The science of glass toughening (in plain English)
Share this blog:
Toughened glass is a staple material in structural glazing. Learn the science behind it in our jargon-free blog.
الزجاج المقسى موجود في كل مكان. ولكن مثل العديد من المواد التي تحيط بنا، لا يعرف الكثير منا كيف يتم تصنيعها.
يتم تصنيع الزجاج المقسى بطريقة يمكنها من تحمل كميات هائلة من القوة. ولكن عندما ينكسر أخيرًا، فإنه يتحطم إلى الكثير من القطع الصغيرة.
قوتها ومتانتها تجعلها مثالية للتزجيج المعماري: الأبواب والسلالم والدرابزينات والفواصل والمزيد.
وكل هذا بفضل عملية التصنيع. هناك طريقتان رئيسيتان لتقوية الزجاج: أولا، عن طريق التقسية في الفرن، وثانيا، عن طريق التبادل الأيوني الناتج عن حمام كيميائي.
في هذه المقالة، نشرح هذه العمليات باللغة الإنجليزية البسيطة حتى تتمكن من فهم كيفية تصنيع الزجاج المقسى. أولًا: طريقة الفرن.
طريقة الفرن
في هذه الطريقة، يتم تقوية الزجاج من خلال عملية تعرف باسم "التلطيف". أولًا، يتم وضع الزجاج في فرن تم تسخينه إلى 600 درجة مئوية (1,112 درجة فهرنهايت).
بمجرد تسخين الزجاج، يتم إخراجه من الفرن ويتم تبريده بسرعة بواسطة نفاثات من الهواء البارد المضغوط. هذه الخطوة تسمى "التبريد".
التبريد هو عملية سريعة. فهو يتسبب في تبريد الطبقات السطحية الرقيقة بسرعة وتشكيل الزجاج الصلب. في هذه المرحلة من العملية، تكون الطبقات الخارجية صلبة وباردة، لكن الجزء الداخلي لا يزال دافئًا.
بمرور الوقت، سيفقد الجزء الداخلي أيضًا الحرارة ويصبح قاسيًا. لكنها لن تنكمش بنفس الطريقة التي انكمشت بها الطبقات الخارجية. لقد تم منعه من القيام بذلك بواسطة الطبقات الخارجية الصلبة.
وهذا يعني أن الطبقات الخارجية مضغوطة وأن الطبقة الداخلية بها شد تعويضي. مجتمعة، هذه الصفات تجعل الزجاج صعب الكسر للغاية.
التصلب الكيميائي
ويمكن أيضًا تقوية الزجاج عن طريق غمره في حمام كيميائي.
في هذه الطريقة، يتم وضع الزجاج في حمام من نترات البوتاسيوم وتسخينه إلى درجة حرارة عالية - عادةً أكثر من 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت).
وهذا ينتج ما يسمى "التبادل الأيوني". هذا هو المكان الذي يتم فيه تبادل أيونات البوتاسيوم الموجودة في السائل وأيونات الصوديوم الموجودة في الزجاج الصلب. والنتيجة هي "جلد" مقوى، مما يجعل الزجاج قويًا مثل الأحذية القديمة.
كيف تغيرت العملية مع مرور الوقت؟
تم تنفيذ أول عملية تقسية للزجاج في 1874 على يد فرانسوا بارثيليمي ألفريد روير دي لا باستي، الذي كان يُطفئ الزجاج الصلب بالكاد في حمام ساخن من الزيت أو الشحوم. وكانت هذه بداية عملية التقوية الكيميائية التي لا نزال نستخدمها حتى اليوم.
In 1877, Friedrich Siemens outdid de la Bastie by pressing glass into cool moulds and leaving them to harden – an early version of the quenching process used in today's processing facilities.
قطرات الأمير روبرت
كان الأمير روبرت أمير نهر الراين (1619-1682) رجلاً مشغولاً. بالإضافة إلى كونه ضابطًا في الجيش الإنجليزي الألماني، وأدميرالًا، وعالمًا، وحاكمًا استعماريًا، فقد قدم أيضًا قطرات الأمير روبرت إلى إنجلترا في 1660.
هذه خرزات زجاجية على شكل شرغوف ذات جودة رائعة. إذا قمت بقص الذيل، فإن القطرة تنفجر إلى قطع صغيرة. لكن الرأس المنتفخ يمكنه تحمل ضربات المطرقة المتكررة.
