你了解四川鋼化玻璃嗎?為什么鋼化玻璃要么撞不爛,要么碎成渣渣嗎?快跟著小編一起一覽究竟~
嗨!你撞過玻璃門嗎?
許多人都撞過,有時(shí)候由于商店的玻璃櫥窗擦的太干凈,又缺乏足夠明顯的標(biāo)志,也會使一些顧客中招。因?yàn)楫?dāng)你從一個(gè)較暗的環(huán)境走向一個(gè)相對明亮的區(qū)域時(shí),是不容易發(fā)現(xiàn)中間阻隔著的玻璃的,那多半是一次很痛的經(jīng)歷。
我許多年前也撞過玻璃門,并且還把人家工廠車間的大門給撞碎了。當(dāng)時(shí)是晚上,他們車間里燈火通明,但外邊很黑,并且玻璃門上沒貼任何標(biāo)識,所以我看不見玻璃。盡管傷的不是腦袋而是膝蓋,但給人賠錢配玻璃還是讓我心疼了很久。不過,比起下邊這位,我算是幸運(yùn)多了。
玻璃的生產(chǎn)
普通玻璃廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中,比如玻璃窗、鏡子、水杯和瓶瓶罐罐等等。zui早的玻璃由石英砂添加助溶劑后經(jīng)高溫熔融制成,它的主要成分是二氧化硅,因此稱為石英玻璃或硅酸鹽玻璃。由于需要加熱到很高的溫度,耗能大,成本高,漸漸被鈉鈣玻璃替代。
用于制作玻璃門窗的平板(浮法)玻璃與制作玻璃瓶的玻璃所含的礦物質(zhì)比例稍有不同,總的來說它們大致都含有百分之73~74的二氧化硅,百分之13~14的氧化鈉,百分之9~10.5的氧化鈣,還有相應(yīng)比率的氧化鎂、氧化鋁、氧化鉀等添加劑。當(dāng)將石英砂、蘇打、石灰和白云石等原料充分混合,在溶化爐中經(jīng)大約1500℃高溫加熱后,這些原料開始進(jìn)行“玻璃化”的化學(xué)反應(yīng),從而生成炙熱的熔融狀態(tài)玻璃。讓其流入錫槽冷卻后就制成了平板玻璃,將其倒入模具就能吹成各種瓶子。
玻璃工廠的平板玻璃
平板玻璃加工容易,可以大規(guī)模生產(chǎn),因此價(jià)格便宜,應(yīng)用非常廣泛。由于既能遮風(fēng)擋雨又能使光線透過,故深受大家歡迎。但平板玻璃也有一個(gè)天生的缺點(diǎn),那就是它很脆,稍微大力的撞擊就會破碎,并且玻璃碎片ji為鋒利,很容易傷人。
它易碎,并且容易傷人,人們希望找到一種辦法,既可以利用玻璃的優(yōu)點(diǎn),又使它不容易破碎;即便是碎裂了,也不要對人造成大的傷害。這就是鋼化玻璃。
當(dāng)我們將一顆處于熔融狀態(tài)的玻璃液滴落入水中,它的表面會迅速變冷凝固。但是,玻璃珠的內(nèi)部降溫沒有那么快,所以它只是表面收縮變硬了,中 心部分還是處于炙熱膨脹的狀態(tài),所以整個(gè)玻璃珠的體積并沒有減小多少。而當(dāng)液滴中間的玻璃慢慢變冷時(shí),它的外殼已經(jīng)固定,中 心的玻璃要收縮但被外殼緊緊地拉著使它不能縮小。于是在這顆玻璃珠的中 心與外殼間形成了一個(gè)強(qiáng)大的應(yīng)力。這個(gè)應(yīng)力將二氧化硅分子網(wǎng)絡(luò)緊緊地拽在一起,使本來很脆弱的玻璃變得十分堅(jiān)硬,它可以抵抗高達(dá)20噸的壓力。
小小玻璃珠可以抵抗20噸的壓力鋼化玻璃正是利用了“魯珀特王子之淚”的力學(xué)原理。
鋼化玻璃就是利用普通玻璃經(jīng)過熱處理工藝制作出來的,這個(gè)過程被稱為“回火”。回火產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力使玻璃的表面受壓、內(nèi)部受拉,于是玻璃的剛度和韌性大幅度增強(qiáng)。我們可以通過玻璃碎裂后斷口的對比,就能很容易地看到鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力分部的情況。
三種玻璃斷口可以反映內(nèi)部應(yīng)力的不同
在制作鋼化玻璃之前,工人們需要將普通的玻璃切割成圖紙要求的形狀和尺寸,并且將邊角進(jìn)行打磨,該鉆的孔都要鉆好,因?yàn)檫@一切在回火之后都無法再做了。
