«Как закалялась сталь». В кавычках, поскольку название романа Николая Островского. Но, закаляют не только сталь. Кроме металлов так можно усовершенствовать стекло. Оно отличается от обычного.
Суть закалки
Как и физиологическая, к которой прибегают для оздоровления, закалка металлов и стекла является термическим методом. Материалы обрабатываются резким перепадом температур. Сначала, идет нагрев выше критического. Потом, следует резкое охлаждение. Выше критического считается накал до фазового превращения. Так именуют переход между агрегатными состояниями. Вот было стекло твердым, а стало жидким. Такое может произойти не только из-за температуры, но и. к примеру, повышенного давления. Однако, закалка подразумевает именно температурный фактор.
Нагрев стекло, его резко охлаждают. Для этого используют среды с низкой температурой. Это может быть вода, воздух, масло и т.д. Этот процесс изменяет свойства и характеристики материала. Будучи изначально размягченным и расплавленным, он не только застывает и отвердевает, но и становится прочнее, лучше. Это происходит за счет формирования в стекле остаточного напряжения сжатия, поскольку верхние слои остывают и твердеют резко, а внутренние еще остаются жидкими.
История закалки стекла
Первопроходцами были французы — SSG. Компания появилась на фоне развития производства автомобилей и стала делать для них стекла. Это были обычные стекла. Их называют листовыми. При авариях и от прочих воздействий на авто такие стекла разбивались на острые, крупные осколки. Это связано с отсутствием внутри листового материала остаточного напряжения.
С листовыми стеклами в машинах не шло речи о безопасности, а задача стояла добиться ее. Поэтому инженеры SSG предложили поступать со стеклом подобно тому, как уже научились поступать со сталью и прочими сплавами. Силикатную массу стали накалять выше границы размягчения и резко остужать струями холодного воздуха. Технологию начали применять в 1929 году. Применять закалку стекла массово, а значит, и массово производить авто нового поколения, было проблематично. Не хватало оборудования. Стекло обрабатывали, как сейчас говорят, на коленках.
Выручили в 1950 годах американцы. Они создали печь закалки стекла. Тут-то и началось массовое производство автомобилей. Еще через 10 лет доработали метод закалки стекла. Его перестали подставлять под поток холодного воздуха. Теперь стекло опускали в расплав олова. Это исключило образование в закаленном материале пузырьков воздуха и помутнений. Новый метод закалки получил наименования флоат и производится в 5 этапов, оставаясь неизменным и в 21 веке:
- Делают смесь из соды, известняка, кварцевого песка, воды.
- Помещают смесь в печь, удаляя при этом примеси.
- Накаляют до полутора тысяч по Цельсию.
- Охлаждают смесь до нужной тягучести.
- Выливают вязкую силикатную массу в емкость с оловом.Расплавленное стекло равномерно растекается по металлу.
- Остается отжечь стекло. Во время этого смесь медленно остывает и приобретает закаленные свойства.
Этот процесс тоже автоматизировали, уже в 60 годы прошлого века. Далее, пошли вариации на тему закаленного стекла.
Виды закаленного стекла
Вариации на тему закаленного стекла — это его виды. От того, к какому именно виду принадлежит материал, зависят нюансы характеристик и свойств. Выделяют 3 типа закаленного стекла:
- Обычное. Вариант 50-х годов прошлого века. Сегодня его считают достаточным для формирования окон, как на пром- , так и на строительном рынке.
- Многослойное. Его назвали триплекс. Из термина понятно, что слоя в стекле три. Скрепляются они полимерным составом. Процесс проходит под внушительной силой давления. Получается небьющийся материал. Максимум, что может случиться — трещина.
- Протекторное. Отличается минимальной толщиной. По сути, это стеклянная пленка. Такая нужна для покрытия экранов. Материал делают максимально податливым на изгиб.
Еще есть классификация по характеру поверхности стекла. Оно бывает не только гладкое, но и рифленое. Бывает стекло прозрачное и матовое. Последнее, к примеру, актуально в интерьерах. Из такого закаленного варианта делают двери, перегородки, ступени, столешницы.
Еще закаленные стекла делят по типу обработки. Кроме флоатовых пластин, бывают еще химически закаленные. Это последняя разработка технологов. Ее суть в помещении стекла в 300-градусный раствор соли калия. Калий меняется местами с поверхностными частицами натрия на стекле. У ионов калия и натрия разный радиус. У калия он примерно на 30% больше. Заменяя натрий, калий приводит к силам поверхностного сжатия на обрабатываемом стекле. Теперь оно:
- режется и обрабатывается, не растрескиваясь при этом;
- отлично гнется.
Химически закаленное стекло особенно часто применяют в кухонных приборах, утвари и в интерьерном декоре. Кстати, стандартный способ закалки стекла именуют термическим. Получается деление на термический и химический материалы.
Отличия закаленного стекла
Материал легко определить по прочностным характеристикам. Закаленный вариант в 5-7 раз сложнее разбить. Можно уронить предмет весом в полцентнера с метровой высоты на стекло толщиной 4 миллиметра. Закаленный материал не разобьется. Еще критериями проверки являются:
- устойчивость закаленного варианта к температурным скачкам в 270 градусов, против 50 по шкале Цельсия у обычного стекла
- разбивание исключительно на маленькие частички
- отсутствие при разбивании закаленного стекла острых углов, все сколы закругленные
- внушительная стойкость к изгибам
- невозможность разрезать прошедшее обработку стекло
- невозможность просверлить в закаленном листе дырку
Учитывая последние 2 пункта, материал разрезают и сверлят до закалки. Не всегда ради проверки уместно разбивать, сверлить, расплавлять материал. Встает вопрос, как отличить закаленное стекло от обычного визуально. Ответа на запрос, как внешне отличить закаленное стекло от обычного, нет. Точнее, ответ один — никак. Затрудняются в визуальном определении даже бывалый мастер.
Однако, те самые бывалые мастера, все таки, выделяют пару малозаметных внешних признаков закаленного стекла:
- часто чуть более темный, чем у обычного стекла цвет
- небольшую разницу в поверхности при взгляде на нее под 90 градусов
- наличие на закаленной поверхности под поляризационным светом (подойдут обычные солнцезащитные очки) линий и затемнений — итога процесса резкого охлаждения
Отличия в цвете объясняются дополнительными примесями, которые часто добавляют к стеклянной смеси для улучшения качеств итогового продукта. В случае с изготовлением сплавов металлов, такие добавки называют лигатурой. При работе со стеклом, чаще говорят «присадки». Линии, видные на закаленном стекле в поляризационном свете, прописаны в ASTM C1048. Это стандарт. Смотреть пункт 7.5. Согласно ему, такие линии являются нормой для прошедшего закалку стекла. Для визуального определения это, наверное, самый верный критерий.
Если вращать поляроидный фильтр вокруг перпендикулярной его плоскости оси, темные линии на стекле преобразуются в светлые и наоборот. На этом вопрос, как отличить закаленное стекло от обычного, закрыт. Впрочем, в быту проверить стекло можно и по температурным характеристикам. К примеру, если пользуетесь духовкой, и ее стекло остается целым, значит, закаленное. До изобретения такого стекла не было и духовок.
Видео о тестировании закалённого и обычного стекла
