Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вандализму телефонная будка с закаленным стеклом

Закаленное или закаленное стекло - это тип безопасного стекла, обрабатываемого контролируемой термической или химической обработкой для повышения его прочности по сравнению с обычным стеклом. При закалке внешние поверхности подвергаются сжатию, а внутренние - растяжению . Такие напряжения приводят к тому, что стекло при разбивании разбивается на мелкие гранулированные куски, а не на зазубренные осколки, как это происходит с обычным отожженным стеклом. Гранулированные куски менее подвержены травмам.

Закаленное стекло используется для обеспечения его безопасности и прочности в самых разных областях, включая окна пассажирских транспортных средств , душевые двери, аквариумы, архитектурные стеклянные двери и столы, поддоны для холодильников, защитные пленки для мобильных телефонов, компоненты из пуленепробиваемого стекла , маски для дайвинга , тарелки и кухонную посуду. .

Свойства [ править ]

Закаленное стекло заднего стекла автомобиля. Вариации напряжения стекла отчетливо видны, когда стекло фотографируется через поляризационный фильтр (нижний рисунок).

Закаленное стекло примерно в четыре раза прочнее закаленного. [1] [2] Более сильное сжатие внутреннего слоя во время производства вызывает сжимающие напряжения на поверхности стекла, уравновешенные растягивающими напряжениями в теле стекла. Полностью закаленное стекло толщиной 6 мм должно иметь либо минимальное поверхностное сжатие 69 МПа (10 000 фунтов на квадратный дюйм), либо сжатие по краю не менее 67 МПа (9 700 фунтов на квадратный дюйм). [3] Чтобы стекло считалось безопасным, поверхностное сжимающее напряжение должно превышать 100 мегапаскалей (15 000 фунтов на кв. Дюйм). В результате повышенного поверхностного напряжения при разбивании стекло разбивается на небольшие округлые куски, а не на острые зазубренные осколки.

Сжимающие поверхностные напряжения придают закаленному стеклу повышенную прочность. Отожженное стекло практически не испытывает внутренних напряжений и обычно образует на своей поверхности микроскопические трещины. Напряжение, приложенное к стеклу, может вызвать распространение трещины, которое, как только началось, концентрирует напряжение на вершине трещины, вызывая распространение трещины со скоростью звука через стекло. Следовательно, отожженное стекло хрупкое и разбивается на неровные и острые части. [4] Сжимающие напряжения на поверхности закаленного стекла содержат дефекты, препятствующие их распространению или расширению.

Перед отпуском необходимо выполнить резку или шлифование. Резка, шлифовка и резкие удары после закалки могут привести к разрушению стекла.

Картину деформации в результате отпуска можно наблюдать через оптический поляризатор , например, через поляризационные солнцезащитные очки.

Использует [ редактировать ]

Маркировка безопасности на автомобильном вентиляционном окне, сделанная для автомобиля Chrysler компанией PPG .
Полицейский фургон с защитой экрана

Закаленное стекло используется, когда важны прочность, термическое сопротивление и безопасность. К легковым автомобилям, например, предъявляются все три требования. Поскольку они хранятся на открытом воздухе, они подвергаются постоянному нагреву и охлаждению, а также резким перепадам температур в течение года. Кроме того, они должны выдерживать небольшие удары дорожного мусора, такого как камни, а также дорожно-транспортные происшествия. Поскольку большие острые осколки стекла могут представлять дополнительную и неприемлемую опасность для пассажиров, используется закаленное стекло, поэтому в случае разбитого стекла осколки тупые и в большинстве своем безвредны. Ветровое стекло или ветровое стекло , а не изготовлено из многослойного стекла, который не разлетится на куски при разбивании, в то время как боковые окна и заднее лобовое стекло исторически делались из закаленного стекла. Некоторые новые роскошные автомобили имеют ламинированные боковые окна, чтобы соответствовать требованиям по сохранению занятости, защите от краж или звукоизоляции.

Другие типичные области применения закаленного стекла:

  • Балконные двери
  • Спортивные сооружения
  • Бассейны
  • Фасады
  • Душевые двери и зоны ванных комнат
  • Выставочные площади и дисплеи
  • Компьютерные башни или корпуса

Здания и сооружения [ править ]

Закаленное стекло также используется в зданиях для безрамных конструкций (например, безрамных стеклянных дверей), конструктивно нагруженных приложений и любых других приложений, которые могут стать опасными в случае воздействия человека. Строительные нормы и правила в Соединенных Штатах требуют закаленного или ламинированного стекла в нескольких ситуациях, включая некоторые световые люки, стекло, установленное возле дверных проемов и лестниц, большие окна, окна, которые выходят близко к уровню пола, раздвижные двери, лифты, панели доступа пожарной части и стекло, установленное рядом. бассейны. [5]

Использование в быту [ править ]

Закаленное стекло также используется в быту. Некоторые распространенные предметы бытовой мебели и техники, в которых используется закаленное стекло, - это безрамные душевые двери, стеклянные столешницы, стеклянные полки, стекло для шкафов и стекло для каминов.

