Vidro de cal sodada: propriedades, composição e usos industriais

O que é vidro de cal sodada? composição, propriedades e onde é usado

O vidro de cal sodada representa cerca de 901TP3 T de todo o vidro produzido (a) tudo desde a janela ao seu lado até o frasco da sua cozinha até o painel de exibição de um terminal de controle industrial Sua composição, propriedades e limitações são o que você precisa saber se é um engenheiro projetando um produto, um comprador comprando um componente ou um tomador de decisão de compra em uma instalação de produção Este manual fornece toda a história, desde a composição química e propriedades físicas, passando pelo processo float, até dados brutos e uma comparação completa com o borosilicato até uma lista dos principais benefícios do vidro de cal sodada na eletrônica industrial.

O que é vidro de cal sodada?

O tipo mais prevalente de vidro produzido e usado comercialmente é o vidro de cal sodada, onde é principalmente sílica (silica), óxido de sódio e óxido de cálcio É um material transparente e barato O material é produzido fundindo esses três óxidos a uma temperatura de cerca de 1500 C, e depois moldando o material fundido em folhas planas, recipientes ou outras formas por várias técnicas de processamento.

Como o nome suggets, seus constituintes podem ser resumidos como go soda de refrigerante (NaCO, também chamado de carbonato de sódio) cal de cal (CaCO, também chamado de calcário) e sílica (SiO) atrás dele Quando fundidos na presença um do outro, sódio e cálcio tornam-se incorporados quimicamente na rede de vidro de sílica, agindo como fluxo para torná-lo manejável em temperaturas mais baixas, e estabilizador para evitar que o vidro formado se dissolva em água.

O mercado mundial de vidro de cal sodada é da ordem de 60 bilhões de dólares, representando os três quartos de todo o vidro produzido globalmente em volume (embora claramente não em dólares) É essa grande escala que permite o uso das grandes linhas de vidro float totalmente contínuas que produzem vidro plano de cal sodada em uma base de anos com economia unitária que nenhum vidro especial pode combinar Para tudo o que é transparente, tem uma superfície que tem que ser lisa e livre de defeitos, e não está sujeita a choque térmico severo, o vidro de cal sodada é o bloco de construção.

Composição Química e Propriedades Físicas

A primeira e mais conhecida é tomar composições conhecidas e equivalentes de composições conhecidas; como Vidro Sodacalime esta não é uma composição fixa que difere de fabricante para fabricante e aplicação para aplicação, para escolher uma composição típica é melhor usar uma composição industrial média como base para cálculos de engenharia Os dados abaixo são uma composição típica de vidro silicato de cal sodada comercial usada para fabricação de vidro float.

Óxido	Peso %	Papel na Glass Network
SiO2 (dióxido de silício)	72.60%	Rede antiga espinha dorsal da estrutura de vidro
Na2 O (óxido de sódio)	13.90%	Fluxo (flux) baixo ponto de fusão de 1,700° C a ~1,00° C
CaO (óxido de cálcio)	8.40%	O estabilizador evita a solubilidade em água e melhora a durabilidade química
MgO (óxido de magnésio)	3.90%	O estabilizador secundário reduz a tendência de desvitrificação
Al2O3 (óxido de alumínio)	1.10%	Melhora a resistência mecânica e a resistência química
K2O (óxido de potássio)	0.60%	Modifica a viscosidade e as propriedades da superfície

O uso de propriedades mecânicas e térmicas conhecidas registradas pelo Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA (DTIC ARL-TR-8187, 2017), complementadas por outras fontes de informação proprietárias, fornece a seguinte propriedade definida como padrão.

Propriedade	Valor	Fonte
Densidade	2,49g/cm³	DTIC ARL-TR-8187
Módulo Jovem	73GPa	DTIC ARL-TR-8187
Proporção de Poisson	0.20	DTIC ARL-TR-8187
Tenacidade à fratura (K1c)	0,75 MPa·m^(1/2)	DTIC ARL-TR-8187
Condutividade Térmica	0,937 W/(m·K)	Comércio Continental
CTE (200 300 °C)	8,3×10-6/°C	Comércio Continental
Ponto Recozimento	548°C	Comércio Continental
Ponto Suavizante	715°C	Comércio Continental

Quente pode ser o vidro de cal sodada?

