Изготовление термостойкого стекла

Когда говорят про термостойкое стекло, многие сразу представляют себе просто толстое стекло, которое не лопается от огня. На самом деле это глубокое заблуждение — тут вся суть в технологии отжига и химическом составе. В нашей компании ООО Гуандун Юлиан Энергосберегающие Строительные Материалы мы через это прошли: в начале 2000-х пытались делать термостойкие панели по упрощенной схеме, и результат был плачевен — стекло трескалось при перепаде всего в 120°C.

Основные ошибки при производстве

Самая распространенная ошибка — экономия на боросиликатных компонентах. Видел на одном заводе, как пытались заменить оксид бора более дешевыми аналогами — в итоге коэффициент теплового расширения превышал 5×10??/К, что для настоящего термостойкого стекла неприемлемо. Наш технолог тогда настоял на поставках сырья только от проверенных немецких производителей, хотя себестоимость сразу выросла на 15%.

Еще момент — многие недооценивают важность медленного охлаждения в туннельной печи. Помню, в 2018 году мы получили партию с микротрещинами именно из-за сбоя в системе температурного контроля. Пришлось полностью перенастраивать автоматику — сейчас используем систему Siemens с точностью поддержки температуры ±2°C.

Интересный случай был с заказом для химического комбината — требовалось стекло, выдерживающее не только термические нагрузки, но и агрессивные среды. Пришлось дополнительно вводить в состав оксид цинка, что потребовало полного пересмотра режимов отжига. Кстати, подробности этой технологии мы выложили на https://www.ulianglass.ru в разделе технических решений.

Специфика состава сырья

Для настоящего термостойкого стекла содержание SiO? должно быть не менее 80% — это аксиома. Но вот что многие упускают — важность чистоты кварцевого песка. Мельчайшие примеси железа приводят к локальным напряжениям при нагреве. Мы закупаем песок только с карьеров в Карпинске, где содержание Fe?O? не превышает 0,012%.

С боросиликатными стеклами есть нюанс — при неправильном соотношении B?O? и Na?O может возникнуть явление 'борного ангидрида'. Сталкивались с этим в 2015 году — на поверхности готовых изделий появлялся матовый налет. Пришлось полностью менять технологическую карту плавки.

Сейчас мы используем состав: 81% SiO?, 13% B?O?, 4% Na?O + K?O, 2% прочих оксидов. Но для особых случаев — например, для стекол в авиационной промышленности — добавляем еще оксид алюминия до 2%, что повышает вязкость расплава, но усложняет формование.

Практические аспекты контроля качества

Самое сложное — поймать момент, когда в стекле возникают внутренние напряжения. Мы используем полярископы с цифровой обработкой изображения — старые методы с сенситометрами уже не дают нужной точности. Особенно критично для крупноформатных стекол — например, для наших стеклянных фасадов.

Запомнился случай с поставкой в Казань — визуально стекла были идеальны, но при монтаже в остеклении зимнего сада дали трещину при первом же включении отопления. Оказалось — неравномерность нагрева в печи всего на 8°C выше допустимого. Теперь каждый лист проверяем в ИК-сканере.

Кстати, на нашем сайте https://www.uliangullass.ru есть подробные таблицы по допустимым отклонениям для разных типов термостойкого стекла — многие коллеги говорят, что это сэкономило им массу времени при приемке.

Особенности обработки кромок

Здесь многие ошибаются — думают, что для термостойкого стекла подходит стандартная обработка кромок. На практике — только фрезеровка алмазным инструментом с водяным охлаждением. Сухая обработка вызывает микротрещины, которые проявятся при термическом ударе.

Мы в ООО Гуандун Юлиан перепробовали разные методики — остановились на комбинированной обработке: сначала грубая фрезеровка, потом полировка кромки специальными войлочными кругами с оксидом церия. Да, дороже, но зато нет проблем с краевыми напряжениями.

Для стекол толщиной более 12 мм обязательно делаем скос кромки под 45° — это снимает напряжения в зоне реза. Узнали об этом методе от чешских коллег, теперь применяем для всех ответственных объектов.

Реальные примеры применения

Самый показательный проект — остекление котельной на ТЭЦ-22. Там требовалось стекло, выдерживающее постоянный нагрев до 300°C с возможностью термических ударов при аварийных ситуациях. Разрабатывали специальный состав с добавкой оксида циркония — выдержало все испытания, уже 5 лет стоит без нареканий.

Для лабораторного оборудования часто требуются стекла с особыми свойствами — не только термостойкость, но и химическая инертность. Здесь как раз пригодился наш опыт с боросиликатными составами — делали партию для медицинских автоклавов, где важна стабильность при циклических нагревах-охлаждениях.

Интересный заказ был для стекольной мастерской — требовалось термостойкое стекло для печей обжига керамики с возможностью визуального контроля. Пришлось экспериментировать с пропусканием в ИК-диапазоне — в итоге сделали состав с пониженным содержанием железа, хотя пришлось пожертвовать частью механической прочности.

Перспективы развития

Сейчас активно тестируем наноструктурированные покрытия для увеличения термостойкости — в лабораторных условиях получили прирост на 40-50°C к порогу разрушения. Но технология пока слишком дорога для серийного производства — один только реактор для CVD-покрытий стоит как половина линии.

Еще перспективное направление — гибридные стеклокерамические материалы. Пробовали делать по лицензии Schott — неплохо, но для массового производства слишком сложная технология отжига. Возможно, через пару лет отработаем упрощенную методику.

Коллеги из Китая недавно показывали интересные разработки по армированию стекла углеродными волокнами — термостойкость впечатляет, но светопропускание страдает. Думаем, как адаптировать эту технологию для наших продуктов — возможно, для непрозрачных противопожарных перегородок.