Общественное питание [ править ]

«Закаленный по краю» означает, что ограниченная область, например край стекла или тарелки, закалена и популярна в сфере общественного питания. Однако есть также специализированные производители, предлагающие полностью закаленную / закаленную посуду для напитков, которая может принести дополнительные преимущества в виде прочности и устойчивости к тепловому удару. В некоторых странах эти продукты используются в местах, где требуется повышенный уровень производительности или требуется более безопасное стекло из-за интенсивного использования.

Закаленное стекло также все чаще используется в барах и пабах, особенно в Соединенном Королевстве и Австралии, для предотвращения использования битого стекла в качестве оружия . Изделия из закаленного стекла можно найти в отелях, барах и ресторанах, чтобы уменьшить вероятность поломки и повысить стандарты безопасности. [ необходима цитата ]

Готовка и выпечка [ править ]

Некоторые формы закаленного стекла используются для приготовления блюд и выпечки . Производители и бренды включают Glasslock, Pyrex , Corelle и Arc International . Это стекло также используется для дверок духовок.

Устройства с сенсорным экраном [ править ]

Большинство мобильных устройств с сенсорным экраном использовать некоторые формы закаленного стекла (например, Corning «s Gorilla Glass ), но есть и отдельные закаленные защитные пленки для сенсорных устройств , проданных в качестве аксессуара. [6]

Производство [ править ]

Закаленное безопасное стекло, которое было ламинировано, часто не выпадает из рамы при разбивании - обычно потому, что на стекло нанесено противоскользящее покрытие, как это видно на этой витрине для мяса в продуктовом магазине.

Закаленное стекло может быть изготовлено из отожженного стекла с помощью процесса термической закалки. Стекло помещают на рольганг и пропускают через печь, которая нагревает его значительно выше температуры перехода от 564 ° C (1047 ° F) до примерно 620 ° C (1148 ° F). Затем стекло быстро охлаждается с помощью принудительной вентиляции, в то время как внутренняя часть остается свободной в течение короткого времени.

Альтернативный процесс химической закалки включает принудительное сжатие поверхностного слоя стекла толщиной не менее 0,1 мм за счет ионного обмена ионов натрия на поверхности стекла с ионами калия (которые на 30% больше), путем погружения стекла в ванну с расплав нитрата калия . Химическая закалка приводит к повышению ударной вязкости по сравнению с термической закалкой и может применяться к стеклянным объектам сложной формы. [7]

Недостатки [ править ]

После тяжелой автомобильной аварии на лобовом стекле автомобиля видны `` осколки ''

Закаленное стекло необходимо разрезать по размеру или придать форму перед закалкой, и после закалки его нельзя обрабатывать повторно. Перед началом закалки проводится шлифовка краев или сверление отверстий в стекле. Из-за сбалансированных напряжений в стекле повреждение любой части в конечном итоге приведет к разбиванию стекла на кусочки размером с ноготь. Стекло наиболее подвержено разрушению из-за повреждения по краю, где растягивающее напряжение является наибольшим, но также может расколоться в случае сильного удара в середине стеклянного стекла или если удар является концентрированным (например, по стеклу ударили затвердевшим острием).

Использование закаленного стекла может представлять угрозу безопасности в некоторых ситуациях из-за тенденции стекла полностью разбиться при сильном ударе, а не оставлять осколки в оконной раме. [8]

Поверхность закаленного стекла действительно демонстрирует поверхностные волны, вызванные контактом с выравнивающими роликами, если оно было сформировано с помощью этого процесса. Эта волнистость является серьезной проблемой при производстве тонкопленочных солнечных элементов. [9] Процесс флоат-стекла может использоваться для получения листов с низким уровнем деформации и очень плоскими и параллельными поверхностями в качестве альтернативы для различных видов остекления. [10]

Дефекты сульфида никеля могут вызвать самопроизвольное разрушение закаленного стекла спустя годы после его изготовления. [11]

История [ править ]

Франсуа Бартелеми Альфред Руайе де ла Басти (1830–1901) из Парижа, Франция, считается первым изобретателем метода закалки стекла [12] путем закалки почти расплавленного стекла в нагретой ванне с маслом или жиром в 1874 году, метод, запатентованный в Англии. 12 августа 1874 г., патент № 2783. Закаленное стекло иногда называют стеклом Басти в честь де ла Басти. В 1877 году немец Фридрих Сименс разработал другой процесс, иногда называемый прессованным стеклом или стеклом Сименса, производя закаленное стекло, более прочное, чем процесс Басти, путем прессования стекла в холодных формах. [13] Первый патент на весь процесс изготовления закаленного стекла был получен химиком Рудольфом А. Зайденом.который родился в 1900 году в Австрии и эмигрировал в США в 1935 году [14].