A faixa de temperatura na qual o vidro de cal sodada pode ser processado depende crucialmente de qual ponto de transição de temperatura temos recurso A diminuição da capacidade térmica a 548 C é onde a tensão interna residual pode ser progressivamente aliviada em questão de minutos 1500 C é onde o vidro amolece e flui sob seu próprio peso Para uma modelagem ou formação mais energética, um condutor seria confortavelmente trabalhável a cerca de 1.000 C, com os parâmetros acima formando limites de processamento superiores e inferiores Curiosamente, essas temperaturas de processamento ainda têm pouca relação com os limites de temperatura superiores das aplicações de serviço final.

Em serviço, o vidro de cal sodada padrão (não confundir com a série Q da TuffX) tem um limite superior de temperatura de cerca de 110 C quando não endurecido (recozido) e mais próximo de 150 C com sua superfície lisa espelhada termicamente endurecida (de acordo com as especificações técnicas da Continental Trade).A razão para a lacuna de 458 C entre a temperatura de recozimento e o limite superior de serviço não é devido a tensões térmicas, mas sim aplicações cíclicas acumuladas de tensão induzida por calor, com um coeficiente típico de expansão sendo 8,3* 10/C multiplicado pelo diferencial de temperatura das aplicações.

Em níveis básicos de corrosão química, o vidro de cal sodada pode ser pensado como conversacionalmente muito inerte a todos, exceto os produtos químicos industriais inorgânicos mais básicos em condições normais de operação, resistindo à interação ácida, alcalina, solvente, óleo e agente de limpeza em geral, exceto para produtos químicos contendo flúor (ou seja, HF) Suas limitações no campo de produtos químicos industriais e domésticos são as seguintes: alcalinos quimicamente ativos (ou seja, NaOH) em ambientes aquosos fortemente básicos ao longo do tempo, quaisquer substâncias transportadoras de flúor, incluindo HF, e fortemente reduzindo metais em alta temperatura Para o isolamento de caixa de luva mais efetivamente, indústria geral, armazenamento de amostras de laboratório e aplicações de consumo, a durabilidade química quaisquer requisitos que parecem ser cobertos.

Como o vidro de cal sodada é fabricado

O processo contínuo de vidro float tem sido fundamentalmente o mesmo desde que foi inventado na década de 1950 O que melhorou e estratificou é a consistência do controle de temperatura, a alta pureza dos constituintes brutos originais e o crescimento do número de fornecedores especializados europeus e americanos de flutuadores a ponto de poder comprar com confiança um poço de vidro recozido continuamente flutuante durante a maior parte de duas décadas sem ter que começar na segunda corrida.

As matérias-primas básicas utilizadas para produzir vidro de cal sodada simples são areia de sílica (fonte de SiO, geralmente pureza 991TP3 T+), carbonato de sódio ou carbonato de sódio (fonte de Na CO, o fluxo) e calcário ou carbonato de cálcio (fonte de CaCO, o estabilizador).O teor de magnésio O para o fluxo é pelo uso de Dolomita (uma mistura de carbonato de cálcio e magnésio).Quantidades menores de areia de alumina ou feldspato fornecem o AlO e agentes de colagem, sulfato de sódio ou compostos de arsênico (em formulações antigas) são usados para auxiliar na remoção de bolhas do fundido.

Mistura em lote e fusão - o lote de matéria-prima é pesado e misturado em composição específica e carregado em um forno tanque; a temperatura é de cerca de 1.500ºC. A esta temperatura os elementos do lote combinam-se e decompõem-se com a formação de óxidos de carbono a partir dos carbonatos e fundem-se num líquido da composição desejada. O fundido é refinado (bolhas de gás removidas) e condicionado à viscosidade de trabalho para a operação de formação.

Durante a fabricação do vidro Float, o fundido condicionado é dispensado em um banho de estanho fundido mantido em torno de 1100 C. Como o vidro fundido tem uma gravidade específica menor que o estanho líquido, o vidro flutua no topo da camada e, espalhando-se sob seu próprio peso, tensão superficial e gravidade, forma uma folha completamente plana A ausência de quaisquer irregularidades superficiais na superfície plana do metal fundido significa que não há necessidade de moagem e polimento e a face inferior do vidro float assume a planicidade exata do banho de estanho.

