از چه مواد خاص یا ترکیبات شیمیایی در شیشه های ضد تغییر شکل برای تقویت مقاومت آن در برابر استرس حرارتی و مکانیکی استفاده می شود؟

ترکیب شیشه ای پایه

ترکیب شیشه پایه برای تعیین خصوصیات حرارتی و مکانیکی بسیار مهم است شیشه ضد تغییر شکل بشر انواع متداول شیشه پایه شامل موارد زیر است:

A. شیشه بوروسیلیکات

• اجزای کلیدی : دی اکسید سیلیکون (SiO₂) ، تری اکسید بور (B₂O₃).
• خواص :
  • ضریب کم انبساط حرارتی (CTE) ، و آن را در برابر شوک حرارتی بسیار مقاوم می کند.
  • ثبات ابعادی عالی تحت تغییر دما.
  • معمولاً در شیشه های آزمایشگاهی ، وسایل آشپزی و کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
• برنامه : محیط های درجه حرارت بالا مانند ویندوز کوره ، چراغهای جلو اتومبیل و اجزای هوافضا.

ب - شیشه آلومینیوسیلیکات

• اجزای کلیدی : دی اکسید سیلیکون (SiO₂) ، اکسید آلومینیوم (Al₂o₃).
• خواص :
  • استحکام مکانیکی بالاتر و مقاومت در برابر خراش در مقایسه با شیشه استاندارد آهک سودا.
  • ثبات حرارتی بهبود یافته به دلیل ترکیب آلومینا.
  • اغلب از نظر شیمیایی از طریق فرآیندهای تبادل یونی تقویت می شوند.
• برنامه : تلفن های هوشمند (به عنوان مثال ، شیشه گوریل کورنینگ) ، لعاب معماری و صفحه های محافظ.

ج-شیشه آهک سودا (اصلاح شده)

• اجزای کلیدی : دی اکسید سیلیکون (SIO₂) ، اکسید سدیم (Na₂o) ، اکسید کلسیم (CAO).
• اصلاحات :
  • مواد افزودنی مانند منیزیم اکسید (MGO) یا اکسید روی (ZNO) می توانند عملکرد حرارتی و مکانیکی را بهبود بخشند.
  • فرآیندهای معتدل یا لمینیت ، مقاومت آن در برابر تغییر شکل را بیشتر می کند.
• برنامه : شیشه جلو اتومبیل ، پنجره ها و لعاب های عمومی.

مواد افزودنی برای تقویت ثبات حرارتی

مواد افزودنی برای کاهش انبساط حرارتی و بهبود مقاومت در برابر درجه حرارت بالا در ماتریس شیشه ای گنجانیده شده است:

A. اکسید بور (B₂O₃)

• نقش : با ایجاد اختلال در ساختار شبکه سیلیس ، CTE را کاهش می دهد.
• اثر : مقاومت در برابر شوک حرارتی را تقویت می کند ، و شیشه را برای برنامه های کاربردی که شامل تغییر سریع دمای است ، ایده آل می کند.

B. اکسید آلومینیوم (Al₂o₃)

• نقش : شبکه شیشه ای را تقویت کرده و دوام مکانیکی را بهبود می بخشد.
• اثر : مقاومت در برابر خراش ، خمش و استرس حرارتی را افزایش می دهد.

ج - اکسید منیزیم (MGO) و اکسید روی (ZNO)

• نقش : برای بهبود خصوصیات حرارتی و مکانیکی به عنوان تثبیت کننده عمل کنید.
• اثر : بریتانیا را کاهش داده و چقرمگی را تقویت کنید ، به خصوص در عینک آلومینیوسیلیکات.

D. اکسید لیتیوم (Li₂o)

• نقش : در لیوان های تقویت شده شیمیایی برای تسهیل تبادل یون استفاده می شود.
• اثر : فشرده سازی سطح و قدرت مکانیکی را بهبود می بخشد.

درمان های سطحی و روکش ها

برای تقویت بیشتر خواص ضد تغییر شکل شیشه ، از درمان های سطحی و روکش ها استفاده می شود:

الف) تقویت شیمیایی (تبادل یونی)

• فرآیند : یون های سدیم (NA⁺) در سطح شیشه با یون های پتاسیم بزرگتر (K⁺) در دماهای بالا جایگزین می شوند.
• اثر : یک لایه تنش فشاری بر روی سطح ایجاد می کند ، به طور قابل توجهی قدرت مکانیکی و مقاومت در برابر تغییر شکل را بهبود می بخشد.

ب - درجه حرارت حرارتی

• فرآیند : شیشه تا دمای بالا گرم می شود و سپس به سرعت خنک می شود.
• اثر : تنش های فشاری را بر روی سطح و تنش های کششی در هسته ایجاد می کند ، باعث افزایش مقاومت و مقاومت در برابر شوک حرارتی می شود.

ج-پوشش های ضد انعکاس و کم انتشار

• مواد : لایه های نازک اکسیدهای فلزی (به عنوان مثال ، اکسید قلع ، دی اکسید تیتانیوم).
• اثر : بازتاب نور و انتشار را کاهش دهید ، وضوح نوری و عایق حرارتی را بهبود بخشید.

ساختارهای کامپوزیت و چند لایه

در بعضی موارد ، شیشه ضد تغییر شکل با سایر مواد برای تقویت عملکرد آن ترکیب می شود:

A. شیشه چند لایه

• ساختار : دو یا چند لایه شیشه ای با یک لایه (به عنوان مثال ، پلی وینیل بوتیرال ، PVB) پیوند خورده است.
• اثر : مقاومت در برابر ضربه را بهبود می بخشد و از خرد شدن جلوگیری می کند و آن را ایمن تر و با دوام تر می کند.

ب. مواد ترکیبی

• ساختار : شیشه همراه با پلیمرها یا فلزات.
• اثر : انعطاف پذیری و استحکام اضافی را فراهم می کند ، در نمایشگرهای تاشو یا الکترونیک انعطاف پذیر مفید است.

تکنیک های پیشرفته تولید

از تکنیک های پیشرفته برای پالایش خصوصیات مواد شیشه ضد تغییر شکل استفاده می شود:

الف. ساختار نانو

• فرآیند : نانوذرات را در ماتریس شیشه ای قرار می دهد.
• اثر : قدرت مکانیکی ، پایداری حرارتی و خصوصیات نوری را تقویت می کند.

B. خنک کننده کنترل شده

• فرآیند : خنک کننده آهسته (بازپخت) برای رفع فشارهای داخلی.
• اثر : خطر تغییر شکل یا ترک خوردگی در هنگام استفاده را کاهش می دهد.

نمونه هایی از عینک تخصصی ضد تغییر شکل

A. پیرکس (شیشه borosilicate)

• ترکیب : 80 ٪ sio₂ ، 13 ٪ b₂o₃.
• برنامه : تجهیزات آزمایشگاهی ، پخت و پز و مؤلفه های صنعتی.

B. شیشه گوریل کورنینگ (شیشه آلومینیوسیلیکات)

• ترکیب : sio₂ ، al₂o₃ ، na₂o ، mgo.
• برنامه : صفحه نمایش تلفن های هوشمند ، تبلت ها و سایر دستگاه های الکترونیکی.

C. Schott Robax (شیشه سرامیکی شفاف)

• ترکیب : ترکیبی از مواد شیشه ای و سرامیکی.
• برنامه : اجاق گازهای چوبی ، شومینه و پنجره های مشاهده با درجه حرارت بالا.