清洗干凈后,玻璃在長長的加熱爐里被加熱到650℃以上的高溫,此時(shí)玻璃會變軟,在前一次加工中在內(nèi)部形成的應(yīng)力消 除。當(dāng)傳送帶將玻璃送出爐口時(shí),布置在外面的冷風(fēng)機(jī)從各個(gè)方向給玻璃表面均勻降溫,使其外層迅速變硬,然后玻璃的內(nèi)部會在長長的傳送帶上一點(diǎn)點(diǎn)冷卻下來。
鋼化玻璃生產(chǎn)過程簡圖
回火使得玻璃表面產(chǎn)生強(qiáng)大的壓縮應(yīng)力,這個(gè)力與玻璃中 心的拉伸應(yīng)力相平衡。當(dāng)玻璃表面壓應(yīng)力在3500~7500psi(磅/平方英寸)時(shí),我們稱之為熱強(qiáng)化玻璃;當(dāng)表面壓應(yīng)力大于1000psi時(shí),它在破裂時(shí)才能碎成小塊,我們稱之為鋼化玻璃;只有當(dāng)表面壓應(yīng)力大于15000psi(約100兆帕)時(shí),它的碎片邊緣才變得不那么尖銳,這種玻璃被稱作安 全玻璃。
不同的表面壓應(yīng)力產(chǎn)生不同的碎裂效果
為什么鋼化玻璃會碎成渣?
由于內(nèi)部強(qiáng)大的應(yīng)力,鋼化玻璃的分子被牢牢地束縛在一起,這使玻璃一改之前脆弱的毛病,變得更加強(qiáng)硬且更具韌性,它輕易不會被撞碎或壓碎。
同樣地,正是由于玻璃內(nèi)部存在著巨大的應(yīng)力作用,整塊玻璃特別是邊角處時(shí)刻處于緊繃狀態(tài)。哪怕是它的表面出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)的劃傷或破損,應(yīng)力就會集中到這個(gè)點(diǎn)上,從面打破原有的平衡,在破損處造成分子鍵的斷裂。分子鍵斷裂的能 量以聲速在玻璃內(nèi)部傳遞,玻璃內(nèi)部集聚的應(yīng)力會從附近zui薄弱的地方釋放出來,于是造成廣泛的分子鍵斷裂。于是在一瞬間,整塊玻璃碎成渣渣。這就是鋼化玻璃在制成之后不能被加工的原因,你無論是試圖在上面鉆孔、用尖的東西砸它,或者只是拿玻璃刀在表面劃一下,都能立刻將其報(bào)廢。
普通鋼化玻璃碎片依然存在銳角
玻璃破碎的程度與此前在回火過程中形成的表面壓應(yīng)力大小密切相關(guān),壓應(yīng)力越大,玻璃破碎得越徹 底,它形成的碎片也就越安 全。這一點(diǎn)很重要,因?yàn)槟切┧榱训牟AчT窗或者浴室玻璃,只要它存在尖銳的角,依然可以造成皮膚的劃傷,嚴(yán)重時(shí)甚至能割破血管。
安 全玻璃的碎渣傷人概率更小
為了使玻璃變得geng 安 全,人們不僅使用熱處理的鋼化玻璃,還在兩層玻璃中間加一層高分子材料膜,這樣即便是它受到?jīng)_擊破碎,碎片也不會掉落下來,飛得到處都是。這種夾膠安
全玻璃在汽車上很常見,它已經(jīng)成為風(fēng)擋的標(biāo)配了。
擋風(fēng)玻璃是夾膠玻璃
我們今天用了2000字的篇幅向你介紹了鋼化玻璃的原理,現(xiàn)在做一個(gè)簡單回顧。
玻璃在我們的生活中被廣泛使用,它容易碎裂,并且鋒利的碎片會造成傷害,因此人們在生產(chǎn)的過程中運(yùn)用熱處理工藝改良了玻璃。
通過對“魯珀特王子之淚”的力學(xué)分析,我們知道玻璃在快速冷卻的過程中會產(chǎn)生強(qiáng)大的內(nèi)應(yīng)力,它使玻璃變得更加堅(jiān)固。于是玻璃制造商通過增加“回火”工序生產(chǎn)出鋼化玻璃,它更堅(jiān)固,也更 安 全。
當(dāng)鋼化玻璃的表面出現(xiàn)缺陷,應(yīng)力會集中于缺陷處并使分子鍵發(fā)生斷裂,斷裂的能 量向四周迅速擴(kuò)散開來,這種能 量會瞬間釋放它附近的應(yīng)力、造成和新的斷裂和能 量釋放,進(jìn)而形成“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”,使玻璃碎成渣渣。
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