A face superior é então fina moída pela atmosfera de queima para produzir um acabamento polido pelo fogo na superfície do vidro A folha é então puxada para fora da extremidade do flutuador por rolos horizontais a uma velocidade exata para produzir a espessura alvo desejada, na faixa de 2 mm a 19 mm inclusive, para vidro plano padrão Observe que “float glass” é um termo relacionado ao processo de produção e não à composição do vidro, e é predominantemente cal sodada, mas borosilicato ou outras composições também podem ser depositadas usando o método float

O recozimento ocorre em um forno longo e de túnel chamado lehr (pronuncia-se lear), que faz com que a fita de vidro seja recozida por resfriamento lento de uma temperatura em torno de 600 °C para um pouco abaixo da temperatura ambiente em um perfil de temperatura programável Se o vidro fosse resfriado rapidamente, então intensidades de tensões internas se acumulariam Isso logo faria com que o vidro se quebrasse espontaneamente.

O lehr de recozimento é configurado para que as tensões internas relaxem no ponto de recozimento 548 °C, muito antes de o vidro atingir o ponto de transição vítrea onde o vidro é rígido A etapa final do tratamento térmico é a louça recozida deixando o lehr à temperatura ambiente Isso está sujeito a uma inspeção óptica leve antes de ser cortado nos tamanhos padrão da folha.

Para vidros de recipientes, frascos e frascos ocos, a rota de fabricação diverge seguindo o fundido. Em vez de formação de flutuação, o vidro de cal sodada fundido é enviado para máquinas de seção individual (IS) onde os recipientes são formados por sopro ou moldagem por pressão e sopro a cerca de 700ºC e depois movido para um lehr para recozimento.

Tratamentos de pós-formação, incluindo tenacidade térmica (aquecida a ~700°C por um período seguido de rápida têmpera ao ar) ou fortalecimento químico (por mergulhos em um banho de sal de nitrato de potássio a cerca de 420°C), são então realizados em componentes de vidro acabados como distintos processos a jusante, conforme descrito na seção de reforço abaixo.

Vidro de cal sodada vs vidro borossilicato

A escolha entre cal sodada e borosilicato é a escolha de vidro mais comercialmente significativa que a maioria dos engenheiros e gerentes de aquisição jamais enfrentará Ambos são transparentes, estáveis quimicamente e comercialmente disponíveis em muitos formatos e espessuras A decisão é impulsionada por seis parâmetros quantificáveis - e a recomendação prática dos dados resultantes, muitas vezes o contra-intuitivo.

Qual é a diferença entre cal sodada e vidro borossilicato?

A característica particular na composição de vidro de borosilicato é a inclusão de trióxido de boro (BO, tipicamente 12-151TP3 T) em vez da maioria do sódio e cálcio comumente proveniente de vidro de cal sodada O boro entra na rede de vidro como um formador de rede assim como o silício faz, resultando em uma estrutura de rede densa e altamente reticulada O efeito é uma redução dramática no coeficiente de expansão térmica (8-9 10/a 3,3 10/para o borosilicato) e uma grande queda na resistência química a líquidos aquosos Significativamente, estas são as distinções que contam a história sobre quando e por que o vidro de borosilicato vale o capital e os prêmios de desempenho.

Propriedade	Vidro de cal refrigerante	Vidro Borosilicato
CTE	8 × 10/°C	3,3×10-6/°C
Resistência ao Choque Térmico (ΔT)	~50 °C (recozido) /~118 °C (temperado)	~170°C
Temp do serviço máximo	110150°C	~500°C
Densidade	2,50g/cm³	2,23g/cm³
Custo (relativo)	1× (linha de base)	3×
Reciclabilidade	Amplamente reciclado (celete padrão)	Contaminante no fluxo de reciclagem de cal sodada

Um grande gerente de aquisição de fábrica de embalagens de alimentos encomendar fornecedores de frascos de vidro Depois de observar os preços de borosilicato, três vezes os custos de cal sodada, um reexame dos parâmetros do processo e temperaturas operacionais reais; uma busca para os possíveis tratamentos térmicos significativos na pasteurização revelou uma temperatura máxima de operação de 85 C, na curva de tratamento mais baixa e perfeitamente aceitável para satisfazer o tratamento térmico do processo sem exigir o uso de um borosilicato significativamente mais caro Ao encomendar em grandes quantidades, economia de um dólar ou mais por peça de recompensa em um produto novo, igualmente resiliente.

