i refraktometrii, a tym samym stanowi decydujący czynnik wpływający na dokładne wyznaczenie naprężeń.

 

Stała fotoelastyczna C waha się od 2 do 5 TPa-1 w zależności od składu chemicznego szkła [12]. Dla hartowanego termicznie szkła float przyjmuje się zwykle wartość 2,7 TPa-1 [7], [8]. Nie są znane wartości dla szkła hartowanego chemicznie. Z tego powodu wyznaczono ją doświadczalnie/eksperymentalnie. Użyta w tym celu próbka o wymiarach 1100 mm x 360 mm x 6 mm została poddana próbie czteropunktowego zginania (rys. 6 i 7).

 

W obszarze istotnym metrologicznie – pomiędzy przyłożeniami obciążenia – wytwarzany był stały moment zginający.

 

Stała fotoelastyczna C została wyznaczona na podstawie serii pomiarów z użyciem SCALP (patrz rys. 7) oraz odkształcenia występującego podczas obciążenia (mierzonego za pomocą tensometrów).

 

Wynika z tego, że:

 2022 06 44 5w

 


Ponieważ wartości opóźnienia optycznego δi padającego światła są wyznaczane przez SCALP, α odpowiada kątowi padania wiązki/promienia lasera na próbkę szklaną, E jest podana jako stała materiałowa, a odkształcenia ε jest wyznaczane za pomocą tensometrów, w tym układzie badawczym można wyznaczyć stałą fotoelastyczną C. Po przeprowadzeniu kilku serii pomiarów wyznaczono stałą fotoelastyczną C = 3,03 TPa-1 i zastosowano ją do wszystkich dalszych badań naprężeń optycznych na taflach szkła hartowanego chemicznie.

 

 2022 06 44 6a

 

2022 06 44 6b

 

Rys. 6. Schemat układu pomiarowego według normy EN 1288-3 [13]

 

2022 06 44 7

Rys. 7. Układ doświadczalny do wyznaczania stałej fotoelastycznej

 

2022 06 44 8a

 

 

 

 

2022 06 44 8b

Rys. 8. Stress profile of CTG (left) and span of absolute measured data (right)

 

 

2) Badanie fotoelastyczne próbek
Do obliczeń naprężeń należy przyjąć anizotropowy (zależny od kierunku) stan naprężeń w szybie. Dlatego pomiary przeprowadzono w kierunku dwóch głównych kierunków naprężeń, odpowiadających geometrycznym osiom symetrii próbki szyby. Dla każdej szyby wyznaczono dziewięć punktów pomiarowych.

 

Pomiary przeprowadzono zarówno od strony cynowej, jak i od strony powietrznej. Aby zmniejszyć podatność wyników pomiarów na błędy, wyniki wyznaczania naprężeń były uśredniane z co najmniej czterech pomiarów. Wartości pomiarowe uzyskane metodą SCALP mogą być wykorzystane do uzyskania informacji o naprężeniach ściskających na powierzchni, głębokości strefy naprężeń ściskających oraz panujących naprężeniach rozciągających.

 

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że zmierzone powierzchniowe naprężenia ściskające oraz naprężenia rozciągające w rdzeniu szkła mają tendencję do zwiększania się wraz ze zmniejszaniem grubości tafli szkła. Stosowane naprężenia ściskające są proporcjonalne do wymiany jonowej zachodzącej w warstwie powierzchniowej szkle. Siłą napędową dyfuzji podczas produkcji jest gradient stężenia pomiędzy szkłem a stopionym potasem oraz temperatura procesu.

 

Z tego względu, że w identycznych warunkachprocesowych cieńsze tafle szkła szybciej absorbują ciepło – zwiększa to dyfuzję ze względu na mniejszą masę. Naprężenia rozciągające (występujące w rdzeniu szkła) zapewniają równowagę naprężeń lub siłw całej tafli szkła, kompensując naprężenia ściskające (występujące w  warstwie powierzchniowej szkła).

 

Poniew aż strefa naprężeń rozciągających jest znacznie większa/grubsza niż strefa naprężeń ściskających, w rdzeniu szyby powstają niewielkie naprężenia rozciągające. Dla badanych tafli szkła o grubości od 6 mm do 12 mm obliczone wartości naprężeń ściskających mieszczą się w przedziale od 274,8 MPa do 231,7 MPa; naprężenia rozciągające mieszczą się w zakresie od 2,2 MPa do prawie 0 MPa. Jednak dla zmierzonych głębokości strefy naprężeń ściskających większe wartości uzyskiwano wraz ze wzrostem grubości tafli szkła.

 

Wyznaczone tu wartości mieszczą się w przedziale 41,8-59,4 μm. Rysunek 8 przedstawia graficznie profil hartowania szkła hartowanego chemicznie w przekroju poprzecznym tafli szkła. Profil naprężeń (po lewej) pokazuje ogólne położenie naprężeń ściskających, naprężeń rozciągających oraz głębokość strefy ściskania w szkle hartowanym chemicznie. Profil pokazany po prawej stronie przedstawia przykład rozpiętości danych pomiarowych tafli szkła o grubości 6 mm w odpowiedniej grafice.

