1. Giọt thủy tinh
4.10.2Tôi thủy tinh:
Trong các sản phẩm làm lạnh tự nhiên ứng suất vĩnh viễn thường phân bố không đều và có thể làm nứt vỡ sản phẩm. Nếu đốt nóng thủy tinh đến trạng thái dẻo sau đó làm lạnh bề mặt một các đột ngột thì có thể tạo ra ứng suất vĩnh viễn được phân bố một cách đều đặn. Khi đó độ bền cơ và bền nhiệt tăng lên.
Tôi là quá trình gia công nhiệt sản phẩm thủy tinh (đốt nóng và làm lạnh nhanh) để tạo thành ứng suất nén ở lớp ngoài và ứng suất kéo ở lớp trong một cách thật đều đặn. III II I III IV I T II T t t
So sánh biểu đồ ứng suất của hai mẫu thủy tinh tôi và thủy tinh ủ thông thường cùng bị uốn với một lực như nhau có thể rút ra những kết luận sau:
- Lớp mặt trên của mẫu thủy tinh tôi bị nén sẽ chịu chung hai lực nén (vĩnh viễn và tạm thời) vì thế ứng suất nén lớn hơn rất nhiều so với mẫu ủ bị uốn.
- Lớp dưới của mẫu thủy tinh ủ chịu ứng suất kéo cực đại, trong khi đó ở mẫu thủy tinh tôi cực đại bị dịch vào phía trong và có giá trị nhỏ hơn.
P P a) b) c) Hình 4.25. Biểu đồ ứng suất
a). Ứng suất phân bố trong mẫu thủy tinh tôi b). Tác dụng lực lên mẫu thủy tinh ủ lý tưởng c). Tác Tác dụng lực lên mẫu thủy tinh tôi
Vì vậy dưới ảnh hưởng của lực uốn mẫu tôi bị nén ở phía trên nhiều hơn và bị kéo ở phía dưới ít hơn so với mẫu ủ. Mặt khác thủy tinh có khả năng chịu nén hơn chịu kéo đến 10 lần nên ta có khả năng hiểu vì sao thủy tinh tôi có độ bền cao hơn.
Độ bền cơ và nhiệt phụ thuộc vào mức độ tôi thủy tinh. Mức độ tôi cũng xác định đặc trưng phá hủy của mẫu thử. Càng tăng mức độ tôi mẫu càng vỡ vụn, các mảnh vỡ có dạng tù, không sắc.
Điều quyết định của việc tôi là chế độ đốt nóng và làm lạnh. Trước hết phải đốt nóng thật đồng đều sản phẩm cần tôi đến nhiệt độ tôi. Nhiệt độ tôi phụ thuộc vào thành phần thủy tinh và luôn luôn cao hơn nhiệt độ tạo thủy tinh. Nhiệt độ tôi được hiểu là nhiệt độ thích hợp cho phép tạo ra mức độ tôi tối đa với chế độ tôi đã chọn. Nếu với chế độ tôi đó, tăng nhiệt độ tôi thì mức độ tôi cũng không tăng thêm. Nếu hạ thấp nhiệt độ tôi thì mức độ tôi sẽ giảm và thủy tinh có khả năng tự nứt vỡ trong quá trình làm lạnh. Kính tấm sản xuất bằng phương pháp kéo thường tôi ở 630 – 6500C. Thời gian đốt nóng phụ thuộc vào bề dày. Thông thường là 50-60 giây đối với 1 mm chiều dày. Chế độ làm lạnh được chọn tùy theo sự phụ thuộc của mức độ tôi vào tốc độ dòng khí trên bề mặt thủy tinh, chiều dày thủy tinh và thành phần hóa của nó.
Có thể tiến hành tôi thủy tinh trong các môi trường làm lạnh khác nhau: không khí, dầu mỡ, muối, kim loại,v.v… Nhưng phổ biến nhất vẫn là tôi bằng không khí. Tùy theo sự phân bố dòng khí đi vào hướng của nó đến bề mặt sản phẩm mà ta có các phương pháp tôi như sau:
- Phương pháp tôi bằng đối lưu không khí: Sản phẩm được làm lạnh tự nhiên do sự bức xạ ra môi trường xung quanh và do dòng đối lưu không khí xung quanh sản phẩm tạo thành nhờ sự đốt nóng cục bộ lớp không khí ở thành sản phẩm.
- Phương pháp tôi bằng luồng không khí : thổi nhiều luồng không khí dưới áp lực nhất định đi theo hướng vuông góc với toàn bộ bề mặt sản phẩm.
- Phương pháp tôi trung tâm: thổi một luồng không khí có áp lực lớn đi vào trung tâm bề mặt của sản phẩm cần tôi.
- Phương pháp tiếp xúc: thổi các luồng không khí đi vào theo hướng song song với bề mặt sản phẩm.
So với thủy tinh thông thường, thủy tinh tôi chịu được độ bền va đập và bền uốn lớn hơn nhiều. Độ bền uốn thường tăng 4–5 lần và theo tiêu chuẩn không được nhỏ hơn 0,5 KG/cm2. Thủy tinh tôi có độ chịu nhiệt cao, nó có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột đến 2700C. Trong khi thủy tinh thường bị phá hủy với hiệu số nhiệt độ 700C.
Thủy tinh tôi còn là loại thủy tinh an toàn vì khi vỡ, nó vụn ra và không tạo những mảnh sắc. Người ta thường sử dụng thủy tinh tôi trong các lò nướng, kính chống lửa, kính xe hơi, kính cửa sổ (chịu gió bão và bền sốc nhiệt), ống thủy tinh dùng trong hầm mỏ, thủy tinh cách điện, bình chứa và một số sản phẩm khác.