“O erro mais comum que vemos na seleção de vidro industrial é a superespecificação do borosilicato porque as aplicações raramente exigem que excedam 80C.10 de 10 proteção e oito em cada dez trabalhos de vidro de cobertura, cal sodada quimicamente reforçada fornece desempenho de impacto comparável a um custo muito menor.”

Para todos os lab-vidros, equipamentos de processo farmacêutico/sistema, e todas as aplicações que exigem contato direto com a chama aberta ou derramando em líquidos de diferenças transitórias de temperatura, o borosilicato 170 C é a escolha de vidro de referência Para todos, vidros arquitetônicos, embalagens de alimentos e aplicações de equipamentos de consumo onde a faixa de temperatura operacional do serviço raramente excede 80 C.10 de 10robust,1110proteção com ciclo térmico gradual e uniforme dominará os requisitos, cal sodada quimicamente ou termicamente reforçada (ou para desempenho extremo, os dois quando apropriado) é a melhor escolha.3 a 5 de 10 prémios para borosilicato, sem suporte de funções técnicas não pode ganhar a decisão.

Aplicações de Vidro de Cal Sodada De Embalagem Para Eletrônicos

Vidro de cal sodada usado em dois segmentos gerais de mercado: commodity, produto de consumo doméstico (ou seja, garrafas de vidro, potes) e segmentos industriais de precisão (telas telefônicas reforçadas quimicamente/termicamente e aparelhos científicos aeroespaciais e científicos de precisão). processos de fabricação e acabamentos superficiais entre os dois segmentos de mercado auxiliam na escolha correta das especificações.

Nos mercados consumidores, o vidro de cal compreende as garrafas, frascos, vidraças e vidros modelo usados para fabricar os 20 bilhões de itens de drinkware do mundo e 15 bilhões de lâmpadas incandescentes a cada ano Essas aplicações de commodities são exigidas de vidro de cal sodada para baixo custo, alta qualidade óptica e compatibilidade com processos automatizados de formação de vidro de alta velocidade O segmento de vidro de recipiente (outra aplicação de commodity de bebidas, alimentos e garrafas e frascos farmacêuticos e farmacêuticos faz subir a maior participação de volume de vidro de cal sodada consumido anualmente Vidro plano automotivo para substituição, após mercado, e janela de carro instalada foi o segundo maior segmento de volume de utensílios de bebida e utensílios de serviço de alimentos é um terço distante, considerando apenas o volume; no entanto, a variedade de processos de têmpera usados por esses mercados torna este segmento altamente exigente em termos técnicos de processo Para cada aplicação, a estabilidade química da cal sodada (UE e compli para grau de alimentos), era vantajoso, tolerância e tolerância à reciclagem óptica como infinita e prova apenas infinita propriedade de reciclagem óptica como infinita.

Para que é usado o vidro de cal sodada em eletrônicos?

Na eletrônica industrial, o vidro de cal sodada serve como substrato de precisão e material de cobertura em muitas categorias de produtos Em comparação com o vidro de consumo, a cal sodada industrial é especificada para um controle dimensional mais rígido, processada com revestimentos multifuncionais e acabamento de borda, e reforçada termicamente em alguns casos antes da montagem As aplicações a seguir descrevem os segmentos dominantes de demanda de eletrônica industrial para vidro de cobertura de cal sodada processado com precisão em 2024-2025:

Vidro de cobertura de tela sensível ao toque para IHM e dispositivos médicos (POS), vidro de cal sodada reforçado quimicamente ou revestido quimicamente na faixa de 1,1 mm a 3,2 mm definido como uma especificação padrão para interfaces industriais homem-máquina, vendido com um prêmio para o combinação de perfil de tensão superficial de alto valor, processamento de recursos e revestimento óptico exige que este seja o segmento de aplicação mais atraente para cal sodada processada para mercados consumidores.