 

Naprężenia powierzchniowe wyznaczone metodą refraktometrii różnią się stopniowo od wartości zmierzonych przez SCALP. Różnica naprężeń wynika z niedokładności pomiaru stosowanego refraktometru, ponieważ współczynnik załamania światła można określić tylko z dokładnością do trzech miejsc po przecinku.

 

Taka dokładność pomiaru jest niewystarczająca do ścisłego określenia naprężeń. Z drugiej strony, pomiar światła rozproszonego przy użyciu SCALP-05 zapewnia bardziej precyzyjne wyniki, jest mniej czasochłonny i nieniszczący. Dlatego lepiej nadaje się do dokładnej klasyfikacji profilu naprężeń wstępnych i umożliwia jego praktyczne zastosowanie.

 


Podsumowanie i prognozy
Za pomocą nowo opracowanego urządzenia pomiarowego SCALP-05 (pomiar światła rozproszonego) opracowanego przez firmę GlassStress Ltd. oraz refraktometrii dostępne są dwie metody określenia podstawowej charakterystyki profilu naprężenia szkła hartowanego chemicznie. Spośród zastosowanych metod pomiaru światła rozproszonego i refraktometrii pierwsza zapewnia prawidłowe wyniki dla szkła hartowanego chemicznie z prostą wymianą jonową.

 

Można określić naprężenia ściskające, głębokość strefy naprężeń ściskających i naprężenia rozciągające wywołane w rdzeniu tafli szkła. Ze względu na niedokładność pomiaru, pomiary refraktometryczne powinny być stosowane tylko jako część badań porównawczych z innymi metodami pomiarowymi, aby uniknąć poważnych błędów w określaniu naprężeń.

 

W celu zapewnienia jakości produkcji szkła hartowanego chemicznie zaleca się połączenie określania położenia minimów obciążenia wstępnego na całym obszarze (np. za pomocą profili dyfuzji) z punktowym sprawdzaniem ich za pomocą SCALP-05.

 

Przedstawiona metodyka pomiarowa będzie stosowana zarówno dla szkieł z prostą wymianą jonową, jak i dla nowych produktów ze szkła hartowanego chemicznie. Ze względu na małą głębokość strefy ściskania uzyskiwaną obecnie w technologii szkła hartowanego chemicznie, wytwarzane szkła są podatne na obniżenie wytrzymałości z powodu uszkodzeń powierzchni.

 

W związku z tym zaplanowano nowy proces produkcyjny, w którym wytwarza się chemiczno-termicznie połączone profile naprężeń wstępnych, aby przesunąć strefę naprężeń ściskających i jej maksimum w głębsze warstwy szkła. Celem tego procesu jest znaczne zwiększenie odporności szkła hartowanego chemicznie na uszkodzenia powierzchniowe. 

 

Artykuł został oparty na wykładzie zaprezentowanym na Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2019, która odbyła się w dniach 26-28 czerwca 2019 r. w Tampere w Finlandii

 

Maximilian Laurs, Benjamin Schaaf, Pietro Di Biase, Markus Feldmann

 


Bibliografia
[1] EN 12150-1: Szkło w budownictwie – Termicznie hartowane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 1: Definicja i opis
EN 12150-2: Szkło w budownictwie – Termicznie hartowane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 2: Ocena zgodności wyrobu z normą

[2] EN 1863-1: Szkło w budownictwie – Termicznie wzmocnione szkło sodowo-
wapniowo-krzemianowe – Część 1: Definicje i opis
EN 1863-2: Szkło w budownictwie – Termicznie wzmocnione szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe – Część 2: Ocena zgodności wyrobu z normą

[3] Feldmann, M. et. al.: Płaska i nieniszcząca kontrola jakości metodami naprężeniowo-
optycznymi (Flachige und zerstorungsfreie Qualitatskontrolle mittels spannungsoptischer Methoden), Glasbau 2017, Ernst und Sohn Verlag Berlin, 2017

[4] Nordberg, M.; Mochel, E.; Garfinkel, H.; Olcott, J.: Wzmocnienie przez wymianę jonową (Strengthening by Ion Exchange), Journal of the American Ceramic Society, V. 47, 1964

[5] Heinze, R.; Schaeffer, H.: Wzrost narężeń podczas wymiany jonowej (Spannungsaufbau beim Ionenaustausch), Glasern Glastechnische Berichte, Nr.47, 1974

[6] Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigung, AIF/ZIM Forschungsantrag: „Entwicklung eines sicher reproduzierbaren industriellen Verfahrens zur Glashartung mit definierten und messbaren Vorspannungsprofilen zur Anwen-dung in verschiedenen Bereichen“ Unveroffentlicht, 2013

[7] Ograniczania naprężeń szkła: Podręcznik do „polaryskopu światła rozproszonego” (Glass Stress Limited: Handbuch fur „Scatterd Light Polariscope“) (SCALP-05), Vers. 5.3, 2013

[8] Feldmann, M.; Kasper, R.; Langosch, K.: Szkło do elementów nośnych (Glas fur tragende Bauteile), Werner Verlag, 2012

[9] Acloque, P.; Guillemet, C.: Pomiary naprężeń (Spannungs-messung)

 

2022 04 38 4

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik
          sec