Вы действительно знаете закаленное стекло?

Закаленное или закаленное стекло — это тип безопасного стекла, обработанного с помощью контролируемых термических или химических методов, что повышает его прочность по сравнению с обычным стеклом. Закалка создает сжимающее напряжение на внешней поверхности и растягивающее напряжение внутри стекла. Это напряжение приводит к тому, что стекло разбивается на мелкие гранулированные кусочки при разрушении, а не на острые, зазубренные осколки, как плоское стекло (также известное как отожженное стекло). Гранулированные фрагменты менее вероятно причинят травму.

Из-за своей безопасности и прочности закаленное стекло используется в различных требовательных приложениях, включая окна легковых автомобилей, душевые двери, архитектурные стеклянные двери и столешницы, полки холодильников, защитные стекла для мобильных телефонов, как часть пуленепробиваемого стекла, для масок для подводного плавания, а также в различных типах посуды и кухонной утвари.

Закаленное стекло имеет примерно в четыре раза большую прочность, чем отожженное ("обычное") стекло. Большая усадка внутреннего слоя во время производства вызывает сжатие на поверхности стекла и растяжение внутри стеклянного тела. Полностью закаленное стекло толщиной 6 мм должно иметь минимальное поверхностное сжатие 69 МПа (10,000 psi) или сжатие по краям не менее 67 МПа (9,700 psi). Чтобы классифицироваться как безопасное стекло, его поверхностное сжатие должно превышать 100 МПа (15,000 psi). Из-за увеличенного поверхностного напряжения, если стекло ломается, оно разбивается только на мелкие округлые фрагменты, а не на острые, зазубренные куски. Эта характеристика делает закаленное стекло безопасным для применения в условиях высокого давления и взрывозащиты.

Это сжимающее поверхностное напряжение придаёт закаленному стеклу его большую прочность. Отожженное стекло, которое практически не имеет внутреннего напряжения, обычно развивает крошечные поверхностные трещины; без поверхностного сжатия любое напряжение, приложенное к стеклу, создаёт растяжение на поверхности, что приводит к распространению трещин. Как только трещина начинает распространяться, напряжение дополнительно концентрируется на её кончике, вызывая её распространение со скоростью звука в материале. В результате отожженное стекло является хрупким и разбивается на неправильные, острые осколки. С другой стороны, сжимающее напряжение на закалённом стекле содержит дефекты и предотвращает их распространение или расширение.

Любая резка или шлифовка должны выполняться до закалки. Резка, шлифовка или сильный удар после закалки могут привести к разрушению стекла.

Штрафные узоры, вызванные закалкой, можно наблюдать, просматривая стекло через оптический поляризатор (например, через пару поляризованных солнцезащитных очков).

Закаленное стекло используется, когда важны прочность, термостойкость и безопасность. Например, легковые автомобили требуют всех трех свойств. Хранящиеся на улице, они подвергаются постоянному нагреву и охлаждению в течение года, а также резким изменениям температуры. Кроме того, они должны выдерживать дорожные обломки, такие как гравий, и незначительные удары от дорожных аварий. Поскольку крупные, острые стеклянные осколки представляют собой дополнительную опасность для пассажиров (что неприемлемо), используется закаленное стекло, которое разбивается на тупые, почти безвредные куски. Лобовые стекла изготавливаются из ламинированного стекла, которое не разбивается на осколки при разрушении, в то время как боковые стекла и задние стекла обычно из закаленного стекла.

Другие типичные применения закаленного стекла включают:

Закаленное стекло также используется для безрамных компонентов в зданиях (например, безрамные стеклянные двери), в конструктивно нагруженных приложениях и в любых других приложениях, которые могут стать опасными при воздействии человека. В Соединенных Штатах строительные нормы требуют закаленное или ламинированное стекло в определенных ситуациях, включая световые люки, зоны рядом с дверными проемами и лестницами, большие окна, окна, близкие к полу, раздвижные двери, лифты, панели доступа для пожарной службы и зоны рядом с бассейнами.

Закаленное стекло также используется в домах. Обычная мебель и бытовая техника, которые используют закаленное стекло, включают безрамные душевые двери, стеклянные столешницы, стеклянные полки, стекло для шкафов и стекло для каминов.

"Закалённый край" означает, что ограниченная область (например, край стекла или тарелки) закалена, что популярно в индустрии общественного питания. Однако специализированные производители также предлагают полностью закалённые/усиленные решения для посуды, которые обеспечивают дополнительные преимущества в виде прочности и устойчивости к термическому шоку. В некоторых странах эти продукты специфицируются для мест, которые требуют повышенных уровней производительности или более безопасного стекла из-за частого использования.

Использование закаленного стекла в барах и пабах также увеличилось, особенно в Великобритании и Австралии, чтобы предотвратить использование разбитого стекла в качестве оружия. Продукты из закаленного стекла можно найти в отелях, барах и ресторанах для снижения вероятности разбития и повышения стандартов безопасности.

Некоторые формы закаленного стекла используются для приготовления пищи и выпечки. Производители и бренды включают Glasslock, Pyrex, Corelle и Arc International. Это также тот тип стекла, который используется для дверей духовок.

Закаленное стекло может быть произведено из отожженного стекла с помощью процесса термического закаливания. Стекло помещается на роликовый конвейер и проходит через печь, где оно нагревается значительно выше своей температуры перехода 564°C (1,047°F) до примерно 620°C (1,148°F). Затем стекло быстро охлаждается с помощью принудительного воздуха, в то время как его внутренняя часть остается свободно текущей в течение короткого времени.

Другой процесс химического закаливания включает в себя сжатие поверхностного слоя толщиной не менее 0,1 мм на поверхности стекла путем ионного обмена — замены натриевых ионов на поверхности стекла на калиевые ионы (на 30% больше) — с последующим погружением в расплавленный раствор нитрата калия. По сравнению с термическим закаливанием, химическое закаливание улучшает прочность и может быть применено к стеклянным изделиям с сложными формами.

Закаленное стекло должно быть обрезано по размеру или сформировано перед закалкой и не может быть обработано после закалки. Края или просверленные отверстия в стекле полируются перед началом процесса закалки. Из-за баланса напряжений в стекле повреждение любой части в конечном итоге приведет к тому, что стекло разобьется на кусочки размером с ноготь. Стекло с наибольшей вероятностью разобьется из-за повреждения краев, где напряжение на растяжение максимальное, но оно также может разбиться при сильном ударе или концентрированной силе в середине стеклянного листа (например, при ударе по стеклу закаленной точкой).

В некоторых случаях использование закаленного стекла может представлять собой опасность для безопасности, поскольку оно полностью разбивается при сильном ударе, а не удерживает фрагменты в раме, что может привести к травмам, связанным с разбивкой.

Если поверхность закаленного стекла формируется с использованием этого процесса, она может развивать поверхностные волны, вызванные контактом с выравнивающими роликами. Эта волнистость является значительной проблемой при производстве тонкопленочных солнечных элементов. Процесс плавающего стекла может быть использован для получения листов с низкой дисторсией и очень плоскими и параллельными поверхностями в качестве альтернативы для различных стеклянных приложений.

Включения никелевого сульфида могут привести к спонтанному разрушению закаленного стекла через годы после его производства.