Как сжимающее поверхностное напряжение в закаленном стекле повышает его устойчивость к ударам и тепловым ударам?

Сжимающее поверхностное напряжение в закаленном стекле значительно повышает его устойчивость как к ударам, так и к тепловым ударам, что делает его намного прочнее и долговечнее, чем незакаленное или отожженное стекло. Вот как это работает:

Устойчивость к удару:
Поверхностное сжатие и прочность:
В процессе закалки стекло нагревается до высокой температуры (около 620–700°С), а затем быстро охлаждается (закаливается) струями холодного воздуха. Такое быстрое охлаждение приводит к тому, что внешние слои стекла затвердевают быстрее, чем внутренние, создавая сжимающее напряжение на поверхности и растягивающее напряжение внутри.
Результат: сжимающее напряжение на поверхности действует как барьер для трещин. При ударе по закаленному стеклу сжимающее напряжение помогает предотвратить распространение трещин, поскольку поверхность сжимается и вероятность разрушения снижается.
Ударопрочность: это означает закаленное стекло гораздо более устойчив к разрушению при ударе. Даже когда к поверхности прилагается сила, сжимающее напряжение предотвращает легкое растрескивание стекла. Если трещины и образуются, то они, как правило, маленькие и тупые, что снижает риск травм по сравнению с традиционным стеклом, которое может разбиться на острые осколки.

Устойчивость к тепловому удару:
Дифференциальное охлаждение:
Процесс закалки создает разницу температур между поверхностью и сердцевиной стекла. Поверхность охлаждается и сжимается быстрее, чем внутренние слои, что приводит к накоплению сжимающего напряжения на поверхности и растягивающего напряжения внутри ядра.
Баланс теплового напряжения: стекло, как и большинство материалов, расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении. Если кусок стекла подвергается быстрому изменению температуры (тепловому удару), внутренние слои расширяются или сжимаются сильнее, чем внешние слои.
Сжатие защищает от термического удара: в закаленном стекле сжимающее поверхностное напряжение противостоит этим внутренним силам. Если стекло подвергается внезапному изменению температуры (например, брызги горячей воды на холодное окно), сжимающее напряжение помогает предотвратить растрескивание стекла. Внутреннему растягивающему напряжению (которое обычно делает стекло более склонным к растрескиванию при термическом напряжении) противодействует поверхностное сжатие. Вот почему закаленное стекло может выдерживать гораздо более высокие перепады температур (часто в 3–4 раза больше, чем у отожженного стекла) без растрескивания.

Общая повышенная долговечность:
Сочетание поверхностного сжатия и внутреннего напряжения делает закаленное стекло более прочным и устойчивым как к физическим, так и к тепловым нагрузкам. Он способен более эффективно поглощать и распределять нагрузки, что делает его идеальным для использования в тех случаях, когда ударопрочность и способность выдерживать колебания температуры имеют решающее значение, например, в автомобильных окнах, дверцах духовок и душевых кабинах.