Gondolkozott már azon, hogy a borospoharak miért törnek darabokra az ütközés hatására? Vagy volt egy pillanatnyi félelem, hogy aüvegaz épület falai beszakadnak és leomlanak? Az üveg szerkezete nagyon bonyolult. Kemény és erős, de ugyanakkor törékeny is. Egy ilyen gyakori dologhoz a törött üveg mögötti tudomány is összetett.
Miért törik az üveg?
Valójában molekuláris szerkezete az oka annak, hogy az üveg olyan könnyen törhető.Az üveg szilícium-dioxidból készül. A szilícium-dioxid merev, véletlenszerű molekuláris hálózatot alkot. A legtöbb szilárd anyaggal ellentétben az üvegben lévő szilícium- és oxigénatomok véletlenszerű szögben, szabálytalan mintázatban kapcsolódnak egymáshoz.
Ez a rendezetlen elrendezés áttetszővé teszi az üveget, és hevítés közben könnyen formálható különböző formákba. Ez azonban azt is jelenti, hogy nincsenek gyenge pontok. Ennek eredményeként külső nyomás hatására az üveg szaggatottan, ellenőrizetlenül eltörik. Bármilyen apró felületi hiba vagy karc feszültségkoncentrátorrá is válhat. Ha egy repedés keletkezik, az gyorsan szétterjed az anyagban.
Amikor a repedések terjedni kezdenek, nehéz megállítani őket. Annak ellenére, hogy a szilícium és az oxigénatom közötti kötés erős. De nehéz a repedés irányt változtatni vagy megállni a hiba szélén. A szilícium-oxigén kötések szabálytalan geometriája miatt egyszerűen továbbhaladnak a véletlenszerű hálózaton.Üveghiányzik a rendezett szerkezete, így nehéz megjósolni, mikor törik.
Az üveg ütésállóságának javításának egyetlen módja egy rendezettebb molekuláris elrendezés bevezetése. Csakúgy, mint a biztonságedzett üvegmagas, ez azért van, mert molekuláris elrendezése rendezett. Gyors melegítéssel, majd gyors hűtéssel nyomófeszültség jöhet létre az üveg belsejében. Ezek a feszültségek segítenek megakadályozni a repedés terjedését. Így az edzett üveg nagyobb terhelést is kibír. De ez nem jelenti azt, hogy ne törhetne el. Csak biztonságosabb formában törik. Vagyis apró részecskékre törik, nem pedig a közönséges üveg éles darabjaira.
Miért törik a hő az üveget?
Az üveg eltörik, kivéve, ha külső erők érik. Hőterhelés hatására is eltörik. Magas hőmérsékletű környezetben a hőmérséklet kiegyensúlyozatlansága miatt az üveg egyenetlenül tágul, ami nyomást gyakorol a szerkezetére. Amikor az üveg egy része felforrósodik, kitágul. De a hűvösebb régiók nem bővülnek ugyanolyan ütemben.
Így elképzelhető, hogy az üveg egyik része gyorsan, míg a másik része lassan tágul. Ebben az esetben az üveg belsejében feszültség keletkezik. Tehát meghúzza az üveget, és deformálódik. Ha ezek a stresszek túlságosan súlyossá válnak, aüvegtörni fog. Valójában az üveg csak azért törik el, hogy csökkentse saját feszültségét. De véleményünk szerint az üveg túl törékeny.
A termikus stressz szintje három tényezőtől is függ
Hőmérséklet különbség
Minél nagyobb a hőmérséklet-különbség az üveg meleg és hideg része között, annál nagyobb a feszültség.
A hőmérséklet változás sebessége
Általánosságban elmondható, hogy amikor a hőmérséklet gyorsan emelkedik vagy lehűl, az üveg tágulási vagy összehúzódási sebessége gyorsabb. Ami növeli a stresszt.
Az üveg vastagsága és formája
A vékonyabb, szabálytalanabb üveg nagyobb eséllyel törik el. Mert nem bírja a hőmérséklet ingadozást.
A hőterhelés minimalizálása érdekében ne tegye ki az üveget szélsőséges vagy gyors hőmérsékletváltozásoknak. Például ne öntsön forró vizet hideg üvegre, és ne tegye ki az üveget fagypontnak. Ez a gyors hőmérsékletváltozás teszi aüvegnagyobb valószínűséggel törik el. Az üveg hőterheléstől való védelme a kulcsa az üvegtörés megelőzésének. Ezért életünk során figyelnünk kell az üveg hőmérsékleti környezetére.
