La ciencia del fortalecimiento del vidrio

Isabella Ortiz
Isabella Ortiz

[Ben Krasnow] está en eso de nuevo. Esta vez explica un método sencillo para fortalecer el vidrio. Como de costumbre, hace un trabajo maravilloso primero probando y explicando el problema y luego siguiendo con una solución.

[Ben] Primero use una plataforma simple para colocar una cantidad controlada de fuerza contra un portaobjetos microscópico de vidrio. Su experimento muestra que el deslizamiento se rompe después de aplicar una fuerza de aproximadamente 30 psi en el centro del deslizamiento.

[Ben] luego explica que los métodos actuales de producción de vidrio dejan muchas pequeñas impurezas o grietas en el vidrio. A medida que el portaobjetos de vidrio se flexiona, el borde interior recibe una fuerza de compresión mientras que el borde exterior se estira. El vidrio es más fácil de lidiar con la fuerza de compresión. El estrés es cuando las cosas comienzan a romperse. La fuerza de tracción finalmente hace que estas pequeñas impurezas se propaguen, lo que resulta en la rotura del vidrio.

Una posible solución a este problema es encontrar una forma de llenar esas pequeñas impurezas. De acuerdo a [Ben], a la mayoría del vidrio se le agrega sodio para bajar la temperatura de fusión. [Ben] explica que si pudiera reemplazar algunos de estos átomos de sodio más pequeños con átomos más grandes, básicamente podría “llenar” muchas de las pequeñas impurezas en el vidrio.

[Ben] hace esto calentando una pequeña tina de nitrato de potasio. Después de que el polvo se derrita, sumerge los portaobjetos de vidrio en la solución durante unas horas. Durante este tiempo, algunos de los átomos de sodio son reemplazados por átomos de potasio debido al proceso natural de difusión.

Después de que los portaobjetos se enfriaron, [Ben] muestra que se están volviendo mucho más fuertes. Cuando se coloca en la plataforma de prueba, los portaobjetos más fuertes no se rompen hasta que la presión está entre 60 psi y 70 psi. Eso es dos veces más fuerte que el cristal original. Toda esa fuerza extra de un proceso tan simple. Asegúrese de ver el video completo a continuación.

  • testarudo dice:

    Como sabemos, el deslizamiento es más fuerte por los átomos de potasio y no porque se haya moderado.
    El vidrio templado se fabrica calentando una pieza de vidrio normal para aliviar los puntos internos de tensión.

    Esto es exactamente lo que hizo con el “baño de potasio”, ya que sobre él opera un “controlador”, donde simplemente calienta el portaobjetos de vidrio SIN el baño de potasio.
    Luego prueba ESE vaso para ver si hay alguna diferencia.

    • iraqigeek dice:

      Debido a que los átomos de potasio son más grandes que los átomos de sodio, lo que provoca la compresión. El proceso no es exactamente nuevo y, como Ben se da cuenta, la patente ha expirado hace mucho tiempo. Puede buscar la patente original de Corning en línea (US3410673 A)

    • Lindsay Wilson dice:

      La temperatura de transición vítrea para el vidrio de cal sodada (que usa Ben) es de alrededor de 580 a 600 ° C. Esta es la temperatura por encima de la cual los átomos en el vidrio pueden realmente moverse. El vidrio endurecido implica calentarlo muy por encima del punto de fusión (según Wikipedia, 720 ° C) y luego enfriar rápidamente el vidrio con aire.

      Ben solo se está calentando a 300 ° C, por lo que no hay posibilidad de que el vidrio se modere.

    • MrTrick dice:

      Debido a que Ben no está * probando * un método nuevo, está mostrando un método existente.

      Si se trataba de una cuestión de venta, entonces es absolutamente necesario responder a tales preguntas, pero en este caso (como han demostrado otros comentaristas) es un proceso bien entendido.

  • Als Taxi dice:

    Ben es mi héroe.

  • Mojoe dice:

    Si bien estoy de acuerdo en que se debe realizar el control, el vidrio se templa a 600C – 620C y se enfría rápidamente mediante ráfagas de aire desde varias direcciones. Su horno estaba solo a unos 425 ° C y se enfrió lentamente, por lo que no era adecuado para la moderación.

    • lel dice:

      La calidad de la escritura sobre los artículos que impulsa La-Tecnologia realmente ha disminuido últimamente desde el impulso corporativo para tener más contenido. Espero que ganes más dinero, porque toda esta cantidad más importante que una cosa de calidad no es tan chic …

      • PKM dice:

        Acordado. ¿Por qué reescribir el resumen de un experimento científico y malinterpretar toda la ciencia? Sea perezoso y simplemente reproduzca el contenido vinculado literalmente, o hágalo bien y pídale a alguien que realmente entienda el contenido (o al menos tenga suficientes habilidades de comprensión de lectura para resumirlo adecuadamente) que escriba sobre él. Los errores científicos básicos fueron los que me llevaron de slashdot y TENÍA que avanzar en la misma dirección.

      • Ingenuo de patas azules dice:

        Caería mucho antes. Mientras estuve aquí, siempre vi a gente bromeando sobre la calidad de la copia, la corrección de pruebas o la edición. El problema se atribuye a otra causa a lo largo del tiempo. Tengo la impresión de que la variable real probablemente sean los propios lectores. Las personas vienen aquí cuando se interesan por primera vez en tales cosas y, a medida que pasa el tiempo y se vuelven más conscientes, la calidad aparente de la investigación, la verificación de datos, etc. parece disminuir simplemente porque son capaces de detectar las deficiencias que han pasado desapercibidas. antes de.

