ما هي المواد المحددة أو التركيبات الكيميائية المستخدمة في زجاج مضادات التشوه لتعزيز مقاومته للإجهاد الحراري والميكانيكي؟

تكوين زجاجي الأساس

تكوين الزجاج الأساسي أمر بالغ الأهمية لتحديد الخواص الحرارية والميكانيكية لـ الزجاج المضاد لتشويه . تشمل الأنواع الشائعة من الزجاج الأساسي:

A. borosilicate الزجاج

• المكونات الرئيسية : ثاني أكسيد السيليكون (SIO₂) ، ثالث أكسيد البورون (B₂o₃).
• ملكيات :
  • معامل منخفض للتوسع الحراري (CTE) ، مما يجعله مقاومًا للغاية للصدمة الحرارية.
  • استقرار أبعاد ممتازة تحت التغيرات في درجة الحرارة.
  • يستخدم عادة في الأواني الزجاجية المختبرية وأدوات الطهي والتطبيقات الصناعية.
• التطبيقات : البيئات ذات درجة الحرارة العالية مثل نوافذ الفرن والمصابيح الأمامية للسيارات ومكونات الفضاء الجوي.

ب. الألومنيوسيليكات الزجاج

• المكونات الرئيسية : ثاني أكسيد السيليكون (SIO₂) ، أكسيد الألومنيوم (al₂o₃).
• ملكيات :
  • قوة ميكانيكية أعلى ومقاومة الخدش مقارنة بزجاج الصودا القياسي.
  • تحسين الاستقرار الحراري بسبب دمج الألومينا.
  • في كثير من الأحيان تعزز كيميائيا من خلال عمليات تبادل الأيونات.
• التطبيقات : الهواتف الذكية (على سبيل المثال ، Corning Gorilla Glass) ، الزجاج المعماري ، وشاشات الحماية.

C. الزجاج الصودا الجير (معدّل)

• المكونات الرئيسية : ثاني أكسيد السيليكون (SIO₂) ، أكسيد الصوديوم (Na₂o) ، أكسيد الكالسيوم (CAO).
• التعديلات :
  • يمكن للمواد الإضافية مثل أكسيد المغنيسيوم (MGO) أو أكسيد الزنك (ZNO) تحسين الأداء الحراري والميكانيكي.
  • عمليات التخفيف أو التصفيح تعزز مقاومتها للتشوه.
• التطبيقات : الزجاج الأمامي للسيارات ، النوافذ ، والزجاج للأغراض العامة.

إضافات لتعزيز الاستقرار الحراري

يتم دمج الإضافات في المصفوفة الزجاجية لتقليل التمدد الحراري وتحسين مقاومة درجات الحرارة العالية:

أكسيد البورون (B₂o₃)

• دور : يقلل CTE عن طريق تعطيل بنية شبكة السيليكا.
• تأثير : يعزز مقاومة الصدمة الحرارية ، مما يجعل الزجاج مثاليًا للتطبيقات التي تنطوي على تغييرات في درجات الحرارة السريعة.

ب. أكسيد الألومنيوم (al₂o₃)

• دور : يقوي الشبكة الزجاجية ويحسن المتانة الميكانيكية.
• تأثير : يزيد من مقاومة الخدش ، الانحناء ، والإجهاد الحراري.

C. أكسيد المغنيسيوم (MGO) وأكسيد الزنك (ZnO)

• دور : بمثابة مثبتات لتحسين الخصائص الحرارية والميكانيكية.
• تأثير : تقليل الهشاشة وتعزيز الصلابة ، وخاصة في نظارات الألومنيوسيليكات.

أكسيد الليثيوم (ليو)

• دور : تستخدم في النظارات المعززة كيميائيا لتسهيل التبادل الأيوني.
• تأثير : يحسن ضغط السطح والقوة الميكانيكية.

العلاجات السطحية والطلاء

يتم تطبيق المعالجات السطحية والطلاء لزيادة تعزيز خصائص مضادة لتشويه الزجاج:

A. تعزيز المواد الكيميائية (تبادل أيون)

• عملية : يتم استبدال أيونات الصوديوم (Na⁺) في سطح الزجاج بأيونات البوتاسيوم الأكبر (K⁺) في درجات حرارة عالية.
• تأثير : يخلق طبقة إجهاد ضغط على السطح ، مما يحسن بشكل كبير القوة الميكانيكية ومقاومة التشوه.

ب. هرمي حراري

• عملية : يتم تسخين الزجاج إلى درجة حرارة عالية ثم يبرد بسرعة.
• تأثير : يستحث ضغوط الضغط على السطح والضغط الشد في النواة ، مما يعزز القوة ومقاومة الصدمة الحرارية.

C. الطلاء المضاد للانعكاس والانصهار المنخفض

• مواد : طبقات رقيقة من أكاسيد المعادن (على سبيل المثال ، أكسيد القصدير ، ثاني أكسيد التيتانيوم).
• تأثير : تقليل انعكاس الضوء والانبعاث ، وتحسين الوضوح البصري والعزل الحراري.

هياكل مركبة ومغطاة

في بعض الحالات ، يتم دمج الزجاج المضاد لتشويه مع مواد أخرى لتعزيز أدائها:

أ. الزجاج المغلف

• بناء : طبقتان أو أكثر من الزجاج المرتبط مع طبقة البينية (على سبيل المثال ، polyvinyl butyral ، PVB).
• تأثير : يحسن مقاومة التأثير ويمنع التحطيم ، مما يجعلها أكثر أمانًا وأكثر دواما.

المواد الهجينة

• بناء : الزجاج جنبا إلى جنب مع البوليمرات أو المعادن.
• تأثير : يوفر مرونة إضافية وقوة ، مفيدة في شاشات العرض القابلة للطي أو الإلكترونيات المرنة.

تقنيات التصنيع المتقدمة

تُستخدم التقنيات المتقدمة لتحسين خصائص المواد الزجاجية المضادة لتشويه:

A. النانو

• عملية : يدمج الجسيمات النانوية في المصفوفة الزجاجية.
• تأثير : يعزز القوة الميكانيكية ، والاستقرار الحراري ، والخصائص البصرية.

ب. التبريد الخاضع للرقابة

• عملية : التبريد البطيء (الصلب) لتخفيف الضغوط الداخلية.
• تأثير : يقلل من خطر التشوه أو التكسير أثناء الاستخدام.

أمثلة على نظارات مكافحة التشوه المتخصصة

أ. بيريكس (زجاج البوروسيليكات)

• تعبير : ~ 80 ٪ sio₂ ، ~ 13 ٪ b₂o₃.
• التطبيقات : معدات المختبرات وأدوات الخبز والمكونات الصناعية.

ب. كورنينج غوريلا زجاج (زجاج الألومنيوسيليكات)

• تعبير : Sio₂ ، al₂o₃ ، na₂o ، mgo.
• التطبيقات : شاشات الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة الإلكترونية الأخرى.

C. Schott Robax (زجاج سيراميك شفاف)

• تعبير : مزيج من المواد الزجاجية والسيراميك.
• التطبيقات : مواقد حرق الخشب ، المواقد ، ونوافذ مشاهدة درجة الحرارة العالية.