การรับมือกับความเครียดทางความร้อนในแก้วหลอมในห้องปฏิบัติการ
หากคุณเคยมีประสบการณ์ในการตัดหรือขึ้นรูปแก้วไบโอซิลิเกตมาก่อน คุณคงเข้าใจความรู้สึกนั้นดี คุณอาจทำแก้วให้สมบูรณ์แบบแล้ว แต่แล้ว… มันก็แตกออกมา!
นั่นคือผลมาจากความเครียดภายในแก้วนั่นเอง โดยพื้นฐานแล้วก็เหมือนกับระเบิดเวลาที่ซ่อนอยู่ภายในแก้วนั่นเอง หากคุณไม่กำจัดความเครียดนั้นออกไปด้วยกระบวนการอบแก้วที่เหมาะสม แก้วนั้นก็จะมีโอกาสแตกได้ทุกเมื่อ
เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดเหตุการณ์นี้ เราจึงใช้อุปกรณ์ทำความร้อนแบบอินฟราเรดที่มีความแม่นยำสูง แต่ความลับก็คือ มันไม่ใช่แค่การทำให้แก้วร้อนขึ้นเท่านั้น แต่ต้องรักษาอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมด้วย โดยมีความแม่นยำถึง 0.1°C เลยทีเดียว
ทำไมแก้วถึงแตก
แก้วเป็นวัสดุที่มีความไวต่ออุณหภูมิมาก มันจะขยายตัวและหดตัวอย่างไม่สม่ำเสมอ หากส่วนนอกของแก้วเย็นลงเร็วกว่าส่วนใน ก็จะเกิดความเครียดภายในแก้วอย่างถาวร
เพื่อแก้ปัญหานี้ เราจึงทำให้อุณหภูมิของแก้วอยู่ในระดับที่เหมาะสม ซึ่งเป็นจุดที่โมเลกุลของแก้วสามารถเคลื่อนที่และผ่อนคลายได้ โดยที่แก้วจะไม่เสียรูปหรือแตกออกมา
มันเหมือนการเดินบนเส้นด้ายบางๆ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเพียง 1°C ก็อาจทำให้แก้วมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน หรือแตกในครั้งแรกที่นำไปใช้งานได้เช่นกัน
ความสำคัญของความแม่นยำ 0.1°C
เราจึงใช้อุปกรณ์ทำความร้อนแบบอินฟราเรดควบคู่กับตัวควบคุม PID ที่มีความแม่นยำสูง เพราะเครื่องทำความร้อนธรรมดานั้นไม่มีความแม่นยำพอ มันมักจะทำให้อุณหภูมิสูงเกินไปหรือต่ำเกินไป
หากอุณหภูมิสูงเกินไป ก็อาจทำให้แก้วบิดเบี้ยวได้ หากอุณหภูมิต่ำเกินไป ความเครียดก็จะยังคงอยู่ภายในแก้ว ดังนั้นการรักษาความแม่นยำที่ 0.1°C จึงช่วยให้ผนังของแก้วอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนได้
ข้อเสียของการควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวด
แน่นอนว่าการควบคุมอุณหภูมิอย่างเข้มงวดนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย คุณต้องยอมสละความเร็วในการทำความร้อนไปบ้าง คุณไม่สามารถใช้กำลังไฟสูงเพื่อทำให้แก้วร้อนได้ หากคุณต้องการให้แก้วมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน คุณต้องลดอัตราการทำความร้อนลงเมื่อใกล้ถึงอุณหภูมิที่ต้องการ เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น
นอกจากนี้ ตัวเซ็นเซอร์ก็ต้องมีความแม่นยำเท่ากับอุปกรณ์ทำความร้อนด้วย หากตัวเซ็นเซอร์มีความผิดพลาด อุปกรณ์ทำความร้อนก็จะทำงานได้ไม่แม่นยำ ดังนั้นความแม่นยำจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ “ตา” ของระบบมีความแม่นยำตามมาตรฐาน 0.1°C เช่นกัน