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Dois processos principais usados para fortalecer o vidro para lentes de cobertura HMI industriais são o reforço químico (via troca iônica e têmpera térmica).Cada um processo produz um perfil de tensão diferente na superfície e no interior do vidro e, portanto, produz diferentes características de desempenho em resistência, qualidade óptica, opções de pós-processamento e custo. Vidro quimicamente reforçado geralmente é usado para painéis finos, enquanto o vidro temperado é feito para aplicações mais espessas. Este guia compara ambas as opções em dimensões (escrito especificamente em uma capa) que procura selecionar uma tampa para telas de toque industrial.
Em resumo, vidro quimicamente reforçado versus vidro temperado
Aqui está um face-off direto sobre as principais diferenças entre o vidro quimicamente e temperado Escolher o melhor vidro para o seu painel envolve compensações na espessura do painel, requisitos de impacto, tolerância óptica e requisitos de pós-processamento Ambos os tipos de vidro são apropriados para aplicações industriais, mas sem consideração de suas compensações.
| Propriedade | Fortalecimento Químico | Temperamento Térmico |
|---|---|---|
| Método | Troca iônica em banho de sal KNO3 fundido | Aquecimento a ~620 °C + resfriamento rápido do ar |
| Espessura Aplicável | 0.16 mm | ≥3mm (mínimo prático) |
| Força vs Recozido | 6× vezes mais forte | 4× vezes mais forte |
| Compressão de Superfície (CS) | Até 690 MPa (cal sodada); >1.000 MPa (aluminossilicato) | 800 MPa típico |
| Padrão de quebra | Fragmentos grandes (não classificados como vidro de segurança) | Quebra em pequenos pedaços granulares (vidro de segurança de acordo com EN 12150) |
| Distorção Óptica | Negligenciável sem arco, urdidura, marcas de têmpera | Padrões de onda e extinção de rolos mensuráveis possíveis |
| Pós-processamento | Pode ser cortado, perfurado, borda-polido após o reforço | Deve ser fabricado na forma final antes do revenido |
| Custo por peça | Maior (tempo de ciclo mais longo, consumíveis de banho de sal) | Inferior (ciclo rápido, alto rendimento) |
| Melhor Para | Vidro de cobertura fina (<3 mm), painéis de toque PCAP, alta especificação óptica | Painéis mais grossos (≥3 mm), invólucros com classificação de segurança, projetos econômicos |
Dica: Use vidro quimicamente reforçado em painéis HMI finos que precisam de distorção zero e flexibilidade pós-processo Use vidros termicamente temperados em aplicações espessas e sensíveis ao custo, onde a certificação de vidro de segurança é importante.
Como funciona o fortalecimento químico na troca de íons em um banho de sal
O fortalecimento químico (também referido como têmpera química, ou fortalecimento de troca iônica) é obtido pela submersão do vidro em um banho fundido de nitrato de potássio (KNO) a uma temperatura de 380-450 C por uma duração de 4-16 horas Durante este período, íons de sódio de raio inferior menores (Na, raio ~0,95 ) no leito de vidro para fora e são substituídos por íons de potássio de raio superior maiores (K, raio ~1,33 ) que se acumulam ao lado deles Ocupando os espaços deixados pelos íons de sódio, os íons de potássio criam uma camada superficial de compressão na superfície do vidro. (Os efeitos cromáticos de uma composição de aluminossilicato de potássio são responsáveis pela substancial tonalidade verde comumente vista no vidro transparente de cal sodada).
A compressão superficial de até 690 MPa pode ser alcançada em vidros de silicato de cal sodada e superfícies de até 1.000 MPa são possíveis em composições de aluminossilicato, de acordo com o Sociedade Americana de Cerâmica (ACerS). A profundidade da camada da zona de compressão é tipicamente 15-50 m, dependendo do tempo de imersão, temperatura e composição.
Especificação de produção de vidro SW
CS >450 MPa | DOL >8 µm
Verificado em cada lote com medidor de tensão superficial
Nossa linha de vidro reforçado quimicamente usa banho KNO em temperaturas controladas com precisão para produzir graus CS superiores a 450 MPa e uma profundidade de camada superior a 8 m medições de camada que são monitoradas em cada execução de produção com um medidor de tensão superficial O controle preciso desses parâmetros garante um desempenho confiável como um vidro de cobertura.
Conheça nossas capacidades em fabricação de vidro de tela de toque industrial.