Vidro de exposição automotivo para o instrumento do infotainment e do instrumento 1 Thin vidro de cal sodada na escala de 0.7 mm a 1.1 mm, reforçado quimicamente e ligado opticamente, é um vidro comprovado e da tampa em exposições automotivas das telas infotainment do nível da entrada aos grupos digitais do instrumento A especificação automotivo-categoria inclui o ciclismo da temperatura de 40 C a +85 C (faixa de funcionamento da eletrônica), não a resistência térmica do choque 1 escala que o cal sodado manipula sem dificuldade.

Painéis de estação de carregamento EV Em vez de vidro CF automotivo, vidro de cal sodada temperado com classificação externa na faixa de 4 mm a 6 mm mais adequado para painéis de exibição em infraestrutura voltada para o público Resistência ao impacto (IK08 ou IK10) e a proteção máxima contra danos por impacto quando instalado (grau de têmpera, duração da têmpera, íon direto de têmpera), torna a cal sodada o vidro preferido nesta aplicação emergente.

Lente de iluminação e painéis difusores para luminárias LED (91-921TP3 T versus 891TP3 T para transparente padrão) vidro de cal sodada de baixo ferro faz lentes ideais e difusores ópticos para luminárias LED - em ambientes arquitetônicos e industriais.

Tampas de interruptores domésticos inteligentes, tampas de exibição de display de vários termostato etc. Vidro de cal sodada ultrafino mono e multicamadas na faixa de 0,5 mm a 1,1 mm com revestimento AF, estão fornecendo a qualidade óptica e resistência a arranhões de vidros especiais em pontos de preço de cal sodada para interruptores premium, termostatos e instalações domésticas inteligentes

Um OEM de automação industrial precisa de 5.000 painéis de vidro de cobertura HMI personalizados por ano para interfaces de máquinas CNC Os painéis exigem revestimento AG (anti-reflexo), retificação de borda a 0,1 mm e classificação de impacto IK07 Dentro do espaço de uma competição, o processo de seleção ideal revela uma composição de vidro para as três especificações na produção de alto volume na presença de vidro de cal sodada quimicamente reforçado a 1,1 mm Esta seleção invalida uma dependência não espiratória em substratos de vidro de aluminossilicato espesso para aplicações de grau industrial Na prática, todas as três especificações são impulsionadas pela seleção de processamento (tensão compressiva de superfície, qualidade de acabamento de borda, adesão de revestimento) não pela seleção de matéria-prima na maioria dos casos.

Para parâmetros técnicos detalhados sobre vidro de cal sodada processado para aplicações industriais, consulte os recursos da SW GLASS sobre especificações técnicas de vidro de cal sodada, vidro de cobertura de tela de toque personalizado, soluções industriais de vidro de exposição HMI, e vidro da tampa da exposição automotiva.

O vidro de cal refrigerante pode ser temperado e reforçado?

Sim & s chemically fortalecido, a seleção entre os dois processos de cal pode ser temperado termicamente, e quimicamente reforçada, a seleção entre os dois processos de vidro são uma função, tolerâncias dimensionais, e requisitos de uso final Ambos os métodos trabalham com base em colocar o vidro em compressão de superfície profunda que deve ser superada antes de qualquer rachadura pode propagar & n o processo de transformar o vidro brittle em um material estrutural de alto desempenho.

O revenido térmico aquece o vidro a apenas cerca de 700 C (perto do ponto de amolecimento, onde as tensões internas no vidro podem ser relaxadas), e o spray resfria o vidro com jatos de ar de alta velocidade À medida que a superfície esfria e congela em um estado de compressão, a camada interior então esfria e se contrai, puxando a camada superficial com mais força para a compressão, seu módulo de ruptura aumenta de ~ 41 MPa na folha de vidro de cal sodada de linha de base recebida, para 165 MPa no equivalente termicamente revenido A folha temperada espessa resultante tem um modo de quebra seguro (os fragmentos são relativamente rombos, reduzindo o risco de laceração (uma propriedade governada pela ASTM C1048 e EN 12150. A espessura prática mínima do soda para revenido térmico é de aproximadamente 3 mm, abaixo da qual o gradiente térmico não é suficiente para transmitir um estado de compressão.

