Red de Respuestas Legales - Derecho de bienes - ¿Cuáles son algunas formas de aumentar la resistencia del vidrio? El vidrio se utilizó por primera vez para artículos decorativos en Egipto y el Cercano Oriente en el año 3000 a.C. Más tarde se inventó el moldeo por compresión para fabricar cristalería. En la actualidad, el vidrio se utiliza ampliamente en la agricultura, el transporte, la electrónica, la industria aeroespacial y otros campos debido a su buena transmisión de luz, bajo costo de fabricación, control de proceso simple y fácil procesamiento. Sin embargo, la fragilidad inherente y la baja resistencia del vidrio limitan su desarrollo posterior. La resistencia se refiere a la capacidad de un material para resistir daños o fallas. Desde una perspectiva mecánica, la resistencia se refiere al valor máximo de tensión cuando un material falla bajo una determinada carga. Para materiales frágiles, la resistencia a la fractura refleja mejor sus propiedades mecánicas. La fractura debe superar la fuerza cohesiva del sólido, los enlaces atómicos deben romperse y la resistencia teórica del material es sólo un reflejo de la energía del enlace atómico. Según el cálculo de la fuerza de los enlaces químicos, la resistencia teórica del vidrio es aproximadamente E/IO. Según este cálculo, la resistencia del vidrio debería ser de alrededor de 7 000 MPa. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la resistencia real del vidrio es sólo de 80 a 100 MPa, que es 2 a 3 órdenes de magnitud menor que la resistencia teórica. La enorme diferencia entre la resistencia real y la teórica se debe a microfisuras en el vidrio. Hay muchos factores que afectan la resistencia real del vidrio, como el entorno de almacenamiento (como temperatura, humedad, atmósfera, tiempo de almacenamiento, etc.), procesamiento de la superficie, tamaño de la muestra, velocidad de carga, rayones mecánicos, irregularidades internas (burbujas, piedras). ), entre los cuales la superficie La presencia de microfisuras tiene el mayor impacto en la resistencia real del vidrio. Debido a que muchas aplicaciones requieren vidrio de alta resistencia, mejorar la resistencia del vidrio es la clave para resolver el problema. Para mejorar las propiedades mecánicas del vidrio, los investigadores han explorado muchos métodos diferentes. Entre ellos, los tratamientos superficiales como el templado físico, el templado químico, el tratamiento con ácido y el recubrimiento son los métodos más comunes. 2 Métodos para mejorar la resistencia del vidrio 2.1 Templado físico El método de prefabricar una capa de tensión de compresión sobre la superficie del vidrio utilizando principios físicos se denomina método de fortalecimiento físico o templado físico. El vidrio se calienta por encima de los 90°C y luego la superficie del vidrio caliente se enfría uniforme y rápidamente para congelar la estructura térmica de la superficie. Cuando el interior del vidrio se enfría gradualmente, la capa exterior que se enfría primero limitará la contracción interna, produciendo así tensión de compresión en la superficie del vidrio y tensión de tracción en el interior del vidrio. El fortalecimiento físico tiene las ventajas de bajo costo, gran rendimiento, alta resistencia mecánica, buena resistencia al choque térmico (la temperatura máxima de trabajo segura puede alcanzar 28 ± 7,7 ± 8 ℃) y un alto gradiente térmico (sin embargo, puede soportar 20 ± 4,4 ℃). , existen ciertos requisitos para el grosor y la forma del vidrio. Es imposible templar muestras de vidrio por debajo de 2 grados, procesar piezas complejas y también existe el problema de la deformación del vidrio durante el proceso de templado, lo que no puede mejorar la calidad óptica. Además, el vidrio templado físicamente no se puede cortar ni procesar y puede explotar por sí solo. 2.2 Templado químico 267 Actas de la Conferencia Anual y Seminario Técnico de la Industria del Vidrio de China de 2009 El método de prefabricar una capa de tensión de compresión sobre la