Como funciona o temperamento térmico (Thermal Tempering Works) e resfriamento rápido
O revenido térmico (também chamado de revenido físico) aquece um pedaço de vidro recozido até atingir aproximadamente 620 C, acima da temperatura de transição vítrea (~564 C), antes de resfriá-lo rapidamente usando uma explosão de ar de alta pressão A taxa de resfriamento rápido faz com que as superfícies externas do vidro travem em um estado compressivo, enquanto o interior esfria de forma relativamente lenta, facilitando um estado de tensão de tração A interação entre a compressão da superfície e a tensão interior confere maior resistência ao vidro totalmente temperado.
Após a têmpera, o vidro é 4-5 vezes mais forte do que o vidro recozido convencional da mesma espessura Na fratura, o vidro temperado é quebrado em pedaços pequenos, (aproximadamente) cúbicos, em vez de cacos grandes e afiados O vidro com este tipo de padrão de fragmentação é conhecido como vidro de segurança na EN 12150 e ASTM C1048 Pequenas peças como essas são geralmente seguras para usos de contato humano.
O processo de aquecimento e resfriamento gera alguma distorção óptica mensurável As marcas de onda do rolo dos rolos do forno e o padrão de têmpera da circulação irregular do ar podem ser inaceitáveis para usos de exibição de ponta, onde o conteúdo do display é visto através do vidro de cobertura a uma distância próxima.
Nota: É necessária uma espessura mínima de vidro de cerca de 3 mm para o revenido térmico O vidro fino (abaixo de cerca de 3 mm) não pode formar o gradiente de temperatura necessário durante o resfriamento para efetuar um fortalecimento significativo Por esta razão, o fortalecimento químico é a única opção para painéis de vidro finos abaixo de 3 mm.
Nosso vidro plano totalmente temperado para uso industrial e arquitetônico é certificado pela EN 12150, usando nossa linha de têmpera térmica de alta qualidade.
Força, resistência ao impacto e padrão de quebra
As características de resistência e fratura são o que os engenheiros normalmente comparam ao selecionar vidro quimicamente endurecido e vidro temperado para usos industriais de interface homem-máquina Esses números são baseados no processamento real da linha de produção do nosso vidro, não apenas em valores teóricos máximos.
| Propriedade | Quimicamente Fortalecido | Temperado |
|---|---|---|
| Força vs Recozido | 6× | 4× |
| Superfície CS | 4501.000+ MPa | 80 MPa |
| Resistência ao Impacto (por mm de espessura) | Superior | Inferior |
| Padrão de quebra | Grandes fragmentos de vidro podem permanecer juntos | Pequenos cubos granulares de vidro de segurança |
| Certificação de vidro de segurança | Não (não atende à fragmentação EN 12150) | Sim (EN 12150, ASTM C1048) |
Atenção: as classificações de proteção contra impactos (como IK10 por IEC 62262) são testes de um gabinete completo, não apenas um pedaço de vidro Um painel de vidro quimicamente endurecido pode ser capaz de suportar impactos de pontos mais altos do que um painel temperado da mesma espessura O teste de proteção contra impactos total, no entanto, depende de todo o conjunto: vidro, junta, moldura e montagem Por favor, leia nosso artigo em como as classificações IK se aplicam aos conjuntos de vidro de cobertura HMI.
Nota: o vidro quimicamente endurecido oferece uma maior resistência por milímetro de espessura, mas não ganha aprovação de vidro de segurança em virtude da baixa distorção óptica de seu padrão de quebra controlada (como o vidro temperado faz) Para menos de 3 mm de espessura industrial HMI cobre, quimicamente fortalecimento é a única opção viável.
Qualidade Óptica e Distorção
Sua distorção óptica é praticamente zero em vidro quimicamente reforçado Porque a troca iônica ocorre a uma temperatura abaixo do ponto de amolecimento do vidro, seu painel é dimensionalmente estável Não tem arco, sem urdidura, sem evidência de um padrão de têmpera Isso é extremamente significativo para um vidro de cobertura que é visto diretamente através, como em um display.
O vidro temperado é processado termicamente perto do ponto de amolecimento do vidro, por design Qualquer ciclo rápido de aquecimento e resfriamento pode induzir ondulação de onda de rolo e ondulação de marca de têmpera visível através de iluminação polarizada Para aplicações de exibição, essa distorção óptica compromete a legibilidade, que os operadores podem ter que visualizar por horas de cada vez.
Todos os nossos lotes de vidro de cobertura quimicamente reforçados são testados para distorção de frente de onda transmitida, para garantir que esteja abaixo do nível crítico em que os operadores humanos acham que isso distrai durante a leitura do conteúdo da exibição A medição de frente de onda é uma etapa de controle de qualidade de rotina aplicada a todos os pedidos de painéis de cobertura HMI.
