Закаленное стекло - Википедия - Tempered glass

А испорченный телефонная будка с закаленным стеклом

Закаленный или же закаленное стекло это тип безопасное стекло обрабатывается контролируемым тепловой или химическая обработка для увеличения прочности по сравнению с обычным стеклом. Закалка помещает внешние поверхности в сжатие и интерьер в напряжение. Такие напряжения заставляют стекло при разбивании разбиваться на мелкие гранулы, а не на зазубренные осколки, как это происходит с обычным отожженным стеклом. Гранулированные куски менее подвержены травмам.

Закаленное стекло используется из-за своей безопасности и прочности в самых разных областях, в том числе легковой автомобиль окна, душевые двери, аквариумы, архитектурные стеклянные двери и столы, поддоны для холодильников, защитные пленки для мобильных телефонов, пуленепробиваемые стекла составные части, маски для дайвинга, а также тарелки и посуда.

Характеристики

Закаленное стекло заднего стекла автомобиля. Вариации в стекле стресс хорошо видны при фотографировании стекла через поляризационный фильтр (нижний рисунок).

Закаленное стекло примерно в четыре раза прочнее закаленного стекла.[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 его можно было считать безопасным стеклом, поверхностное сжимающее напряжение должно превышать 100 мегапаскалей (15 000 фунтов на квадратный 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 почти не имеет внутренних напряжений и обычно образует на своей поверхности микроскопические трещины. Напряжение, приложенное к стеклу, может привести к распространению трещины, которая, как только начнется, 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, солнцезащитные очки с поляризацией.

Использует

Маркировка сертификатов безопасности на автомобильном вентиляционном окне, предназначенная для Chrysler машина на 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 представляют дополнительную и неприемлемую опасность для пассажиров, используется закаленное стекло, поэтому в случае разбитого стекла осколки тупые и в большинстве своем безвредны. В лобовое стекло или лобовое стекло вместо ламинированное стекло, которые не разлетятся на куски при разбивании, в то время как боковые окна и заднее лобовое стекло обычно выполнены из закаленного стекла.

Другие типичные области применения закаленного стекла:

  • Балконные двери
  • Спортивные сооружения
  • Бассейны
  • Фасады
  • Душевые двери и ванные комнаты
  • Выставочные площади и дисплеи
  • Компьютерные башни или корпуса

Здания и сооружения

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 стекла, установленные рядом бассейны.[5]

Бытовое использование

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, витражи и стекло для каминов.

Общественное питание

«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 предназначены для использования в местах, где требуется повышенный уровень производительности или более безопасное стекло из-за интенсивного использования.

Закаленное стекло также все чаще используется в барах и пабах, особенно в Великобритании и Австралии, чтобы предотвратить разбитие стекла. используется как оружие. Изделия из закаленного стекла можно найти в отелях, барах и ресторанах, чтобы уменьшить вероятность поломки и повысить стандарты безопасности.[нужна цитата ]

Готовка и выпечка

Некоторые формы закаленного стекла используются для Готовка и выпечка. Производители и бренды включают Glasslock, Pyrex, Корелле, и Arc International. Это стекло также используется для дверок духовок.

Мобильные устройства

В большинстве мобильных устройств с сенсорным экраном используется закаленное стекло в той или иной форме (например, Corning с Стекло повышенной прочности ), как и некоторые неоригинальные защитные пленки для этих устройств.[6]

Производство

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 рольганга и пропускают через печь, которая нагревает его намного выше температура 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.

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

Недостатки

После тяжелой автомобильной аварии ветровое стекло отображение "разбитых осколков"

Закаленное стекло необходимо разрезать по размеру или придать ему форму перед закалкой, и его нельзя обрабатывать после закалки. Шлифовка краев или сверление отверстий в стекле проводится до начала процесса закалки. 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 оно также может расколоться в случае сильного удара в середине стеклянного стекла или при сильном ударе (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 проявляет 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] В стеклянный поплавок Этот процесс можно использовать для получения листов с низким уровнем деформации и очень плоскими и параллельными поверхностями в качестве альтернативы для различных видов остекления.[10]

Сульфид никеля дефекты могут стать причиной самопроизвольного разрушения закаленного стекла спустя годы после его изготовления.[11]

История

Франсуа Бартелеми Альфред Руайе де ла Басти (1830–1901) из Парижа, Франция, считается первым, кто разработал метод закалки стекла.[12] закалкой почти расплавленного стекла в нагретой ванне с маслом или жиром в 1874 г., метод, запатентованный в Англии 12 августа 1874 г., патент № 2783. Закаленное стекло иногда называют Стекло Bastie после 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 получил химик. Рудольф А. Зайден 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 г. Принц Руперт Рейнский принес открытие того, что сейчас известно как "Капли принца Руперта " вниманию Король Карл II. 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Форд, Марк (22 января 2001 г.). "Как производится закаленное стекло?". Scientific American. Springer Nature America, LLC. Получено 12 июн 2020.
  2. ^ Блок, Валери, изд. (2002). Использование стекла в зданиях. Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. ISBN  978-0-8031-3458-4. Получено 12 июн 2020.
  3. ^ «ASTM C1048-18, Стандартные спецификации для термоупрочненного и полностью закаленного плоского стекла». ASTM International. 2018. Дои:10.1520 / C1048-18. Получено 12 июн 2020. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  4. ^ "Закаленное и отожженное стекло | Hunker". Hunker.com. В архиве из оригинала на 2017-12-14. Получено 2017-12-13.
  5. ^ Hageman, J.M .; Beeston, B.E.P .; Хагеман, К. Руководство подрядчика по Строительным нормам и правилам (6-е изд.). Компания Craftsman Book Co. ISBN  9781572182028.
  6. ^ «ПЭТ, ТПУ или закаленное стекло - все, что вам нужно знать, чтобы выбрать защитную пленку для экрана». phonearena.com. В архиве из оригинала 20.08.2015.
  7. ^ Пфендер, Хайнц Г. (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 уязвим для острых инструментов, таких как ледорубы или отвертки. При таком воздействии закаленное стекло имеет тенденцию легко и бесшумно мнаться, 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. Беллингхэм, Вашингтон: SPIE. Дои:10.1117/12.792934. ISSN  0277-786X. Получено 12 июн 2020.
  10. ^ «ТЕХНОЛОГИЯ ПОПЛАВКИХ СТЕКЛО». ajzonca.tripod.com. В архиве из оригинала на 2017-12-14. Получено 2017-12-13.
  11. ^ Барри, Джон (12 января 2006 г.). "Ахиллесовая пята из прекрасного материала: закаленное стекло". Стекло в сети. Получено 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. ^ Ульманн, Д. and Kreidl, N.J. eds .. Стекло. Наука и технологии: эластичность и прочность очков. 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). В архиве (PDF) из оригинала от 02.04.2015. Получено 2015-02-28.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) по состоянию на 28 февраля 2015 г.