        • Robar dice:

          Creo que lo clavaste, BFB.

        • Rakyth dice:

          Sí, nada ha cambiado desde que llegué aquí.

  • Pensador dice:

    Aquí hay un tutorial inteligente para que todos lo discutan, tanto el templado térmico como químico del vidrio con números y diagramas de fase, cortesía de MIT (archivo .pdf).

    http://web.mit.edu/3.091/www/WittNotes/Notes_7.pdf

  • Hirudinea dice:

    Corté algunos espejos hace unas semanas y, sí, el vidrio se rompe fácilmente. De todos modos, me pregunto si podrías usar esta técnica en la pantalla de un teléfono celular para crear tu propio “vidrio de mono”.

    • uC dice:

      No. Freírías tu pantalla táctil.

      Además, este o un método similar probablemente ya se haya aplicado a la pantalla de su teléfono.

  • Marty Lawson dice:

    Un truco complicado que puede hacer con el templado químico es de dos capas. (Leí sobre esto en una revista antigua Machine Design) Primero agregue una capa de compresión profunda, luego aligere una capa superficial delgada. La capa de la superficie muestra grietas factibles mucho antes de que la pieza falle por completo, de modo que la pieza pueda ser reemplazada antes de que falle catastróficamente.

  • Preocupado por la calidad dice:

    Es difícil tomarse en serio la redacción técnica cuando no se realiza un análisis dimensional básico.
    – “… se aplicaron 30 psi de fuerza en el centro de la diapositiva”.

    PSI puede indicar presión o tensión – fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Pounds_per_square_inch
    La fuerza es un vector con la unidad SI de tritones – fuente:
    http://eo.wikipedia.org/wiki/Force

    La calidad de la escritura es importante si desea atraer la atención de pensadores críticos.

  • RandyKC dice:

    El deslizamiento se rompió más allá del final de las marcas de escala. No puede extrapolar más allá del final de la escala, ya que esta es la única sección calibrada. Esta región suele ser no lineal. Quiero decir, la presión en realidad podría ser superior a 70.

    • Charlie Springer dice:

      Las “libras por pulgada cuadrada” son molestas y no me dicen mucho. Eso significaría la fuerza en el área pequeña donde el cilindro entra en contacto con el deslizamiento, que sería una fuerza muy pequeña que produciría un PSI alto. Mejor para este tipo de cosas es una de las métricas de prueba de un laboratorio, como mm de desplazamiento según un intervalo y espesor definidos y la fuerza necesaria para producir eso (libras colgando o empujando hacia abajo sobre el vidrio).

      Nadie mencionó la calcinación. ¿Qué hace el baño termal al respecto?

      • Lindsay Wilson dice:

        No importa cuáles sean las unidades, esta es una comparación relativa. Esta plataforma de prueba también simula con mayor precisión lo que experimentaría una pieza de vidrio en la vida real: doblarse o golpearse. Un probador de tensión / compresión normal, como usted describe (una muestra comprimida extraída o empujada) probablemente no le brindaría mucha información útil, ya que la razón por la que este vidrio es “más fuerte” se debe al impacto de la superficie, no a la propiedad gruesa del material. .

        El “baño caliente” es el baño de nitrato de potasio fundido, en el que se sumergen los portaobjetos. Las temperaturas son demasiado bajas para algo como la calcinación; además, el vidrio ya estará calcinado después de la producción.

        • Charlie Springer dice:

          No sugiero otro dispositivo, solo leer diferentes parámetros, como mm de desplazamiento contra el tamaño de los dedos de apoyo para un determinado grosor de deslizamiento. Esto también permite estimaciones aproximadas de tensión y tensión porque puede calcular el radio de curvatura y la diferencia de longitud entre la parte superior e inferior de la diapositiva (si conoce el grosor, ¡mire lo que encontré, señor mago! ¡Tensor!).

          Siempre calcinamos la cristalería de laboratorio después de soplar / unir / formar, agregar electrodos / ventanas de cuarzo, etc. No recuerdo la temperatura de los hornos de cal. Pensé que no eran tan altos. Veo que el borosilicato se calumnia a 535 ° C y que el KNO3 se pudre a 400 ° C, por lo que ciertamente no es suficiente calcinarlo.

    • Lindsay Wilson dice:

      Sí, el deslizamiento se rompió más allá del final de las marcas de la escala, pero parecía que se había roto justo antes de que la aguja golpeara el pasador de parada final, por lo que la aguja no se ató.

      En cuanto a la gama de medidores de Ashcroft (el que usa), la peor precisión que citan para un medidor son los porcentajes de “3-2-3”. Eso significa +/- 3% en el 25% inferior del rango, +/- 2% en el 50% medio y +/- 3% en el 25% superior. Esta es la forma habitual en que se cita. Entonces, a lo sumo, supongo que solo soportaría unos pocos PSI incluso extrapolando un poco más allá del final de la escala. Ciertamente menos que el error de adivinar qué lectura había logrado.

  • Scotty dice:

    Muy bonito, pero ¿me ayudará a construir un tanque para mis ballenas jorobadas?

    • Robar dice:

      Creo que necesitarás aluminio transparente para eso.

  • chris3dsmith dice:

    Sí, muy bien, pero ¿me ayudará a construir un tanque para mis ballenas jorobadas?

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