هل تعرف حقًا الزجاج المقسى؟

الزجاج المقسى أو الزجاج المعالج هو نوع من الزجاج الآمن الذي يتم معالجته من خلال علاجات حرارية أو كيميائية خاضعة للرقابة، مما يعزز قوته مقارنة بالزجاج العادي. يخلق التصلب ضغطًا انضغاطيًا على السطح الخارجي وضغطًا شدًا داخل الزجاج. يتسبب هذا الضغط في تحطم الزجاج إلى قطع صغيرة حبيبية عند كسره، بدلاً من قطع حادة ومسننة مثل الزجاج المسطح (المعروف أيضًا باسم الزجاج المعالج). القطع الحبيبية أقل احتمالاً للتسبب في إصابات.

نظرًا لسلامته وقوته، يُستخدم الزجاج المقسى في تطبيقات متعددة تتطلب ذلك، بما في ذلك نوافذ السيارات، أبواب الاستحمام، أبواب الزجاج المعماري والأسطح الطاولات، رفوف الثلاجات، واقيات شاشات الهواتف المحمولة، كجزء من الزجاج المقاوم للرصاص، لأقنعة الغوص، وفي أنواع مختلفة من الأطباق وأدوات الطهي.

الزجاج المقسى لديه قوة تصل إلى حوالي أربعة أضعاف قوة الزجاج المعالج حرارياً ("العادي"). الانكماش الأكبر للطبقة الداخلية أثناء التصنيع يؤدي إلى ضغط انضغاطي على سطح الزجاج وضغط شد داخل جسم الزجاج. يجب أن يحتوي الزجاج المقسى بالكامل بسمك 6 مم على ضغط سطح انضغاطي لا يقل عن 69 ميغاباسكال (10,000 رطل لكل بوصة مربعة) أو ضغط حواف لا يقل عن 67 ميغاباسكال (9,700 رطل لكل بوصة مربعة). لكي يتم تصنيفه كزجاج آمن، يجب أن يتجاوز ضغط الانضغاط السطحي 100 ميغاباسكال (15,000 رطل لكل بوصة مربعة). بسبب زيادة ضغط السطح، إذا انكسر الزجاج، فإنه يتحطم فقط إلى شظايا صغيرة مستديرة بدلاً من قطع حادة ومسننة. هذه الخاصية تجعل الزجاج المقسى آمناً للاستخدام في التطبيقات عالية الضغط والمضادة للانفجار.

إنه هذا الضغط السطحي الانضغاطي الذي يمنح الزجاج المقسى قوته العالية. الزجاج المعالج، الذي يحتوي على ضغط داخلي شبه معدوم، يتطور عادةً إلى شقوق سطحية صغيرة؛ بدون ضغط سطحي، فإن أي توتر يُطبق على الزجاج يُنتج توترًا شدًا على السطح، مما يؤدي إلى انتشار الشقوق. بمجرد أن يبدأ الشق في الانتشار، يتزايد التوتر بشكل أكبر عند طرف الشق، مما يتسبب في انتشاره بسرعة الصوت في المادة. ونتيجة لذلك، فإن الزجاج المعالج هش وينكسر إلى شظايا غير منتظمة وحادة. من ناحية أخرى، فإن الضغط الانضغاطي على الزجاج المقسى يحتوي على عيوب ويمنع انتشارها أو توسعها.

يجب أن يتم أي قطع أو طحن قبل التصلب. يمكن أن يتسبب القطع أو الطحن أو التأثير الشديد بعد التصلب في تحطم الزجاج.

يمكن ملاحظة أنماط الإجهاد الناتجة عن التخمير من خلال مشاهدة الزجاج عبر قطب بصري (مثل زوج من النظارات الشمسية المستقطبة).

يتم استخدام الزجاج المقسى عندما تكون القوة ومقاومة الحرارة والسلامة من الاعتبارات الأساسية. على سبيل المثال، تتطلب السيارات الركابية جميع الخصائص الثلاث. عند تخزينها في الهواء الطلق، تتعرض لعمليات تسخين وتبريد مستمرة على مدار العام، بالإضافة إلى تغييرات كبيرة في درجات الحرارة. علاوة على ذلك، يجب أن تتحمل الحطام على الطرق مثل الحصى والصدمات الطفيفة الناتجة عن حوادث الطرق. نظرًا لأن قطع الزجاج الكبيرة والحادة تشكل خطرًا إضافيًا على الركاب (وهو أمر غير مقبول)، يتم استخدام الزجاج المقسى بحيث ينكسر إلى قطع غير حادة، تكاد تكون غير ضارة. يتم صنع الزجاج الأمامي من الزجاج المصفح، الذي لا يتحطم إلى شظايا عند كسره، بينما تكون النوافذ الجانبية والزجاج الخلفي عادةً من الزجاج المقسى.