O fortalecimento químico via troca iônica é um processo muito diferente O vidro é colocado em um grande caldeirão de sal fundido (KNO) a cerca de 420 C por 4-8 horas O cátion potássio (K), que é coligido na rede, colocou o cátion sódio (Na) na rede de vidro. Como esses íons maiores ocupam mais espaço na rede, a camada superficial é colocada sob valores de compressão muito altos A combinação de alta compressão superficial (CS) combinada com baixa profundidade de camada (DOL) dá a melhor resistência ao impacto de arranhões e contatos da superfície dos métodos de fortalecimento O fortalecimento químico pode fortalecer o vidro para tão fino quanto 0,5 mm, sem distorção, por isso é ideal para vidros de cobertura fina em dispositivos de alto impacto onde até 3 mm de aluminossilicato são impraticáveis (a única opção).

Para um monitor portátil do paciente, um fabricante de um dispositivo médico exige o vidro grosso da tampa de 0,7 mm O revenido térmico físico não é uma opção, porque não pode ser conseguido abaixo de 3 mm, devido à falta de um gradiente térmico suficiente para formar a compressão de superfície, e os recozimentos de vidro na aproximação O vidro reforçado quimicamente da íon-troca fornece a tensão compressiva de superfície solicitada de 500 MPa 500 na câmera de 0,7 mm grossa permitindo a resistência da gota equivalente ao vidro recozido vastamente mais grosso ao não exceder o peso e a espessura total do projeto do dispositivo.

A solução não introduz distorção óptica da tela, valiosa para um ambiente clínico manter a legibilidade da tela.

Para capacidades de reforço SW GLASS, consulte o capacidades de processo de têmpera térmica e serviço de troca iônica de fortalecimento químico.

Vantagens e Limitações do Vidro de Cal Sodada

Todas as especificações vêm com compromissos Para conhecer as verdadeiras limitações do soda lime com falhas ampliadas, sem ignorar possíveis problemas é tão importante quanto saber para que o soda lime é bom Abaixo estão algumas comparações de propriedades, usando dados de DTIC, especificações ASTM e experiência com fabricação.

Perguntas frequentes

Nossa perspectiva sobre este guia

SW GLASS (Dongguan Saiwei Co., Ltd.) tem processado vidro de cal sodada para aplicações de vidro de cobertura de tela sensível ao toque e exibição industrial há mais de uma década, para milhares de empregos de vidro de cobertura de painéis reforçados quimicamente de 0,5 mm para wearables, folhas termicamente temperadas de propriedade de 6 mm para gabinetes EVSE Os dados neste artigo, Constantes de tração e flexão, pontos de recozimento, taxas de expansão térmica e janela composicional, são provenientes de pesquisas militares publicadas (DTIC ARL-TR-8187, 2017), padrões ASTM C169 e F2179, e NIST Standard Reference Material 622, adicionado ao local indicado pela folha de dados técnicos da Continental Trade e nossos registros de medição em produção Os estudos de caso de cenário são sintetizados a partir de uma série de cenários de aplicação típicos que vemos em trabalhos de clientes, claramente marcados como tal. Onde definitivamente os dados não estavam disponíveis para um ponto específico, elided com declarações de sime qualificando em cada um artigo de orientação livre de HTML como recomendamos cada um outro objeto de engenharia.

Referências e fontes

1. Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA “Soda-Lime-Silicate Float Glass: A Property Comparison” (ARL-TR-8187, 2017) 2017) https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/AD1041517.pdf
2. métodos de teste padrão ASTM International “C169 para análise química de cal sodada e vidro borossilicato” https://www.astm.org/c0169-16r22.html
3. Especificação padrão ASTM International “F217 para vidro recozido-L-Silicato (acompanhamento) 9 para vidro recozido (acompanhamento) https://www.astm.org/f2179-20.html
4. NIST “Referência Padrão Material 622: Soda-Lime-Sil (Sil) Glass 622: Soda-Lime-Sil (Silica Glass) https://tsapps.nist.gov/srmext/certificates/622.pdf
5. American Ceramic Society “Therress e Glass Cook Cook Shatters” That Shatters https://ceramics.org/ceramic-tech-today/hells-kitchen-thermal-stress-and-glass-cookware-that-shatters/
6. Enciclopédia Britânica, Uses Soda-Lime Glass: Manufatura, Propriedades, “ https://www.britannica.com/technology/soda-lime-glass