Хотя в то время лежащий в основе механизм не был известен, эффекты «закалки» стекла были известны веками. Примерно в 1660 году принц Руперт Рейнский обратил внимание короля Карла II на открытие того, что сейчас известно как « Капли принца Руперта » . Это кусочки стекла в форме капли, которые получают, позволяя расплавленной капле стекла упасть в ведро с водой, тем самым быстро охлаждая ее. Они могут выдержать удар молотка по луковицеобразному концу, не сломавшись, но капли взрывоопасно распадутся на порошок, если хвостовой конец будет даже слегка поврежден.

См. Также [ править ]

  • Тепловая нагрузка
  • Боросиликатное стекло
  • Огненное стекло
  • Суперстекло
  • Стекло с низким содержанием железа
  • Витраж
  • Свинцовое стекло

Ссылки [ править ]

  1. ^ Форд, Марк (22 января 2001). "Как производится закаленное стекло?" . Scientific American . Springer Nature America, LLC . Проверено 12 июня 2020 .
  2. ^ Блок, Валери, изд. (2002). Использование стекла в зданиях . Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. ISBN 978-0-8031-3458-4. Проверено 12 июня 2020 .
  3. ^ «ASTM C1048-18, Стандартные спецификации для термоупрочненного и полностью закаленного плоского стекла» . ASTM International. 2018. DOI : 10,1520 / C1048-18 . Проверено 12 июня 2020 . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ "Закаленное против отожженного стекла | Hunker" . Hunker.com . Архивировано 14 декабря 2017 года . Проверено 13 декабря 2017 .
  5. ^ Hageman, JM; Бистон, BEP; Хагеман, К. (2008). Руководство Подрядчика по Строительным нормам и правилам (6-е изд.). ISBN компании Craftsman Book Co. 9781572182028.
  6. ^ «ПЭТ, ТПУ или закаленное стекло - все, что вам нужно знать, чтобы выбрать защитную пленку для экрана» . phonearena.com . Архивировано 20 августа 2015 года.
  7. ^ Pfaender, Heinz G. (1996). Руководство Шотта по стеклу (2-е изд.). Лондон: Чепмен и Холл. ISBN 9780412620607.
  8. ^ О'Блок, Роберт Л .; Доннермейер, Джозеф Ф .; Доерен, Стивен Э. (1991). Безопасность и предупреждение преступности . Баттерворт-Хайнеманн. п.  118 . Однако ценность закаленного стекла сомнительна. Хотя он будет противостоять кирпичу или камню, он чувствителен к острым инструментам, таким как ледорубы или отвертки. При таком воздействии закаленное стекло легко и тихо мнется, не оставляя острых краев.
  9. ^ Walecki, Wojtek J .; Сонди, Фанни (2008). Dhere, Neelkanth G. (ред.). «Интегрированная квантовая эффективность, топография и метрология напряжений для производства солнечных элементов: подход в реальном космосе» . Надежность фотоэлектрических элементов, модулей, компонентов и систем. Труды SPIE . Надежность фотоэлектрических элементов, модулей, компонентов и систем. Беллингхэм, Вашингтон: SPIE. 7048 : 704804. Bibcode : 2008SPIE.7048E..04W . DOI : 10.1117 / 12.792934 . ISSN 0277-786X . S2CID 96798712 . Проверено 12 июня 2020 .  
  10. ^ «ТЕХНОЛОГИЯ ПОПЛАВКИХ СТЕКЛА» . ajzonca.tripod.com . Архивировано 14 декабря 2017 года . Проверено 13 декабря 2017 .
  11. ↑ Барри, Джон (12 января 2006 г.). "Ахиллова пята из прекрасного материала: закаленное стекло" . Стекло в сети . Проверено 16 августа 2019 .
  12. ^ "Стекло". Британская энциклопедия: словарь искусств, наук и общей литературы . 9 изд. (Американское переиздание). Vol. 10. Филадельфия: Sherman & co., 1894. 595. Print.
  13. ^ Uhlmann, DR и Kreidl, NJ eds .. Glass. Наука и технологии: эластичность и прочность в очках . Vol. 5. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic, 1980. 197. Print.
  14. ^ Барр, Джохатан. «Справочник по закалке стекла: понимание процесса закалки стекла». Самостоятельно опубликовано. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 02.04.2015 . Проверено 28 февраля 2015 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) по состоянию на 28 февраля 2015 г.