تشمل التطبيقات النموذجية الأخرى للزجاج المقسى:

يتم استخدام الزجاج المقسى أيضًا للمكونات بدون إطار في المباني (مثل الأبواب الزجاجية بدون إطار)، والتطبيقات التي تتعرض لأحمال هيكلية، وأي تطبيقات أخرى قد تصبح خطيرة عند تأثير الإنسان. في الولايات المتحدة، تتطلب قوانين البناء استخدام الزجاج المقسى أو الزجاج المصفح في حالات معينة، بما في ذلك النوافذ السقفية، والمناطق القريبة من الأبواب والسلالم، والنوافذ الكبيرة، والنوافذ القريبة من الأرض، والأبواب المنزلقة، والمصاعد، ولوحات الوصول الخاصة بإدارة الإطفاء، والمناطق القريبة من حمامات السباحة.

يتم استخدام الزجاج المقسى أيضًا في المنازل. تشمل الأثاث والأجهزة المنزلية الشائعة التي تستخدم الزجاج المقسى أبواب الدش بدون إطار، وأسطح الطاولات الزجاجية، والرفوف الزجاجية، وزجاج الخزائن، وزجاج المدفأة.

"الحافة المعالجة" تعني منطقة محدودة (مثل حافة زجاج أو طبق) تم معالجتها، وهو أمر شائع في صناعة خدمات الطعام. ومع ذلك، تقدم الشركات المصنعة المتخصصة أيضًا حلولًا من الأواني الزجاجية المعالجة بالكامل/المقواة التي توفر فوائد إضافية من حيث القوة ومقاومة الصدمات الحرارية. في بعض البلدان، يتم تحديد هذه المنتجات للمواقع التي تتطلب مستويات أداء محسنة أو زجاجًا أكثر أمانًا بسبب الاستخدام المتكرر.

لقد زاد استخدام الزجاج المقسى في الحانات والبارات، لا سيما في المملكة المتحدة وأستراليا، لمنع استخدام الزجاج المكسور كسلاح. يمكن العثور على منتجات الزجاج المقسى في الفنادق والحانات والمطاعم لتقليل الكسر وتحسين معايير السلامة.

تُستخدم بعض أشكال الزجاج المقسى للطهي والخبز. تشمل الشركات المصنعة والعلامات التجارية Glasslock وPyrex وCorelle وArc International. هذا هو أيضًا نوع الزجاج المستخدم لأبواب الفرن.

يمكن إنتاج الزجاج المقسى من الزجاج المعالج حرارياً من خلال عملية التصلب الحراري. يتم وضع الزجاج على ناقل أسطواني ويمر عبر فرن، حيث يتم تسخينه إلى ما هو أعلى بكثير من درجة حرارته الانتقالية البالغة 564 درجة مئوية (1,047 درجة فهرنهايت) إلى حوالي 620 درجة مئوية (1,148 درجة فهرنهايت). ثم يتم تبريد الزجاج بسرعة باستخدام الهواء المضغوط بينما يبقى الداخل سائلاً لفترة قصيرة.

تتضمن عملية تقوية كيميائية أخرى ضغط طبقة سطحية بسمك لا يقل عن 0.1 مم على سطح الزجاج عن طريق تبادل الأيونات - استبدال أيونات الصوديوم في سطح الزجاج بأيونات البوتاسيوم (أكبر بنسبة 30%) - تليها الغمر في حمام من نترات البوتاسيوم المنصهرة. مقارنةً بالتقوية الحرارية، فإن التقوية الكيميائية تحسن من المتانة ويمكن تطبيقها على الأجسام الزجاجية ذات الأشكال المعقدة.

يجب قطع الزجاج المقسى إلى الحجم المطلوب أو ضغطه في الشكل قبل عملية التصلب ولا يمكن معالجته مرة أخرى بعد التصلب. يتم تلميع الحواف أو الثقوب المثقوبة في الزجاج قبل بدء عملية التصلب. نظرًا لتوازن الضغط في الزجاج، فإن أي ضرر في أي جزء سيؤدي في النهاية إلى تحطيم الزجاج إلى قطع بحجم ظفر الإصبع. من المرجح أن ينكسر الزجاج بسبب الضرر الذي يلحق بالحواف، حيث يكون الضغط الشد أعلى، ولكن يمكن أن يتحطم أيضًا إذا تعرض لصدمة قوية أو قوة مركزة في منتصف لوح الزجاج (على سبيل المثال، ضرب الزجاج بنقطة صلبة).

في بعض الحالات، قد يشكل استخدام الزجاج المقسى خطرًا على السلامة لأنه يتحطم تمامًا عند التأثير القوي، بدلاً من الاحتفاظ بالشظايا في الإطار، مما قد يؤدي إلى إصابات تتعلق بالكسر.

إذا تم تشكيل سطح الزجاج المقسى باستخدام هذه العملية، فقد يتطور موجات سطحية ناتجة عن الاتصال بأسطوانات التمليس. هذه الموجية هي مشكلة كبيرة في تصنيع خلايا الشمسية رقيقة الفيلم. يمكن استخدام عملية الزجاج العائم لتوفير صفائح منخفضة التشويه ذات أسطح مسطحة ومتوازية للغاية كبديل لتطبيقات الزجاج المختلفة.

يمكن أن تتسبب ش inclusions كبريتيد النيكل في كسر الزجاج المقسى بشكل عفوي بعد سنوات من التصنيع.