物理的テンパリングのメカニズムとメリット・デメリットを明らかにする

化学強化は、ガラスの強度と熱安定性を高めるために使用されるプロセスです。 これには、ガラスを軟化点近くまで加熱し、その後、気体または液体媒体を使用して急速に冷却することが含まれます。 化学強化には、ガス媒体強化と液体媒体強化の 2 つの一般的な方法があります。

ガス中焼戻し:

気体媒体焼戻しは空冷焼戻しとも呼ばれ、横型エアクッション焼戻し、横型ローラー焼戻し、縦型焼戻しなどの方法があります。 このプロセスでは、ガラスは軟化点（約 650-700 度）に近い温度まで加熱され、その後、両側から急速な空気流にさらされて急速に冷却されます。 この方法により、ガラスの機械的強度と熱安定性が向上します。 冷却プロセスの必須要件は、ガラス内の応力を均一に分散させるための高速かつ均一な冷却です。 均一な冷却を実現するには、冷却装置が効果的に熱を放散し、時折発生するガラス破片の除去を促進し、騒音を最小限に抑える必要があります。

長所と短所：

ガス媒体焼戻しにはいくつかの利点があります。 コスト効率が高く、大量生産が可能です。 この方法で製造された強化ガラスは、高い機械的強度、熱衝撃に対する耐性 (安全な最大作業温度は 287.78 度に達します)、および温度勾配に対する高い耐性 (204.44 度まで耐えることができます) を示します。 さらに、ガス媒体強化ガラスは、粉砕されると小さな破片に砕けるため、怪我のリスクが軽減されます。 ただし、この方法にはガラスの厚さと形状に関する一定の要件があります（通常、国産の装置の場合、最小厚さは約 3 mm）。 また、冷却速度が遅く、エネルギー消費量が多いため、高精度の光学品質を必要とする用途、特に薄いガラスには適していません。

アプリケーション:

空冷焼き戻しは、自動車、船舶、建設業界で広く使用されています。

液体中焼戻し:

液体媒体強化は液体冷却としても知られ、ガラスを軟化点まで加熱し、その後冷却媒体に急速に浸漬します。 冷却媒体には、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、またはそれらの組み合わせなどの塩水の混合物を使用できます。 鉱物油は冷却媒体としても使用でき、トルエンや四塩化炭素などの添加剤を鉱物油に加えることができます。 特殊な焼入れ油やシリコーン油も使用できます。 液体媒体強化では、ガラスの端が最初に冷却タンクに入るために、応力の不均一とそれに伴う亀裂が発生する可能性があります。 この問題に対処するには、ガラスを液体媒体に浸漬する前に、空冷または液体スプレーを使用した予冷プロセスを使用できます。 別の方法では、水と有機溶液が入ったタンクにガラスを置き、有機溶液が水の上に浮かびます。 加熱したガラスをタンクに入れると、有機溶液が熱の一部を吸収してガラスを予冷し、その後水中で急速に冷却します。

長所と短所：

液体中温焼戻しにはいくつかの利点があります。 水は比熱が高く気化熱も高いため、冷却に必要な量が大幅に削減され、エネルギー消費量とコストの削減につながります。 この方法により、冷却が速く、安全性が高く、変形が最小限に抑えられます。 ただし、ガラスは加熱後に液体媒体に挿入されるため、大きなガラスシートでは加熱が不均一になる可能性があり、品質と歩留まりに影響を与える可能性があります。

アプリケーション:

液体媒体強化は主に、眼鏡、LCD スクリーン用ガラス、光学機器やデバイスに使用されるガラスなど、表面積が小さい薄いガラスの強化に適しています。

結論として、化学強化方法は、気体媒体を使用するか液体媒体を使用するかにかかわらず、ガラスの強度と熱安定性を向上させる上で重要な役割を果たします。 各方法には利点と制限があり、特定のアプリケーションに適しています。 空冷焼き戻しとも呼ばれるガス媒体焼き戻しは、コスト効率が高く、自動車、船舶、建設などの業界で広く使用されています。 高い機械的強度と熱衝撃に対する耐性を備えていると同時に、破損時に生成されるガラスの破片は小さくて安全です。 ただし、ガラスの厚さと形状、遅い冷却速度、より高いエネルギー消費の点で制限があり、高い光学品質を必要とする用途には理想的ではありません。

一方、液体媒体焼戻し（液体冷却）には、エネルギー消費量の削減、急速な冷却、高い安全性能、最小の変形などの利点があります。 特に眼鏡、液晶画面ガラス、光学機器用ガラスなど表面積の小さい薄板ガラスの強化に適しています。 冷却媒体を慎重に選択し、予冷技術を採用することで、不均一な加熱と亀裂の可能性を最小限に抑えることができます。 ただし、効果的な焼き戻しシステムを確立するには、プロセスに特定の専門知識とプロセス制御が必要な場合があります。

全体として、化学強化法によりガラスの強度と熱安定性が向上し、さまざまな産業用途に適したものになります。 気体媒体強化と液体媒体強化のどちらを選択するかは、強化ガラスの望ましい特性、ガラスのサイズと形状、用途の特定の要件などの要因によって異なります。 これらの手法は進化・改良を続け、さまざまな分野でより強く、より安全なガラス製品の開発に貢献しています。