superficie del vidrio usando métodos químicos se llama método de fortalecimiento químico, también conocido como método de fortalecimiento de intercambio iónico. El método de mejora química fue la primera patente en el Reino Unido, solicitada por Arthur en 1960. El principio de mejora del intercambio iónico es: según el mecanismo de difusión iónica, la composición de la superficie del vidrio cambia y el vidrio se sumerge en una sal fundida a alta temperatura a una cierta temperatura F. Los iones de metales alcalinos en el vidrio y los iones de metales alcalinos en la sal fundida se intercambian entre sí debido a la difusión, lo que resulta en un fenómeno de "aglomeración", que provoca tensión de compresión en la superficie del vidrio, aumentando así la resistencia del vidrio. La tecnología de mejora del intercambio iónico se puede dividir en dos tipos: arado a alta temperatura y arado a baja temperatura. El intercambio iónico a baja temperatura significa que cuando la temperatura es inferior al punto de deformación del vidrio, los iones de metal alcalino de radio pequeño Na+ en el vidrio se intercambian con los iones de metal alcalino de radio humano K+ en la sal fundida, lo que resulta en congestión. fortaleciendo así la superficie del vidrio. En 1962, Kistler estudió por primera vez la mejora del intercambio iónico K'-N A' utilizando vidrios de silicato como materia prima. El intercambio iónico a alta temperatura es el intercambio de iones de metales alcalinos de radio grande Na+ y K+ en el vidrio con iones de metales alcalinos de radio pequeño Li+ en la sal fundida para producir una capa superficial de baja expansión para lograr el propósito de fortalecimiento. Dado que algunos vasos corporales contienen vidrio de soda, muchas investigaciones se han centrado en los principios y aplicaciones del intercambio iónico a baja temperatura. El vidrio reforzado con intercambio iónico tiene las características de alta resistencia, tensión uniforme, buena estabilidad, sin autoexplosión, procesabilidad, sin deformación, sin distorsión óptica, etc. Es adecuado para reforzar productos de vidrio con formas complejas y espesor pequeño. Hasta ahora, el fortalecimiento por intercambio iónico es el único método eficaz para fortalecer vidrio delgado irregular de menos de 3 mm. El vidrio reforzado por intercambio iónico tiene un rendimiento excelente y se utiliza principalmente en naves espaciales, aviones militares, trenes de alta velocidad, tanques, parabrisas de barcos, vidrios laterales. etc. Pit y otros campos de alta tecnología. Aunque el intercambio iónico en un solo paso puede mejorar la resistencia del vidrio, la dispersión de la resistencia sigue siendo relativamente grande. Además, la mejora del intercambio iónico sólo se aplica a vasos que contienen metales alcalinos y no se puede utilizar para otros vasos. La eliminación de las sales de nitrato de potasio usadas en el intercambio iónico es perjudicial para el medio ambiente. Además, la limpieza del vidrio de intercambio iónico también requiere una gran cantidad de agua, por lo que el costo es alto y no favorece el fortalecimiento del vidrio común. 2.3 Además del tratamiento de mejora de la tensión, el grabado ácido también se puede utilizar para eliminar las microgrietas de la superficie. El principio del grabado con ácido es eliminar la capa de grieta o pasivar la punta de la grieta en la superficie del vidrio mediante grabado con ácido, reduciendo así la concentración de tensiones y restaurando las propiedades inherentes de alta resistencia del vidrio. Debido a que el decapado elimina las microfisuras de la superficie, se debe elegir un ácido con un fuerte poder corrosivo, como el ácido fluorhídrico. Sin embargo, no es fácil obtener una superficie lisa utilizando solo ácido fluorhídrico. La sal producida después de la corrosión se adhiere a la superficie del vidrio. Para eliminar las sales, al ácido fluorhídrico se le añaden ácidos fuertes como el ácido sulfúrico, el ácido fosfórico y el ácido nítrico.