وهذا ممكن فقط بسبب العلم وراء عملية التصنيع - وهي عملية قريبة من عملية تقوية الزجاج اليوم.
يتم صنع قطرات الأمير روبرت عن طريق إسقاط قطرات من الزجاج المنصهر في الماء البارد. يؤدي هذا التبريد السريع إلى إنشاء لمبة زجاجية قوية يمكنها تحمل قدر كبير من القوة - يصل إلى 67,740 كجم.
هذه الخرز الزجاجي هي تحفة. لكنها تخبرنا شيئًا عن الطريقة التي يمكن بها جعل الزجاج شديد القوة - وهو شيء تم استخدامه منذ ذلك الحين لزيادة سلامتنا في جميع أنواع الإعدادات.
ما هو اختبار امتصاص الحرارة؟
عند تقسية الزجاج في الفرن، يكون عرضة لما يسمى "شوائب كبريتيد النيكل". هذه عبارة عن شوائب مجهرية يمكن أن يزيد حجمها بمرور الوقت وتؤدي إلى كسور تلقائية.
ولمنع حدوث ذلك، ينفذ معالجو الزجاج والمصنعون طريقة تسمى اختبار الامتصاص الحراري. هذا هو المكان الذي يتم فيه تسخين الألواح الزجاجية عند درجة حرارة تتراوح بين 250 درجة مئوية و290 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت و554 درجة فهرنهايت). إذا كانت الورقة تحتوي على شوائب كبريتيد النيكل، فمن المحتمل أن تتحطم وبالتالي يتم إخراجها من التداول.
اختبار امتصاص الحرارة ليس معصومًا من الخطأ. لا يزال من الممكن أن يجتاز التضمين الاختبار وفي حالات نادرة جدًا يؤدي إلى تحطم تلقائي. ولكن عند شراء الزجاج المقسى، تأكد من اختيار المعالج أو الشركة المصنعة أو المورد الذي يقدم اختبار امتصاص الحرارة كجزء من عبوته.
هل يمكن قطع الزجاج المقسى؟
تم تصميم الزجاج المقسى خصيصًا بحيث ينكسر إذا انكسرت التوترات الموجودة داخل الزجاج. وهذا يعني أنه بمجرد اكتمال عملية التقوية، لا يمكن قطعها أو حفرها أو تشكيلها. يجب قطع الزجاج حسب متطلبات العميل قبل إطلاق النار.
ما الفرق بين الزجاج المقسى والزجاج الرقائقي؟
يعد كل من الزجاج المقسى والزجاج الرقائقي من أنواع زجاج الأمان. ومع ذلك، يتم تصنيعها بشكل مختلف.
يتكون الزجاج الرقائقي من ورقتين أو أكثر من الزجاج - غالبًا ما تكون مقوية - مع وجود طبقة داخلية من البلاستيك بينهما. هذا يعني أنه إذا ضربت لوحًا من الزجاج الرقائقي، فلن يتحطم. وبدلاً من ذلك، ستحصل على نمط مميز لكسر شبكة العنكبوت.
إذا قمت بتطبيق قدر كبير من القوة، فيمكنك كسر الزجاج الرقائقي، لكنه لن يتحطم أبدًا. وبدلا من ذلك، فإنه ينقسم إلى قطع كبيرة يتم تثبيتها في مكانها بواسطة الطبقة البينية.
يتم استخدام كل من الزجاج المقسى والزجاج الرقائقي في الزجاج المعماري ولكن لأغراض مختلفة. تعتبر أنواع معينة من الزجاج الرقائقي أقوى، وكذلك الحال بالنسبة للأبواب والنوافذ وغيرها من الميزات التي يجب أن تكون غير قابلة للاختراق عمليًا.
Final thoughts
يعد الزجاج المقسى عنصرًا أساسيًا في الزجاج المعماري بفضل متانته وقوته. نأمل أن يكون هذا المقال قد ألقى القليل من الضوء على كيفية صنعه والعلم وراء خصائصه.
هل تبحث عن ألواح زجاجية مقوية عالية الجودة؟ لا تتردد في الاتصال بخبرائنا للحصول على عرض أسعار سريع وتنافسي.
