Experimental investigation on microstructure characteristics and mechanical behavior of a developed bi-treated soda-lime glass

This work aims at developing an ideal glass that can harness the properties of both chemically tempered glass (CTG) and fully tempered glass (FTG) by combining chemical and thermal tempering process. Glass samples with dimension 120 × 50 × 4 mm were prepared and first immersed in potassium nitrate salt (KNO3) inside a salt bath and subjected to heating at temperatures of 450 °C and 500 °C with immersion time of 4 h and 5 h for each temperature respectively in a muffle furnace to produce CTGs. The CTGs were then later subjected to thermal tempering at a fixed temperature of 450 °C to produced bi-treated glasses (BTGs). Scanning electron microscope (SEM) was used to investigate the microstructure of the glasses while tests such as hardness, flexural strength and impact strength were used to evaluate the mechanical behavior of all the glasses. The results showed that the BTGs displayed high flexural strength which increases as temperature and time increases over the CTGs and FTG respectively while the hardness values of the BTGs also improved considerably as temperature and time increases over the CTGs and FTG respectively. However, the BTGs displayed decrease in impact strength as compared to CTGs and FTG. In term of microstructure, the BTGs displayed a compacted nodule-like structure evenly distributed throughout the glass matrix which accounts for the good mechanical behavior of the developed BTGs. Resumen: El objetivo de este trabajo es desarrollar un vidrio ideal que pueda aprovechar las propiedades del vidrio templado químicamente (VTQ) y del vidrio totalmente templado (VTT) al combinar el proceso de templado químico y térmico. Se prepararon muestras de vidrio con una dimensión de 120 × 50 × 4 mm y se sumergieron por primera vez en sal de nitrato de potasio (KNO3) dentro de un baño de sal y se sometieron a calentamiento a temperaturas de 4.500 y 5.000 °C con un tiempo de inmersión de 4 horas y 5 horas en cada temperatura, respectivamente, en un horno de mufla para producir VTQ. Posteriormente, los VTQ se sometieron a templado térmico a una temperatura fija de 4.500 °C a los vidrios bitratados producidos (VBP). El microscopio electrónico de barrido (MEB) se utilizó para investigar la microestructura de los vidrios mientras que pruebas como la dureza, la resistencia a la flexión y la resistencia al impacto se utilizaron para evaluar el comportamiento mecánico de todos los vidrios. Los resultados mostraron que los VBP contaban con una elevada resistencia a la flexión que aumentaba a medida que aumentaban la temperatura y el tiempo en los VTQ y VTT mientras que los valores de dureza de los VBP también mejoraron considerablemente a medida que aumentaron la temperatura y el tiempo en los VTQ y VTT, respectivamente. Sin embargo, los VBP mostrados disminuyen la resistencia al impacto en comparación con los VTQ y VTT. En términos de microestructura, los VBP mostraron una estructura compacta similar a un nódulo, distribuida uniformemente a través de la matriz de vidrio, lo que explica el buen comportamiento mecánico de los VBP desarrollados. Keywords: Bi-treated glass, Microstructure, Mechanical behavior, Palabras clave: Vidrio bitratado, Microestructura, Comportamiento mecánic