Espessura, peso e flexibilidade de design
A espessura do vidro é um dos critérios mais importantes para a seleção do material de vidro de cobertura HMI Veja abaixo por que o processo de fortalecimento químico domina o segmento de vidro fino.
Por que o fortalecimento químico domina o vidro fino abaixo
| Fator | Fortalecimento Químico | Temperamento Térmico |
|---|---|---|
| Espessura Mínima | 0,1mm | ~3mm |
| Espessura Máxima | ~6mm | Sem limite superior prático |
| Faixa típica de IHM | 0,5552,1 mm | 3mm |
| Corte Pós-Processo | Sim, pode ser cortado após o fortalecimento | Não há como cortar primeiro o tamanho |
| Perfuração Pós-Processo | Sim | Não, destruidor |
| Peso (relativo) | Isqueiro (vidro mais fino possível) | Mais pesado (é necessário vidro mais espesso) |
Quimicamente domina onde o vidro temperado da tampa deve ser fino Painéis de toque HMI.AP do equipamento, exposições vestíveis médicas e módulos planos da tampa Um 0.7 mm ou 11 mm lente de cobertura reforçada quimicamente seria demasiado difícil para a têmpera térmica fabricar com sucesso.
O vidro para ambos os processos começa com vidro float, porém composições de aluminossilicato (por exemplo, aquelas de Corning ou Schott) finalmente produzem valores mais altos de CS após o processo de troca iônica A quantidade de compressão superficial possível por cada composição depende de seu conteúdo e estrutura alcalina individual.
Para quaisquer aplicações de produtos HMI que exijam uma espessura inferior a 3 mm, o reforço químico não é apenas preferível, é o único processo de reforço disponível.
Qual Você Deve Escolher Para O Seu Vidro Da Capa IHM?
Sua aplicação determinará a decisão, que se resume à espessura, considerações mecânicas ópticas e requisitos de certificação Use este diagrama de decisão simples para orientação.
Use o Fortalecimento Químico quando:
O vidro da sua capa é mais fino que 3 mm
Você precisa de zero distorção óptica para legibilidade do display
- É necessário corte ou perfuração pós-processo
Seu sensor de toque PCAP deve ter superfícies de ligação planas e sem estresse
Questões de redução de peso (mais fino = mais leve)
Use têmpera térmica quando:
Seu vidro é 3 mm ou mais grosso
É necessária certificação de vidro de segurança (EN 12150)
Seus custos unitários devem ser mantidos baixos para produção de alto volume
A tolerância de distorção óptica pode ser mais relaxada (vidro de gabinete, não face de exibição)
Em muitas soluções industriais de IHM, ambos os processos são usados em conjunto com o vidro de cobertura mais reforçado com HI, cobrindo a tela de exibição, com vidro temperado robusto (às vezes chamado de vidro temperado) para painéis de invólucro externos protetores.
Explore todo o nosso capacidades de vidro de cobertura para painéis HMI para encontrar o processo que funciona melhor para o seu projeto.
Sobre Esta Comparação
SW Glass tem tanto uma linha de processo KNO Ion Exchange (CS>450 MPa) e um forno de processamento de vidro temperado com qualidade EN 12150 certificado disponível em nossa fábrica Dongguan Taiwan Nossa equipe de engenheiros tem experiência com ambos os processos em uma base diária, então seu conhecimento prático nos ajuda a dar-lhe o melhor conselho Estas recomendações acima são baseadas no processamento de mais de um milhão de painéis de vidro de cobertura para clientes em projetos OEM em aplicações de display LCD automotivo, médico e industrial nos últimos 10 + anos.
Perguntas frequentes
Referências e fontes
- American Ceramic Society (ACerS) (ACerS) “Introdução aos vidros reforçados com chem (ACerS)) (ACerS) (Introdução aos vidros reforçados com chem (ACerS)) (ACerS) (Introdução aos vidros reforçados com chem (ACerS) (ACerS) (ACerS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (IS) (SUBSTREN) (IS) (IS) (IS) (S) (S) ceramics.org
- Corning “O Segredo do Vidro Tough: Troca de Íons. corning. com
- Wikipédia “Apoio Químico do Vidro (Wikipedia) en.wikipedia.org
- Wikipedia “ (vidro temperado (referência ASTM C1048) 12150, referência ASTM C1048) en.wikipedia.org
- Especificação padrão ASTM “C104 para vidro plano reforçado termicamente e totalmente temperado astm.org
- IEC 200 Graus de Proteção por Gabinetes para Equipamentos Elétricos Contra Impactos Mecânicos Externos (Código IK) 2002 Graus de Proteção por Gabinetes para Equipamentos Elétricos Contra Impactos Mecânicos Externos (Código IK) webstore.iec.ch
