Как правильно отжигать стекло с помощью инфракрасного излучения
Бывало ли у вас, что пробирка или другая стеклянная посуда в лаборатории вдруг разрушается на куски? Возможно, причиной была небольшая царапина или резкое изменение температуры. Это происходит из-за внутренних напряжений в стекле. Если охлаждать стекло слишком быстро или неравномерно, то в материале сохраняются напряжения. Это как бомба со зажженным таймером.
Чтобы этого не происходило, мы используем инфракрасное нагревание, при котором температура сохраняется на уровне 0,1°C.
Почему так важна точность до 0,1°C?
У стекла есть определенная температура, при которой напряжения исчезают, но стекло еще не начинает плавиться или деформироваться. Для боросиликатного стекла это значение очень мало. Если температура меняется на 2–5 градусов, возникают проблемы: либо стекло начинает деформироваться, либо напряжения остаются внутри стекла.
Чтобы избежать этого, мы используем инфракрасные нагреватели с высокой плотностью и контроллеры PID. Это предотвращает так называемый «термический шок», когда поверхность стекла нагревается гораздо раньше, чем его внутренняя часть.
Управление теплом
Преимущество инфракрасного нагревания заключается в том, что тепло достигает стекла напрямую. Не тратится время на нагрев всего объема воздуха в печи, поэтому задержки минимальны.
Но есть один недостаток — образование «горячих точек». Чтобы этого избежать, мы используем нагреватели с специальным покрытием, которое обеспечивает равномерное распределение тепла по всей поверхности контейнера. Никаких неравномерных зон нагрева.
Еще один совет: необходимо использовать термопары с высокой скоростью реакции. Если датчик работает медленно, то нет значения, насколько точен нагреватель. Контроллер будет реагировать на события, произошедшие несколько секунд назад, а не на то, что происходит сейчас.
Компромиссы
Если вы хотите добиться такой точности, вам необходим стабильный источник питания. Пиковые значения напряжения могут привести к скачкам температуры. Вы можете этого не заметить, но стекло все равно будет испытывать колебания температуры. Чтобы этого избежать, нужен стабилизированный источник питания.
Конечно, это делает корпус устройства немного больше. Но это единственный способ гарантировать, что стеклянная посуда не разобьется при первой же процедуре стерилизации.