كيف يعمل إجهاد السطح الانضغاطي في الزجاج المقسى على تحسين مقاومته للصدمات والصدمات الحرارية؟

يعزز الضغط السطحي الانضغاطي في الزجاج المقسى بشكل كبير من مقاومته لكل من الصدمات والصدمات الحرارية، مما يجعله أقوى بكثير وأكثر متانة من الزجاج غير المقسى أو الملدن. وإليك كيف يعمل:

مقاومة التأثير:
ضغط السطح والقوة:
أثناء عملية التقسية، يتم تسخين الزجاج إلى درجة حرارة عالية (حوالي 620-700 درجة مئوية) ثم يتم تبريده بسرعة (إطفائه) بنفثات من الهواء البارد. يؤدي هذا التبريد السريع إلى تصلب الطبقات الخارجية للزجاج بشكل أسرع من الطبقات الداخلية، مما يخلق ضغطًا ضاغطًا على السطح وإجهاد شد في الداخل.
التأثير الناتج: يعمل الضغط الضاغط على السطح كحاجز للشقوق. عند ضرب الزجاج المقسى، يساعد ضغط الضغط على منع انتشار الشقوق لأن السطح يكون مضغوطًا وأقل عرضة للكسر.
مقاومة التأثير: يعني الزجاج المقسى أكثر مقاومة للكسر تحت التأثير. حتى عند تطبيق القوة على السطح، فإن ضغط الضغط يمنع الزجاج من التكسر بسهولة. إذا تشكلت الشقوق، فإنها تميل إلى أن تكون صغيرة وغير حادة، مما يقلل من خطر الإصابة مقارنة بالزجاج التقليدي، الذي يمكن أن يتحطم إلى شظايا حادة.

مقاومة الصدمة الحرارية:
التبريد التفاضلي:
تخلق عملية التبريد فرقًا في درجة الحرارة بين السطح وقلب الزجاج. يبرد السطح وينكمش بشكل أسرع من الطبقات الداخلية، مما يؤدي إلى تراكم إجهاد الضغط على السطح وإجهاد الشد داخل القلب.
توازن الإجهاد الحراري: الزجاج، مثل معظم المواد، يتمدد عند تسخينه وينكمش عند تبريده. إذا تعرضت قطعة من الزجاج لتغير سريع في درجة الحرارة (صدمة حرارية)، فإن الطبقات الداخلية تريد أن تتوسع أو تنكمش أكثر من الطبقات الخارجية.
الضغط يحمي من الصدمة الحرارية: في الزجاج المقسى، يقاوم ضغط السطح المضغوط هذه القوى الداخلية. إذا تعرض الزجاج لتغير مفاجئ في درجة الحرارة (على سبيل المثال، رش الماء الساخن على نافذة باردة)، فإن ضغط الضغط يساعد على منع الزجاج من التشقق. يتم مقاومة إجهاد الشد الداخلي (الذي عادة ما يجعل الزجاج أكثر عرضة للتشقق تحت الضغط الحراري) من خلال ضغط السطح. هذا هو السبب في أن الزجاج المقسى يمكنه تحمل فروق درجات الحرارة الأعلى بكثير (غالبًا 3 إلى 4 مرات أكبر من الزجاج الملدن) دون أن يتشقق.

المتانة المحسنة بشكل عام:
إن الجمع بين ضغط السطح والتوتر الداخلي يجعل الزجاج المقسى أكثر صلابة وأكثر مقاومة للضغط الجسدي والحراري. إنه قادر على امتصاص وتوزيع الضغط بشكل أكثر كفاءة، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في التطبيقات التي تكون فيها مقاومة الصدمات والقدرة على التعامل مع تقلبات درجات الحرارة أمرًا بالغ الأهمية - كما هو الحال في نوافذ السيارات وأبواب الفرن ومرفقات الاستحمام.