التحكم في درجة الحرارة أثناء عملية التلدين
إذا سبق لك أن تعرضت لحالة انكسار قطعة من الزجاج المستخدم في المختبرات دون سبب واضح، فأنت تعرف مدى إزعاج ذلك. عادةً، يكون السبب هو الضغوط الداخلية التي لم يتم التخلص منها. إذا اختلفت درجة حرارة عنصر التسخين بمقدار درجتين فقط، فإن ذلك قد يؤدي إلى حدوث تشققات في الزجاج عندما يبرد.
لهذا السبب نستخدم مصابيح الأشعة تحت الحمراء المصنوعة من الكوارتز. نسعى إلى الحفاظ على درجة حرارة دقيقة تبلغ 0.1 درجة مئوية. الأمر لا يتعلق بزيادة درجة الحرارة، بل بالحفاظ عليها ثابتة.
التعامل مع الضغوط الداخلية
لدى الزجاج نقطة مثالية للتلدين، حيث تكون اللزوجة مناسبة لتخفيف الضغوط الداخلية.
المشكلة هي أنه إذا تجاوزت درجة الحرارة هذه النقطة، فقد يتشوه الزجاج. أما إذا كانت درجة الحرارة أقل من اللازم، فإن الضغوط الداخلية ستظل موجودة. وبما أن هذه المصابيح تستخدم الحرارة الإشعاعية بدلاً من الحرارة الناتجة عن التبادل الحراري، فإنها تستجيب بسرعة. يمكننا تعديل قوة الإضاءة في الوقت المناسب للحفاظ على درجة الحرارة ضمن النطاق المطلوب، أي 0.1 درجة مئوية.
المعدات والتوازنات اللازمة
نصنع هذه المصابيح باستخدام غلافات من الكوارتز عالي النقاء، حتى يكون نقل الأشعة تحت الحمراء أمثل ما يمكن. وعند استخدام جهاز التحكم PID ومكونات عالية التردد، يمكننا الحصول على درجة تحكم دقيقة جداً.
لكن يجب الانتباه إلى كثافة الطاقة المستخدمة. بالطبع، المصباح ذو القدرة العالية يساعد في رفع درجة الحرارة بسرعة، لكن إذا كان المصباح قريباً جداً من الزجاج، فقد يؤدي ذلك إلى ظهور نقاط ساخنة. وهذا بدوره يخلق نفس الضغوط الداخلية التي كنا نحاول التخلص منها. إنها مسألة توازن بين قوة الإضاءة والمسافة بين المصباح والزجاج، لضمان توزيع الحرارة بشكل متساوٍ.
التركيب العملي
تم تصميم هذه المصابيح بحيث يمكن تركيبها بسهولة في أفران العمل الحالية. لقد أضفنا أغطية معززة على الأطراف لمنع تسرب الغازات ولزيادة عمر الفيلامنتات.
لكن هناك تحذير مهم: الكوارتز لا يتحمل زيوت الجلد. إذا لمس أحد أفراد الفريق الزجاج أثناء تركيب المصابيح، فمن المحتمل جداً أن يتلف المصباح في المكان الذي تم فيه اللمس. يجب أن يرتدي الأفراد قفازات، أو يتم مسح الأنابيب بمحلول IPA قبل تشغيل المصباح.